• 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.

• 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.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.645-654
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• 2011

복층거더 번들형 사장교의 대블럭 가설 중 내풍안정성 확보를 위해 잭업바지 위에 임시벤트를 설치하여 가설 구조계를 지지하는 방안이 검토되었다. 일반적으로 거스트 계수를 곱한 정적 항력으로 임시벤트를 설계하는 경우 거더의 버페팅력에 의해 발생되는 임시벤트의 축력 변동성분을 고려할 수 없으며, 이는 일부 설계기준에 제시된 정적 상향 풍력으로도 평가할 수 없다. 유용한 해결 방안으로 주파수영역 버페팅해석을 수행하고 임시벤트에 작용하는 거더의 반력을 산정하였다. 우선 임시벤트를 해석 모델에 포함하고 거더와의 동적 상호작용을 엄밀히 반영하는 해석을 수행하였으며, 그 결과를 임시벤트가 거더를 받치는 고정 지지점으로 간주하여 해석한 경우의 결과와 비교 검토하였다. 임시벤트의 강성을 고려하는 경우 산정된 임시벤트와 거더 간 작용력은 임시벤트를 고정 지지점으로 간주하여 얻은 반력에 비하여 작은 값을 보였다. 따라서 대상교량의 가설 구조물 내풍설계를 수행하는 경우 임시벤트가 포함된 해석 모델링의 필요성과 버페팅해석을 통한 동적내풍 설계의 유용성을 제시하였다.

• 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.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제69권3호
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• pp.269-281
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• 2019

This work addresses a three-dimensional nonlinear structural analysis of the constructive phases of a cable-stayed segmental concrete bridge using The Finite Element Method through ANSYS, version 14.5. New subroutines have been added to ANSYS via its UPF customization tool to implement viscoelastoplastic constitutive equations with cracking capability to model concrete's structural behavior. This numerical implementation allowed the use of three-dimensional twenty-node quadratic elements (SOLID186) with the Element-Embedded Rebar model option (REINF264), conducting to a fast and efficient solution. These advantages are of fundamental importance when large structures, such as bridges, are modeled, since an increasing number of finite elements is demanded. After validating the subroutines, the bridge located in Rio de Janeiro, Brazil, and known as "Ponte do Saber" (Bridge of Knowledge, in Portuguese), has been numerically modeled, simulating each of the constructive phases of the bridge. Additionally, the data obtained numerically is compared with the field data collected from monitoring conducted during the construction of the bridge, showing good agreement.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.691-704
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• 2011

본 연구는 데릭크레인과 인양중인 새그먼트 자중에 의한 외력이 작용하는 시공중인 폐합 직전 사장교의 기하비선형성 및 재료비선형성을 고려한 비선형 해석을 통해 극한 거동을 규명하였다. 시공중 사장교의 상태를 수치적으로 구현하기 위해 초기형상 해석과 역방향 시공단계 해석을 순차적으로 진행하였고, 이후에는 데릭크레인 및 인양중인 새그먼트 자중을 중앙경간 최 측단에 재하 하여 폐합 전 강사장교의 주요한 거동을 모사하였다. 또한 주요 매개변수에 따른 극한거동 및 극한하중계수의 변화를 정량적으로 분석하기 위한 방법으로 주탑-거더간 강성비와 케이블 면적을 변화하면서 거동을 관찰하였고, 기하비선형성과 재료비선형성 모두를 고려한 극한해석 결과를 기하비선형성만을 고려한 기하비선형 해석과 비교하여 보다 구체적이고 정량적인 극한거동에 대해 분석하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.212-220
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• 2011

최근 들어 인천대교 등 다수의 사장교가 공용 또는 시공 중에 있으며 이러한 시점에서 국내 사장교의 기술력을 살펴본다면 시공기술은 눈에 띄게 발전하였지만 설계기술은 아직 국외 의존도가 매우 높은 실정이다. 사장교 핵심설계요소들 중 케이블 정착구조는 강력한 케이블 장력의 작용으로 국부적인 응력집중현상이 발생하므로 안전성 확보를 위해서는 반드시 국부상세해석에 의한 설계가 요구된다. 하지만 명확한 설계기준이나 이론적 설계 없이 유한요소해석에만 의존하여 설계하는 실정이며 정착구조의 이론적 기본메커니즘을 이해하지 못한 채 유한요소해석 결과에만 의존, 엔지니어의 판단력이 흐려지는 부작용을 가져오고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 케이블 정착구조 가이드 파이프앵커 형식 중 정착강관의 기존 이론적인 설계절차를 나타내고 추가적으로 고려해야 할 사항들을 국내외 설계기준에 따라 정리하고 보완 설계절차를 제시하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제20권2호
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• pp.231-246
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• 2017

A recent work by the authors has demonstrated the feasibility of scour evaluation for Kao-Ping-Hsi Cable-Stayed Bridge simply based on ambient vibration measurements. To further attain the goal of scour monitoring, a key challenge comes from the interference of several environmental factors that may also significantly alter the pier frequencies without the change of scour depth. Consequently, this study attempts to investigate the variation in certain modal frequencies of this bridge induced by several environmental factors. Four sets of pier vibration measurements were taken either during the season of plum rains, under regular summer days without rain, or in a period of typhoon. These signals are analyzed with the stochastic subspace identification and empirical mode decomposition techniques. The variations of the identified modal frequencies are then compared with those of the corresponding traffic load, air temperature, and water level. Comparison of the analyzed results elucidates that both the traffic load and the environmental temperature are negatively correlated with the bridge frequencies. However, the traffic load is clearly a more dominant factor to alternate the identified bridge deck frequency than the environmental temperature. The pier modes are also influenced by the passing traffic on the bridge deck, even though with a weaker correlation. In addition, the variation of air temperature follows a similar tendency as that of the passing traffic, but its effect on changing the bridge frequencies is obviously not as significant. As for the effect from the alternation of water level, it is observed that the frequency baselines of the pier modes may positively correlate with the water level during the seasons of plum rains and typhoon.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제9권4호통권33호
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• pp.579-588
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• 1997

사장교의 시공 특성상 여러 가지 원인에 의하여 오차가 발생하고, 복잡한 시공 과정을 거치는 동안 오차가 누적되어 점점 확대된다. 따라서, 설계와는 상당히 달리 부재에 불리한 응력분포와 교량의 과도한 처짐 등이 발생할 수 있다. 부재의 응력분포와 교량의 기하형상을 바람직한 방향으로 수정하기 위해 사장교의 시공 중에 케이블의 장력보정이 불가피하다. 기존의 장력보정 방법은 오차 단위의 차이를(케이블 장력과 주형의 처짐 등) 고려하기 위하여 최적화 과정 중에 가중치 계수를 사용하여야 한다. 하지만 이 가중치 계수를 결정하는 것이 쉽지 않고, 한 차례의 보정을 실시한 후에도 오차가 설계허용범위를 벗어날 때는 새로운 가중치 계수를 도입하여 여러 번 반복 수행해야하므로 상당한 시간이 요구된다. 본 연구에서는 이와 같은 점을 고려하여 선형퍼지회귀분석기법을 케이블 장력보정에 적용하였다. 이 방법은 설계자의 의도와 시방 규정을 선형최적화 문제의 구속 조건의 형태로 정식화 과정에 포함시킬 수 있고, 기존의 방법보다 빠르게 현장에서의 장력보정을 수행할 수 있다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.33-45
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• 2006

일반적으로 사장교와 같은 장대교량은 완성 후에 비하여 시공 중 바람에 흔들리기 쉬어 내풍 안정성 문제가 발생하는 경우가 많다. 완공상태에서 충분한 내풍안정성을 확보하고 있더라도 시공단계에서는 설계풍속 이하에서 플러터 등의 공기역학적 진동현상 이 발생하는 경우가 많기 때문에 가설공법이 결정되면 반드시 풍동실험을 능한 적절한 제진 대책 안을 입안해 두어야 한다. 본 연구에서는 가설단계를 고려한 3차원 전교모형실험을 통하여 주경간이 500m인 사장교의 공기역학적 거동을 살펴보았다. 작업 중에 안정성 확보가 중요한 밸런스드 캔틸레버 상태인 가설단계 50% 에서 내풍케이블 및 가설벤트를 이용한 4가지 제진 대책방안을 수립하여 각각에 대하여 내풍 안정성을 검토하였다. 각 설치방안 별 제진효과를 서로 비교 분석하여 검토 범위 내에서 사장교 시공 중 가장 효율적인 임시 제진방안을 제시하였다. 추가적으로 밸런스드 캔틸레버 상태와의 내풍안정성을 비교하기 위하여 완성계와 제진 대책이 없는 주경간 폐합전의 프리캔틸레버 상태에 대하여 살펴보았다.