• Smart Structures and Systems
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• 제15권1호
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• pp.99-117
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• 2015

The Stonecutters Bridge (SCB) in Hong Kong is the third-longest cable-stayed bridge in the world with a main span stretching 1,018 m between two 298 m high single-leg tapering composite towers. A Wind and Structural Health Monitoring System (WASHMS) is being implemented on SCB by the Highways Department of The Hong Kong SAR Government, and the SCB-WASHMS is composed of more than 1,300 sensors in 15 types. In order to establish a linkage between structural health monitoring and maintenance management, a Structural Health Rating System (SHRS) with relevant rating tools and indices is devised. On the basis of a 3D space frame finite element model (FEM) of SCB and model updating, this paper presents the development of an SHR-oriented 3D multi-scale FEM for the purpose of load-resistance analysis and damage evaluation in structural element level, including modeling, refinement and validation of the multi-scale FEM. The refined 3D structural segments at deck and towers are established in critical segment positions corresponding to maximum cable forces. The components in the critical segment region are modeled as a full 3D FEM and fitted into the 3D space frame FEM. The boundary conditions between beam and shell elements are performed conforming to equivalent stiffness, effective mass and compatibility of deformation. The 3D multi-scale FEM is verified by the in-situ measured dynamic characteristics and static response. A good agreement between the FEM and measurement results indicates that the 3D multi-scale FEM is precise and efficient for WASHMS and SHRS of SCB. In addition, stress distribution and concentration of the critical segments in the 3D multi-scale FEM under temperature loads, static wind loads and equivalent seismic loads are investigated. Stress concentration elements under equivalent seismic loads exist in the anchor zone in steel/concrete beam and the anchor plate edge in steel anchor box of the towers.

• 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.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.25-28
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• 2008

교량건설 기간의 단축과 공사비 절감의 효과를 가지고 있는 조립식 교량에 대한 연구가 최근 국내에서 활발히 수행되고 있으며, 선진국에서는 조립식 교량의 부품 부재 및 시공 기술이 이미 개발되어 현장에 보급되고 있다. 프리캐스트 바닥판을 주형에 고장력 볼트로 고정시키고 마찰저항 부재를 이용하여 수평전단에 저항하도록 하는 교량 상부구조의 조립식 공법 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 조립식 교량의 구조해석 모델을 개발하고, 실대형 실험을 통해 조립식 교량의 실제적인 구조 거동을 파악하고 이를 구조해석 모델과 비교하는 데 목적이 있다. 프리캐스트 바닥판과 볼트 접합된 강거더의 설계 개념을 제시하고 이 개념에 의한 18개의 프리캐스트 바닥판과 20m 실대형 시험체를 2가지 Type으로 설계, 제작하여 실험 결과를 이론값, 유한요소 해석값과 비교 분석하였다. 해석 모델은 범용구조해석 프로그램을 이용하여 교량 상부구조의 바닥판과 주형과의 연결부분 특성을 표현하였고, 이와 같이 만들어진 해석모델은 조립식 교량의 거동에 대한 실대형 실험과 비교 분석 하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.1-9
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• 2016

데크플레이트 철판을 성형하여 구성한 DH-Beam은 형틀 역할 뿐 아니라 합성거동에 기여할 것으로 판단되며, 본 연구에서는 DH 측판의 전단강도 기여도를 평가하고자 하였다. 총 5개의 실험체를 대상으로 실험 및 해석적 연구를 수행하였다. 실험체는 2개의 정가력 실험체, 2개의 부가력 실험체, 그리고 1개의 RC 실험체로 구성되었다. RC 실험체는 DH-Beam과 비교를 목적으로 제작하였다. DH-Beam에 대한 실험결과는 전단강도를 산정하는 설계식 그리고 RC 실험체에 대한 실험결과 등과 비교하였으며, 그 결과 DH-Beam의 측판은 전단강도에 기여하고 있다. 비선형 구조해석에서는 실험체를 대상으로 DH 판의 기여도를 평가하였다. 구조해석에서는 DH 측판 만 있는 경우 혹은 DH 판이 전혀 없는 경우 등 다양한 경우를 대상으로 하였다. 구조실험 및 해석적 연구의 결과 DH-Beam의 측판은 콘크리트와 합성단면을 형성하면서 전단강도에 기여하는 것으로 평가할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.423-430
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• 2008

최근 들어 고속도로를 중심으로 하여 교량상판 보수재료로 초속경 라텍스개질콘크리트 (Very-Early Strength Latex-Modified Concrete : 이하 VES-LMC)가 개발되어 이용되고 있고, 그 활용 빈도가 커지고 있다. 이는 VES-LMC의 특징상 보수 후 3시간 만에 교통개방이 가능하며, 라텍스 첨가로 기존의 보수재료가 갖는 장기 내구성의 문제를 해결하였기 때문이다. 그러나 위와 같은 장점으로 보수 보강 재료로 사용되고 있는 VES-LMC에 대한 구조적인 연구에 대해서는 미비한 상태이다. 본 연구에서는 VES-LMC를 기존보의 덧씌우기 형태와 열화된 콘크리트의 보수 형태로 나누어 시험체를 제작하고, 4점 휨 실험을 수행하여 휨 거동 및 신 구 콘크리트의 부착 특성과 균열 진전 양상, 보수 보강효과를 확인하고자 하였다. 그 결과 보수 보강두께가 증가함에 따라 보수 보강효과가 증가하는 경향을 보였으며 이는 강성이 증가하여 휨에 대한 저항 능력이 증대되는 것을 확인하였다. 보수 시험체의 경우 철근의 피복두께 이상으로 보수 되었을 경우 강성이 최대 40% 이상 증가 되는 결과는 얻을 수 있었으나 80 mm와 120 mm의 경우 그 값이 비슷한 양상을 보여 보강 두께 선정 시 고려되어야 할 요소라 판단된다. 계면거동을 확인한 결과 보수 및 보강 시험체 모두 계면에서의 상대 변위량이 감소되는 것을 확인하였으며, 두 재료가 비교적 일체로 거동하는 것을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.169-177
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• 2016

슬라이딩 궤도는 콘크리트 궤도와 교량 바닥판 사이에 저마찰 슬라이드층을 두어 레일신축이음장치와 같은 특수 장치를 적용하지 않고도 궤도-교량 상호작용 효과를 효과적으로 저감시킬 수 있는 새로운 궤도 시스템으로 개발되고 있다. 이 논문에서는 장경간 교량에 슬라이딩 궤도와 레일신축이음장치를 각각 적용한 경우에 대하여 궤도-교량 상호작용해석을 수행하고 그 결과를 비교 검토하였다. 대상교량은 상호작용 효과를 극대화하기 위하여 9경간 연속 PSC교와 2경간 연속 강합성교를 포함하며, 총 연장 1,205m, 최대 고정지점간 거리 825m인 장경간 교량을 선정하였다. 해석결과 슬라이딩 궤도는 레일신축이음장치를 적용한 경우보다 레일 부가 축력이 더 작은 것은 물론, 지점부에 재하되는 수평 반력 또한 작게 나타나 궤도-교량 상호작용 저감 효과가 뛰어난 것으로 확인되었다. 반면 슬라이딩 궤도는 온도하중에 의해 높은 슬래브 축력이 발생되므로, 궤도 설계 시 슬래브 축력에 대한 단면 설계에 주의를 기울일 필요가 있다.