• Wind and Structures
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• 제28권4호
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• pp.225-238
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• 2019

In this paper a novel and efficient computational framework to estimate the stress range versus number of cycles curves experienced by a cable due to external excitations (e.g., seismic excitations, traffic and wind-induced vibrations, among others) is proposed. This study is limited to the wind-cable interaction governed by the Vortex Shedding mechanism which mainly rules cables vibrations at low amplitudes that may lead to their failure due to bending fatigue damage. The algorithm relies on a stochastic approach to account for the uncertainties in the cable properties, initial conditions, damping, and wind excitation which are the variables that govern the wind-induced vibration phenomena in cables. These uncertainties are propagated adopting Monte Carlo simulations and the concept of importance sampling, which is used to reduce significantly the computational costs when new scenarios with different probabilistic models for the uncertainties are evaluated. A high fidelity cable model is also proposed, capturing the effect of its internal wires distribution and helix angles on the cables stress. Simulation results on a 15 mm diameter high-strength steel strand reveal that not accounting for the initial conditions uncertainties or using a coarse wind speed discretization lead to an underestimation of the stress range experienced by the cable. In addition, parametric studies illustrate the computational efficiency of the algorithm at estimating new scenarios with new probabilistic models, running 3000 times faster than the base case.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권2호통권54호
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• pp.181-188
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• 2009

교량 지지용으로 사용되는 강재 케이블에 대한 장력측정은 교량 안전관리의 중요한 측정항목이다. 현재 케이블에 걸린 장력을 진동법과 로드셀로 측정하고 있으며, 최근에는 선진국에서 자기적 방식에 의한 장력측정 방법을 연구하여 이에 대해 여러 가지 결과물을 제공하고 있다. 그러나 아직 우리나라에서는 이에 대한 체계적인 연구가 수행되지 않고 있어 자기적 방식에 의한 장력측정 연구를 시작하였으며 장력측정 정밀도 향상을 위해 연구하고 있다. 자기적 방식의 장력측정에서 강재 케이블 내의 온도와 자기장에 대한 영향을 검토해야 한다. 금번 논문에서는 온도에 따라 장력센서의 출력특성을 시험하였고 주어진 자기장에서 온도보정계수를 도출하였으며 시험실 내의 장력측정 시스템에 보정계수를 적용하여 케이블 장력에 따른 장력센서의 출력특성에 대한 시험 결과를 분석하고 평가하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.219-229
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• 2003

타정식 및 자정식 현수교의 정확한 초기형상을 결정하기 위하여 초기부재력법과 TCUD법을 효과적으로 결합시킨 개선된 해석 방법을 제시한다. 먼저 기하학적 선형해석을 수행하여 장력의 초기값을 가정한다. 이제 케이블의 무응력길이를 변수로 취급하여 TCUD법에 근거한 반복계산이 이루어진다. 수렴이 되면 현수교의 주탑 및 보강형의 축방향 변위를 제거하기 위하여, 케이블의 장력과 주탑, 보강형의 압축력, 그리고 주케이블의 절점 수직변위의 수렴된 값은 이용하고 나머지 부재력과 좌표값은 초기값으로 재조정하여 초기부재력법을 적용한다. 케이블요소의 모델링에서 무응력길이를 변수로 추가함으로써 주케이블 및 행어 정착부의 변위와 주탑의 수평변위를 설계목적에 적합하도록 제어하여 휨모멘트를 최소화하였고, 초기부재력법을 결합시켜 보강형, 주탑의 축방향변위가 발생하지 않는 해석결과를 얻을 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.147-160
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• 2007

사장교 가설 시 태풍에도 내풍안정성을 확보할 수 있도록 내풍케이블 가설공법에 대한 심도 있는 실험을 수행하였다. 주경간이 각각 475m, 230m인 강합성 사장교에 대하여 가설단계별로 내풍케이블의 배치를 다양하게 적용하여 동적 풍하중이 가설 중 사장교에 미치는 영향을 전교모형실험을 통해 검토하였으며 이를 위해 풍속 별로 캔틸레버 단부의 정적 및 동적 변위, 주탑상부의 가속도 그리고 주탑 하단부의 교축방향 휨모멘트를 산정하였다. 연구 결과 캔틸레버 당 두 세트의 수직 내풍케이블이 가장 효과적인 제진대책임을 알 수 있었다. 캔틸레버 한 쪽 길이가 약 105m인 경우 한 세트의 수직 내풍케이블도 상당한 제진효과를 발휘하였으며 캔틸레버 길이가 200m 이상의 경우 수직케이블과 우물통 경사케이블이 조합된 경우와 캔틸레버 당 두 세트의 경사 내풍케이블도 좋은 제진방안으로 판단된다. 우물통 상단에 연결되는 경사케이블은 캔틸레버 단부 부근에 설치된 경우에만 어느 정도 제진효과가 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.121-129
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• 2008

본 연구에서는 FCM 공법으로 건설되는 사장교의 최종 시공 단계인 키-세그먼트 폐합 방법으로 기존의 set-back과 reset-back 방법 대신 온도 효과를 이용한 폐합방법을 제안하여, 이를 일부 타정식 사장교에 적용하였다. 제안된 방법은 키-세그먼트 폐합 전 캔틸레버 상태인 교량 시스템의 중앙 경간부 거더 내부에 인위적인 가열 작업을 하여 거더를 신장시킨 후 키-세그먼트 폐합 후 연속교 상태에서 가열을 제거하는 방법으로, 가열 작업과 가열 제거 작업시의 시스템 변화를 이용하여 교량 시스템에 인위적인 부재력을 발생시키는 방법이다. 기존의 자정식 사장교를 일부 타정식 사장교로 변경 후 시공단계 해석을 수행한 결과, 인위적으로 발생된 부재력은 일부 타정식 사장교의 구조 시스템 특징에 부합하여 거더부의 압축력을 감소시키므로 제안된 방법은 일부 타정식 사장교에 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.191-199
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• 2007

본 연구에서는 캔틸레버 공법으로 가설되는 사장교의 최종단계에서 초기평형상태를 구현하기 위한 폐합 방법을 제안하였다. 캔티레버식 가설에 의한 사장교에서 초기평형상태의 구현을 위해서는 거더 폐합단계에서 폐합단면 양측의 연직 처짐, 회전각 및 축방향 변위에 대한 적합조건을 만족시켜야 하는데, 본 연구에서는 실제 시공시 적용 가능한 데릭 크레인의 인양력과 케이블의 장력, 그리고 주탑부에 설치된 유압잭을 이용하여 적절한 폐합이 가능함을 제시하였다. 제안된 방법을 예제 교량의 시공단계 해석에 적용하여 그 타당성을 검증하였으며, 폐합시 축방향 변위에 관한 적합조건의 고려 여부가 주탑의 결과에 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.19-30
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• 2014

본 연구에서는 강주탑 기부와 기초콘크리트 연결 구조에 대해서 국내에서 특수교량의 강주탑 기부 설계에 보편적으로 적용하고 있는 명석해협대교(明石海峽大橋) 시방기준과 비선형 FEM 해석결과를 비교하였다. 명석해협대교(明石海峽大橋) 시방기준은 1970년도에 만들어진 일본 기준으로 주탑 기부와 PS 강봉 및 기초콘크리트를 스프링으로 선형 모델링하여 설계하는 방법으로서 43년이 지난 지금까지도 간편성을 이유로 이 기준을 적용하고 있다. 그러나 비선형 FEM 해석결과의 비교를 통해 특수 장대교의 강주탑 기부의 해석 및 설계에 이 기준을 적용하는 것은 여러 가지 문제점이 있음을 알 수 있었으며, 풍하중, 지진하중에 주요하게 저항하면서도 다양한 부재들로 복잡하게 연결된 강주탑 기부에 대해서는 한계상태설계법으로 발전하려는 현 시대에 맞추어 실제 거동을 반영하는 비선형 FEM해석을 적용해야 할 것이다.

• Wind and Structures
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• 제23권6호
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• pp.485-503
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• 2016

To investigate the nonlinear aerostatic stability of the Hutong cable-stayed rail-cum-road bridge with ultra-kilometer main span, a FEM bridge model is established. The tri-component wind loads and geometric nonlinearity are taken into consideration and discussed for the influence of nonlinear parameters and factors on bridge resistant capacity of aerostatic instability. The results show that the effect of initial wind attack-angle is significant for the aerostatic stability analysis of the bridge. The geometric nonlinearities of the bridge are of considerable importance in the analysis, especially the effect of cable sag. The instable mechanism of the Hutong Bridge with a steel truss girder is the spatial combination of vertical bending and torsion with large lateral bending displacement. The design wind velocity is much lower than the static instability wind velocity, and the structural aerostatic resistance capacity can meet the requirement.

• Earthquakes and Structures
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• 제8권5호
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• pp.1113-1126
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• 2015

A damage localization algorithm based on Operational Deformed Shapes and known as Interpolation Damage Detection Method, is herein applied to the finite element model of a cable stayed bridge for detecting and localizing damages in the stays and the supporting steel beams under the bridge deck. Frequency Response Functions have been calculated basing on the responses of the bridge model to low intensity seismic excitations and used to recover the Operational Deformed Shapes both in the transversal and in the vertical direction. The analyses have been carried in the undamaged configuration and repeated in several different damaged configurations. Results show that the method is able to detect the damage and its correct location, provided an accurate estimation of the Operational Deformed Shapes is available. Furthermore, the damage detection algorithm results effective also when damages coexist at the same time at several location of the cable-stayed bridge members.

• Advances in Computational Design
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• 제2권3호
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• pp.143-163
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• 2017

This paper presents a non-destructive testing method for estimating the structural response of cable-stayed footbridges. The approach combines field measurements with a numerical static analysis of the structure. When the experimental information concerning the structure deformations is coupled with the numerical data on the structural response, it is possible to calculate the static forces and the design tension resistance in selected structural elements, and as a result, assess the condition of the entire structure. The paper discusses the method assumptions and provides an example of the use of the procedure to assess the load-carrying capacity of a real steel footbridge. The proposed method can be employed to assess cable-stayed structures including those made of other materials, e.g., concrete, timber or composites.