• Structural Engineering and Mechanics
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• 제30권1호
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• pp.37-66
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• 2008

This paper focuses on the nonlinear vibrations of stay cables and evaluates the dynamic characteristics of stay cables by using the nonlinear enhanced MECS approach and the approximate approach. The nonlinear enhanced MECS approach is that both the girder-tower vibrations and the cable vibrations including parametric cable vibrations are simultaneously considered in the numerical analysis of cable-stayed bridges. Cable finite element method is used to simulate the responses including the parametric vibrations of stay cables. The approximate approach is based on the assumption that cable vibrations have a small effect on girder-tower vibrations, and analyzes the local cable vibrations after obtaining the girder-tower responses. Under the periodic excitations or the moderate ground motion, the differences of the responses of stay cables between these two approaches are evaluated in detail. The effect of cable vibrations on the girder and towers are also discussed. As a result, the dynamic characteristics of the parametric vibrations in stay cables can be evaluated by using the approximate approach or the nonlinear enhanced MECS approach. Since the different axial force fluctuant of stay cables in both ends of one girder causes the difference response values between two approach, it had better use the nonlinear enhanced MECS approach to perform the dynamic analyses of cable-stayed bridges.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권5호
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• pp.85-98
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• 1993

본 논문에서는 재료의 시간의존적 특성에 의한 영향을 고려하며, 재료의 비선형성은 물론 기하학적 비선형성도 고려하여 평면PC사장교의 축방향력과 휨에 의한 극한거동을 해석할 수 있는 비선형 해석방법을 제시했다. 재료의 시간의존적 특성으로는 콘크리트의 크리프, 건조수축과 강도증가, PC 강재와 케이블의 이완을 고려했고 재료의 비선형성으로는 콘크리트의 인장균열과 콘크리트, 철근, PC 강재와 케이블의 비선형 응력-변형도 관계를 고려하고 하중반전에 의한 영향도 고려했다. 기하학적 비선형성으로는 케이블의 색, 구조물의 대변위에 의한 비선형 변위-변형도 관계 및 변형에 따른 구조물의 형상변화를 고려했다. 일반적 형태의 PC 사장교의 해석에 적용하여 PC 사장교의 극한거동 및 재료의 시간의존적 특성이 극한거동에 끼치는 영향을 검토했다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.747-761
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• 2011

본 논문에서는 강사장교의 케이블이 단선된 후 정역학적인 구조 거동 및 극한 거동 변화에 대해 기술한다. 사장교의 케이블은 화재, 차량의 충돌, 케이블 본선 및 정착구의 피로에 의해 단선이 가능하다. 이에 더하여 필요시 케이블의 교체 작업 시 일시적인 단선이 나타날 수 있다. 케이블이 구조물 본체에서 단락되면 결과적으로 케이블이 분담해야할 힘을 지지하지 못하여 이 힘은 다른 구조체로 전달되고 결과적으로 구조 상태의 변화가 발생한다. 그리고 케이블의 단선은 결국 구조물의 지지력의 손실을 의미하므로 케이블 단선 후 구조물의 내하력이 저하될 것이다. 본 연구에서는 엄밀한 비선형 유한요소해석 이론을 근간으로 하여 케이블 단선 후 구조물의 새로운 평형상태를 찾는 단선 해석기법을 제시한다. 그리고 케이블이 단선된 후 활하중에 대한 구조물의 극한거동을 해석할 수 있는 극한 해석 기법 역시 제시한다. 보다 합리적인 해석 연구를 위해 본 연구에서는 초기형상해석, 케이블 단선해석, 활하중에 대한 비선형해석을 순차적으로 수행하는 총 세단계의 해석 절차를 거친다. 본 해석기법을 이용하여 각 케이블의 단선이 사장교의 구조 상태 및 극한 거동의 변화에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2006년도 정기 학술대회 논문집
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• pp.993-1000
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• 2006

Practical stability design method of main members of cable-stayed bridges is proposed and discussed through a design example. For this purpose, initial tensions of stay cables and axial forces of main members are firstly determined using initial shaping analysis of bridges under dead loads. And then the effective buckling length using system elastic/inelastic buckling analysis and bending moments considering $P-{\delta}-{\Delta}$ effect by second-order elastic analysis are calculated for main girder and pylon members subjected to both axial forces and moments, respectively. Particularly, load combinations of dead and live loads, in which maximum load effects due to live loads are obtained, are taken into account and effects of live loads on effective buckling lengths are investigated.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제25권4_2호
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• pp.587-594
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• 2022

In the 2000s, a lot of cable-type grand bridges are being built in consideration of economic aspects such as the reduction of logistics costs and the distribution of traffic volume due to rapid economic development. In addition, because the recently installed grand bridges are designed in an aesthetic form that matches the surrounding environment as well as the original function of the road bridge, and serves as a milestone in an area and is used as an excellent tourism resource, attracting many vehicles and people, there is an urgent need for a safety structure that can ensure the safety of not only vehicles but also people. In order to make cable-stayed bridge safe on wind for additional five safety structures, main girder models with and without safety structures for wind-tunnel experiments was made, and wind tunnel experiments was carried out to measure aerodynamic force coefficients. Also, wind-resistant analyses of 3D cable-stayed bridge were performed on the basis of wind-tunnel experiment results. From the wind tunnel experiments for the aerodynamic force coefficients of main girder with five safety structures and the wind resistant analyses of cable-stayed bridge without safety structure and with safety structure, it was concluded that the best form of wind-resistant safety was shown in the order of mesh, standard, bracing, hollow, and closed type. And wind-resistant safety of cable-stayed bridge with hollow and closed type on design wind speed 68.0m/sec was not secured. Finally, as five safety structures are installed, maximum rate of stress increments was shown in the order of steel main beam, steel floor beam, concrete floor beam and cables.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.539-547
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• 2002

사장교의 정확한 초기형상을 결정하기 위한 초기평형상태 해석법으로 케이블 장력에 큰 영향을 미치는 축방향 변형을 고려한 반복해석 알고리즘을 제시하였다. 해석의 정확성과 수렴성을 향상시키기 위해 매개변수 해석을 통해 케이블 장력의 초기값을 간단하게 결정할 수 있는 방법을 제안하였으며, 3차원 뼈대요속와 탄성현수선요소를 적용한 해석 프로그램을개발하여 사장교의 기하비선형 거동을 고려하였다. 실교량 모델을 포함한 해석 예제를 통하여 본 연구에서 제시한 해석 알고리즘의 정확성과 적용성을 검증하였다. 제안된 해석 알고리즘은 부재 제작시 측방향 변형을 제작 캠버량으로 반영하지 않는 경우나 시공중 발생하는 시공오차나 제작오차의 영향을 제거하기 위해 최종장력을 보정하는 경우에 유용하게 적용될 수 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제24권5호
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• pp.549-559
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• 2017

As few multi-tower single-box multi-cell cable-stayed bridges with corrugated steel webs have been built, analysis is mostly achieved by combining single-girder model, beam grillage model and solid model in support of the design. However, such analysis methods usually suffer from major limitations in terms of the engineering applications: single-girder model fails to account for spatial effect such as shear lag effect of the box girder and the relevant effective girder width and eccentric load coefficient; owing to the approximation in the principle equivalence, the plane grillage model cannot accurately capture shear stress distribution and local stress state in both top and bottom flange of composite box girder; and solid model is difficult to be practically combined with the overall calculation. The usual effective width method fails to provide a uniform and accurate "effective length" (and the codes fail to provide a unified design approach at those circumstance) considering different shear lag effects resulting from dead load, prestress and cable tension in the construction. Therefore, a novel spatial grid model has been developed to account for shear lag effect. The theoretical principle of the proposed spatial grid model has been elaborated along with the relevant illustrations of modeling parameters of composite box girder with corrugated steel webs. Then typical transverse and longitudinal shear lag coefficient distribution pattern at the side-span and mid-span key cross sections have been analyzed and summarized to provide reference for similar bridges. The effectiveness and accuracy of spatial grid analysis methods has been finally validated through a practical cable-stayed bridge.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.175-185
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• 2003

사장교의 정확한 초기형상을 결정하기 위하여 초기부재력법과 TCUD법을 효과적으로 결합시킨 개선된 해석방법을 제시한다. 먼저 사장재, 주탑 그리고 주형을 모델링하기 위하여 무응력길이의 변화를 고려한 탄성현수선요소, 보-기둥요소의 힘-변형관계식과 접선강성 행렬 산정법을 간략히 제시한다. 이제 케이블의 무응력길이를 변수로 취급하여 교량 전체의 접선강성행렬을 산정하고, 경계조건 이외에 케이블 개수만큼의 절점변위를 설계자의 초기형상에 가깝게 되도록 추가적으로 절점변위를 구속하여 절점변위 및 무응력길이의 증분을 산정하고 이를 토대로 케이블 부재력과 주형 및 주탑의 부재력을 산정한다. 이렇게 계산된 부재력으로부터 불평형하중을 산정하고 수렴이 될 때까지 다시 반복계산이 이루어진다. 수렴이 되었을 때 사장교의 주탑 및 주형의 축방향 변위를 제거하기 위하여 초기부재력법을 적용한다. 결론적으로, 케이블의 무응력길이를 변수로 추가함으로써 사장재 주형정착부의 수직변위와 주탑의 수평변위를 설계목적에 적합하도록 제어하여 휨모멘트를 최소화할 수 있었고, 초기부재력법을 결합시켜 주형, 주탑의 축방향변위가 발생하지 않는 해석결과를 얻었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제5권4호
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• pp.399-414
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• 1997

This paper presents an investigation into the seismic response characteristics of a proposed ligh-weight pedestrian cable-stayed bridge made entirely from Glass Fiber Reinforced Plastics(GFRP). The study employs three dimensional finite element models to study and compare the dynamic characteristics and the seismic response of the GFRP bridge to a conventional Steel-Concrete (SC) cable-stayed bridge alternative. The two bridges were subjected to three synthetic earthquakes that differ in the frequency content characteristics. The performance of the GFRP bridge was compared to that of the SC bridge by normalizing the live load and the seismic internal forces with respect to the dead load internal forces. The normalized seismically induced internal forces were compared to the normalized live load internal forces for each design alternative. The study shows that the design alternatives have different dynamic characteristics. The light GFRP alternative has more flexible deck motion in the lateral direction than the heavier SC alternative. While the SC alternative has more vertical deck modes than the GFRP alternative, it has less lateral deck modes than the GFRP alternative in the studied frequency range. The GFRP towers are more flexible in the lateral direction than the SC towers. The GFRP bridge tower attracted less normalized base shear force than the SC bridge towers. However, earthquakes, with peak acceleration of only 0.1 g, and with a variety of frequency content could induce high enough seismic internal forces at the tower bases of the GFRP cable-stayed bridge to govern the structural design of such bridge. Careful seismic analysis, design, and detailing of the tower connections are required to achieve satisfactory seismic performance of GFRP long span bridges.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권5호
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• pp.115-121
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• 2006

본 논문에서는 다양한 형태의 케이블 요소들의 거동이 강사장교의 극한강도에 미치는 영향을 검토하였다. 연화소성힌지 모델을 사용한 극한강도 평가 시 보-기둥 부재의 기하학적 비선형은 안정함수를 사용하여 고려하였고 재료적 비선형성을 반영하기 위하여 CRC 접선계수와 포물선 함수를 사용하였다. 케이블 부재는 새그의 영향이 고려되었다. 연구 결과 등가탄성계수가 반영된 등가트러스 요소를 사용한 경우 강사장교의 극한강도가 케이블 요소 또는 현수선 요소를 사용하여 평가한 극한강도 보다 안전측으로 평가되었다.