• Wind and Structures
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• 제9권4호
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• pp.271-296
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• 2006

The frequency of a traditional tuned liquid column damper (TLCD) depends solely on the length of liquid column, which imposes certain restrictions on its application to long span cable-stayed bridges during construction. The configuration of a cable-stayed bridge varies from different construction stages and so do its natural frequencies. It is thus difficult to apply TLCD with a fixed configuration to the bridge during construction or it is not economical to design a series of TLCD with different liquid lengths to suit for various construction stages. Semi-active tuned liquid column damper (SATLCD) with adaptive frequency tuning capacity is studied in this paper for buffeting response control of a long span cable-stayed bridge during construction. The frequency of SATLCD can be adjusted by active control of air pressures inside the air chamber at the two ends of the container. The performance of SATLCD for suppressing combined lateral and torsional vibration of a real long span cable-stayed bridge during construction stage is numerically investigated using a finite element-based approach. The finite element model of SATLCD is also developed and incorporated into the finite element model of the bridge for predicting buffeting response of the coupled SATLCD-bridge system in the time domain. The investigations show that with a fixed container configuration, the SATLCD with adaptive frequency tuning can effectively reduce buffeting response of the bridge during various construction stages.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제52권1호
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• pp.51-73
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• 2014

A three-dimensional finite element model for the Jiashao Bridge, the longest multi-span cable-stayed bridge in the world, is established using the commercial software package ANSYS. Dynamic characteristics of the bridge are analyzed and the effects of structural system measures including the rigid hinge, auxiliary piers and longitudinal constraints between the girders and side towers on the dynamic properties including modal frequency, mode shape and effective mass are studied by referring to the Jiashao Bridge. The analysis results reveal that: (i) the installation of the rigid hinge significantly reduces the modal frequency of the first symmetric lateral bending mode of bridge deck. Moreover, the rigid hinge significantly changes the mode shape and effective mass of the first symmetric torsional mode of bridge deck; (ii) the layout of the auxiliary piers in the side-spans has a limited effect on changing the modal frequencies, mode shapes and effective masses of global vibration modes; (iii) the employment of the longitudinal constraints significantly increases the modal frequencies of the vertical bending modes and lateral bending modes of bridge deck and have significant effects on changing the mode shapes of vertical bending modes and lateral bending modes of bridge deck. Moreover, the effective mass of the first anti-symmetric vertical bending of bridge deck in the longitudinal direction of the fully floating system is significantly larger than that of the partially constrained system and fully constrained system. The results obtained indicate that the structural system measures of the multi-span cable-stayed bridge have a great effect on the dynamic properties, which deserves special attention for seismic design and wind-resistant design of the multi-span cable-stayed bridge.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.741-750
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• 2008

본 연구의 목적은 3차원 풍동실험을 이용하여 합성형 사장교의 공기역학적 특성을 분석하는데 있다. 2차원 풍동실험에서 선정된 내풍개선 단면을 가지고 영각, 풍각에 대하여 3차원 모형의 내풍안정성을 평가한다. 설계풍속에서 수직, 비틀림 와류진동, 비틀림 플로터 등의 공기 역학적 특성을 규명하였다. 또한 사장교는 FCM으로 대부분 가설하므로 가설단계에서 강성이 부족하다. 따라서 실험은 완성계, 2개의 가설단계, 독립주탑의 단계별로 나누어 진행되었다. 원설계가 강상형교로 설계되었기 때문에 강상형교와 합성형교의 내풍특성을 비교하였다. 이 논문은 중소형 합성형 사장교의 내풍특성의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제43권5호
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• pp.637-655
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• 2012

In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated by the finite element method taking into account soil-structure interaction (SSI) effects. The considered bridge in the analysis is Quincy Bay-view Bridge built on the Mississippi River in between 1983-1987 in Illinois, USA. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. In order to determine the stochastic response of the bridge, a two-dimensional lumped masses model is considered. Incoherence, wave-passage and site response effects are taken into account for the spatially varying earthquake ground motion. Depending on variation in the earthquake motion, the response values of the cable-stayed bridge supported on firm, medium and soft foundation soil are obtained, separately. The effects of SSI on the stochastic response of the cable-stayed bridge are also investigated including foundation as a rigidly capped vertical pile groups. In this approach, piles closely grouped together beneath the towers are viewed as a single equivalent upright beam. The soil-pile interaction is linearly idealized as an upright beam on Winkler foundation model which is commonly used to study the response of single piles. A sufficient number of springs on the beam should be used along the length of the piles. The springs near the surface are usually the most important to characterize the response of the piles surrounded by the soil; thus a closer spacing may be used in that region. However, in generally springs are evenly spaced at about half the diameter of the pile. The results of the stochastic analysis with and without the SSI are compared each other while the bridge is under the sway of the spatially varying earthquake ground motion. Specifically, in case of rigid towers and soft soil condition, it is pointed out that the SSI should be significantly taken into account for the design of such bridges.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권2호
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• pp.155-162
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• 2012

최근의 토목분야의 프로젝트에 있어 장대교량의 건설이 주를 이루고 있으며, 장대교량의 여러 형식 가운데서도 사장교가 현재 계획, 설계 중인 프로젝트에서 상당한 비중을 차지하고 있다. 사장교가 대형화 및 장경간화 됨에 따라, 구조물의 경량화를 위하여 강재를 사용한 사장교가 건설되어 왔다. 그러나 많은 사례에서 주탑은 구조적, 경제적인 이유로 콘크리트로 시공되고 있다. 콘크리트는 재료적 특성상 크리프와 건조수축에 의한 장기거동의 영향을 크게 받는데, 이러한 특성으로 인하여 응력의 재분배와 시공 중 구조계의 변화 등 해석상 고려해야 할 부분이 많아진다. 본 연구에서는 철근콘크리트의 비선형성을 고려한 유한요소해석 프로그램 RCAHEST를 사용하여 콘크리트 주탑을 채택한 사장교 중에 국내 최장의 강사장교인 인천대교를 선택하여 해석을 수행하였다. 실제 시공된 교량의 시공단계해석과 완공 후 시간해석을 통하여 콘크리트 주탑만의 시간 의존적 효과가 사장교 전체계에 미치는 영향을 파악하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.1-11
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• 2006

이 논문에서는 에너지 소산장치가 장착된 사장교의 지진 취약도 해석 방법을 제시하고 에너지 소산장치의 장착 및 주탑-보강형 연결 조건에 따른 지진 취약도 변화를 살펴본다. 입력지반운동, 에너지 소산장치 특성값 및 사장교 강성 모형에 확률 변수를 도입하여 불확실성을 고려하고 에너지 소산장치의 비선형 이력거동을고려하여 시간이력 해석을 수행한다. 해석결과의 회귀분석을 통한 최대 응답과 입력지반운동 세기(intensity) 사이의 관계식으로부터 취약도 해석을 위한 소요 역량(demand)을 수립한다. 역량(capacity)에 해당하는 한계상태는 주탑 하부의 전단력, 보강형의 교축방향 변위, 케이블 장력의 변동량 그리고 강주탑의 좌굴이 고려된다. 해석 예제로서 강주탑 사장교인 제 2 진도대교 모형에 대하여 취약도 해석을 수행하였다. 취약도 해석결과 에너지 소산장치의 사용을 통하여 구속 또는 비구속 연결조건시 높은 손상확률을 보이던 한계상태에 대하여 그 손상확률을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.395-402
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• 2007

허용응력설계법과 강도설계법으로 설계된 강합성 플레이트 보강형과 콘크리트 보강형으로 구성된 장대교량인 복합사장교의 확률적 위험도 평가를 수행하였다. 최대 축력, 전단력 및 정 부모멘트 발생단면에 기초한 위험단면에 대해 AFOSM 알고리즘과 시뮬레이션기법을 사용하여 케이블, 주탑, 보강형 및 강-콘크리트 접합부의 요소신뢰성을 평가하였다. 체계신뢰성해석을 위해, 케이블, 주탑 및 콘트리트와 강합성 보강형으로 구성된 복합사장교의 시스템을 조합 파괴모드로 모델링하였으며, 이를 통해 전체 구조시스템의 파괴확률과 신뢰성지수를 산출하였다. 본 연구를 통해 복합사장교의 거동특성에 기초한 파괴모드를 제안하였고 위험도평가 방법으로서 부분 ETA기법의 효용성을 확인하였다.

• Earthquakes and Structures
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• 제16권3호
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• pp.349-358
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• 2019

Long span cable-stayed bridges are extremely vulnerable to dynamic excitations such as which caused by traffic load, wind and earthquake. Studies on cable-stayed bridge vibration control have been keenly interested by researchers and engineers in design new bridges and assessing in-service bridges. In this paper, a novel Hybrid-Tuned Mass Damper (H-TMD) is proposed and a hybrid control model named Mixed Logic Dynamic (MLD) is employed to build the bridge-H-TMD system to mitigate the vibrations. Firstly, the fundamental theory and modeling process of MLD model is introduced. After that, a new state switching design of the H-TMD and state space equations for different states are proposed to control the bridge vibrations. As the state switching designation presented, the H-TMDs can applied active force to bridge only if the structural responses are beyond the limited thresholds, otherwise, the vibrations can be reduced by passive components of dampers without active control forces provided. A new MLD model including both passive and active control states is built based on the MLD model theory and the state switching design of H-TMD. Then, the case study is presented to demonstrate the proposed methodology. In the case study, the control scheme with H-TMDs is applied for a long span cable-stayed bridge, and the MLD model is established and simulated with earthquake excitation. The simulation results reveal that the suggested method has a well damping effect and the established system can be switched between different control states as design excellently. Finally, the energy consumptions of H-TMD schemes are compared with that of Active Tuned Mass Damper (ATMD) schemes under variable seismic wave excitations. The compared results show that the proposed H-TMD can save energy than ATMD.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제70권2호
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• pp.143-152
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• 2019

In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated for variable local soil cases and wave velocities. Quincy Bay-view cable-stayed bridge built on the Mississippi River in Illinois, USA selected as a numerical example. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. The spatial variability of the ground motion is considered with the coherency function, which is represented by the components of incoherence, wave-passage and site-response effects. The incoherence effect is investigated by considering Harichandran and Vanmarcke model, the site-response effect is outlined by using hard, medium and soft soil types, and the wave-passage effect is taken into account by using 1000, 600 and 200 m/s wave velocities for the hard, medium and soft soils, respectively. Mean of maximum response values obtained from the analyses are compared with those of the specific cases of the ground motion model. It is concluded that the obtained results from the bridge model increase as the differences between local soil conditions cases of the bridge supports change from firm to soft. Moreover, the variation of the wave velocity has important effects on the responses of the deck and towers as compared with those of the travelling constant wave velocity case. In addition, the variability of the ground motions should be considered in the analysis of long span cable-stayed bridges to obtain more accurate results in calculating the bridge responses.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.295-311
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• 2021

본 연구에서는 사장교 케이블에 대한 장력계측장치의 현장적용성에 대한 실험을 수행하였다. 사장교 케이블의 장력을 추정하기 위해서 진동법을 이용하였으며 대상교량에 대해서 케이블의 가진을 통해서 모드특성을 분석하였고 케이블의 장력을 추정하기 위한 계측장치로는 GTDL360, NI Module, 9 Axes Motion Sensor등을 적용하였고 5개의 대상교량에 대해서 상기 계측장치들을 이용하여 케이블의 모드특성을 분석하여 케이블장력측정실험의 적정성을 평가하고 케이블의 장력을 추정하였다. 또한 5개의 대상교량에 대해서 수치해석을 실시하여 케이블의 고유진동수 및 케이블장력을 해석하였다. 현장 계측결과에 의한 케이블의 추정장력과 수치해석에 의한 케이블의 추정장력을 비교하여 현장계측방법의 적정성을 판단하였으며 분석결과 현장 계측에 의한 케이블의 계측장력과 해석에 의한 추정장력은 오차범위내에 있어서 상기 계측장치들을 현장에 적용하여도 무방할 것으로 판단된다. 현장실증교량의 가속도 기반의 케이블 추정장력과 수치해석에 의한 해석장력과의 값을 비교분석한 결과 값이 허용범위 내로 가속도 기반의 케이블 추정장력값은 적정한 것으로 판단된다. 또한, 현장적용성 분석결과 센서의 설치위치 및 기상조건의 제한 등 계측장치의 한계점이 존재하므로 추후 케이블 스마트 장력계측시스템에 관한 지속적인 후속연구가 필요할 것으로 판단된다.