• Structural Engineering and Mechanics
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• 제59권6호
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• pp.1095-1120
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• 2016

This paper investigates the change of structural characteristics of steel cable-stayed bridges after cable failure. Cables, considered as the intermediate supports of cable-stayed bridges, can break or fail for several reasons, such as fire, direct vehicle clash accident, extreme weather conditions, and fatigue of cable or anchorage. Also, the replacement of cables can cause temporary disconnection. Because of the structural characteristics with various geometric nonlinearities of cable-stayed bridges, cable failure may cause significant change to the structural state and ultimate behavior. Until now, the characteristics of structural behavior after cable failure have rarely been studied. In this study, rational cable failure analysis is suggested to trace the new equilibrium with structural configuration after the cable failure. Also, the sequence of ultimate analysis for the structure that suffers cable failure is suggested, to study the change of ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions. Using these analysis methods, the statical behavior after individual cable failure is studied based on the change of structural configuration, and distribution of internal forces. Also, the change of the ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions is investigated, using the proposed analysis method. According to the study, significant change of the statical behavior and ultimate capacity occurs although just one cable fails.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제41권1호
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• pp.139-155
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• 2012

Structural health monitoring systems are often installed on bridges to provide assessments of the need for structural maintenance and repair. Damage or deterioration may be detected by observation of changes in bridge characteristics evaluated from measured structural responses. However, construction materials such as concrete and steel cables exhibit certain time-dependent behaviour, which also results in changes in structural characteristics. If these are not accounted for properly, false alarms may arise. This paper proposes a systematic and efficient method to study the time-dependent effects on the dynamic properties of cable-stayed bridges. After establishing the finite element model of a cable-stayed bridge taking into account geometric nonlinearities and time-dependent behaviour, long-term time-dependent analysis is carried out by time integration. Then the dynamic properties of the bridge after a certain period can be obtained. The effects of time-dependent behaviour of construction materials on the dynamic properties of typical cable-stayed bridges are investigated in detail.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2006년도 정기 학술대회 논문집
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• pp.1001-1008
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• 2006

The main objective of this paper is to compare economical effectiveness of typical methods for checking stability in principal components of steel cable-stayed bridges. Elastic and inelastic buckling analyses are carried out for frame-like numerical models of cable-stayed bridges. The axial-flexural interaction equations prescribed in AASHTO Allowable Stress Design (ASD) and AASHTO Load and Resistance Factor Design (LRFD) are used in order to check the stability of principal components. Parametric studies are performed for numerical models which have the center span length of 300m, 600m, 900m and l200m with different girder depths. Peak values of the interaction equations are calculated at the intersection point between girders and towers. These peak values are considered as a major factor to design of principal components of cable-stayed bridges. As a result, more economical design for girders and towers can be feasible using the inelastic buckling analysis. In addition, LRFD codes are more economical about 20% on the average than ASD codes for all numerical models of cable-stayed bridges.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2A호
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• pp.85-95
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• 2012

본 논문은 비선형 해석을 통한 완성계 강사장교의 극한 거동에 대해 다룬다. 사장교는 재료적 비선형성과 함께 다양한 기하학적 비선형성을 나타내므로 극한 거동을 명확히 규명하려면 반드시 합리적인 비선형해석이 수행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 합리적인 극한 해석기법을 통해 활하중에 대한 강사장교의 주요한 극한거동을 규명하고자 하였다. 강사장교의 비선형 해석을 위하여 비선형 트러스 요소 및 비선형 프레임 요소를 이용하였고, 강재의 재료적 비선형성을 효율적으로 고려하기 위해 개선소성힌지법을 이용하였다. 활하중에 대한 극한 거동을 합리적으로 분석하기 위해 본 연구에서는 초기형상해석-활하중 해석으로 이어지는 2단계 해석기법을 통해 극한 해석을 수행하였다. 해석 모델은 총 지간장이 920.0 m 사장교를 이용하였고, 방사형 및 팬 형 사장교를 해석에 이용하였다. 극한해석결과를 통해 얻은 하중-변위 곡선, 구조물 변형형상, 소성단면, 휨모멘트분포도 등을 분석하여 활하중에 대한 완성계 사장교의 주요한 극한 거동을 규명하였다.

• Wind and Structures
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• 제10권2호
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• pp.121-133
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• 2007

To gain understanding of the applicability of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) cable in cable-supported bridges, based on the Runyang Bridge and Jinsha Bridge, a suspension bridge using CFRP cables and a cable-stayed bridge using CFRP stay cables are schemed, in which the cable's cross-sectional area is determined by the principle of equivalent axial stiffness. Numerical investigations on the dynamic behavior, aerostatic and aerodynamic stability of the two bridges are conducted by 3D nonlinear analysis, and the effect of different cable materials on the wind resistance is discussed. The results show that as CFRP cables are used in cable-supported bridges, (1) structural natural frequencies are all increased, and particularly great increase of the torsional frequency occurs for suspension bridges; (2) under the static wind action, structural deformation is increased, however its aerostatic stability is basically remained the same as that of the case with steel cables; (3) for suspension bridge, its aerodynamic stability is superior to that of the case with steel cables, but for cable-stayed bridge, it is basically the same as that of the case with steel stay cables. Therefore as far as the wind resistance is considered, the use of CFRP cables in cable-supported bridges is feasible, and the cable's cross-sectional area should be determined by the principle of equivalent axial stiffness.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.84-91
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• 2012

본 연구는 케이블 파단이 콘크리트사장교의 동적거동에 미치는 영향을 강합성사장교에 대한 것과 비교하여 검토하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 강합성사장교를 대상으로 시간이력함수를 이용한 케이블 파단을 모사하는 적합한 해석기법을 검토하고, 동적확대계수를 평가하였다. 콘크리트사장교에서 계산된 동적확대계수를 설계기준을 기반으로 강합성사장교에 대한 것과 비교 검토하였다. 그 결과, 동적확대계수에 대한 현행 설계기준이 전반적으로 신뢰할 수 있는 것으로 판단되며 콘크리트사장교의 경우 동적확대계수 값이 강합성사장교에 비해 상대적으로 상승되는 경향을 보이나 설계기준을 만족한다.

• 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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• 제28권4호
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• pp.1-12
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• 2024

본 연구에서는 강사장교의 비선형 거동과 하모니 서치 알고리즘에 기반한 사장교 부재 단면 결정 방법을 제시하였다. 하모니 서치 알고리즘은 초기값 설정, 하모니 메모리 초기화, 새로운 하모니 메모리 구성 및 하모니 메모리 업데이트의 과정을 반복하여 최적값을 탐색함으로써 사장교 부재 단면을 결정한다. 하모니 서치 알고리즘으로 선정된 주요 부재 단면으로 3차원 강사장교의 비선형 초기형상해석을 수행하였으며, 초기장력과 형상을 고려하여 복잡한 거동특성과 각 부재의 비선형성을 반영한 사장교 주요 부재인 주탑, 보강거더, 가로보 및 케이블의 최적 단면을 결정하였다. 사장교 주요 부재의 단면 결정을 위한 목적함수로는 전체 중량을 사용하였으며, 제약조건으로 한계상태설계법을 바탕으로 하중저항능력과 사용성에 대한 제약조건식 및 보강거더와 가로보 단면의 폭과 높이의 비율을 추가적인 제약조건으로 고려하고, 주탑, 보강거더 및 가로보의 기하 및 재료 비선형성과 케이블 부재의 비선형성에 따라 부재 단면을 결정할 수 있도록 하였다. 최적 단면 결정 결과, 제안한 해석 방법은 사장교의 다양한 설치조건에 따라 최적 단면을 결정할 수 있으며, 비선형성을 고려한 사장교 부재 단면제원을 하모니 서치 기법을 통하여 결정할 수 있음을 확인하였다.

• 한국안전학회지
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• 제25권3호
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• pp.91-99
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• 2010

In this study, the advanced numerical algorithm is developed which can performed the static and dynamic stochastic finite element analysis by considering the effect of uncertainties included in the member stiffness of steel cable-stayed bridges and seismic load. After conducting the linear and nonlinear initial shape analysis, the advanced numerical algorithm is the assessment tool which can performed structural the response analysis considering the static linearity and non-linearity of before or after induced intial tensile force, and examined the reliability assessment more efficiently. The verification of the developed numerical algorithm is evaluated by analyzing the regression analysis and coefficient of correlation using the direct monte carlo simulation. Also, the dynamic response characteristic and coefficient of variation of the steel cable-stayed bridge is calculated by considering the uncertainty of random variables using the developed numerical algorithm. In addition, the quantitative structural safety of the steel cable-stayed bridges is evaluated by conducting the reliability assessment based upon the dynamic stochastic finite element analysis result.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.13-27
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• 2011

본 연구에서는 기하학적 비선형 해석을 통해 완성계 사장교의 주요한 좌굴 거동 특성을 규명하였다. 본 해석 연구에서는 케이블의 자중에 의한 새그효과, 주탑 및 거더의 보-기둥 효과, 그리고 대변위 효과 등의 주요한 기하학적 비선형성이 직접적인 비선형 해석을 통해 고려되었다. 주탑과 거더는 비선형 프레임 요소로 모델링 되었고, 케이블은 비선형 등가 트러스 요소로 모델링 되었다. 차량하중으로 가정된 활하중이 고려되었는데, 활하중 해석 전에 고정하중을 합리적으로 고려하기 위해 초기 형상 해석이 수행되었다. 작용하는 활하중 형태에 따른 주요한 비선형 반응을 케이블 배치 형식에 따라 비교 하였고, 이 후 좌굴 안정성에 큰 영향을 미치는 활하중 형태에 대해 케이블의 배치 형식, 주탑과 거더 간 강성비, 케이블의 단면적, 케이블의 단수 등의 기하학적 특성이 좌굴 모드 및 임계 하중 계수의 변화에 미치는 영향을 규명하였다.