• Structural Engineering and Mechanics
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• 제48권5호
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• pp.615-642
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• 2013

In this paper a study on prestressed concrete slab bridges is presented. A design philosophy based on the concept of load balancing through prestressing is proposed in order to minimize the effects of delayed deformations due to creep. Aspects related to the stress redistribution inside these bridges for time-dependent phenomena are analyzed and discussed, by applying the principles of aging linear visco-elasticity. Prestressing is seen as an equivalent external load which counterbalances the permanent loads applied to the bridge, nullifying the elastic deflections due to sustained loads, and thus avoiding the related delayed deformations. An optimization of the structural behavior through the use of one-way prestressing is achieved. The determination of a convenient variable depth of slab bridges and the correspondent layout of tendons is considered as a useful means for applying the load balancing concept in actual cases of structures like long cantilevers or bridge decks. A case-study related to the slab bridges built 30 years ago at Jeddah in Saudi Arabia is presented and discussed, in order to show the effectiveness of the proposed approach to the conceptual design of prestressed concrete bridges.

• Wind and Structures
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• 제19권4호
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• pp.421-441
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• 2014

With the assistance of typhoon field data at aerial elevation level observed by meteorological satellites and wind velocity and direction records nearby the ground gathered in Guangzhou Weather Station between 1985 and 2001, some key wind field parameters under typhoon climate in Guangzhou region were calibrated based on Monte-Carlo stochastic algorithm and Meng's typhoon numerical model. By using Peak Over Threshold method (POT) and Generalized Pareto Distribution (GPD), Wind field characteristics during typhoons for various return periods in several typical engineering fields were predicted, showing that some distribution rules in relation to gradient height of atmosphere boundary layer, power-law component of wind profile, gust factor and extreme wind velocity at 1-3s time interval are obviously different from corresponding items in Chinese wind load Codes. In order to evaluate the influence of typhoon field parameters on long-span flexible bridges, 1:100 reduced-scale wind field of type B terrain was reillustrated under typhoon and normal conditions utilizing passive turbulence generators in TJ-3 wind tunnel, and wind-induced performance tests of aero-elastic model of long-span Guangzhou Xinguang arch bridge were carried out as well. Furthermore, aerodynamic admittance function about lattice cross section in mid-span arch lib under the condition of higher turbulence intensity of typhoon field was identified via using high-frequency force-measured balance. Based on identified aerodynamic admittance expressions, Wind-induced stochastic vibration of Xinguang arch bridge under typhoon and normal climates was calculated and compared, considering structural geometrical non-linearity, stochastic wind attack angle effects, etc. Thus, the aerodynamic response characteristics under typhoon and normal conditions can be illustrated and checked, which are of satisfactory response results for different oncoming wind velocities with resemblance to those wind tunnel testing data under the two types of climate modes.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권2호
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• pp.75-83
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• 2023

이 논문에서는 보행교의 진동 사용성 평가에 있어서 보행자의 이동 질량 관성 효과의 고려 여부, 보행 패턴 등을 고려한 보행 시나리오 등에 따른 해석 결과를 제시하고, 그에 따라 보행교 설계 단계에서 동적 유한요소 해석을 통한 진동 사용성 평가에 있어 적절한 해석 방법과 유의점을 제안한다. 지간 40m의 강합성 박스 단면을 갖는 단경간 단순교 형식의 보행교에 대하여 보행자 밀도, 보행 속도, 임의 보행, 동기화 보행 등을 고려한 보행 시나리오에 대한 가속도 응답을 분석한다. 해석 결과 고정 질량 해석 방법은 임의 보행 시나리오 해석에서 이동 질량 해석과 큰 차이를 보이지 않으며 진동 사용성 평가시에는 더 넓은 진동수 대역을 가진할 수 있는 임의 보행 시나리오를 고려하는 것이 바람직할 수 있음을 보였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권1호통권53호
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• pp.179-185
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• 2009

최근 건설구조물에 대한 FRP의 활용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. FRP는 단위중량당의 강도와 강성이 기존 건설재료인 강재나 콘크리트에 비해 매우 크고, 부식에 대한 저항성이 뛰어나는 등의 여러 가지 물리적, 화학적 장점이 있다. 이러한 장점을 이용하여 FRP 외양관을 단면의 효율성을 극대화할 수 있고 경제성과 경관에 매우 효과가 큰 스트럿을 가진 PSC 박스거더교의 스트럿 부재의 피복재로 적용하고자 한다. 본 논문에서는 스트럿을 가진 PSC 박스거더에 사용되는 FRP 외양관의 적용성을 평가하기 위하여 이와 관련한 FRP 외양관의 시편실험과 FRP로 피복된 콘크리트 부재의 압축실험을 수행하였으며, 실험결과로부터 콘크리트 강도와 에너지 흡수능력 및 연성이 증진되어 스트럿 부재로써 충분한 안전성을 확보할 수 있음을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.297-303
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• 2010

현재 개발된 콘크리트 충전 대골형 파형 강판은 아치형 플레이트의 구조로서 그 특징은 구조물이 아치의 형상을 가지므로 모멘트가 작게 발생하는 압축력 지배구조의 구조적 특성을 가지게 되며 이에 따라 강재를 덧대 준공된 공간을 압축력에 유리한 콘크리트를 충전 강재 콘크리트 합성단면을 형성하여 압축력에 대한 강도 발현증대를 목적으로 한다. 이 연구에서는 새로운 개념의 콘크리트 충전 대골형 파형강판(브릿지 플레이트) 부재의 압축 및 휨 시험을 실시하여 평가된 압축력과 콘크리트 충전 브릿지 플레이트 구조물의 설계방법인 캐나다 도로교설계기준(CHBDC)의 방법으로 설계압축력을 산정하여 비교 검토함으로서 새로운 개념의 콘크리트 충전 브릿지 플레이트 부재의 안전율을 평가하였다. 설계압축력과 성능평가 시험을 통하여 얻어진 축력을 비교하여 안전율을 검토한 결과 적정 안전율 2.0이상 과도하게 나타나 CHCBD을 이용한 설계가 매우 보수적으로 평가되고 있으며, 이 연구 결과를 바탕으로 안전율을 설계에 반영한다면, 단면축소 및 시공비용 절감에 따른 경제적인 시공이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.237-246
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• 2008

연속경간을 가지는 I형강 교량은 내부 지점근처에서 상대적으로 큰 부모멘트가 발생하게 되는데, 이에 경제적인 단면 활용을 위하여 내부 지점부위의 상부 및 하부플랜지에 플레이트를 보강한 변단면을 사용하고 있다. 본 연구에서는 기존 탄성 횡-비틀림 좌굴식에 관한 연구를 토대로 하여 비탄성 구간에 있는 계단식 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 범용구조해석프로그램 ABAQUS(2006)를 이용하여 산정하고, 간편한 설계식을 제안하고 있다. 유한요소해석에는 4절점 쉘요소인 S4R이 사용되었고, 국내외에서 많이 사용되는 I형강 단면(${W36{\times}160}$)을 대상으로 하였다. 양단 및 한쪽 끝단에 계단식 단면을 가지는 보에 대해서 고려하였으며, 플랜지 길이방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 계단식 I형보를 나타내었다. 해석에 사용된 매개변수는 각각 27가지 및 36가지 조합이고, 하중조건으로 보의 순수굽힘이 발생하는 균일모멘트를 적용시켰으며, 비탄성 구간범위 내에 있는 비지지 길이에 대하여 구조해석을 수행하였다. 비탄성 횡-비틀림 거동을 보기 위하여 잔류응력 및 초기결함을 고려한 비선형해석을 실시하였는데, Pi(1995)등이 고려한 잔류응력의 형상과 국내 I형강 표준 치수 허용치에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기제작오차로 고려하였다. 본 연구 결과는 다양한 형식의 I형보가 사용되는 빌딩 및 교량의 경제적이고 합리적인 설계의 근간을 제공해 줄 것이며, 향후 다양한 하중 조건을 가지는 양단 또는 일단 계단식 단면 변화보의 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도를 계산할 수 있는 설계식 개발에 적극 활용 될 수 있을 것이다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제12권6호
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• pp.13-22
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• 2000

In order to resolve the problem of increasing traffic entailed by the economic development, road system is reorganization and new highways are built, and long span bridges over 40m are being constructed in environmental and aesthetic considerations. Most long span bridges that are currently being constructed are in general steel box girder and preflex girder bridges; however these types of breiges are less efficiency than PSC I-type girder bridges in terms of construction cost and maintenance. Therefore, in these study, structural efficiency of PSC I-type girders based on section parameters, concrete compressive strength and other design parameter is observed to develope new PSC I-type girder for long span bridges. As a results of analysis, most important design parameters that control the stress of the girder are found to be the top flange width and the height of girder. In this light, the relationship between the two variables is determined and cross-section details of the girder that most appropriates for the long span bridges are proposed. The use of high strength concrete appears to increase the general design span however the increase rate of the span from increasing concrete ultimate strength appears to be reduced depending on the span. Also, the optimal girder spacing is determined through the parameter studies of design span using the proposed girder.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제73권1호
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• pp.17-25
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• 2020

A finite element (FE) model for analyzing slender reinforced high-strength concrete (HSC) columns under biaxial eccentric loading is formulated in terms of the Euler-Bernoulli theory. The cross section of columns is divided into discrete concrete and reinforcing steel fibers so as to account for varied material properties over the section. The interaction between axial and bending fields is introduced in the FE formulation so as to take the large-displacement or P-delta effects into consideration. The proposed model aims to be simple, user-friendly, and capable of simulating the full-range inelastic behavior of reinforced HSC slender columns. The nonlinear model is calibrated against the experimental data for slender column specimens available in the technical literature. By using the proposed model, a numerical study is carried out on pin-ended slender HSC square columns under axial compression and biaxial bending, with investigation variables including the load eccentricity and eccentricity angle. The calibrated model is expected to provide a valuable tool for more efficiently designing HSC columns.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권6호
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• pp.745-751
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• 2021

Concrete filled double skin tubular members (CFDST) consist of double concentric circular or square steel tubes with concrete filled between the two steel tubes. The CFDST members, having a hollow section inside the internal tube, are generally lighter than ordinary concrete filled steel tubular members (CFT) which have a solid cross-section. Therefore, when the CFDST members are applied to bridge piers, reduction of seismic action can be expected. The present study aims to investigate, experimentally, the behavior of CFDST stub columns with double concentric square steel tubes filled with concrete (SS-CFDST) when working under centric compression. Two test parameters, namely, inner-to-outer width ratio and outer square steel tube's width-to-thickness were selected and outer steel tube's width-to-thickness ratio ranging from 70 to 160 were considered. In the results, shear failure of the concrete fill and local buckling of the double skin tubes having largest inner-to-outer width ratio were observed. A method to predict axial loading capacity of SS-CFDST is also proposed. In addition, the load capacity in the axial direction of stub column test on SS-CFDST is compared with that of double circular CFDST. Finally, the biaxial stress behavior of both steel tubes under plane stress is discussed.

• Wind and Structures
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• 제23권6호
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• pp.595-613
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• 2016

Large amplitude oscillation of steepled main cables usually presents during construction of a long-span bridge. To study this phenomenon, six typical main cables with different cross sections during construction are investigated. Two main foci have been conducted. Firstly, aerodynamic coefficients of a main cable are obtained and compared through simulation and wind tunnel test: (1) to ensure the simulation accuracy, influences of the numerical model's grid size, and the jaggy edges of main cable's cross section on main cable's aerodynamic coefficients are investigated; (2) aerodynamic coefficients of main cables at different wind attack angles are obtained based on the wind tunnel test in which the experimental model is made by rigid plastic using the 3D Printing Technology; (3) then numerical results are compared with wind tunnel test results, and they are in good agreement. Secondly, aerodynamic coefficients of the six main cables at different wind attack angles are obtained through numerical simulation. Then Den Hartog criterion is used to analyze the transverse galloping of main cables during construction. Results show all the six main cables may undergo galloping, which may be an important reason for the large amplitude oscillation of steepled main cables during construction. The flow structures around the main cables indicate that the characteristic of the airflow trajectory over a steepled main cable may play an important role in the galloping generation. Engineers should take some effective measures to control this harmful phenomenon due to the big possibility of the onset of galloping during the construction period.