• Earthquakes and Structures
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• 제17권5호
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• pp.477-487
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• 2019

Understanding the behavior of skew bridges under the action of earthquakes is quite challenging due to the combined transverse and longitudinal responses even under unidirectional hit. The main goal of this research is to assess the response of skew bridges when subjected to longitudinal and transversal earthquake loading. The effect of skew on the response considering two- and three- span bridges with skew angles varying from 0 to 60 degrees is illustrated. Various pier fixities (and hence stiffness) and cross-section shapes, as well as different abutment's bearing articulations, are also studied. Finite-element models are established for modal and seismic analyses. Around 900 models are analyzed under the action of the code design response spectrum. $Vis-{\grave{a}}-vis$ modal properties, the higher the skew angle, the less the fundamental period. In addition, it is found that bridges with skew angles less than 30 degrees can be treated as straight bridges for the purpose of calculating modal mass participation factors. Other monitored results are bearings' reactions at abutments, shear and torsion demand in piers, as well as deck longitudinal displacement. Unlike straight bridges, it has been typically noted that skew bridges experience non-negligible torsion and bi-directional pier base shears. In a complementary effort to assess the accuracy of the conducted response spectrum analysis, a series of time-history analyses are applied under seven actual earthquake records scaled to match the code design response spectrum and critical comparisons are performed.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권5A호
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• pp.399-406
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• 2010

본 논문에서는 내진설계되지 않은 교량의 내진보강에 사용될 수 있는 지진격리장치의 하나인 마찰받침의 설계최적화에 대하여 연구하였다. 강상형교와 콘크리트교에 대하여 El Centro지진파와 인공지진파를 적용하여 마찰받침을 가진 교량구조물의 비선형동적해석을 수행하고 유전자알고리즘을 사용하여 구조물의 응답을 최적화하였다. 이 때 마찰받침의 전단력과 변위를 동시에 고려할 수 있도록 목적함수를 작성하고 전단력과 변위의 가중치를 변화시키면서 최적화를 수행하였다. 그 결과 상대적으로 경량인 강교에서는 전단력에, 상대적으로 중량인 큰 콘크리트교에서는 변위에 큰 가중치를 주는 경우 최적의 응답을 얻을 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권4A호
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• pp.303-309
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• 2011

적층고무받침은 지진격리 교량에서 면진장치로 주로 사용되고 있으며, 지진격리 설계시 적층고무받침의 성능 및 거동특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 적층고무받침의 주요 평가요소로는 압축 및 전단특성 그리고 인장특성으로 구분된다. 이 요소 중 압축특성 및 전단특성에 대한 특성실험 결과는 많으나, 인장특성에 대한 자료는 충분하지 않다. 이에 따라 본 연구에서는 인장하중을 받는 적층형 고무받침의 특성에 대해 연구를 수행하였다. 적층고무받침의 인장시험은 형상계수 및 전단변형 변화에 따른 기계적 특성에 대하여 검토하였다. 실험결과 인장변형이 증가 할수록 인장이력곡선은 비선형 특성을 보이며, 단순인장시험결과 300%이상 인장변형 후 파괴되었다. 반면에 전단변형된 상태에서 인장파괴는 약 40%이상의 인장변형 후 파괴되었다. 또한 형상계수가 낮을수록 극한인장 파괴성능이 저하되었다. 이와 같은 결과는 명확하지는 않지만 고무 층이 3축 인장 받을 경우 내부공극에 의해 균열이 확장되어 파괴가 발생하는 것으로 추측된다. 본 연구결과는 지진격리 구조물 설계시 인장하중에 대한 기초자료로 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권3호통권76호
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• pp.307-316
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• 2005

본 연구에서는 철도교량에 교량받침으로 사용될 수 있는 4종류의 고무패드의 사용상의 특성을 분석하고, 강성과 감쇠비를 결정하기 위한 방법을 제시하였다. 고무패드의 강성을 결정하기 위해서는 정적 실험을 통한 직접적인 방법과 동적 실험을 통한 간접적인 방법이 가능하다. 본 연구에서 두 가지 방법에 의해서 고무패드의 강성을 평가하고 비교하였다. 고무패드의 감쇠비는 동적 실험에 의해서만 파악이 가능하며 폴리우레탄 고무의 경우 천연고무나 크로로프렌 고무와 유사한 감쇠비를 가지는 것으로 나타났다. 폴리우레탄 고무는 천연고무나 크로로프렌 고무에 비해 경도가 크기 때문에 작은 면적으로도 큰 하중을 견딜 수 있으며, 또한 같은 형상계수를 가지는 패드에서도 더 큰 강성을 보여 철도교의 교좌로서 활용성이 더 큰 것으로 판단되었다. 천연고무나 크로로프렌 고무 패드는 수직하중에 의한 수평 변형이 크게 발생하는데 비해, 폴리우레탄 고무패드는 수직하중에 의한 수평방향의 변형이 거의 발생하지 않기 때문에 보강재에 의한 보강이 필요하지 않다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제59권3호
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• pp.387-401
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• 2016

This paper takes a half-through steel truss arch bridge as an example. A seismic analysis is conducted with nonlinear finite element method. Contrast models are established to discuss the effect of simplified method for main girder on the accuracy of the result. The influence of seismic wave direction and wave-passage on seismic behaviors are analysed as well as the superstructure and arch ring interaction which is mostly related with the supported bearings and wind resistant springs. In the end, the application of cable-sliding aseismic devices is discussed to put forward a layout principle. The main conclusions include: (1) The seismic response isn't too distinctive with the simplified method of main girder. Generally speaking, the grillage method is recommended. (2) Under seismic input from different directions, arch foot is usually the mostly dangerous section. (3) Vertical wave input and horizontal wave-passage greatly influence the seismic responses of arch ring, significantly increasing that of midspan. (4) The superstructure interaction has an obvious impact on the seismic performance. Half-through arch bridges with long spandrel columns fixed has a less response than those with short ones fixed. And a large stiffness of wind resistant spring makes the the seismic responses of arch ring larger. (5) A good isolation effectiveness for half-through arch bridge can be achieved by a reasonable arrangement of CSFABs.

• Smart Structures and Systems
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• 제24권1호
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• pp.127-139
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• 2019

Residual drifts after an earthquake can incur huge repair costs and might need to replace the infrastructure because of its non-reparability. Proper functioning of bridges is also essential in the aftermath of an earthquake. In order to mitigate pounding and unseating damage of bridges subjected to earthquakes, a self-adaptive Ni-Ti shape memory alloy (SMA)-cable-based frictional sliding bearing (SMAFSB) is proposed considering self-adaptive centering, high energy dissipation, better fatigue, and corrosion resistance from SMA-cable component. The developed novel bearing is associated with the properties of modularity, replaceability, and earthquake isolation capacity, which could reduce the repair time and increase the resilience of highway bridges. To evaluate the super-elasticity of the SMA-cable, pseudo-static tests and numerical simulation on the SMA-cable specimens with a diameter of 7 mm are conducted and one dimensional (1D) constitutive hysteretic model of the SMAFSB is developed considering the effects of gap, self-centering, and high energy dissipation. Two types of the SMAFSB (i.e., movable and fixed SMAFSBs) are applied to a two-span continuous reinforced concrete (RC) bridge. The seismic vulnerabilities of the RC bridge, utilizing movable SMAFSB with the constant gap size of 60 mm and the fixed SMAFSBs with different gap sizes (e.g., 0, 30, and 60 mm), are assessed at component and system levels, respectively. It can be observed that the fixed SMAFSB with a gap of 30 mm gained the most retrofitting effect among the three cases.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.94-105
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• 2013

건설환경의 지속적인 변화로 인하여 교량 건설비용의 최소화뿐만 아니라 공용기간중의 유지관리를 포함한 전체 비용의 최소화 및 최적화의 요구가 증가하고 있다. 이러한 이유로 교량의 상부구조에서 하부구조로 힘을 전달하기 위해 사용되는 교량받침 대신에 스터드나 연결철근 등과 같은 연결재를 사용하여 교량의 상부구조와 하부구조를 라멘식으로 일체화 시킨 교량형식이 제시되고 있다. 이 논문은 교량의 상부구조 형식을 연속 UD PSC 거더로 하여 철근콘크리트 교각과 일체화 시킨 교각일체형 연속 UD PSC 거더교를 대상으로 한다. 교각일체형 연속 UD PSC 거더교는 라멘교 형식과 거더교 형식을 결합한 교량으로 일반 받침형식의 교량과 상이한 거동특성을 나타낸다. 하지만 거동 특성에 대해 명확히 규명되어 있지 않다. 따라서 본 논문에서는 해석적 방법을 이용하여 교각일체형 연속 UD PSC 거더교의 동적거동 특성을 분석하고 2, 3경간 교각일체형 연속 UD PSC 거더교에 적용할 수 있는 충격계수 산정식을 제시하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제6권4호
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• pp.51-63
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• 2002

본 논문에서는 지진하중을 받는 사장교의 진동제어 기법 개발을 위해 제공된 벤치마크 사장교에 복합제어 기법을 적용하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Missouri 주에 건설중인 Cape Girardeau 교를 대상 구조물로 고려하였다. Cape Girardeau 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Mississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진 문제를 중요하게 고려하였다. 벤치마크 문제에는 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3자원 선형모델과 각 제어기법의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 제시되어 있다. 본 연구에서 적용한 복합제어 기법은 지진하중으로 인해 구조물에 발생되는 하중을 줄이기 위한 수동제어 기법과 상판변위와 같은 구조물의 응답을 추가적으로 제어하기 위한 능동제어 기법이 결합된 제어 방법이다. 수동제어 장지로는 납고무받침을 사용하였고 Bouc-Wen 모델을 사용하여 비선형 거동을 고려 할 수 있도륵 모델링 하였다. 능동제어 장치로는 이상적인 hydraulic actuators 가 사용되었으며 제어 알고리듬은 $H_2$/LQG 를 적용하였다. 수치해석 결과 제안방법의 성능은 수동제어 방법에 비해 매우 효과적이며, 능동제어 방법에 비해서는 약간 좋은 제어성능을 나타내었다. 복합제어 방법은 수동제어 부분 때문에 능동제어 방법에 비해 보다 신뢰할 수 있는 제어 방법이다. 따라서 제안된 제어방법은 지진하중을 받는 사장교의 제어를 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.93-101
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• 2022

국내 RC 슬래브교의 경우 공용연수가 20년 이상인 교량이 전체의 70% 이상을 차지하며, 노후화된 구조물의 수가 증가함에 따라 구조물의 안전 진단 및 유지관리의 중요성이 증가하는 실정이다. 고속도로 교량의 경우 바닥판 균열은 열화현상의 우선적인 원인이 되며, 교량 내구성 및 사용수명 저하에 밀접한 관계가 있다. 또한 신축이음과 교량받침 등의 부재 손상으로 인한 손상 발생 비율이 약 73%로 주부재보다 높다. 따라서 본 연구에서 교량 부재 손상과 바닥판 열화가 결합된 손상 시나리오를 정의하였다. 설계하중으로는 일교차를 고려한 온도 증감과 차랑햐중을 고려하여 개별 단일 손상 및 이종손상 시나리오 발생 시 바닥판 응력 분포와 최대 응력 발생 지점을 비교 분석하였다. 또한 바닥판 열화의 주요한 원인이 되는 균열의 점검 및 진단이력데이터 기반으로 공용연수 별 손상 시나리오에 대한 손상확산 분석 및 상태등급 예측을 수행하였다. 교량부재 손상이 동반되어 발생하는 이종손상의 경우 단일손상 대비 균열 면적율과 손상확산율이 증가되며, 상태등급 C에 도달하는 시기도 매우 빠를 것으로 예측된다. 따라서 교량부재 손상이 발생하였을 때, 신속한 보수 및 교체가 이루어지지 않으면 바닥판의 손상 발생과 손상 확산으로 인한 2차 피해를 유발하는 원인이 될 수 있다. 따라서 바닥판 응답에 대한 지속적인 관찰과 대응이 필요할 것으로 판단된다.

• Advances in Computational Design
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• 제2권1호
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• pp.43-56
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• 2017

The aim of this paper is to develop software for designing of steel reinforced elastomeric isolator (SREI) according to American Association for State Highway and Transportation Officials Load and Resistance Factor Design (AASHTO LRFD) Specifications. SREI is used for almost all bridge types and special structures. SREI-structures interface defines support boundary conditions and may affect the seismic performance of bridges. Seismic performance of the bridge is also affected by geometrical and materials properties of SREI. The selection of SREI is complicated process includes satisfying all the design constraints arising from code provisions and maximizing performance at the lowest possible cost. In this paper, design stage of SREI is described up to AASHTO LRFD 2012. Up to AASHTO LRFD 2012 analysis and design program of SREI performed different geometrical and material properties are created with C# object-oriented language. SREI-CAD, name of the created software, allows an accurate design for economical estimation of a SREI in a short time. To determine types of SREI effects, two different types of bearings, rectangular and circular with similar materials and dimension properties are selected as an application. Designs of these SREIs are completed with SREI-CAD. It is seen that ensuring the stability of circular elastomer bearing at the service limit state is generally complicated than rectangular bearing.