• Wind and Structures
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• 제21권2호
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• pp.223-239
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• 2015

Open decks are a widely used deck configuration in long-span cable-stayed bridges; however, incorporating aerodynamic countermeasures are advisable to achieve better aerodynamic performance than a bluff body deck alone. A sectional model of an open deck cable-stayed bridge with a main span of 400 m was selected to conduct a series of wind tunnel tests. The influences of five practical aerodynamic countermeasures on flutter and vortex-induced vibration (VIV) performance were investigated and are presented in this paper. The results show that an aerodynamic shape selection procedure can be used to evaluate the flutter stability of decks with respect to different terrain types and structural parameters. In addition, the VIV performance of $\prod$-shaped girders for driving comfortableness and safety requirements were evaluated. Among these aerodynamic countermeasures, apron boards and wind fairings can improve the aerodynamic performance to some extent, while horizontal guide plates with 5% of the total deck width show a significant influence on the flutter stability and VIV. A wind fairing with an angle of $55^{\circ}C$ showed the best overall control effect but led to more lock-in regions of VIV. The combination of vertical stabilisers and airflow-depressing boards was found to be superior to other countermeasures and effectively boosted aerodynamic performance; specifically, vertical stabilisers significantly contribute to improving flutter stability and suppressing vertical VIV, while airflow-depressing boards are helpful in reducing torsional VIV.

• Wind and Structures
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• 제20권2호
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• pp.249-274
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• 2015

Long-span cable-stayed bridges exhibit some features which are more critical than typical long span bridges such as geometric and aerodynamic nonlinearities, higher probability of the presence of multiple vehicles on the bridge, and more significant influence of wind loads acting on the ultra high pylon and super long cables. A three-dimensional nonlinear fully-coupled analytical model is developed in this study to improve the dynamic performance prediction of long cable-stayed bridges under combined traffic and wind loads. The modified spectral representation method is introduced to simulate the fluctuating wind field of all the components of the whole bridge simultaneously with high accuracy and efficiency. Then, the aerostatic and aerodynamic wind forces acting on the whole bridge including the bridge deck, pylon, cables and even piers are all derived. The cellular automation method is applied to simulate the stochastic traffic flow which can reflect the real traffic properties on the long span bridge such as lane changing, acceleration, or deceleration. The dynamic interaction between vehicles and the bridge depends on both the geometrical and mechanical relationships between the wheels of vehicles and the contact points on the bridge deck. Nonlinear properties such as geometric nonlinearity and aerodynamic nonlinearity are fully considered. The equations of motion of the coupled wind-traffic-bridge system are derived and solved with a nonlinear separate iteration method which can considerably improve the calculation efficiency. A long cable-stayed bridge, Sutong Bridge across the Yangze River in China, is selected as a numerical example to demonstrate the dynamic interaction of the coupled system. The influences of the whole bridge wind field as well as the geometric and aerodynamic nonlinearities on the responses of the wind-traffic-bridge system are discussed.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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• pp.217-220
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• 2008

FRP-콘크리트 합성 바닥판을 개선하여 사장교에 경제적으로 적용 가능한 바닥판을 개발하고, 이의 설계 및 경제성 등을 제시한다. 기존의 FRP-콘크리트 합성 바닥판은 탄성계수가 낮은 GFRP 패널의 채용으로 인하여 낮은 단면 강성을 갖게 되는데, 이는 바닥판의 처짐 등과 같은 사용성 문제를 야기할 수 있다. 그래서 기존 FRP-콘크리트 합성 바닥판의 양단을 콘크리트로 감싸서 순지간이 줄어드는 효과를 얻을 수 있는 프리캐스트 FRP-콘크리트 바닥판을 고안하였다. 이 바닥판은 기존 바닥판에 비해 바닥판 지간은 늘어나면서 자중은 크게 늘지 않는 장점을 가진다. 이러한 개선된 바닥판에 대해 거더와 합성하는 경우, 거더 위에서 단순지지하는 경우로 나누어 단면 최적화를 수행하였다. 최적화된 바닥판을 중앙지간 540m인 사장교에 적용한 결과, 상부구조 및 케이블 물량의 감소 효과를 얻을 수 있어 경제적으로 적용될 수 있음을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권6호
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• pp.991-998
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• 2016

초기평형상태를 만족하는 간략해석법(Jung et al., 2015)의 무응력길이를 이용하여 사장교의 임의 시공단계를 직접적으로 모사할 수 있는 무응력길이 기반의 시공단계 해석법을 제시하고, 이 방법의 효용성과 정확성을 보이고자 한다. MIDAS해석 시 unknown load factor기능을 이용한 초기형상해석과 lack of fit force기능을 이용한 순방향해석을 실시하는데 반하여 ULM (unstrained length method)해석법은 무응력길이만 알고 있으면 중간단계를 거치지 않고 직접적으로 특정중간단계를 해석할 수 있다. 2차원 인천대교모델을 구축하고 ULM과 MIDAS를 각각 적용하여 시공단계해석을 수행하고, 수치예제를 통하여 두 해석결과를 분석한 결과, 완공계의 주탑, 주거더의 길이 차이로 인한 오차를 제외하면 비교적 서로 일치하는 결과를 보였다. 아울러, 포장무게와 카운터웨이트를 역으로 재하하여 폐합해석을 수행하고, 결과비교를 통하여 두 해석결과의 타당성을 보였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제9권2호
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• pp.145-164
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• 2012

In this paper, solar-powered, multi-scale, vibration-impedance sensor node on Imote2 platform is presented for hybrid structural health monitoring (SHM) in cable-stayed bridge. In order to achieve the objective, the following approaches are proposed. Firstly, vibration- and impedance-based hybrid SHM methods are briefly described. Secondly, the multi-scale vibration and impedance sensor node on Imote2-platform is presented on the design of hardware components and embedded software for vibration- and impedance-based SHM. In this approach, a solar-powered energy harvesting is implemented for autonomous operation of the smart sensor nodes. Finally, the feasibility and practicality of the smart sensor-based SHM system is evaluated on a full-scale cable-stayed bridge, Hwamyung Bridge in Korea. Successful level of wireless communication and solar-power supply for smart sensor nodes are verified. Also, vibration and impedance responses measured from the target bridge which experiences various weather conditions are examined for the robust long-term monitoring capability of the smart sensor system.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.163-176
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• 2006

본 논문에서는 사장교 주요부재인 거더와 주탑 및 케이블의 내하율을 평가하기 위한 식을 제안하였다. 응력 및 안정성 검토식을 이용하여 강사장교 거더와 주탑에 적용 가능한 내하율 산정식을 제안하였고 케이블의 내하율 산정식을 제안하였다. 영향선해석을 수행하여 사장교 각 부재에 인장력 최대, 압축력 최대 및 정/부 모멘트 최대의 경우에 활하중 재하 형태를 결정하였고 각 부재의 내하율 산정절차를 정리하였다. 제안된 내하율 산정방법의 타당성을 검증하기 위하여 실교량 모델인 돌산대교에 대한 적용예를 제시하였다. 일반교량의 내하율 산정방법은 돌산대교 거더와 주탑의 내하율을 과대 평가 하였으며, 제안된 내하율 산정방법은 축력과 모멘트를 동시에 지지하는 사장교 거더와 주탑의 거동을 적절히 반영하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권2호
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• pp.287-296
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• 2019

최근 지자체들이 경쟁하듯이 건설하고 있는 장경간 케이블 보도교(일명 출렁다리)는 공원 시설로 인식되어 제대로 된 검토와 설계 없이 진행되는 경우가 있다. 케이블 보도교는 기존 도로 현수교보다 훨씬 유연한 특성으로 인하여 내풍안정성 확보는 반드시 필요하며, 오히려 더 기존의 도로교보다 다양한 관점에서 상세하게 검토되어야 한다. 이에 본 연구에서는 케이블 보도교의 내풍 특성을 파악하고, 고유진동수를 추정할 수 있는 추정식을 제시하였다. 또한 경간장에 따른 플러터 풍속 추정에 대한 추세선을 제시하여 평판 거더 보도교의 내풍안정성 확보의 어려움과 그 한계를 제시하였다. 그리고 풍동실험을 통해 바닥 데크 그레이팅 적용 비율 변화를 통해 내풍안정성을 만족하는 단면을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 향후 세장 케이블 보도교 계획시 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Smart Structures and Systems
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• 제23권5호
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• pp.449-466
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• 2019

Cable-stayed bridges are attractive due to their beauty, reducing material consumption, less harm to the environment and so on, in comparison with other kinds of bridges. As a massive structure with long period and low damping (0.3 to 2%) under many dynamic loads, these bridges are susceptible to fatigue, serviceability disorder, damage or even collapse. Tuned Mass Damper (TMD) is a suitable controlling system to reduce the vibrations and prevent the threats in such bridges. In this paper, Multi Tuned Mass Damper (MTMD) system is added to the Ahvaz cable stayed Bridge in Iran, to reduce its seismic vibrations. First, the bridge is modeled in SAP2000 followed with result verification. Dead and live loads and the moving loads have been assigned to the bridge. Then the finite element model is developed in OpenSees, with the goal of running a nonlinear time-history analysis. Three far-field and three near-field earthquake records are imposed to the model after scaling to the PGA of 0.25 g, 0.4 g, 0.55 g and 0.7 g. Two MTMD systems, passive and active, with the number of TMDs from 1 to 8, are placed in specific points of the main span of bridge, adding a total mass ratio of 1 to 10% to the bridge. The parameters of the TMDs are optimized using Genetic Algorithm (GA). Also, the optimum force for active control is achieved by Fuzzy Logic Control (FLC). The results showed that the maximum displacement of the center of the bridge main span reduced 33% and 48% respectively by adding passive and active MTMD systems. The RMS of displacement reduced 37% and 47%, the velocity 36% and 42% and also the base shear in pylons, 27% and 47%, respectively by adding passive and active systems, in the best cases.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2006년도 정기 학술대회 논문집
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• pp.283-290
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• 2006

Cable-stayed bridge is a bridge that consists of one or more pylons, with cables supporting the deck. Cable-stayed bridges have come into wide use recently because of their economy, stability, and excellent appearance. It is possible to achieve a uniform moment distribution in the stiffening girders mainly by prestressing the cables, which leads to a more economical design in material and weight than other types of bridges. However, to achieve a more uniform moment distribution is vague objective, so it cannot be easily defined as the optimization problem. In other words, the minimization of cost or weight as the objective is not directly related to the optimization of cable prestressing. Therefore, it has been considered as one of the most important, difficult and also interesting topics among many researchers and bridge engineers to determine the optimal tensioning strategy how to apply prestressing forces of the cables of cable-stayed bridge. A number of approaches (Wang et al. 1993, $Negr\~{a}o\;and\;Sim\~{o}es$ 1997, Agrawal 1997, Janjic et al. 2003) to determine the optimal cable tensions have been proposed in the literature. Among these approaches the unit load method (Janjic et al. 2003) is considered in this paper because it can take into account the actual construction process while other approaches are based on the configuration of the final structure only. In this paper, '2-step approach' based on the unit load method is proposed to find the optimal tensioning strategy especially for the atypical asymmetric bridge under construction, which has continuous deck supported by one pylon and stay cables. Some numerical results will be given to show the validity of the new approach suggested in this paper.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제13권2호
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• pp.249-257
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• 2017

최근 당진-평택시에 위치한 서해대교에서 낙뢰로 인한 케이블 단선사고가 발생하였다. 이것은 자연발생 사고로 결론이 났지만 케이블교량의 단선으로 인하여 안전문제를 재검토하는 과정이 매우 중요한 일임을 상기하게 된 사건이다. 즉, 케이블 교량에서 케이블의 역할은 구조물의 안전에 지대한 영향을 미치며 이로 인해 전체구조체계에 대한 영향을 파악할 필요가 대두 되었다. 케이블 교량은 주 탑을 세우고 바닥판을 케이블로 지지하는 경제적 교량으로 케이블의 영향은 주 부재로써 전 교량시스템의 안전에 영향이 큰 부재이다. 사장교에서 케이블은 케이블의 장력이 변할 때 발생하는 사하중으로 인한 처짐의 변화 때문에 비선형 성을 가진다. 동적해석은 변형 된 사하중 접선강도행렬을 사용하여 되며 새로운 개념은 전체 교량에 대한 케이블 진동 (면내 및 스윙 모두)의 효과를 연구하기 위해 케이블을 여러 요소로 분할하였다. 이 연구의 결과는 전반적인 교량 역학에 케이블 진동의 중요성을 보여준다.