• Wind and Structures
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• 제23권6호
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• pp.615-639
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• 2016

Although the underlying mechanism of rain-wind induced vibrations (RWIVs) of stay cables has not been fully understood, some countermeasures have been successfully applied to mitigating this kind of vibration. Among these, installing dampers near the bridge deck was widely adopted, and several field observations have shown its effectiveness. In this study, the effectiveness of dampers to RWIVs of stay cables is numerically investigated comprehensively by means of finite difference method (FDM). Based on the free vibration analysis of a taut string, it is found that the 3-points triangle scheme, which can be easily implemented in FDM, can offer an excellent approximation of the concentrated damping coefficient (expressed as a Dirac delta function) at the location where the damper is installed. Then, free vibration analysis of a 3-D continuous stay cable attached with two dampers is carried out to study the relationship of modal damping ratio and damping coefficient of the dampers. The effects of orientation of the dampers and cable sag on the modal damping ratio are investigated in detail. Finally, the RWIV response of a 3-D continuous stay cable attached with two dampers is examined. The results indicate that 0.5% of damping ratio is sufficient to reduce the RWIV vibration of the Cable A20 on the No.2 Nanjing Bridge over Yangtze River.

• Smart Structures and Systems
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• 제18권3호
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• pp.485-500
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• 2016

Stay cables in some cable-stayed bridges suffer large amplitude vibrations under the simultaneous occurrence of rain and wind. This phenomenon is called rain-wind-induced vibration (RWIV). The upper rivulet oscillating circumferentially on the inclined cable surface plays an important role in this phenomenon. However, its small size and high sensitivity to wind flow make measuring rivulet size and its movement challenging. Moreover, the distribution of the rivulet along the entire cable has not been measured. This paper applies the videogrammetric technique to measure the movement and geometry dimension of the upper rivulet along the entire cable during RWIV. A cable model is tested in an open-jet wind tunnel with artificial rain. RWIV is successfully reproduced. Only one digital video camera is employed and installed on the cable during the experiment. The camera records video clips of the upper rivulet and cable movements. The video clips are then transferred into a series of images, from which the positions of the cable and the upper rivulet at each time instant are identified by image processing. The thickness of the upper rivulet is also estimated. The oscillation amplitude, equilibrium position, and dominant frequency of the rivulet are presented. The relationship between cable and rivulet variations is also investigated. Results demonstrate that this non-contact, non-intrusive measurement method has good resolution and is cost effective.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2007년도 춘계학술대회논문집
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• pp.147-156
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• 2007

This study offers a design procedure of optimum cable damper for multi-mode vibration control with nonlinear damper and also investigate the relation between mode and amplitude dependency. The proposed multi-mode damping index, which is defined as a energy loss ratio of cable potential, is a main component of optimization problem of optimum nonlinear damper. In order to include the amplitude dependency of nonlinear damper, it is assumed to exist three kinds of multi-mode patterns such as ambient vibration, support excitation and rain-win induced vibration. The optimum damper exponent depends on amplitude patterns. In case of ambient vibration, optimum factor is less than 0.5. In case of support excitation or rain-wind induced vibration is between 0.5 and 1.0. In this study, the effects of cable sag and inclination angle are included in the asymptotic design equation of damped cable structures.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5A호
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• pp.881-885
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• 2006

사장교 케이블은 구조적으로 휨강성과 감쇠력이 작아 풍우에 의해 쉽게 유해진동이 발생한다. 이러한 풍우진동을 저감시키기 위한 효과적인 방법으로 부가댐퍼를 장착하여 케이블의 감쇠력을 증가시키는 제어시스템이 널리 사용되어왔다. 그러나 사장교의 장대화로 인해 구조적으로나 미적으로 충분한 감쇠력을 제공할 수 있는 위치에 부가댐퍼를 장착하기 어렵게 되었다. 그러므로 본 논문은 사장교의 미관을 해치지 않으면서 기존의 제어시스템보다 효과적으로 케이블의 진동을 저감시킬 수 있는 새로운 개념의 제어시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 케이블 앵커리지에 적층고무베어링과 같은 유동이 가능한 장치와 내부댐퍼로 구성되었으며, 제어성능평가를 위해 해석모델을 개발하였다. 제안된 시스템의 제어성능 분석을 위해 수치해석을 수행하였으며 기존의 부가 댐퍼시스템과 진동 저감효과를 비교하였다. 제안된 제어시스템은 기존의 부가댐퍼 시스템 보다 효과적으로 진동을 저감시킬 수 있었으며 사장교 케이블의 풍우진동 저감을 위해 효과적인 시스템으로 사료된다.

• Wind and Structures
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• 제26권4호
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• pp.215-229
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• 2018

The appearance of a rivulet at the upper surface of a stay cable is responsible for rain-wind-induced vibration (RWIV) of cables of cable-stayed bridges. However, the formation mechanism of the upper rivulet and its aerodynamic effects on the stay cable has not been fully understood. Large eddy simulation (LES) method is used to investigate flow around and aerodynamics of a circular cylinder with an upper rivulet at a Reynolds number of 140,000. Results show that the mean lift coefficients of the circular cylinder experience three distinct stages, zero-lift stage, positive-lift stage and negative-lift stage as the rivulet located at various positions. Both pressure-induced and friction-induced aerodynamic forces on the upper rivulet are helpful for its appearance on the upside of the stay cable. The friction-induced aerodynamic forces, which have not been considered in the previous theoretical models, may not be neglected in modeling the RWIV. In positive-lift stage, the shear layer separated from the upper rivulet can reattach on the surface of the cylinder and form separation bubbles, which result in a high non-zero mean lift of the cylinder and potentially induces the occurrence of RWIV. The separation bubbles are intrinsically unsteady flow phenomena. A serial of small eddies first appears in the laminar shear layer separated from the upper rivulet, which then coalesces and reattaches on the side surface of the cylinder and eventually sheds into the wake.

• Wind and Structures
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• 제27권6호
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• pp.357-368
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• 2018

For a long cable-stayed bridge, stay cables are its most important load-carrying components. In this paper, long-term monitoring of super-long stay cables of Sutong Bridge is introduced. A comprehensive data analysis procedure is presented, in which time domain and frequency domain based analyses are carried out. In time domain, the vibration data of several long stay cables are firstly analyzed and the standard deviation of the acceleration of stay cables, and its variation with time are obtained, as well as the relationship between in-plane vibration and out-plane vibration. Meanwhile, some vibrations such as wind and rain induced vibration are detected. Through frequency domain analysis, the basic frequencies of the stay cables are identified. Furthermore, the axial forces and their statistical parameters are acquired. To investigate the vibration deflection, an FFT-based decomposition method is used to get the modal deflection. In the end, the relationship between the vibration amplitude of stay cables and the wind speed is investigated based on correlation analysis. Through the adopted procedure, some structural parameters of the stay cables have been derived, which can be used for evaluating the component performance and corresponding management of stay cables.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1A호
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• pp.51-58
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• 2008

사장 케이블은 휨강성이 미소하여 휨변형에 관한 고유감쇠비가 매우 작다. 따라서 케이블 부재는 다른 구조부재보다 진동발생 가능성이 훨씬 높게 된다. 사장 케이블의 진동은 우수와 기류에 기인된 것과 지점운동에 기인된 것으로 대별된다. 특별히 보강형과 사장 케이블의 고유진동수 대역이 일치되는 경우를 제외하고 대부분은 우수와 기류에 기인된 진동이 발생된다. 이런 현상은 와류진동, 풍우진동, 갤로핑을 발생시키며 사장 케이블의 사용성과 내구성을 저하시킨다. 이에 대한 제어방안으로 추가감쇠비 부여(댐퍼도입)는 보편적이고 효과적인 것으로 알려져 있다. 하지만 국내는 케이블 지지교량이 활발하게 설계되고 시공됨에도 불구하고 주요 부재인 케이블의 동적설계에 관한 지침개발이 미진한 상황이다. 따라서 케이블 댐퍼도입에 관한 지침개발이 시급하다. 본 연구는 사장 케이블의 진동현상 중 댐퍼도입으로 효과적인 제어설계가 가능한 와류진동, 풍우진동, 갤로핑의 전체감쇠비 평가방법을 전개하여 풍현상에 따른 요구감쇠비 하한을 제시하고, 설치위치에 따른 유효계수가 고려된 추가감쇠비 상한과 최소설치위치를 제시하여 댐퍼도입에 의한 일관되고 체계적인 사장 케이블 제진설계 지침을 제안하고자 한다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 춘계학술대회논문집
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• pp.424-429
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• 2003

As a critical member of cable-stayed bridges, stay cables play an important role of supporting the entire structure. Traffic, wind or rain-wind induced vibrations of stay cables would be a major cause of degrading both safety and serviceability of the bridge. One of the effective alternatives to solve this problem is to employ the cable dampers. In order to design the cable damper optimally. it is necessary to exactly estimate the dynamic characteristics of the existing cables. Therefore, in this study, a cable exciting system (exciter) controlled digitally was developed. And to evaluate the performance of the cable exciter developed, a solution of the differential equation of cable motion considering the exciter was derived. Using the cable exciter. sine sweeping and resonance tests on a cable model were carried out to obtain the dynamic characteristics effectively.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.557-563
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• 2007

사장교 케이블은 구조적으로 휨강성과 감쇠력이 작아 풍우에 의해 쉽게 유해진동이 발생한다. 이러한 풍우진동을 저감시키기 위한 효과적인 방법으로 부가댐퍼를 장착하여 케이블의 감쇠력을 증가시키는 제어시스템이 널리 사용되어왔다. 그러나 댐퍼를 케이블의 정착부 부근에 설치할 수밖에 없는 구조적 한계로 인하여 충분한 감쇠력을 발휘하기 어렵다. 그러므로 본 논문은 수동제어시스템 보다 효과적으로 풍하중에 의한 케이블 진동을 제어하기 위한 능동제어시스템을 제안하였다. 제안된 능동제어시스템은 케이블의 정착단에 베어링 장치를 장착하여 케이블 단부에서 횡방향 변위가 가능하도록 모델링 하였으며, 앵커리지 내부에 장착된 능동댐퍼를 이용하여 적절한 제어력을 제공하도록 하였다. 능동제어를 위하여 최적제어 이론을 이용 LQG 조정기를 설계하였으며, 수치해석은 실제 교량인 서해대교의 최장 케이블을 대상으로 하여 기존의 댐퍼 시스템과 수동, 능동 댐퍼 부착에 따른 케이블의 진동제어성능을 비교 및 분석하였다. 연구결과 제안된 능동제어시스템은 효과적으로 사장교 케이블의 진동을 저감시킬 수 있는 시스템임을 입증하였으며, 기존의 부가댐퍼 시스템 보다 효과적으로 진동을 저감시킬 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5A호
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• pp.657-664
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• 2008

사장교 케이블은 구조적으로 휨강성과 감쇠력이 작아 풍우에 의해 쉽게 유해진동이 발생한다. 이러한 풍우진동을 저감시키기 위한 효과적인 방법으로 부가댐퍼를 장착하여 케이블의 감쇠력을 증가시키는 제어시스템이 널리 사용되어왔다. 그러나 사장교의 장대화로 인해 구조적으로나 미적으로 충분한 감쇠력을 제공할 수 있는 위치에 부가댐퍼를 장착하기 어렵게 되었다. 최근 본 저자는 사장교의 미관을 해치지 않으면서 기존의 제어시스템보다 효과적으로 케이블의 진동을 저감시킬 수 있는 새로운 개념의 사장교 케이블 진동 제어시스템을 제안하였다. 본 논문에서는 기존의 연구를 확장하여 새그(Sag)를 고려한 Movable anchorage 시스템을 제안하였으며, 수치해석을 통한 제어성능을 평가하였다. 수치해석의 결과 제안된 시스템은 새그를 고려하였을 때에도 고려하지 않은 경우와 마찬가지로 베어링장치의 강성이 작을수록 기존의 비감쇠 시스템이나 일반적인 수동제어시스템보다 훨씬 좋은 성능을 나타내었다. 제안된 시스템에 있어서 최적의 제어성능을 제공하기 위해서는 새그의 크기를 고려해서 최적의 감쇠계수를 결정해야 할 것으로 사료된다.