Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.97-104
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2015
Compared with a strong axial rigidity due to large intial tension, cable has a weak laterally flexural rigidity. A variety of dynamic loads such as traffic loads and wind loads etc. cause the cables to vibrate significantly and affect the mechanical properties and the performance of cables. Therefore, vibration reduction design is an urgent task to control the vibration of cable-supported bridges. Because a various kind of dampers have shown to reduce the amplitude and duration time of vibration of cable from measured date in field test, damper can be considered that it is effective device significantly to reduce the amplitude and duration time in vibration of cable. Vibration characteristics of cable can change according to manufacturing method and type of established form, and damper has been designed according to distribution of natural frequencies and vibration modes. In this study, numerical analysis is used to show the reduction effects of vibrations and present the design of damper for vibration reduction of cable.
To enhance cable stiffness, this paper proposed a combined application of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) and steel materials, resulting in a novel type of hybrid stay cable system especially for the cable-stayed bridges with main span lengths of 1400~2800 m. In this combination, CFRP materials can conserve all their advantages such as light weight and high strength; while steel materials help increase the equivalent stiffness to compensate for the low elastic modulus of CFRP materials. An increase of the equivalent stiffness of the hybrid stay cable system could be further obtained with a reasonable increase of its safety factor. Following this concept, a series of parametric studies for the hybrid stay cable system with the consideration of stiffness and cost were carried out. Three design strategies/criteria, namely, best equivalent stiffness with a given safety factor, highest ratio of equivalent stiffness to material cost with a given safety factor, and best equivalent stiffness under a given cost were proposed from the stiffness and cost viewpoints. Finally, a comprehensive design procedure following the proposed design strategies was suggested. It was shown that the proposed hybrid stay cable system could be a good alternative to the pure CFRP or traditional steel stay cables in the future applications of super long span bridges.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.1
no.1
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pp.12-16
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2000
In this paper, we analyze self field effects of Bi-2223 tape-stacked cable assuming constant current density in the cross section of stacked cable. Generally, the critical current of Bi-2223 tape-stacked-cable in much less than the total summation of critical currents of each tape, which is mainly due to the self magnetic fields of the cable itself. Therefore, to predict the critical current of Bi-2223 tape-stacked-cable, we needs to analyze the self filed effects on the stacked cable as well as critical current density data(J$\_$C/) of one tape. To make it more complex, the critical current degradation of Bi-2223 tape is an-isotropic; the critical current is lower in the normal magnetic field(to the tape surface) than in the parallel field. In the paper, a novel approach to predict the critical current of a Bi-2223 tape-stacked-cable from a J$\_$C/-B curve of one tape is presented with the assumption of constant current density across the stacked cable, The approach basically includes the load analysis of the stacked tapes, and its usefulness is confirmed by the experimental data.
Mechanical dampers have been proved to be one of the most effective countermeasures for vibration mitigation of stay cables in various cable-stayed bridges over the world. However, for long stay cables, as the installation height of the damper is restricted due to the aesthetic concern, using passive dampers alone may not satisfy the control requirement of the stay cables. In this connection, semi-active MR dampers have been proposed for the vibration mitigation of long stay cables. Although various studies have been carried out on the implementation of MR dampers on stay cables, the optimal damping performance of the cable-MR damper system has yet to be evaluated. Therefore, this paper aims to investigate the effectiveness of MR damper as a semi-active control device for the vibration mitigation of stay cable. The mathematical model of the MR damper will first be established through a performance test. Then, an efficient semi-active control strategy will be derived, where the damping of MR damper will be tuned according to the dynamic characteristics of stay cable, in order to achieve optimal damping of cable-damper system. Simulation study will be carried out to verify the proposed semi-active control algorithm for suppressing the cable vibrations induced by different loading patterns using optimally tuned MR damper. Finally, the effectiveness of MR damper in mitigating multi modes of cable vibration will be examined theoretically.
Flexible stay cables on cable-stayed bridges are three-dimensional. They sag and flex in the complex wind environment, which is a different situation to ideal rigid cylinders in two-dimensional wind flow. Aerodynamic interference and the response characteristics of wake galloping of full-scale parallel cables are potentially different due to three-dimensional flows around cables. This study presents a comprehensive wind tunnel investigation of wake galloping of parallel stay cables using three-dimensional aeroelastic cable models. The wind tunnel study focuses on the large spacing instability range, addressing the effects of cable separation, wind yaw angle, and wind angle of attack on wake galloping response. To investigate the effectiveness of vibration suppression measures, wind tunnel studies on the transversely connected cable systems for two types of connections (flexibility and rigidity) at two positions (mid-span and quarter-span) were also conducted. This experimental study provides useful insights for better understanding the characteristics of wake galloping that will help in establishing a guideline for the wind-resistant design of the cable system on cable-stayed bridges.
With the increasing of urban electricity demand, making the most use of the power cable carrying capacity has become an important task in power grid system. Contrary to the rated ampacity obtained under extremely conservative conditions, this paper presents the various steady value of cable ampacity by using the changing surrounding parameters under operation, which is based on cable ampacity calculation equation under the IEC-60287 standard. To some degree, the cable ampacity analysis of actual surroundings improves the transmission capacity of cables. This paper reveals the factors that influence cable ampacity such as insulating layer thickness, allowable long-term conductor temperature, the ambient temperature, soil thermal resistance coefficient, and so on, then gives the class of the influence of these parameters on the ampacity, which plays a great role in accurately calculating the real-time ampacity and improving the utilization rate of cable in the complex external environment condition. Furthermore, the transient thermal rating of the cable is analyzed in this paper, and temperature variation of the conductor under different overload conditions is discussed, which provides effective information for the operation and control of the system.
Electromagnetic measurements of the power cable tunnel were conducted from August 10 to 20, 2018, in the ${\bigcirc}{\bigcirc}$ city underground utility tunnel. During this period, the average temperature was $31.89^{\circ}C$ and the humidity was 67.56% in power cable tunnel. As a result of the electromagnetic measurement, the highest electric field was 25.3 V/m and the magnetic flux density was $42.6{\mu}T$. The average electric field was 18.56 V/m and the magnetic flux density was $29.32{\mu}T$ in the power cable tunnel. As a result of comparison with the electric equipment technical standard, the electric field in the power cable tunnel was 0.5% of the electric equipment standard and 35.2% of the magnetic flux density. It's similar value that electric field is about robotic vacuum(15.53 V/m), and magnetic flux density is similar value about capsule- type coffee machine ($23.07{\mu}T$). The number of cable lines and the size of the electromagnetic waves were not proportional to each other through comparison of cable lines in the power cable tunnel. It was confirmed that 154 kV, rather than 22.9 kV, could have a greater influence on occupational.
The loss of cable tension for civil infrastructure reduces structural bearing capacity and causes harmful deformation of structures. Currently, most of the structural health monitoring (SHM) approaches for cables rely on contact transducers. This paper proposes a cable tension identification technology using percussion sound, which provides a fast determination of steel cable tension without physical contact between cables and sensors. Notably, inspired by the concept of tensioning strings for piano tuning, this proposed technology predicts cable tension value by deep learning assisted classification of "percussion" sound from tapping a steel cable. To simulate the non-linear mapping of human ears to sound and to better quantify the minor changes in the high-frequency bands of the sound spectrum generated by percussions, Mel-frequency cepstral coefficients (MFCCs) were extracted as acoustic features to train the deep learning network. A convolutional neural network (CNN) with four convolutional layers and two global pooling layers was employed to identify the cable tension in a certain designed range. Moreover, theoretical and finite element methods (FEM) were conducted to prove the feasibility of the proposed technology. Finally, the identification performance of the proposed technology was experimentally investigated. Overall, results show that the proposed percussion-based technology has great potentials for estimating cable tension for in-situ structural safety assessment.
This paper presents an application of the TDR(Time Domain Reflectometry) to the monitoring of the deformation of rock mass with grouted coaxial cables through laboratory tests. The grouted cable can easily deform together with the rock mass movements, and the deformed cable loses its original capacitance and the reflected waveform produced along the deformed cable consequently represents a change of voltage pulse. Therefore, it is possible to monitor the deformation of rock mass by measuring the changes in these reflection signatures. Shear test of the cemented mortar containing a specimen of coaxial cable showed that the shear deformation correlated linearly with the reflection coefficient, so the TDR was effective to monitor the displacement of the rock mass. Bending test were carried out in order to determine the influence of the crooked cables on the monitoring of rock mass movements. Controlled cirmping and shearing test upon a cable of 50 m long, 12.7 mm diameter showed not only the fact that the reflection amplitudes decreased as the cable length increased but also the proper crimping depth, width and interval between two adjacent crimps. Two coaxial cables-one 100 m long and other 175m long-were installed and grouted into the separate boreholes drilled in a sedimentary formation. The behavior of the cable was monitored with metallic TDR cable tester to measure rock mass deformation based on the interpretative techniques developed through laboratory tests.
The traditional design procedure of a prestressed concrete (PC) cable-stayed bridge is complex and time-consuming. The designers have to repeatedly modify the configuration of the large number of design parameters to obtain a feasible design scheme which maybe not an economical design. In order to efficiently achieve an optimum design for PC cable-stayed bridges, a multi-parameter optimization technique is proposed. In this optimization technique, the number of prestressing tendons in girder is firstly set as one of design variables, as well as cable forces, cable areas and cross-section sizes of the girders and the towers. The stress and displacement constraints are simultaneously utilized to ensure the safety and serviceability of the structure. The target is to obtain the minimum cost design for a PC cable-stayed bridge. Finally, this optimization technique is carried out by a developed PC cable-stayed bridge optimization program involving the interaction of the parameterized automatically modeling program, the finite element structural analysis program and the optimization algorithm. A low-pylon PC cable-stayed bridge is selected as the example to test the proposed optimization technique. The optimum result verifies the capability and efficiency of the optimization technique, and the significance to optimize the number of prestressing tendons in the girder. The optimum design scheme obtained by the application can achieve a 24.03% reduction in cost, compared with the initial design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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