• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제2권1호
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• pp.77-93
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• 2015

The idea of using measured dynamic characteristics for damage detection is attractive because it allows for a global evaluation of the structural health and condition. However, vibration-based damage detection for complex structures such as long-span cable-supported bridges still remains a challenge. As a suspension or cable-stayed bridge involves in general thousands of structural components, the conventional damage detection methods based on model updating and/or parameter identification might result in ill-conditioning and non-uniqueness in the solution of inverse problems. Alternatively, methods that utilize, to the utmost extent, information from forward problems and avoid direct solution to inverse problems would be more suitable for vibration-based damage detection of long-span cable-supported bridges. The auto-associative neural network (ANN) technique and the probabilistic neural network (PNN) technique, that both eschew inverse problems, have been proposed for identifying and locating damage in suspension and cable-stayed bridges. Without the help of a structural model, ANNs with appropriate configuration can be trained using only the measured modal frequencies from healthy structure under varying environmental conditions, and a new set of modal frequency data acquired from an unknown state of the structure is then fed into the trained ANNs for damage presence identification. With the help of a structural model, PNNs can be configured using the relative changes of modal frequencies before and after damage by assuming damage at different locations, and then the measured modal frequencies from the structure can be presented to locate the damage. However, such formulated ANNs and PNNs may still be incompetent to identify damage occurring at the deck members of a cable-supported bridge because of very low modal sensitivity to the damage. The present study endeavors to enhance the damage identification capability of ANNs and PNNs when being applied for identification of damage incurred at deck members. Effort is first made to construct combined modal parameters which are synthesized from measured modal frequencies and modal shape components to train ANNs for damage alarming. With the purpose of improving identification accuracy, effort is then made to configure PNNs for damage localization by adapting the smoothing parameter in the Bayesian classifier to different values for different pattern classes. The performance of the ANNs with their input being modal frequencies and the combined modal parameters respectively and the PNNs with constant and adaptive smoothing parameters respectively is evaluated through simulation studies of identifying damage inflicted on different deck members of the double-deck suspension Tsing Ma Bridge.

• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.105-111
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• 2018

본 연구는 케이블 시스템의 손상으로 인한 케이블지지 교량의 안전 수준을 평가하여 재난 관리의 활용을 목적으로 한다. 국내에 다양한 형태의 케이블지지 교량(현수교 및 사장교)이 건설되었다. 이러한 교량은 복잡한 구조 요소와 시스템을 가지고 있기 때문에 효율적인 유지 관리가 필요하다. 케이블지지 교량은 종종 인적 또는 자연 재난에 따른 위험을 직면하기도 한다. 2015년 국내 공용중인 사장교에서 번개에 의한 케이블 화재 사고가 발생하였다. 이 사건으로 인해 케이블이 파단이 발생하였고, 교량 붕괴의 위험까지도 고려되었다. 또한 이 사고로 인해 엄청난 사회적 경제적 비용이 요구되었다. 이 사건 이후로 이러한 대형 인프라 시설물에 대한 리스크 기반의 유지관리가 요구되고 있다. 본 연구는 잠재적 인 케이블 피해로 인한 교량의 안전 수준을 평가하기 위하여 수행되었고, 국내의 사장교 1개소를 선정하여 효율적이고 신속한 관리를 위한 의사결정 지원을 목표로 케이블 시스템의 손상 시나리오에 따른 교량 안전 수준을 평가하였다. 사장교의 케이블 손상 시나리오에 따른 안전 수준은 FEM 해석을 통하여 분석되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.88-94
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• 2018

국내외 현수교량 주케이블의 경우, 부식을 방지하기 위해 송기시스템을 통하여 주케이블 내부 상대습도를 보통 $40%{\pm}5%$ 이하로 유지하고 있다. 국내 주케이블 송기시스템이 설치된 현수교량의 위치는 모두 지리적으로 온난다습한 기후에 노출되는 빈도가 높은 해안지역이며, 특히나 우리나라의 해안지역은 각 계절의 온도차 및 일교차가 크기 때문에 강재 부식에 더욱 열악한 조건이다. 본 연구에서는 지역별 환경분석을 수행함으로써 보편적으로 사용하고 있는 송기시스템의 가동기준 40%가 아닌 좀 더 효율적인 지역별 송기시스템 가동 기준을 수립하는데 기초자료로 활용하고자 하였다. 최근 국내에 가장 큰 영향을 끼친 태풍 BOLAVEN(2012)과 CHABA(2016) 기간의 상대습도 분포, 분석 기간(2012~2016) 중 내습한 모든 태풍의 기간을 제외한 여름철과 겨울철의 상대습도 분포, 기온과 연계한 겨울철 상대습도 분포 분석을 통해 지역별로 송기시스템 가동기준을 차별화하는 것에 대한 근거를 마련할 수 있었다. 미래 기후변화로 인한 해수면 온도 상승 및 강수량 증가의 영향을 고려할 때 더욱더 객관적인 지역별 송기시스템 가동기준이 필요할 것으로 판단되며, 이는 추후 현수교 주케이블의 송기시스템 가동에 대한 경제적 효율성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.127-135
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• 2018

최근 국내에서의 잦은 지진 발생으로 지진에 대한 관심이 증가함에 따라 이에 대한 해석법 및 손상도를 평가하는 여러 가지 방법이 제시되고 있다. 그러나 해석 및 손상도를 평가함에 있어 각각의 부재에 대한 변위와 부재력 뿐 아니라 실제 발생하는 지지에 대하여 구조물의 손상고를 정량적으로 평가하기에는 기준 및 방법이 미비한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 케이블지지 교량인 사장교를 대상으로 실제지진하중 및 여러 가지 형태의 지진파에 대하여 지진해석을 수행하고 그 결과를 바탕으로 손상도 평가방법을 제시하였다. 손상지수는 사장교의 주탑 기울기를 기반으로 산정하였으며 물리적 내진손상 특성은 각각 A, B, C, D 레벨의 4단계로 제안하였다. 또한 지진해석방법에 따라 내진 손상지수가 항상 크거나 또는 작게 나온다고 단순하게 판단 할 수는 없었으며 본 연구는 사장교를 대상으로 하여 내진 손상지수의 제안 및 손상도 평가를 수행한 것이나 지진하중 하에서 비슷한 최대 변위응답 특성을 보이는 구조물에도 확장하여 적용할 수 있으리라 생각된다.

• 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.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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• pp.429-432
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• 2009

본 논문에서는 현수교에 대하여 지반-구조물 상호작용을 고려한 해석을 수행하였다. 교량의 앵커리지와 기초를 부분구조법(Structure method)을 이용한 지반-구조물 상호작용(Soil-Structure Interaction) 해석프로그램 SASSI를 이용하여 구조물 저면에서의 지반 임피던스(Impedance)를 계산하고 이로부터 앵커리지 및 기초와 지반에 대응하는 강성, 질량, 그리고 감쇠를 가지는 집중 파라메터 모델을 구하였다. 그리고 현수교 유한요소 모델에 앵커리지 및 기초와 지반에 대한 집중 파라메터 모델을 연계하여 전체 교량에 대한 지반-구조물 시스템을 구성하고 시간영역에서의 지반 운동에 대한 동적해석을 수행하였다. 해석결과를 지반-구조물 상호작용을 고려하지 않은 경우와 고려한 경우를 비교하였고 파동전달효과를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우를 비교함으로써 지반-구조물 상호작용의 영향을 살펴보았다.

• Wind and Structures
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• 제7권1호
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• pp.55-70
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• 2004

Aerostatic instability of a suspension bridge may suddenly appears when the deformed shape of the structure produces an increase in the value of the three components of displacement-dependent wind loads distributed in the structure. This paper investigates the aerostatic stability of suspension bridges using an advanced nonlinear method based on the concept of limit point instability. Particular attention is devoted to aerostatic stability analysis of symmetrical suspension bridges. A long-span symmetrical suspension bridge (Hu Men Bridge) with a main span of 888 m is chosen for analysis. It is found that the initial configuration (symmetry or asymmetry) may affect the instability configuration of structure. A finite element software for the nonlinear aerostatic stability analysis of cable-supported bridges (NASAB) is presented and discussed. The aerostatic failure mechanism of suspension bridges is also explained by tracing aerostatic instability path.

• 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.

• 한국해양공학회지
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• 제38권2호
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• pp.74-85
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• 2024

Offshore wind turbines are supported by various foundations, each with its considerations in design and construction. Gravity, monopile, and suction bucket foundations encounter geotechnical issues, while jacket and tripod foundations face fatigue problems. Considering this, a gravity foundation based on a steel skirt was developed, and a monopile foundation was analyzed for Pile-Soil Interaction using the p-y curve and 3D finite element method (3D FEM). In addition, for suction bucket foundations, the effects of lateral and vertical loads were analyzed using 3D FEM and centrifuge tests. Fatigue analysis for jacket and tripod foundations was conducted using a hotspot stress approach. Some hybrid foundations and shape optimization techniques that change the shape to complement the problems of each foundation described above were assessed. Hybrid foundations could increase lateral resistance compared to existing foundations because of the combined appendages, and optimization techniques could reduce costs by maximizing the efficiency of the structure or by reducing costs and weight. This paper presents the characteristics and research directions of the foundation through various studies on the foundation. In addition, the optimal design method is presented by explaining the problems of the foundation and suggesting ways to supplement them.