• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제72권1호
• /
• pp.99-111
• /
• 2019

To investigate the seismic performance of long-span partially earth-anchored cable-stayed bridge, a super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridge scheme with main span of 1400m is taken as example, structural response of the bridge under E1 seismic action is investigated numerically by the multimode seismic response spectrum and time-history analysis, seismic behavior and also the effect of structural geometric nonlinearity on the seismic responses of super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges are revealed. The seismic responses are also compared to those of a fully self-anchored cable-stayed bridge with the same main span. The effects of structural parameters including the earth-anchored girder length, the girder width, the girder depth, the tower height to span ratio, the inclination of earth-anchored cables, the installation of auxiliary piers in the side spans and the connection between tower and girder on the seismic responses of partially ground-anchored cable-stayed bridges are investigated, and their reasonable values are also discussed in combination with static performance and structural stability. The results show that the horizontal seismic excitation produces significant seismic responses of the girder and tower, the seismic responses of the towers are greater than those of the girder, and thus the tower becomes the key structural member of seismic design, and more attentions should be paid to seismic design of these sections including the tower bottom, the tower and girder at the junction of tower and girder, the girder at the auxiliary piers in side spans; structural geometric nonlinearity has significant influence on the seismic responses of the bridge, and thus the nonlinear time history analysis is proposed to predict the seismic responses of super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges; as compared to the fully self-anchored cable-stayed bridge with the same main span, several stay cables in the side spans are changed to be earth-anchored, structural stiffness and natural frequency are both increased, the seismic responses of the towers and the longitudinal displacement of the girder are significantly reduced, structural seismic performance is improved, and therefore the partially earth-anchored cable-stayed bridge provides an ideal structural solution for super long-span cable-stayed bridges with kilometer-scale main span; under the case that the ratio of earth-anchored girder length to span is about 0.3, the wider and higher girder is employed, the tower height-to-span ratio is about 0.2, the larger inclination is set for the earth-anchored cables, 1 to 2 auxiliary piers are installed in each of the side spans and the fully floating system is employed, better overall structural performance is achieved for long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제20권1호
• /
• pp.391-400
• /
• 2019

화재발생 시 구조물의 부재는 온도상승에 의하여 본래의 강성을 잃게 되어 하중 지지력이 감소하게 된다. 구조 부재에 급격한 내력 상실은 구조물의 붕괴 및 인명 피해로 이어질 수 있다. 구조물의 화재 시간이 길어지게 되면 구조 부재에 대한 내력 상실은 더욱 증가하게 된다. 건축물의 붕괴를 방지하기 위하여 부재 손상 여부의 파악은 매우 중요한 과제이나 국내에서 부재의 잔존내력을 진단하고 평가하는 지침이 될 만한 자료는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 구조 부재 중 합성구조인 합성보를 유한요소해석을 통하여 내화성능을 분석하고자 한다. 합성보 모델링은 한국전력기술의 협조를 받아 원자력 발전소 보조건물(Electrical Penetration Room, EPR)에 사용되는 도면을 바탕으로 수행하였다. 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 정해석 단계의 열전달 해석과 구조해석을 수행하였다. 열전달 해석 결과로 얻어진 온도분포를 데이터로 확보하여 구조해석에 열전달해석 결과를 반영시켰다. 잔존성능을 분석하기 위하여 합성보의 온도분포와 열 영향을 받은 구조해석의 최대변위 결과를 도출하여 실험 결과 데이터와 구조해석 결과 데이터를 비교분석하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제24권5호
• /
• pp.9-16
• /
• 2020

CFRP 시트를 이용한 RC 구조물의 보강은 다양한 방법으로 적용되어 왔으며, 관련 연구도 오랜 기간 수행되어 왔다. 하지만 CFRP 보강에 대한 연구는 대부분 실험적으로 수행되어, 다양한 변수 효과를 효율적으로 분석하기에는 한계가 있었다. 본 연구에서는 CFRP 시트로 보강된 RC 보의 구조거동을 ABAQUS 프로그램을 이용하여 수치해석적으로 분석하였다. RC 보 하면과 시트 사이에 Cohesive 요소를 적용하여 CFRP 보강 RC 보의 주요 파괴모드인 CFRP 시트 탈락을 모사하였다. CFRP 시트 탈락에 의한 급격한 비선형 문제 및 효율적인 유한요소해석을 위하여 준정적 해석 기법과 2 차원 대칭 모델을 사용하였다. 본 연구에서 수행한 유한요소해석 결과는 기존 실험결과를 잘 반영하는 것을 확인하였으며, CFRP 보강 수준과 최대 강도, 초기 강성, 파괴시점의 관계를 분석하였다. 총 31개 모델에 대한 유한요소해석을 수행한 결과 보강 수준의 증가에 따라 최대 강도 및 초기 강성이 sin 함수 형태로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 과도한 CFRP 시트 보강은 파괴시점을 앞당겨 보강 구조물의 취성파괴를 야기할 수 있음을 확인하였으며, 이를 방지하기 위한 적절한 수준의 CFRP 시트 보강 설계가 필요할 것으로 판단된다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제78권1호
• /
• pp.41-52
• /
• 2021

Inelastic static pushover analysis has been used in the academic-research widely for seismic analysis of structures. Nowadays, the variety pushover analysis methods have been developed, including Modal pushover, Adaptive pushover, and Cyclic pushover, in which some weaknesses of the conventional pushover method have been rectified. In the conventional pushover analysis method, the effects of cumulative growth of cracks are not considered on the reduction of strength and stiffness of RC members that occur during earthquake or cyclic loading. Therefore, the Cyclic Pushover Analysis Method (CPA) has been proposed. This method is a powerful technique for seismic evaluation of regular reinforced concrete buildings in which the first mode of them is dominant. Since the bridges have different structures than buildings, their results cannot necessarily be attributed to bridges, and more research is needed. In this study, a cyclic pushover analysis with four loading protocols (suggested by valid references) by the Opensees software was conducted for seismic evaluation of two regular reinforce concrete bridges. The modeling method was validated with the comparison of the analytical and experimental results under both cyclic and dynamic loading. The failure mode of the piers was considered in two-mode of flexural failure and also a flexural-shear failure. Along with the cyclic analysis, conventional analysis has been studied. Also, the nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) method has been used to examine and compare the results of pushover analyses. The time history of 20 far-field earthquake records was used to conduct IDA. After analysis, the base shear vs. displacement in the middle of the deck was drawn. The obtained results show that the cyclic pushover analysis method is able to evaluate an accurate seismic behavior of the reinforced concrete piers of the bridges. Based on the results, the cyclic pushover has proper convergence with IDA. Its accuracy was much higher than the conventional pushover, in which the bridge piers failed in flexural-shear mode. But, in the flexural failure mode, the results of each two pushover methods were close approximately. Besides, the cyclic pushover method with ACI loading protocol, and ATC-24 loading protocol, can provided more accurate results for evaluating the seismic investigation of the bridges, specially if the bridge piers are failed in flexural-shear failure mode.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제23권2호
• /
• pp.13-23
• /
• 2022

교량 기초의 지반-구조물 상호작용은 지진 시 교량의 거동에 영향을 미치는 주요한 요인으로 지적되어 왔다. 본 연구에서는 지반의 특성 및 기초의 특성이 교량 기초의 지진취약도에 미치는 영향을 분석하였다. 지반의 특성 변화 및 기초의 크기 변화를 고려한 등가정적해석 결과, 상재하중이 작용하는 경우 같은 수준의 횡방향 변위를 발생시키기 위해 요구되는 하중이 증가되는 것을 확인할 수 있었으며, 비선형성은 상재하중이 없는 경우가 더 큰 것으로 나타났다. 느슨한 지반에서 조밀한 지반으로 갈수록 기초의 크기가 증가할수록 동일한 변위를 발생시키기 위해 더 큰 하중을 필요로 하는 것으로 나타났다. 또한, 교량의 지진취약도를 합리적으로 획득하기 위한 접근법을 도출하기 위하여 교량 기초의 지진취약도를 4가지의 조건(고정단 조건, 도로교 설계기준-등가선형강성, 상재하중 고려 시 및 미고려 시 비선형 강성)을 고려하여 비교하였다. 단주교각에 대한 지진해석은 Opensees를 이용하여 수행하였다. 지진취약도 분석 결과, 보수적인 접근법으로 확대기초는 고정단으로 고려할 수 있으며, 말뚝기초의 크기가 작은 경우는 고정단으로 고려하여 안전측 설계를 검토할 수 있으나, 말뚝의 크기가 대형화 하는 경우는 비경제적인 설계가 될 수 있으므로, 지반조건에 따라 기초의 강성을 평가할 수 있는 도로교 등가 선형 스프링 강성을 고려하는 것이 합리적인 접근법으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제35권3호
• /
• pp.141-148
• /
• 2022

본 논문에서는 축하중과 폭발하중을 동시에 받는 철근콘크리트 부재의 구조 거동을 분석하였다. 기본적인 폭발하중을 받는 패널 실험 데이터, 축하중과 폭발하중을 받는 철근콘크리트 기둥 실험데이터를 이용하여 비선형 동적해석 모델링을 검증하였다. 축하중의 적용에 있어서 Autodyn은 동적해석만을 위한 프로그램이기 때문에 축하중과 같은 정적 하중에 대한 초기 응력 상태를 모사하는 해석 절차를 제시하였다. 축하중비 0%~70% 구간과 TNT 등가량에 의존한 환산거리 1.1~2.0에 해당하는 매개변수를 선정하여 총 80개의 비선형 동적 유한요소해석을 진행하였다. 축하중비와 환산거리의 변화를 통해 손상정도와 최대 변위 및 회전각으로 구조 거동을 비교 분석한 결과로 원거리 폭발하중에서 축하중을 받는 기둥의 강성 증가로 최대 변위가 감소한다. 결과적으로 축하중비 10%~30%, 30%~50%, 50% 이상의 영역 3가지로 구조적 거동 분류가 가능함에 따라 내폭 설계 모델 개발에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제26권6호
• /
• pp.128-138
• /
• 2022

본 연구에서는 원심성형으로 제작된 100MPa이상의 초고강도 콘크리트 각형보를 피암터널의 상부구조로 적용하기 위해 원심성형 보를 부모멘트 영역인 하부구조와 일체화시킨 우각부 단면에 대한 구조적인 안전성을 검증하는 것을 목적으로 실물크기의 시험체를 제작하고 하중재하시험 및 해석연구를 수행하였다. 피암터널 표준모델에 대해 시방규정에 의한 하중조합으로 설계하였을 때 상부슬래브 단부의 우각부에 최대 모멘트가 발생하는 것과 같은 효과를 기대하기 위하여 수정된 캔틸레버 형식의 구조모형 시험체를 제작하여 우각부 고정연결방법에 대한 성능과 최적연결시공법을 도출하기 위한 연구가 수행되었다. 실험결과, 개발된 고정연결장치는 형상과 연결방식에 상관없이 모두 안정적인 휨 거동을 나타내었다. 또한, 시험체는 파괴시까지 고정연결장치에 의해 연결된 원심성형 PSC 각형보와 상부슬래브가 일체 거동을 하는 것으로 나타나 고정연결장치의 성능이 매우 우수한 것으로 확인되었다. FEM 해석에 따른 우각부 해석모델의 거동은 재하실험과 비교하여 강성이 미소하게 나타났으나 전체적인 거동이 거의 유사하게 나타났다. 따라서, 본 연구에서 개발한 원심성형 각형보와 벽체간의 우각부 연결부를 시공함에 있어 구조적으로 문제가 없을 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제26권2호
• /
• pp.151-157
• /
• 2014

초고성능 콘크리트(UHPC)의 높은 강도 및 내구성으로 인하여 교량 바닥판에 UHPC를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판은 강도 및 강성이 기존 콘크리트보다 월등히 높아 합성된 강재 거더 상부 플랜지의 구조적 역할을 대신할 수 있을 것이므로, 이 연구에서는 상부 플랜지를 생략한 역T형 거더를 UHPC 바닥판과 합성한 형식을 제안하고자 한다. 역T형 거더를 적용함에 있어 상부플랜지에 전단연결재를 용접하는 방식으로 전단연결재를 설치할 수 없으므로, 새로운 형식의 전단연결재의 개발이 필요하다. 이 연구에서는 3가지 형식의 전단연결재를 제안하고 이들의 정적 극한강도를 실험적으로 평가하였다. 첫 번째 형식은 웨브에 스터드를 횡방향으로 직접 용접한 전단연결재이고, 두 번째는 유럽에서 개발된 퍼즐스트립 형식의 전단연결재이며, 마지막은 횡방향 스터드와 퍼즐스트립을 조합한 전단연결재이다. 실험 결과 횡방향 스터드는 AASHTO LRFD에 제시된 기존 스터드 전단연결재의 강도 설계식 보다 평균 24% 크게 나타났으나, 바닥판에 쪼갬 균열이 현저히 발생하여 이를 방지하기 위한 새로운 대책이 필요한 것으로 나타났다. 퍼즐스트립은 기존 유럽의 연구에서 제안한 극한강도 평가식 보다 40% 큰 강도를 보여, 기존의 평가식이 지나치게 보수적인 것으로 나타났다. 마지막으로 2가지를 조합한 형식의 전단연결재의 극한강도는 각각의 전단연결재의 극한강도를 산술적으로 합한 것보다 작은 극한 강도를 보였고 바닥판에 균열 또한 현저하였으므로, 조합에 따른 상승효과를 기대할 수 없었다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제34권6호
• /
• pp.1731-1741
• /
• 2014

교통수요의 증가에 따른 교통혼잡을 피하기 위하여 고가도로와 고속도로, 경전철 등이 활발히 건설되고 있으며, 이에 따라 접속부 등과 같은 곡률반경이 작은 곡선교 구간의 발생이 증가하고 있다. 초기에는 직선형의 주형을 연결하여 곡선을 이루는 방법을 사용하였으나, 공사비의 증가와 미관성 측면에서 용이하지 않아 강재를 사용한 곡선주형이 개발되어 적용되고 있다. 강재의 특성상 기하학적인 형상을 구현하는데 상대적으로 손쉽기 때문에 대부분의 곡선교에서는 강재를 이용한 강박스 거더교를 주로 사용하고 있다. 그러나 강박스 거더교는 초기 공사비가 고가이고, 도장과 같은 지속적인 유지관리가 필요한 문제점을 가지고 있다. 최근에는 I형 강재 플레이트 거더를 사용하는 방법이 활발히 연구되고 있으나 곡선 I형상의 특성상 개단면이고 얇은 플레이트를 사용하기 때문에 비틀림 강성이 매우 작아 안전성에 문제가 있는 것으로 지적되고 있다. 이러한 곡선강교의 대안으로 경제성과 안전성이 확보되는 프리캐스트 PSC 곡선거더가 제시되고 있다. 이에 본 연구에서는 프리캐스트 PSC 곡선거더를 효율적으로 제작할 수 있는 스마트 몰드 시스템을 개발하고 이를 적용한 2주형 40m 실물교량의 정적 휨 파괴 실험을 통하여 안전성을 확인하고자 한다. 제작단계에서 단일 거더는 곡률반경에 의해 거더의 전도에 대한 안정성이 문제가 있으나 가로보로 연결된 멀티거더는 하중분배가 적절히 이루어지며 안정성이 확보되는 것으로 나타났다. 정적구조 실험결과에서는 균열하중(1,400 kN)이 설계하중(450 kN)의 약 3배 이상 높은 것으로 나타났으며, 허용처짐량에 해당하는 하중은 설계하중의 4배인 1,800 kN에서 발생하여 사용성과 안전성이 모두 확보되는 것으로 나타났다.

• 농업과학연구
• /
• 제13권1호
• /
• pp.113-122
• /
• 1986

옥수수 수확(收穫)의 기계화(機械化) 사업(事業)을 촉진(促進)시키기 위(爲)하여, 옥수수립(粒)의 제반압축특성(諸般壓縮特性)을 규명(糾明)하며 모든 기계화(機械化) 작업도정(作業過程)에서 손상율(損傷率)이 최소(最小)로 되는 기계(機械)의 설계자료(設計資料)를 얻고자 함수율(含水率)이 옥수수립(粒)의 압축특성(壓縮特性)에 미치는 영향(影響)을 구명(究明)하기 위(爲)하여 국내재배(國內栽培)한 3품종(品種)의 옥수수를 공시재료(供試材料)로 압축방향(壓縮方向)은 평면(平面), 측면(側面), 직립(直立)의 3 수준(水準), 함수율(含水率)은 약(約) 13, 17, 21, 25%(w.b)의 4수준(水準)으로 하고 재하속도(載荷速度) 1.125mm/min의 준(準) 정하량(靜荷重)에서 Straingage system을 이용(利用), 평판축시험(平板縮試驗)을 실시(實施)하여 옥수수의 강복점(降伏點) 및 파괴점(破壞點)에 대(對)한 압축응력(壓縮應力), 변형(變形), 에너지 및 강성계수(剛性係數)를 측정(測定), 분석(分析)하였으며 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 옥수수의 함수율(含水率)이 약(約)12.5~24.5%(w.b)의 범위(範圍)일 때 평면위치(平面位置)의 강복하중(降伏荷重)은 13.63~26.73kg, 최대압축강도(最大壓縮强度)는 21.55~47.65kg 으로 함수율(含水率)이 약(約) 17% 일 때 최소(最小), 약(約) 21% 일 때 최대(最大)였으며, 측면(側面) 강복하중(降伏重荷)은 13.58~6.70kg 이었고, 측면(側面)의 최대압축강도(最大壓縮强度) 16.42~7.82kg은 직립(直立)의 최대압축강도(最大壓縮强度)인 18.55~9.05kg 보다 약간 작게 나타났다. 2. 함수율(含水率)이 약(約) 12.5~24.5%의 범위(範圍)에서, 강복변형(降伏變形)은 0.43~1.37mm, 파괴변형(破壞變形)은 0.70~2.66mm로 함수율(含水率)에 비례(比例) 변형(變形)하였으며 함수율(含水率)이 높을수록 변형율(變形率)도 증가(增加)하였다. 3. 옥수수의 함수율(含水率)이 약(約) 12.5~24.5%일 때, 탄성(彈性)에너지는 $2.60{\sim}8.57kg{\cdot}mm$, 인성에너지는 $6.41{\sim}34.36.kg{\cdot}mm$로 함수율(含水率)이 증가(增加)할수록 측면(側面)의 인성에너지는 증가(增加)하였고, 직립(直立)의 경우에 감소(減少)하여 22~23%의 함수율(含水率) 구간(區間)에서 측면(側面)과 직립(直立)에 압축(壓縮)에 관(關)한 인성에너지의 값은 동일(同一)하였다. 4. 강성계수(剛性系數)는 함수율(含水率)의 증가(增加)에 따라 감소(減少)하였고, 측면(側面)의 32.07~5.86kg/mm 보다 평면압축(平面壓縮)에서 42.12~18.68kg/mm로 컸으며 수원(水原)19호(號)가 부여계통(扶餘系統)보다 크게 나타났다. 5. 옥수수는 평면(平面)에 관(關)한 압축특성(壓縮特性)이 각종(各種) 기계(機械) 설계(設計)의 자료(資料)로 가장 중요(重要)하며, 함수율(含水率)이 약(約) 12.5~17%(w.b)일 때 최소(最少)의 분쇄(粉碎)에너지가 소요(所要)되며, 약(約) 19~24%(w.b)의 함수율(含水率)에서 옥수수를 조작(操作)할 때 곡립손상(穀粒損傷)을 감소(減少)시킬 수 있을 것으로 사료(思料)된다.