• Steel and Composite Structures
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• 제13권1호
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• pp.47-70
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• 2012

To enhance cable stiffness, this paper proposed a combined application of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) and steel materials, resulting in a novel type of hybrid stay cable system especially for the cable-stayed bridges with main span lengths of 1400~2800 m. In this combination, CFRP materials can conserve all their advantages such as light weight and high strength; while steel materials help increase the equivalent stiffness to compensate for the low elastic modulus of CFRP materials. An increase of the equivalent stiffness of the hybrid stay cable system could be further obtained with a reasonable increase of its safety factor. Following this concept, a series of parametric studies for the hybrid stay cable system with the consideration of stiffness and cost were carried out. Three design strategies/criteria, namely, best equivalent stiffness with a given safety factor, highest ratio of equivalent stiffness to material cost with a given safety factor, and best equivalent stiffness under a given cost were proposed from the stiffness and cost viewpoints. Finally, a comprehensive design procedure following the proposed design strategies was suggested. It was shown that the proposed hybrid stay cable system could be a good alternative to the pure CFRP or traditional steel stay cables in the future applications of super long span bridges.

• 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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• 제19권2호
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• pp.147-160
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• 2007

사장교 가설 시 태풍에도 내풍안정성을 확보할 수 있도록 내풍케이블 가설공법에 대한 심도 있는 실험을 수행하였다. 주경간이 각각 475m, 230m인 강합성 사장교에 대하여 가설단계별로 내풍케이블의 배치를 다양하게 적용하여 동적 풍하중이 가설 중 사장교에 미치는 영향을 전교모형실험을 통해 검토하였으며 이를 위해 풍속 별로 캔틸레버 단부의 정적 및 동적 변위, 주탑상부의 가속도 그리고 주탑 하단부의 교축방향 휨모멘트를 산정하였다. 연구 결과 캔틸레버 당 두 세트의 수직 내풍케이블이 가장 효과적인 제진대책임을 알 수 있었다. 캔틸레버 한 쪽 길이가 약 105m인 경우 한 세트의 수직 내풍케이블도 상당한 제진효과를 발휘하였으며 캔틸레버 길이가 200m 이상의 경우 수직케이블과 우물통 경사케이블이 조합된 경우와 캔틸레버 당 두 세트의 경사 내풍케이블도 좋은 제진방안으로 판단된다. 우물통 상단에 연결되는 경사케이블은 캔틸레버 단부 부근에 설치된 경우에만 어느 정도 제진효과가 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.121-129
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• 2008

본 연구에서는 FCM 공법으로 건설되는 사장교의 최종 시공 단계인 키-세그먼트 폐합 방법으로 기존의 set-back과 reset-back 방법 대신 온도 효과를 이용한 폐합방법을 제안하여, 이를 일부 타정식 사장교에 적용하였다. 제안된 방법은 키-세그먼트 폐합 전 캔틸레버 상태인 교량 시스템의 중앙 경간부 거더 내부에 인위적인 가열 작업을 하여 거더를 신장시킨 후 키-세그먼트 폐합 후 연속교 상태에서 가열을 제거하는 방법으로, 가열 작업과 가열 제거 작업시의 시스템 변화를 이용하여 교량 시스템에 인위적인 부재력을 발생시키는 방법이다. 기존의 자정식 사장교를 일부 타정식 사장교로 변경 후 시공단계 해석을 수행한 결과, 인위적으로 발생된 부재력은 일부 타정식 사장교의 구조 시스템 특징에 부합하여 거더부의 압축력을 감소시키므로 제안된 방법은 일부 타정식 사장교에 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.191-199
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• 2007

본 연구에서는 캔틸레버 공법으로 가설되는 사장교의 최종단계에서 초기평형상태를 구현하기 위한 폐합 방법을 제안하였다. 캔티레버식 가설에 의한 사장교에서 초기평형상태의 구현을 위해서는 거더 폐합단계에서 폐합단면 양측의 연직 처짐, 회전각 및 축방향 변위에 대한 적합조건을 만족시켜야 하는데, 본 연구에서는 실제 시공시 적용 가능한 데릭 크레인의 인양력과 케이블의 장력, 그리고 주탑부에 설치된 유압잭을 이용하여 적절한 폐합이 가능함을 제시하였다. 제안된 방법을 예제 교량의 시공단계 해석에 적용하여 그 타당성을 검증하였으며, 폐합시 축방향 변위에 관한 적합조건의 고려 여부가 주탑의 결과에 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

• Smart Structures and Systems
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• 제6권5_6호
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• pp.461-480
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• 2010

This paper analyses the data collected from the $2^{nd}$ Jindo Bridge, a cable-stayed bridge in Korea that is a structural health monitoring (SHM) international test bed for advanced wireless smart sensors network (WSSN) technology. The SHM system consists of a total of 70 wireless smart sensor nodes deployed underneath of the deck, on the pylons, and on the cables to capture the vibration of the bridge excited by traffic and environmental loadings. Analysis of the data is performed in both the time and frequency domains. Modal properties of the bridge are identified using the frequency domain decomposition and the stochastic subspace identification methods based on the output-only measurements, and the results are compared with those obtained from a detailed finite element model. Tension forces for the 10 instrumented stay cables are also estimated from the ambient acceleration data and compared both with those from the initial design and with those obtained during two previous regular inspections. The results of the data analyses demonstrate that the WSSN-based SHM system performs effectively for this cable-stayed bridge, giving direct access to the physical status of the bridge.

• 국제강구조저널
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• 제18권4호
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• pp.1252-1264
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• 2018

Long span bridges such as steel cable stayed and suspension bridges are usually more flexible than short to medium span bridges and expected to have large deformations. Deflections due to live load for long span bridges are important since it controls the overall heights of the bridge for securing the clearance under the bridge and serviceability for securing the comfort of passengers or pedestrians. In case of sea-crossing bridges, the clearance of bridges is determined considering the height of the ship master from the surface of the water, the trim of the ship, the psychological free space, the tide height, and live load deflection. In the design of bridges, live load deflection is limited to a certain value to minimize the vibrations. However, there are not much studies that consider the live load deflection and its effects for long span bridges. The purpose of this study is to investigate the suitability of live load deflection limit and its actual effects on serviceability of bridges for steel cable-stayed and suspension bridges. Analytical study is performed to calculate the natural frequencies and deflections by design live load. Results are compared with various design limits and related studies by Barker et al. (2011) and Saadeghvaziri et al. (2012). Two long span bridges are selected for the case study, Yi Sun-Sin grand bridge (suspension bridge, main span length = 1545 m) and Young-Hung grand bridge (cable stayed bridge, main span length = 240 m). Long-term measured deflection data by GNSS system are collected from Yi Sun-Sin grand bridge and compared with the theoretical values. Probability of exceedance against various deflection limits are calculated from probability distribution of 10-min maximum deflection. The results of the study on the limitation of live load deflection are expected to be useful reference for the design, the proper planning and deflection review of the long span bridges around the world.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1A호
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• pp.21-33
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• 2006

사장교 구조물을 대상으로 확률유한요소법을 신뢰성이론에 적합하도록 정식화하여 신뢰성해석을 보다 효율적으로 수행하고자 한다. 사장교의 초기평형해석을 수행한 후, 섭동법을 이용하여 선형 비선형 확률유한요소해석을 수행할 수 있으며, 확률변수의 상관성에 따른 신뢰성해석을 수행할 수 있는 프로그램을 작성하였다. 작성된 프로그램을 이용하여 사장교의 응답해석을 검토한 결과, 확률변수의 상호간 상관성에 따른 절점변위, 부재력 및 케이블긴장력에 대한 분산특성을 정량적으로 평가할 수 있었다. 또한 신뢰성지수 및 파괴확률을 검토하여 사장교 구조물의 안전성을 명확하게 파악하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.1-13
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• 2009

이 논문에서는 복잡한 기하학적 형상과 비선형 특성들을 보이는 곡선 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 사장교의 극한거동을 안정적으로 예측하기 위한 비선형 해법을 제시하였다. PSC 교량 구조물의 비선형 거동 및 극한거동을 예측하기 위한 해법으로서 하중제어법(load control strategy)과 변위제어법(displacement control strategy)을 적용하였다. 콘크리트의 과다한 균열과 재료상태 및 케이블 장력의 급격한 변화로 인해 불평형력(unbalanced load)이 크게 변화하여 이들 두 해법으로 해를 구할 수 없는 경우에 대한 대안으로서 불평형력을 적정한 비율로 감소시키면서 하중제어 법을 적용하여 해를 안정적으로 구해 나가는 불평형력 감쇠(scale-down of the unbalanced load)를 적용한 하중제어법을 제시하였다. PSC 거더교의 극한해석을 수행하여 불평형력 감쇠를 적용한 하중제어법의 정당성을 평가하였다. 또한 곡선 PSC 사장교의 극한해석에 이 논문에서 제시한 비선형 해법을 적용하여 복잡한 비선형성으로 인해 해가 수렴하기 어려운 해석에도 이 해법이 유용함을 확인하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제8권4호
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• pp.51-62
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• 2004

사장교의 지진응답 제어를 위한 퍼지관리제어기법에 대하여 연구하였다. 제시하는 방법은 복합제어방법의 하나로서, 여러 개의 최적제어기로 이루어진 하부제어기와 퍼지관리자로 구성되는 계층적인 구조를 가진다. 하위제어기들은 사장교의 주요 지진응답들을 저감시키도록 각각 독립적으로 설계되며, 퍼지관리자는 설계된 하위제어기들의 참여율을 조절함으로써 향상된 제진성능을 확보한다. 이는 하위제어기의 정적 제어이득을 퍼지추론과정에 기반하여 실시간으로 변화하는 동적 제어이득으로 변화함으로써 이루어진다. 제안하는 방법으리 적용성을 평가하기 위하여 Dyke 등이 제안한 사장교의 벤치마크 제어문제를 설계 예로 고려하였으며, 사장교 지진응답제어를 위한 제어변수로는 주탑하부의 전단력과 휨모멘트, 주탑상부의 수평변위 및 테크 주탑간 상대변위, 그리고 케이블의 장력을 선정하였다. 벤치마크 사장교에 대하여 제안한 퍼지관리제어기 및 최적제어이론에 기반한 LQG 제어기의 제어성능 비교로부터 제시하는 기법의 효율성을 검증하였다.