• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권1호
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• pp.1-17
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• 2021

The influence of prestress force on the fundamental frequency and static deflection shape of uncracked Prestressed Concrete (PC) beams with a parabolic bonded tendon was examined in this paper. Due to the conflicts among existing theories, the analytical solutions for properly considering the dynamic and static behavior of these members is not straightforward. A series of experiments were conducted for a total period of approximately 2.5 months on a PC beam made with high strength concrete, subsequently and closely to the 28 days of age of concrete. Specifically, the simply supported PC member was short term subjected to free transverse vibration and three-point bending tests during its early-age. Subsequently, the experimental data were compared with a model that describes the dynamic behavior of PC girders as a combination of two substructures interconnected, i.e., a compressed Euler-Bernoulli beam and a tensioned parabolic cable. It was established that the fundamental frequency of uncracked PC beams with a parabolic bonded tendon is sensitive to the variation of the initial elastic modulus of concrete in the early-age curing. Furthermore, the small variation in experimental frequency with time makes doubtful its use in inverse problem identifications. Conversely, the relationship between prestress force and static deflection shape is well described by the magnification factor formula of the "compression-softening" theory by assuming the variation of the chord elastic modulus of concrete with time.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제8권4호
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• pp.379-402
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• 2021

Traditional approaches for structural health monitoring (SHM) seldom take ambient uncertainty (temperature, humidity, ambient vibration) into consideration, while their impacts on structural responses are substantial, leading to a possibility of raising false alarms. A few predictors model-based approaches deal with these uncertainties through complex numerical models running online, rendering the SHM approach to be compute-intensive, slow, and sometimes not practical. Also, with model-based approaches, the imperative need for a precise understanding of the structure often poses a problem for not so well understood complex systems. The present study employs a data-based approach coupled with Empirical mode decomposition (EMD) to correlate recorded response time histories under varying temperature conditions to corresponding damage scenarios. EMD decomposes the response signal into a finite set of intrinsic mode functions (IMFs). A two-dimensional Convolutional Neural Network (2DCNN) is further trained to associate these IMFs to the respective damage cases. The use of IMFs in place of raw signals helps to reduce the impact of sensor noise while preserving the essential spatio-temporal information less-sensitive to thermal effects and thereby stands as a better damage-sensitive feature than the raw signal itself. The proposed algorithm is numerically tested on a single span bridge under varying temperature conditions for different damage severities. The dynamic strain is recorded as the response since they are frame-invariant and cheaper to install. The proposed algorithm has been observed to be damage sensitive as well as sufficiently robust against measurement noise.

• Steel and Composite Structures
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• 제48권4호
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• pp.475-483
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• 2023

In this paper, a new energy-efficient semi-active hybrid bulk damper is developed that is cost-effective for use in structural applications. In this work, the possibility of active and semi-active component configurations combined with suitable control algorithms, especially vibration control methods, is explored. The equations of motion for a container bridge equipped with an MDOF Mass Tuned Damper (M-TMD) system are established, and the combination of excitation, adhesion, and control effects are performed by a proprietary package and commercial custom submodel software. Systematic methods for the synthesis of structural components and active systems have been used in many applications because of the main interest in designing efficient devices and high-performance structural systems. A rational strategy can be established by properly controlling the master injection frequency parameter. Simulation results show that the multiscale model approach is achieved and meets accuracy with high computational efficiency. The M-TMD system can significantly improve the overall response of constrained structures by modestly reducing the critical stress amplitude of the frame. This design can be believed to build affordable, safe, environmentally friendly, resilient, sustainable infrastructure and transportation.

• Steel and Composite Structures
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• 제42권5호
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• pp.591-598
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• 2022

The article deals with the possibilities of vibration stimulation. Based on the stability analysis, a multi-scale approach with a modified whole-building model is implemented. The motion equation is configured for a controlled bridge with a MDOF (multiple dynamic degrees of freedom) Tuned Mass Damper (M-TMD) system, and a combination of welding, excitation, and control effects is used with its advanced packages and commercial software submodel. Because the design of high-performance and efficient structural systems has been of interest to practical engineers, systematic methods of structural and functional synthesis of control systems must be used in many applications. The smart method can be stabilized by properly controlling the high frequency injection limits. The simulation results illustrate that the multiple modeling method used is consistent with the accuracy and high computational efficiency. The M-TMD system, even with moderate reductions in critical pressure, can significantly suppress overall feedback on an unregulated design.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.92-100
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• 2011

본 연구는 실제 교량에서 차량 주행에 따른 가속도 계측 자료를 이용하여 교량의 고유진동수를 진동 모드별로 파악한 후, 수치 모델링을 통하여 유도된 동적하중에 따른 6차 모드까지의 고유진동수를 고려하여 처짐을 계산할 수 있는 산정식에 관한 것이다. 처짐 계산식은 모드중첩법에 의한 비감쇠 강제진동 이론을 이용하여 교량을 등속도로 이동하는 동적 주행하중에 의해 발생하는 처짐을 계산할 수 있도록 수치 모델링을 하였으며, 이를 검증하고 자동으로 계산할 수 있도록 하였다. 그리고, 제안된 처짐 계산식을 검증하기 위하여 콘크리트 교량을 대상으로 동적재하시험을 실시하여 처짐을 측정하고 이 값을 본 연구의 처짐 계산식의 결과와 비교하여 정확성 및 타당성 검증을 실시하였다. 이 결과, 본 연구에서 제시하는 처짐 계산식은 고유진동수를 고려하는 진동모드의 차수가 낮은 경우에 비교적 정확한 처짐을 예측하며, 주행속도에 따라서는 적용하는 진동 모드 차수에 의하여 처짐 예측의 정확도가 영향을 받는 것을 확인하였다. 그리고, 주행속도가 비교적 빠른 경우에 한하여 본 연구에서 제시하는 처짐 계산식은 진동 모드에 상관없이 비교적 정확하고 신뢰도가 양호한 계산 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제10권1호통권34호
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• pp.47-61
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• 1998

수평곡선 I형교에서는 곡선주형의 초기곡률로 인하여 휨과 비틀림이 서로 연성 되어 복잡한 거동을 하며. 교량전체 거동에 가로보가 미치는 영향이 상당히 크다. 수평곡선 I형교의 거동특성을 파악하기 위해서는 곡선주형과 함께 가로보를 고려하여야 한다. 본 연구에서는 수평곡선 I형교에 대한 자유진동해석을 위하여 곡선주형을 유한요소 모델링하기 위한 곡선보요소와 가로보를 모델링하기위한 직선보요소를 구성하고, 이들 보요소를 사용한 유한요소 해석 프로그램을 개발한다. 곡선보 요소는 초기곡률과 됨을 고려하기 위하여 박판곡선보 이론에 근거하여 2축 대칭단면을 갖는 I형 곡선보에 대한 유한요소 정식화를 통하여 구성되며, 이때 형상함수는 박판곡선보의 선형 정적 평형방정식의 제차해를 사용한다. 직선보 요소는 됨자유도를 포함하여 절점당 7자유도를 갖는다. 개발한 프로그램에서는 직교좌표계를 사용하여 전체 강성행렬과 전체 질량행렬을 구성하며, 고유치를 구하기 위하여 Gupta의 방법을 사용한다. 기존의 연구결과를 이용하여 구성된 곡선보 요소를 비교검증하고, 수치해석 예제를 통하여 개발한 프로그램의 결과와 쉘요소를 사용하여 범용유한요소해석프로그램으로 수행한 결과를 비교한다.

• 보존과학회지
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• 제17권
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• pp.39-56
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• 2005

청계천의 광통교를 이루고 있는 주 구성 암석은 조립질의 흑운모화강암으로 대부분 홍색을 띠나 후기에 보수할 때 사용된 것으로 생각되는 것들은 회색을 띠는 것도 있다. 이 암석의 주 구성광물은 석영, 사장석, 미사장석, 정장석, 그리고 흑운모 등이며 백운모와 견운모는 장석류의 변질물로, 그리고 녹니석은 흑운모의 변질물로 소량 산출된다. 이러한 변질작용에는 풍화작용도 포함되어진다. 이들 암석들은 심한 풍화작용, 오염된 하수, 그리고 차량통행에 의한 진동과 하중의 영향에 의해 심하게 훼손되어 있다. 훼손양상 중 중요한 것들을 보면 표면박리, 입자박락, 변색, 유기물 및 중금속 원소들의 오염 그리고 균열과 파손 등을 들 수 있다. 풍화와 오염에 의한 암석의 지화학적 특징의 변화를 알기 위하여 XRD와 SEM/EDX보를 이용하여 분석하였다. 이러한 분석 결과는 풍화와 오염물질들에 의해 점토광물, 석고 및 인회석 등이 2차적으로 주로 생성되어 있으며 매우 드물게 소금(NaCl)과 방해석 결정도 생성되어 있음을 보여 주고 있다. 이들은 Ca, P, S 및 Cl과 F 등이 오염물질로 도입되어 2차 생성광물들을 형성시킨 것으로 판단된다. 또한 Cr, Pb, Pd, W, La, Zn 및 Nd등과 같은 중금속 원소들도 부분적으로 오염물질로 암석표면에 흡착되어 있음을 나타내고 있다. 부재들 간의 접촉부들은 많은 경우 가장자리들이 작게 깨어져 나가거나 파손 또는 균열들이 발달되어 있는데 이들은 주로 차량 통행에 의한 하중과 진동의 영향에 의한 것으로 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.11-19
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• 2009

최근 대형구조물의 유지관리에 대한 관심이 커지고 있으며 자연재해, 구조물의 노후 등으로 구조적 안전성의 검토가 요구되는 대형구조물의 수가 급증하고 있는 실정이다. 실제 사용하고 있는 구조물의 구조적 특성은 최초 설계 당시의 특성과 차이점을 보이는 것이 일반적이며 부재의 균열 및 구조물의 노후화 등으로 인한 강성저하에 의하여 구조물의 동특성에 변화가 나타날 수 있다. 구조물의 동특성의 변화를 관찰하면 손상의 위치를 파악할 수 있으며 정량적 평가 또한 가능하다. 교량, 건물 등 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 현재 구조용 동적계측기는 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 많은 케이블 작업을 필요로 하기 때문에 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다. 구조물의 동적응답 계측을 위하여 적용 가능한 비접촉식 방법으로는 레이저의 도플러효과 및 GPS를 이용하는 방법 등이 있으나 비경제적이기 때문에 교량구조물에 적용하기에 보편적이지 못하다. 그러나 영상 이미지를 이용하는 방법은 경제적이며 접근이 어려운 구조물의 진동 및 동특성 추출에 적합하다. 기존에 도 센서를 대신하여 카메라의 영상신호를 이용하는 연구가 수행되었으나 구조물에 부착된 target의 한 지점을 기록한 후 이미지 처리기법 을 이용하여 변위응답을 측정하는 방법으로서 측정 대상이 비교적 국한적일 수 있다. 그러므로 본 연구에서 제안한 DIC(Digital Image Correlation)기법을 이용한 다중 변위응답 측정기법을 검증하기 위하여 실내모형실험을 수행하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.148-156
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• 2018

교량 구조물 거동의 건전성 평가는 하중재하-처짐의 정적특성과 충격계수와 고유진동수 등의 동적특성으로 평가하는 것이 일반적이며, 이를 수치해석적 방법으로 비교 분석하는 것이 합리적인 방법이라 할 수 있다. 사용하중에 대한 거동은 탄성영역에서 이루어지므로 실물구조체와 수치해석의 결과는 일체성을 보이지만, 동적특성의 경우 특히, 진동학적 분석에 있어서는 구조물의 기하형상과 사용재료의 이질성에 기인하여 실물 구조체의 결과와 다소 차이를 보인다. 이러한 오차를 수렴시키기 위하여 본 연구는 실물 모형체의 실험결과를 바탕으로 다양한 수치해석적 모델을 제시하고 그 예민도를 분석함으로써, 교량 구조물 평가를 위한 실용적인 모델링 기법을 도출하여 안정적인 예비 해석 결과를 제공하는데 그 목적이 있다. 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 긴장재를 환산단면으로 치환한 모델을 기반으로 긴장재의 탄성적 특성을 반영한 모델과 수정된 탄성계수를 적용한 모델의 고유진동수가 실물 모형체의 그것과 가장 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권9호
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• pp.709-717
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• 2016

본 논문에서는 사장교 케이블의 장력 추정을 위한 영상변위 측정법의 간편성과 효율성을 보이고 효과적인 적용에 필요한 요구조건에 대해 연구하였다. 간편성과 효율성을 보이기 위해 상용 캠코드를 이용한 최소한의 장비만으로도 필요한 영상변위 측정이 가능함을 증명하였다. 이 경우 최소 장비 구성과 고속촬영에 따른 해상도 저하에 의한 크기오차가 발생할 수 있으나 진동법에 필요한 고유진동수 추정의 정확도 확보는 충분히 가능함을 알 수 있었다. 또한 진동법을 이용한 장력 추정에서 정확한 고유진동수의 검출을 위해서는 적절한 주파수 범위의 확보가 가장 중요함을 확인하였다. 이 결과를 바탕으로, 상용캠 사용 조건하에서 촬영프레임속도에 따른 장력 추정의 정확도 변동에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 모형사장교의 케이블에 대한 장력 추정 실험을 수행하였다. 모형실험을 통해 다양한 고유진동수를 가지는 케이블에 대해 촬영프레임 속도에 따라 검출 가능한 장력을 정리하였다. 그 결과 에일리어싱 효과와 가진력의 저주파수 왜곡효과를 고려하여 추정될 고유진동수가 적절한 주파수 범위(대략 이론적 범위의 10~75%) 내에 위치하도록 프레임 속도를 결정되어야 함을 보였다.