• Structural Engineering and Mechanics
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• 제87권3호
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• pp.255-272
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• 2023

Spatial cable systems can provide more transverse stiffness and torsional stiffness without sacrificing the vertical bearing capacity compared with conventional vertical cable systems, which is quite lucrative for long-span earth-anchored suspension bridges' development. Higher economy highlights the importance of refined form-finding analysis. Meanwhile, the internal connection between the lateral and vertical sags has not yet been specified. Given this, an analytic algorithm of form-finding for the earth-anchored suspension bridge with spatial cables is proposed in this paper. Through the geometric compatibility condition and mechanical equilibrium condition, the expressions for cable segment, the recurrence relationship between catenary parameters and control equations of spatial cable are established. Additionally, the nonlinear general reduced gradient method is introduced into fast and high-precision numerical analysis. Furthermore, the analytic expression of the lateral and vertical sags is deduced and discussed. This is very significant for the space design above the bridge deck and the optimization of the sag-to-span ratio in the preliminary design stage of the bridge. Finally, the proposed method is verified with the aid of two examples, one being an operational self-anchored suspension bridge (with spatial cables and a 260 m main span), and the other being an earth-anchored suspension bridge under design (with spatial cables and a 500 m main span). The necessity of an iterative calculation for hanger tensions on earth-anchored suspension bridges is confirmed. It is further concluded that the main cable and their connected hangers are in very close inclined planes.

• 한국지진공학회논문집
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• 제18권6호
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• pp.301-308
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• 2014

A suspension bridge is a type of bridge in which the beam is suspended by load-bearing cables. There are two classifications: the self-anchored suspension bridge has the main cable anchored to the bridge girders, and the earth-anchored suspension bridge has the main cable anchored to a large anchorage. Although a suspension bridge is structurally safe, it is prone to be damaged by various actions such as hurricanes, tsunamis and terrorist incidents because its cables are exposed. If damage to a cable eventually leads to the cable rupture, the bridge may collapse. To avoid these accidents, studies on the dynamic behavior of cable bridges due to the cable rupture have been carried out. Design codes specify that the calculated DAF (dynamic amplification factor) should not exceed a certain value. However, it has been difficult to determine DAFs effectively from dynamic analysis, and thus no systematic approach has been suggested. The current study provides a guideline to determine DAFs reliably from the dynamic analysis results and summarizes the results by applying the method to an earth-anchored suspension bridge. In the study, DAFs were calculated at the location of four structural parts, girders, pylons, main cable and hangers, with variations in the rupture time.

• Wind and Structures
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• 제21권4호
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• pp.407-424
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• 2015

To explore the favorable structural system of cable-stayed bridges with ultra-kilometer main span, based on a fully self-anchored cable-stayed bridge with 1400 m main span, a partially earth-anchored cable-stayed bridge scheme with the same main span is designed. Numerical investigation on the dynamic characteristics, aerostatic and aerodynamic stability of both two bridge schemes is conducted, and the results are compared to those of a suspension bridge with similar main span, and considering from the aspect of wind stability, the feasibility of using partially earth-anchored cable-stayed bridge in super long-span bridges with ultra-kilometer main span is discussed. Moreover, the effects of structural design parameters including the length of earth-anchored girder, the number of auxiliary piers in side span, the height and width of girder, the tower height etc on the dynamic characteristics, aerostatic and aerodynamic stability of a partially earth-anchored cable-stayed bridge are analyzed, and their reasonable values are proposed. The results show that as compared to fully self-anchored cable-stayed bridge and suspension bridge with similar main span, the partially earth-anchored cable-stayed bridge has greater structural stiffness and better aerostatic and aerodynamic stability, and consequently becomes a favorable structural system for super long-span bridges with ultra-kilometer main span. The partially earth-anchored cable-stayed bridge can achieve greater stiffness and better wind stability under the cases of increasing the earth-anchored girder length, increasing the height and width of girder, setting several auxiliary piers in side span and increasing the tower height.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제59권4호
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• pp.621-652
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• 2016

A new cable-supported bridge model consisting of suspension parts, self-anchored cable-stayed parts and earth-anchored cable-stayed parts is presented. The new bridge model can be used for suspension bridges, cable-stayed bridges, cable-stayed suspension bridges, and partially earth-anchored cable-stayed bridges by varying parameters. Based on the assumption that each structural member is in either an axial compressive or tensile state, and the stress in each member is equal to the allowable stress of the material, the material quantity for each component is calculated. By introducing the unit cost of each type of material, the estimation formula for the cost of the new bridge model is developed. Numerical examples show that the results from the estimation formula agree well with that from the real projects. The span limit of cable supported bridge depends on the span-to-height ratio and the density-to-strength ratio of cables. Finally, a parametric study is illustrated aiming at the relations between three key geometrical parameters and the cost of the bridge model. The optimization of the new bridge model indicates that the self-anchored cable-stayed part is always the dominant part with the consideration of either the lowest total cost or the lowest unit cost. It is advisable to combine all three mentioned structural parts in super long span cable supported bridges to achieve the most excellent economic performance.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.1309-1317
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• 1994

앵커리지 (Anchorage)가 주케이블을 지지하는 전형적인 현수교에서는 행거를 가설한 후에 보강형을 순차적으로 가설하기 때문에 시공시 행거에 별도의 긴장력이 필요없다. 이와는 달리 자정식 현수교는 가교각으로 보강형을 지지한 후 행거를 설치하게 된다. 따라서 행거 가설시 초기 긴장력을 가할 필요가 있으며 이 후 계속되는 시공과정에 의해 장력이 지속적으로 변화하게 된다. 따라서 행거의 가설방법을 변화시켜가며 이에 따른 행거장력의 변화 양상을 파악하여 가장 효율적으로 행거를 가설할 수 있는 방법을 결정할 필요가 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 해석적인 방법을 제시하였다. 현수교 시공의 진행에 따라 단계적으로 변화하는 구조계를 모사할 수 있는 사공단계해석 알고리즘을 제시하였다. 또한 자정식 현수교에서 발생할 수 있는 기하비선형 해석모델을 제시하였다. 실물 교량을 대상으로 제시된 해석방법에 따라 가장 효과적이라고 생각되는 시공방법을 제시하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권2호통권69호
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• pp.285-293
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• 2004

사회 기반 특수 시설로서 케이블을 이용한 현수교는 완공 후에 일반적인 교량 보다 더 신중한 안전점검 및 유지관리가 필요하다. 그러나, 교량의 설계 및 유지관리를 위한 구조해석은 구조체의 단순화된 기하학적 형상만을 고려하고 있다. 특히 강상판을 포함한 교량 구조물의 해석 모델링은 쉽지 않다. 본 논문에서는 완성계 현수교에 대한 행거 부재의 고유진동수와 전산해석을 통해 구조적 거동과 성능을 평가하였다. 전산해석의 정확도를 높이기 위해 해석 모델에 뼈대 구조물과 강상판을 고려하였다. 또한, 측정된 행거 장력과 상시 진동시에 측정된 구조물의 고유진동수 및 차량 재하시험 결과를 해석에 적용하였다. 결과로서, 제안된 알고리즘에 의한 예상 구조거동은 실제 구조물에서 측정된 자료와 매우 유사한 결과를 보였다. 또한, 내륙에 상륙한 태풍 매미에 의해 측정된 자료를 적용한 결과, 해석모델이 구조물의 예비설계 및 유지관리에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.219-229
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• 2003

타정식 및 자정식 현수교의 정확한 초기형상을 결정하기 위하여 초기부재력법과 TCUD법을 효과적으로 결합시킨 개선된 해석 방법을 제시한다. 먼저 기하학적 선형해석을 수행하여 장력의 초기값을 가정한다. 이제 케이블의 무응력길이를 변수로 취급하여 TCUD법에 근거한 반복계산이 이루어진다. 수렴이 되면 현수교의 주탑 및 보강형의 축방향 변위를 제거하기 위하여, 케이블의 장력과 주탑, 보강형의 압축력, 그리고 주케이블의 절점 수직변위의 수렴된 값은 이용하고 나머지 부재력과 좌표값은 초기값으로 재조정하여 초기부재력법을 적용한다. 케이블요소의 모델링에서 무응력길이를 변수로 추가함으로써 주케이블 및 행어 정착부의 변위와 주탑의 수평변위를 설계목적에 적합하도록 제어하여 휨모멘트를 최소화하였고, 초기부재력법을 결합시켜 보강형, 주탑의 축방향변위가 발생하지 않는 해석결과를 얻을 수 있었다.

• 화약ㆍ발파
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• 제37권4호
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• pp.26-35
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• 2019

타정식 현수교의 중력식 앵커리지를 설계하는 데 있어, 지반과 콘크리트 앵커블록 사이에 작용하는 접촉 마찰력은 교량의 주케이블의 장력을 지지하는데 많은 기여를 하고 있기 때문에 콘크리트와 암반 사이 접촉면의 마찰 및 전단 저항 특성을 이해하는 것이 중요하다. 이를 위해, 본 연구에서는 휴대용 레이저 스캐너를 활용하여 발파 바닥면을 스캐닝하였으며, 이를 바탕으로 3차원 모델링 및 거칠기를 정량적으로 분석하였다. 또한 발파 바닥암반 단면 데이터를 활용하여, 발파 바닥암반-콘크리트 경계면을 갖는 모델을 생성하였다. 동적파괴과정해석기법(DFPA-3D)를 활용하여, 해당 모델에 대한 직접 전단시험 모사를 수행하였으며, 이를 바탕으로 발파 바닥암반-콘크리트 접촉면에 대한 전단파괴 거동을 확인 및 분석하였다.