본 논문에서는 Maximum Energy Dissipation Algorithm(MEDA) 사장교의 MR댐퍼제어에 적용하고자 한다 MR댐퍼의 제어를 위해서 여러 제어 이론들이 제안되었으나, 각각의 특성에도 불구하고 성능면에서는 큰 차이가 없다 MEDA는 Lyapunove 직접법을 바탕으로 군성되는 제어이론으로써, 15년전에 제안되었음에도 실제 토목구조물에는 적용된 바 없어 그 성능 및 장점이 제대로 검증되지 않았다. 따라서 본 논문에서는 벤치마크 사장교 수치예제를 통해서, MEDA의 토목구조물에의 적용성을 성능(performance)과 강인성(robustness) 측면에서 분석하려한다. 수치예제에서 다양한 지진에 대한 층간변위, 가속도, 그리고 상대변위의 각 제어기법에 의한 감소량은 벤치마크문제에 정의된 평가지수(evaluation criteria)를 사용하였다.
This paper presents a robust hybrid control system for seismic response control of a cable-stayed bridge. Because multiple control devices are operating, a hybrid control system could alleviate some of restirctions and limitations that exist when each system is acting alone. A LQG algorithm with on-off control scheme, H$_2$ and H$_{\infty}$ control algorithms with various frequency weighting filters are used to improve the controller robustness of the active control part in the hybrid control system. The numerital simulation results show that control performances of robust hybrid control systems are similar to those of the hybrid control system with LQG algorithm. Furthermore, it is verified that robust hybrid control systems are more robust than the hybrid control system with LQG algorithm and there are no signs of instabilities in the $\pm$5% stiffness matrix perturbed system. Therefore, the proposed hybrid control system have a good robustness for stiffness matrix perturbation without loss of control effectiveness.
For more rational and economical seismic design of long span bridges, it is essential to include in the analysis the effects of multiple input motions and structural or soil nonlinearity which are not considered in the current design practice. In this paper, the effects of these factors on the seismic behavior of long span bridges are studied. First, for the effect of multiple input motions, we take into account the differences in arrival times of seismic waves. To consider nonlinear soil properties we utilize SHAKE which is based on the equivalent linearization method. As a numerical example, a cable-stayed bridge is modelled using the analytical procedures described above. It is shown from the results that the these factors influence the seismic response of the bridge significantly and should never be neglected in design.
As large structures such as highrise buildings and cable-stayed bridges become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive displacement and acceleration due to seismic excitation is increased. As a means to minimize seismic damages, various base isolation systems are adopted or considered for adoption. In this study, the seismic performance of M dampers are studied and compared with that of the NZ system as a base isolation system As the control algorithm of the MR damper, the clipped-optimal control(applied LQR method) is employed. A five-story building is modeled and the seismic performance of the two systems subjected to three different earthquakes is compared. The results show that the M damper system can provide superior protection than the NZ system for a wide range of ground motions.
This paper presents a fuzzy finite element model for the analysis of structures in the presence of multiple uncertainties. A new methodology to evaluate the cumulative effect of multiple uncertainties on structural response is developed in the present work. This is done by modifying Muhanna's approach for handling single uncertainty. Uncertainty in load and material properties is defined by triangular membership functions with equal spread about the crisp value. Structural response is obtained in terms of fuzzy interval displacements and rotations. The results are further post-processed to obtain interval values of bending moment, shear force and axial forces. Membership functions are constructed to depict the uncertainty in structural response. Sensitivity analysis is performed to evaluate the relative sensitivity of displacements and forces to uncertainty in structural parameters. The present work demonstrates the effectiveness of fuzzy finite element model in establishing sharp bounds to the uncertain structural response in the presence of multiple uncertainties.
특수교는 중요한 대형 시설물로 장기적이고 체계적인 유지관리 전략을 필요로 한다. 특히, 시설물 부재별 및 위치별로 다양한 센서를 설치하고 계측 항목별 관리 기준치 설정과 같은 시설물의 안전 확보를 위해 여러 방안들이 제시되고 있다. 이 중 지속적으로 증가하는 특수교의 수와 여러 센서에서 수집되는 데이터를 효율적으로 관리하기 위한 전략적인 방안을 제시해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 특수교 계측 시스템에서 수집되는 광범위한 데이터를 효율적으로 분석하기 위한 목적으로 자동적으로 이상신호를 처리하고 통계 결과를 산출할 수 있는 분석 툴을 개발하고자 한다. 분석 툴 개발을 위해 우선 특수교에 설치된 주요 센서 종류 및 수량과 같은 기본적인 정보와 수집된 데이터에 대한 신호 특성을 분석하였다. 이후 험펠 필터 기법을 활용 신호의 이상 유무를 판별하고 필터링하여 통계 결과를 산출하였다. 마지막으로 개발된 분석 툴의 성능 검증을 위해 현재 공용 중인 사장교와 현수교 형식의 교량을 각 1개소씩 성능검증 대상 교량으로 선정하여 신호처리 및 자동 통계 분석 성능을 실시하였고, 기존의 통계 작업 결과와 유사한 결과를 산출 할 수 있었다.
설계를 위한 교량의 해석모델은 구조물의 안전성을 확보하기 위해 자중 및 외부하중은 되도록 크게, 구조물의 강성은 되도록 작게 평가하는 것이 일반적이다. 때문에 설계모델을 이용한 버페팅 응답은 실제 공용교량의 버페팅 응답과 차이를 나타낸다. 공용교량의 버페팅 응답을 정확하게 예측하기 위해서는 공용교량의 동적특성을 계측하여 해석모델이 계측값을 반영하도록 수정하여야 한다. 일반적으로, 실제교량과 동일한 고유진동수를 갖는 MBM(Measurement -based Model)을 구축하기 위해 설계모델의 다양한 물성치를 파라미터로 조정하며 계측된 고유진동수와 일치시키는 MTM(Manual Tuning Method)이 사용되고 있다. MTM은 파라미터의 초기치 설정에 따른 임의성이 높고 여러 수렴점을 가질 수 있어 분석에 상당한 노력이 소요된다. 본 연구는 버페팅해석에 널리 적용되고 있는 단일모드 주파수영역 해석법이 구조물의 모드형상, 고유진동수 및 감쇠비의 동적특성만을 이용하는 점에 착안하여 MTM과정 없이 설계모델의 버페팅 응답을 공용교량의 버페팅 응답으로 보정하는 BRCM(Buffeting Response Correction Method)을 제안하였다. BRCM은 설계모델의 모드형상 별 버페팅 응답을 공용교량의 고유진동수만으로 보정하는 방법이다. 공용교량의 고유진동수는 상시진동에 의한 계측 가속도로부터 산정하였다. BRCM의 적용성을 단순보 모델의 시간이력 버페팅해석을 수행하여 수치적으로 평가하였으며 공용교량모델을 이용한 버페팅해석결과, BRCM과 MTM의 응답 차이는 3% 이하로 나타났다. 공용교량의 실시간 계측시스템에 BRCM을 도입할 경우 사장교의 유지관리 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
Due to the Korea's topographic characteristic, there are a lot of marine bridges to connect between islands and mainland. In addition, marine bridges play an important role in a regional landscape. For these reasons, landscape design of bridge is necessary in order to improve beautification of region. So, this studies analyzed image and landscape preference of marine bridges in rural area. The main results were summarized as follows: When rating the image of the background in sea and mountain image, 'stable' and 'natural' were rated highly. When rating the image of the arch bridge in sea and mountain image, 'beautiful', and 'attractive' were rated highly. When rating the image of the cable-stayed bridge in sea and mountain image, 'splendid', and 'attractive' were rated highly. When rating the image of the suspension bridge in sea and mountain image, 'beautiful', and 'splendid' were rated highly. Next, When rating the image of the background in sea and building image, 'stable' and 'natural' were rated highly. When rating the image of the arch bridge in sea and building image, 'beautiful', and 'splendid' were rated highly. When rating the image of the cable-stayed bridge in sea and building image, 'beautiful', and 'attractive' were rated highly. When rating the image of the suspension bridge in sea and building image, 'beautiful', and 'attractive' were rated highly. And, The image of suspension bridges in sea and mountain image is more highly preferred than other image. The background in sea and mountain image is landscape of the lowest preference. In the mountain and sea image, the preference of suspension bridge landscape has the highest rating. In the sea and building image, the preference of arch bridge landscape has the highest rating. In conclusion, the results illustrate that the marine bridge's shape and its background in rural area are important elements of a visual preference. When designing the marine bridge, designer have to choose a proper bridge shape for its background. However, this research's limitation is that this research consider only bridge shape and background to analyze landscape preference of marine bridges. Therefore, further research is necessary to consider various elements.
우리 나라의 남해안(南海岸)에 가설(架設)된 2개(個)의 사장교(斜張橋)의 출현(出現)으로 우리 나라도 명실공(名實共)히 사장교시대(斜張橋時代)의 막(幕)이 열렸다. 이 개막(開幕)은 세계적(世界的)인 추세(趨勢)에서 보면 사반세기(四半世紀) 늦게 출발(出發)하였다. 지금 선진제국(先進諸國)의 기술(技術)은 500m 급(級) 사장교(斜張橋)의 개통(開通) tape를 끊는 문전(門前)에 도래(到來)하였다. 이제부터 우리들의 연구출현(硏究出現)은 비록 걸음마부터 이지만 보다 많은 인원(人員)이 참여(參與)하여 서로 분담(分擔)하여 조직적(組織的)으로 깊이있고 폭넓은 연구(硏究)를 부지런히 지속적(持續的)으로 해 나가는 것만이 낙후(落後)된 현실(現實)을 극복(克服)하는 지름길이 될 것이다. 특(特)히 본(本) 연구(硏究)는 앞으로의 내풍(耐風), 내진설계(耐震設計)를 목표(目標)로 그 걸음마인 정적(靜的)인 해석(解析)을 구조형식별(構造形式別)로 우리나라의 특수성(特殊性)에 맞게 수치해석중심(數値解析中心)으로 취급(取扱)하였으며, 그 해석이론(解析理論)은 응력법(應力法)을 도입(導入)하였다. 해석대상(解析對象) 모델은 3경간(徑間) radial형(型)으로 내적(內的)으로 8차(次)의 부정정구조(不靜定構造)를 택(擇)하였으며, 해석(解析)에 있어서 기본계(基本系)로서 정정기본계(靜定基本系)를 취(取)하지 않고 케블을 제거(除去)한 3경간연속항(徑間連續桁)을 취(取)하였다. 또 부정정량(不靜定量)으로서는 케블에 작용(作用)하는 축력(軸力)을 취(取)하여 해석(解析)하였으며, 최종적(最終的)으로 처짐과 휨모멘트를 그림으로 나타내었다.
마할라노비스 거리 이론에 기초한 통계적 패턴 인식 기술은 안정된 외부하중에 대한 구조물 상태 평가에 대한 유용성에도 불구하고 지진과 같이 큰 변동성의 외부하중에 대한 구조물의 건전도 모니터링에는 취약하다. 손상은 일반적으로 손상되지 않은 구조물의 측정된 값의 평균과 손상된 구조물의 측정값 사이의 차이에 의해 결정된다. 외부 하중의 변동성이 커질수록 더 큰 차이가 발생하고, 이는 손상으로 인식되기 쉽다. 본 논문에서는 이러한 문제를 극복하고 불확실한 외부 하중을 받는 구조물을 지속적으로 모니터링 할 수 있도록 외부 변동성을 감소시키기 위해 마할라노비스 거리 이론을 수정한 통계적 패턴 인식 기술인 개선된 마할라노비스 거리 이론을 개발하였다. 이 방법은 일반적인 임의의 하중과 지진하중에서 정확하게 사장교의 건전도를 평가하는 것을 실험적으로 확인 하였다. 그 결과, IMDT는 손상되지 않은 케이블로부터 획득한 데이터로 손상된 케이블에 의한 구조물의 손상을 파악하는 데 유효한 것을 확인하였다. 따라서 변동성을 지닌 외부하중에 의한 교량의 건전도 모니터링에 효과적으로 적용할 수 있음을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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