Journal of Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회 논문집)

Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회)
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Vibrational Characteristics of the Deteriorated Railway Plate Girder Bridge by Full-scale Experimental Modal Analysis

Full-scale 실험 모드해석을 이용한 노후화된 철도판형교의 진동특성

  • Received : 2011.10.07
  • Accepted : 2012.02.03
  • Published : 2012.02.27
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Abstract

In this study, experimental vibration tests are performed on a real full-scale railway steel plate girder bridge, which resides in open-space environments. Using experimental modal analysis techniques, the modal parameters of the railway steel plate girder bridge yielded by the modal testing of the impact hammer are compared and investigated with the natural frequencies and mode shapes obtained by finite element analysis. This work focuses on the application of model updating techniques to measured experimental data and output-only data from an analytical vibration study that takes into account various geometric and material properties of the bridge members. A finite element model of the railway bridge structure is used to verify the modal experimental results. It is subsequently updated using the corresponding modal identification technique. The basic database is provided to evaluate damage, which can be determined based on the changes in the element properties, resulting from the process of updating the finite element model benchmark and experimental data.

본 연구에서는 실험적 모드해석 기법을 이용하여 외부환경에 직접 노출되어 있는 실제 철도판형교의 full-scale 동적 테스트가 수행되었다. 충격해머 모드실험에 의해 얻어진 철도판형교의 모드 매개변수를 유한요소해석으로부터 구한 고유진동수와 모드형상과 비교, 분석하였다. 실험적 모드해석에 의해 측정된 실험 데이터와 해석적 진동분석에서 얻어지는 출력만의 데이터를 교량 부재의 기하학적 특성 및 재료적 특성을 다양하게 고려하여 모델보정 테크닉에 적용하였다. 철도판형교의 실험적 모드해석 결과를 검증하기 위한 유한요소모델이 모드인식 기법을 이용하여 보정되었다. 실험 데이터와 유한요소해석 기준모델의 모델보정과정의 결과와 함께 부재특성의 변화를 통하여 이루질 수 있는 손상평가에 대한 기초적 데이터베이스가 제공된다.

Keywords

References

  1. 건설교통부(2007) 미래철도기술개발사업, 제1부 중장기계획 Part2.
  2. 김남식(2002) 상시진동을 이용한 남해대교의 동특성 평가, 2002년도 추계학술대회논문집, 한국소음진동공학회, pp. 988-993.
  3. 김현호, 오지택, 송재필, 김기봉(2005) 유한요소프로그램을 이용한 철도판형교의 동적거동, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제8권, 제3호, pp. 228-234.
  4. 오지택, 최진유, 김현민(2002) 철도 무도상판형교의 고유진동특성에 대한 연구, 2002년도 추계학술대회논문집, 한국철도학회, pp. 1041-1046.
  5. 이동호(2004) 온도와 지점조건이 진동특성에 미치는 영향에 대한 실험적 연구, 석사학위논문, 서울시립대학교.
  6. 이정휘, 김성곤, 장승필(2005) 강교량의 손상감지를 위한 주파수한요소프로그램을 이용한 주파수 영역 패턴인식 기법, 한국강구조학회 논문집, 한국강구조학회, 제17권, 제1호, pp. 224-234.
  7. 정의하(2004) 판형교의 동특성개선에 대한 연구, 석사학위논문, 서울산업대학교.
  8. 최진유, 오지택, 김현민, 이상배(2002) 무도상판형교의 동적거동 특성 분석을 위한 실험적 연구, 2002년도 추계학술대회논문집, 한국철도학회, pp. 678-683.
  9. 정영화 등(2000) 교량정밀 안전진단을 위한 첨단기술의 개발 : 진동반응측정을 이용한 구조물의 결함발견, 연구보고서, 건설교통부.
  10. 최은수, 이희업, 김성일, 김이현(2006) 디스크 받침에 의한 철도판형교의 고유진동수 및 동적 거동 변화, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제18권, 제4호, pp. 437-446.
  11. 황원섭, 조은상, 오지택, 김현민(2007) 무도상 철도판형교의 동적응답특성 및 보강방안, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제19권, 제3호, pp. 281-290.
  12. ANSYS (2008) Reference Manual, Ver. 10.0.
  13. Banks, H.T., Inman, D.J., Leo, D.J., and Wang, Y. (1996) Experimentlly Damage Detection Theory in Smart Structures, Journal of Sound and Vibration, Vol. 191, No. 5, pp. 859-880. https://doi.org/10.1006/jsvi.1996.0160
  14. Catabas, F.N., Gul, M., and Burkett, J. (2008) Conceptual Damage-sensitive Features for Structural Health Monotoring: Laboratory and Field Demonstrations, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 22, No. 7, pp. 1650-1669. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2008.03.005
  15. Elliott, A.S. and Richardson, M.H. (1998) Virtual Experimental Modal Analysis (VEMA), Proceedings of 16th IMAC.
  16. Hu, N., Wang, X., and Fukunaga, H.. (2001) Damage assessment of structures using modal test data, International Journal of Solids and Structures, Vol. 38, pp. 3111-3126. https://doi.org/10.1016/S0020-7683(00)00292-4
  17. He, J. and Fu, Z.F. (2001) Modal analysis, Butterworth-Heine-mann.
  18. Parloo, E., Guillaume, P., and Overmeire, V.M. (2003) Damage assessment using mode shape sensitivities, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 17, No. 3, pp. 499-518. https://doi.org/10.1006/mssp.2001.1429
  19. Richardson, M.H. and Pootter, R. (1974) Identification of the Modal Properties of an Elastic Structure from Measured Transfer Function Data, ISAASI 74250 - International Instrumentation Symposium, pp. 239-246.
  20. Straser, E.G. and Kiremidjian, A.S. (1998) A Modular, Wirelee Damage Monitoring System for Structures, Repor No. 128, John A. Blume Earthquake Engineering Center, Stanford University, USA.
  21. Wang, Z., Lin, R.M., and Lim, M.K. (1997) Structural Damage Detection Using Measured FRF Data, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 147, pp. 187-197. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(97)00013-3

Cited by

  1. A Study on Repair/ Retrofit for Deteriorations of Steel Bridge -Behavior Characteristics of Welded Joint Part of Flange and Repair/Retrofit of Fatigue Crack in Railway Steel Bridge- vol.24, pp.6, 2012, https://doi.org/10.7781/kjoss.2012.24.6.613
  2. A new accelerated-replacement method and full-scale test of a new superstructure for existing OSPG railway bridges vol.14, pp.3, 2014, https://doi.org/10.1007/s13296-014-3007-8