• Wind and Structures
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• 제10권4호
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• pp.367-382
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• 2007

A nonlinear numerical method was developed to assess the stability of suspension bridge catwalks under a wind load. A section model wind tunnel test was used to obtain a catwalk's aerostatic coefficients, from which the displacement-dependent wind loads were subsequently derived. The stability of a suspension bridge catwalk was analyzed on the basis of the geometric nonlinear behavior of the structure. In addition, a full model test was conducted on the catwalk, which spanned 960 m. A comparison of the displacement values between the test and the numerical simulation shows that a numerical method based on a section model test can be used to effectively and accurately evaluate the stability of a catwalk. A case study features the stability of the catwalk of the Runyang Yangtze suspension bridge, the main span of which is 1490 m. Wind can generally attack the structure from any direction. Whenever the wind comes at a yaw angle, there are six wind load components that act on the catwalk. If the yaw angle is equal to zero, the wind is normal to the catwalk (called normal wind) and the six load components are reduced to three components. Three aerostatic coefficients of the catwalk can be obtained through a section model test with traditional test equipment. However, six aerostatic coefficients of the catwalk must be acquired with the aid of special section model test equipment. A nonlinear numerical method was used study the stability of a catwalk under a yaw wind, while taking into account the six components of the displacement-dependent wind load and the geometric nonlinearity of the catwalk. The results show that when wind attacks with a slight yaw angle, the critical velocity that induces static instability of the catwalk may be lower than the critical velocity of normal wind. However, as the yaw angle of the wind becomes larger, the critical velocity increases. In the atmospheric boundary layer, the wind is turbulent and the velocity history is a random time history. The effects of turbulent wind on the stability of a catwalk are also assessed. The wind velocity fields are regarded as stationary Gaussian stochastic processes, which can be simulated by a spectral representation method. A nonlinear finite-element model set forepart and the Newmark integration method was used to calculate the wind-induced buffeting responses. The results confirm that the turbulent character of wind has little influence on the stability of the catwalk.

• Wind and Structures
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• 제6권6호
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• pp.451-470
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• 2003

The classical two-degree-of-freedom (2-d-o-f) "sectional model" is of common use to study the dynamics of suspension bridges. It takes into account the first pair of vertical and torsional modes of the bridge and describes well global oscillations caused by wind actions on the deck, yielding very useful information on the overall behaviour and the aerodynamic and aeroelastic response; however, it does not consider relative oscillations between main cables and deck. On the contrary, the 4-d-o-f model described in the two Parts of this paper includes longitudinal deformability of the hangers (assumed linear elastic in tension and unable to react in compression) and thus allows to take into account not only global oscillations, but also relative oscillations between main cables and deck. In particular, when the hangers go slack, large nonlinear oscillations are possible; if the hangers remain taut, the oscillations remain small and essentially linear: the latter behaviour has been the specific object of Part I (Sepe and Augusti 2001), while the present Part II investigates the nonlinear behaviour (coexisting large and/or small amplitude oscillations) under harmonic actions on the cables and/or on the deck, such as might be generated by vortex shedding. Because of the discontinuities and strong nonlinearity of the governing equations, the response has been investigated numerically. The results obtained for sample values of mechanical and forcing parameters seems to confirm that relative oscillations cannot a priori be excluded for very long span bridges under wind-induced loads, and they can stimulate a discussion on the actual possibility of such phenomena.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.150-156
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• 2017

본 연구는 PSC(Post Tensioned Concrete) 교량 및 사장교(Cable Stayed Bridge) 등에 많이 적용되는 강연선의 국부적 손상에 따른 응력 회복길이를 분석하였다. 강연선은 PC 강선(Prestressing Strand)을 여러 줄을 꼬은 강재이며, 재료의 특성상 준공후 지속적으로 손상이 발생하며 부식 등이 주요 손상원인이다. 이에 따른 손상에 따른 성능저하가 발생하지만, 구조적인 특성상 케이블 내부의 손상 정도 및 응력 변화 패턴을 파악하기 어렵다. 교량에 적용된 케이블의 경우 설치 형상에 따라 채수 등에 따라 부식에 취약한 부분이 발생하며, 이로 인해 국부적인 손상이 발생할 수 있다. 본 연구는 교량 Post-Tensioning 또는 케이블 사장재에 주로 적용되는 강연선(7-Wire Strand)의 국부적 손상에 따른 성능저하 경향 및 응력 회복길이를 FEA 해석을 통하여 분석하였다. 향후 본 연구에서 구축하고자 하는 해석모델을 활용하여 PSC 교량 및 사장교 케이블 등의 안전성 평가 및 잔존수명 예측에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.377-385
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• 2015

PSC I 거더의 장경간화는 단면의 세장비와 자중의 영향 등을 증가시켜 거더의 횡적 불안정에 대한 위험성을 높였다. 특히 최근에는 시공 중 거더의 전도 붕괴사고가 증가하고 있어 거더의 횡적 불안정성에 대한 평가 기술이 절실히 요구되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 시공 중 전도 붕괴의 한 원인으로 판단되어지고 있는 풍하중에 대하여 PSC I 거더의 횡방향 거동 특성과 안정성을 평가하였다. 거더의 횡방향 불안정성은 주로 거더의 길이와 받침의 강성 변화에 의해 영향을 받는다. 해석결과에 의하면 거더의 경간장이 증가함에 따라 거더의 횡적 불안정성을 유발할 수 있는 임계 풍하중은 감소하고, 거더의 변형과 회전각, 받침의 회전각은 모두 증가하였다. 최종적으로 시공 시 PSC I 거더의 임계 풍하중과 임계 횡변위량을 계산할 수 있는 해석식을 제시함으로써, 시공 시 거더의 횡적 안정성을 유지하기 위한 정량적 관리 수치를 제공할 수 있으리라 판단된다.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.515-525
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• 2016

도시형 자기부상열차 프리텐션 거더교의 최적설계를 위해서 설계변수 분석을 수행하였다. 자기부상철도용 거더 설계 시에는 중앙부 처짐을 고려해야 하므로 이와 연관있는 콘크리트 압축강도, 거더 형고, 거더 연장및 강연선비부착 길이를 설계변수로 선정하였다. 또한, 프리텐션 거더에서 지점부의 상연응력을 제어하기 위해서 강연선 개소수 및 배치방식을 설계변수로 선정하고, 강연선비부착률을 검토하였다. 설계변수 해석결과로부터 거더 처짐량에는 거더 형고와 거더 연장이 콘크리트 압축강도와 강연선 비부착 길이보다 더 큰 영향을 미치는 것을 확인하였고, 민감도 분석을 통해 설계 가중값을 제시하였다. 지점부 상연응력 제어를 위해서 비부착 강연선배치기준을 만족하는 경우에는 상연 긴장선 또는 철근배근이 필요한 것으로 확인되었다. 따라서 향후 경제성 및 시공성 향상을 위해 자기부상철도 가이드웨이의 하중특성을 고려한 비부착강연선 기준 향상에 대한 검토가 필요하다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권1A호
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• pp.1-10
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• 2012

최근 해안, 도서, 산간지방 등의 개발로 장대교량의 수요가 증가되고 재료 및 설계 시공기술의 지속적 발전으로 인하여 현수교나 사장교 등 장지간을 가지는 교량의 건설이 증가하고 있다. 장대교량은 사장재 또는 주 케이블 및 행어로 주형을 지지하는 고차 부정정구조물로 다양한 형태의 설계가 가능하고 구조물의 외관이 뛰어나기 때문에 현재 많은 교량에 적용되고 있다. 케이블지지교량은 시공 중 그리고 공용상태에서 케이블의 장력을 지속적으로 측정함으로써 교량의 건전성을 파악할 수 있다. 케이블의 장력을 추정하는 기법으로 로드셀 및 유압잭 등을 이용하여 케이블의 응력을 직접 측정하는 방법과 케이블의 형상조건과 계측된 동적 특성을 활용하여 장력을 구하는 진동법이 많이 활용되고 있다. 본 연구에서는 디지털 영상처리를 이용한 행어케이블의 동특성 추정 방법을 제시하였으며 사용의 편의성과 경제성을 고려하여 원거리에 있는 행어케이블을 측정하기 위한 센서로 휴대용 디지털 캠코더를 사용하였다. 디지털 영상처리를 이용하는 방법은 digital image correlation(DIC) 기법을 사용하였으며 변형이 없는 이미지와 변형이 있는 이미지 사이의 기하학적인 왜곡을 보정하는 이미지 변환함수(ITF)를 사용하여 단위픽셀이하를 계산하였다. 또한 영상계측시스템의 흔들림을 추가적인 센서의 설치 없이 한 영상내의 고정된 물체를 이용하여 보정함으로써 행어케이블의 동적응답 및 모드별 고유진동수의 해상도를 향상시켰다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.99-111
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• 2011

본 연구에서는 비선형 해석을 통하여 폐합 전 강사장교의 주요한 좌굴 거동 특성을 고찰한다. 케이블의 새그효과, 주탑과 거더의 P-${\Delta}$ 효과, 구조물의 대변위효과 등의 주요한 기하학적 비선형성을 모두 고려하기 위해 기하학적 비선형 해석으로써 구조물의 좌굴 해석을 수행하였다. 초기형상 해석 및 시공단계 해석을 통해 사하중을 받고 있는 시공 단계에 있는 구조물의 해석을 수행하였고 이 후 데릭 크레인과 키 세그먼트의 자중에 대한 비선형 해석으로 폐합 전 사장교의 좌굴 해석을 수행하였다. 본 해석 연구에서는 케이블의 배치 형태 및 주탑과 거더간 강성비에 따른 좌굴 모드 및 임계 하중계수의 변화를 분석하였다. 연구 결과 주요한 좌굴 모드를 구분하고 케이블 배치 형식이 다른 각 사장교에서 각 좌굴 모드가 나타나는 주탑과 거더간 강성비의 범위를 도출하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권6호통권73호
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• pp.725-736
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• 2004

최근 국내에서 I형 거더의 외부가 강재로 이루어지고 내부에 무근콘크리트가 채워져 합성된 거더에 프리스트레스를 도입하여 경간을 장대화할 수 있는 새로운 개념의 합성거더인 '강재로 구속된 프리스트레스트 콘크리트 합성거더(Steel-Confined Prestressed Concrete Girder; SCP Girder)'가 개발되었다. 또한 개발된 거더를 실물크기로 제작하여 시공성을 확인하고 정적하중 재하에 의한 파괴실험을 통해 공용 중 안전성에 대한 실험적 검증이 수행되었다(김정호 등, 2002). 그러나 SCP 합성거더의 실용화를 위해서는 교량 파손의 주원인이 주행하중의 영향에 의한 피로파손인 점을 고려하여 반복하중에 대한 피로거동의 연구 및 피로 안전성 확보가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 SCP 합성거더에 대한 피로거동 특성을 파악하고 피로설계를 위한 기초적인 자료를 제시하기 위해 피로실험을 실시하였다. 피로실험을 위한 시험체의 제작은 1등교에 해당하는 설계활하중(DB-24)에 대하여 10m 지간으로 설계 제작하였으며, 실험결과 도로교설계기준(한국도로교통협회, 2000)의 상세피로범주에 따른 허용피로응력범위를 초과하지 않는 것으로 나타났다. 또한 초기정적재하를 통해 설계의 타당성과 구조적 거동을 분석하였으며, 피로실험 종료 후 거더 외부를 이루고 있는 강재를 제거하여 내부콘크리트의 상태를 관찰하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.67-74
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• 2019

본 논문에서는 노후된 중소규모 RC슬래브 교량에 대한 응답계수를 분석하였다. 이 응답계수는 진동수 기반 교량의 내하력 예측 모델에서 중요한 변수이며, 정적 및 동적 응답계수로 구성되어 있다. 정적 및 동적 응답계수는 교량의 현재와 이전(또는 설계) 상태의 진동수 변화와 충격 계수 변화에 따라 각각 결정된다. 여기서 충격계수 변화는 충격계수 응답스펙트럼에서 교량의 고유진동수에 따라 산출된다. 본 연구에서 고려한 총 4개의 대상교량은 지간길이가 12 m이고 시공 후 30년 이상 된 RC슬래브 노후 교량이다. 진동수 분석을 위해 덤프 트럭을 이용한 현장 동적 재하시험과 설계기반 FE모델을 이용한 고유치 해석을 통해 교량의 현재 및 설계 상태의 고유 진동수를 각각 도출하였다. 충격계수 응답스펙트럼 개발에 있어서 좀 더 현실적인 조건을 반영하기 위해 3축이동하중과 단순지지 및 양단고정 조건을 고려하였다. 분석 결과 응답계수는 0.21에서 0.91까지 광범위하게 분포하였고, 정적 응답계수가 총 응답계수 결과에 크게 기여한 반면 동적 응답계수는 결과에 작은 영향을 미쳤다. 1축 이동하중과 단순지지 조건에서의 응답계수와 비교해 보았을 때 최대 오차는 약 3%미만으로 매우 작게 나타났다.