• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2006년도 춘계학술대회논문집
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• pp.894-901
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• 2006

In general, the tension fores of hanger cable in suspension bridges play an important role in evaluating the bridge state. The vibration method, as a conventional one, has been widely applied to estimate the tension fores by using the measured frequencies on hanger cables. However, the vibration method is not applicable to short hanger cables because the frequency of short cables is severely sensitive to the flexural rigidity. Thus, in this study, the tension forces of short hanger cables, of which the length is shorter than 10meters, were estimated through back analysis of the cable frequencies measured from Gwang-An suspension bridge in Korea. Direct approach to rock analysis is adopted using the univariate method among the direct search methods as an optimization technique. The univariate method is able to search the optimal tension forces without regard to the initial ones and has a rapid convergence rate. To verify the feasibility of back analysis, the results from back analysis and vibration method are compared with the design tension forces. From the comparison, it can be inferred that back analysis results are more reasonable agreement with the design tension forces of short hanger cable. Therefore, it is concluded that back analysis applied in this study is an appropriate tool for estimating tension forces of short hanger cables.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권6호
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• pp.603-625
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• 2019

Main cable configurations under final dead load and in the unloaded state and critical construction parameters (e.g. unstrained cable length, unstrained hanger lengths, and pre-offsets for tower saddles and splay saddles) are the core considerations in the design and construction control of a suspension bridge. For the purpose of accurate calculations, it is necessary to take into account the effects of cable strands over the anchor spans, arc-shaped saddle top, and tower top pre-uplift. In this paper, a method for calculating the cable configuration under final dead load over a main span, two side spans, and two anchor spans, coordinates of tangent points, and unstrained cable length are firstly developed using conditions for mechanical equilibrium and geometric relationships. Hanger tensile forces and unstrained hanger lengths are calculated by iteratively solving the equations governing hanger tensile forces and the cable configuration, which gives careful consideration to the effect of hanger weight. Next, equations for calculating the cable configuration in the unloaded state and pre-offsets of saddles are derived from the cable configuration under final dead load and the conditions for unstrained cable length to be conserved. The equations for the main span, two side spans and two anchor spans are then solved simultaneously. In the proposed methods, coupled nonlinear equations are solved by turning them into an unconstrained optimization problem, making the procedure simplified. The feasibility and validity of the proposed methods are demonstrated through a numerical example.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권5호
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• pp.120-129
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• 2023

행어케이블의 장력은 현수교의 건전성과 안전성을 확인할 수 있는 주요 응답 중 하나이다. 일반적으로 공용 중인 현수교에서 행어케이블의 장력을 추정하기 위해 진동법이 주로 사용되고 있다. 진동법은 행어케이블에서 고유진동수들을 측정하고 행어케이블의 형상 조건을 이용하여 간접적으로 장력을 추정하는 방법이다. 이 연구에서는 영상계측시스템을 이용하여 팔영대교의 행어케이블에 대하여 장력을 추정하였다. 영상계측시스템은 측정의 편의성과 경제성을 고려하여 디지털 캠코더와 삼각대를 사용하였다. 영상계측시스템을 이용하여 측정된 행어케이블의 응답은 변위 기반이므로 진동법을 적용하기 위한 고차모드의 고유진동수는 측정하기 어려울 수 있다. 이 연구에서는 저차모드의 고유 진동수를 이용하여 장력을 추정할 수 있는 역해석 기법을 적용하였다. 역해석 기법은 현장에서 측정된 행어케이블의 고유진동수들과 유한요소해석을 이용하여 산정된 고유진동수들의 오차를 목적함수로 정의하여 최적화를 수행하였다. 최적화 방법은 목적함수의 편미분이 필요 없는 직접탐색법을 적용하였다. 역해석 기법을 이용하여 산정된 장력과 진동법을 이용하여 추정된 장력을 비교 분석하여 역해석 기법에 대한 신뢰도와 정확도를 확인하였다. 그 결과 역해석 기법을 적용하면 저차모드의 고유진동수를 이용하여도 신뢰성 있는 장력의 추정이 가능하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제72권2호
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• pp.169-180
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• 2019

The underlying mechanism of the wind-induced vibration of the hangers of the suspension bridges is still not fully understood at present and hence is comprehensively examined in this study. More specifically, a series of field measurements on the No. 2 hanger of the Xihoumen Bridge was first carefully conducted. Large amplitude vibrations of the hanger were found and the oscillation amplitude of the leeward cable was obviously larger than that of the windward cables. Furthermore, the trajectory of the leeward cable was close to an ellipse, which agreed well with the major characteristics of wake-induced vibration. Then, a theoretical model for the wake-induced vibration based on a 3-D continuous cable was established. To obtain the responses of the leeward cable, the finite difference method (FDM) was adopted to numerically solve the established motion equation. Finally, numerical simulations by using the structural parameters of the No. 2 hanger of the Xihoumen Bridge were carried out within the spatial range of $4{\leq}X{\leq}10$ and $0{\leq}Y{\leq}4$ with a uniform interval of ${\Delta}X={\Delta}Y=0.25$. The results obtained from numerical simulations agreed well with the main features obtained from the field observations on the Xihoumen Bridge. This observation indicates that the wake-induced vibration might be one of the reasons for the hanger oscillation of the suspension bridge. In addition, the effects of damping ratio and windward cable movement on the wake-induced vibration of the leeward cable were numerically investigated.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권6호
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• pp.21-30
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• 2008

이 연구에서는 현수교 PWS 및 CFRC 행어로프의 바람에 의한 내풍안정성 평가을 위한 풍동실험을 수행하였다. 풍동실험결과, PE관으로 피복된 PWS 케이블은 단일 케이블에서 와류진동이 발생하고 복수 케이블에서는 중심간격이 $3\sim6D$일때 웨이크갤로핑이 발생하였다. 진동이 발생하지 않는 복수 케이블에서도 풍향각이 달라지면 웨이크갤로핑이나 웨이크플러터가 발생함을 알 수 있었다. CFRC 케이블은 케이블 중심간격 및 풍향각에 관계없이 PWS 케이블에 비해 안정된 내풍성능을 보였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.1-10
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• 2007

현수교 행어케이블의 장력은 현수교의 상태점검에 있어 중요한 요소이다. 현재 케이블의 장력 추정에는 여러 이론식에 의한 간접적인 방법들이 사용되고 있으며, 케이블의 가속도신호로부터 고유진동수를 측정한 후 고유진동수와 장력과의 관계로부터 케이블의 장력을 추정하는 진동법이 대표적이다. 하지만 운동방정식을 기반으로 하는 진동법은 휨강성의 영향이 큰 짧은 케이블의 장력추정에는 적합하지 않다. 본 논문에서는 10m 미만의 짧은 케이블에 대해서도 전기 가능한 새로운 장력 추정 방법으로 단변분탐색법과, 최적화 기법을 이용한 역해석 기법을 제시하였다. 이론에 대한 검증을 위해 국내에 사용 중인 광안대교 행어케이블을 대상으로, 역해석과 진동법에 의한 추정장력들과 설계장력을 상호 비교하였고, 이를 통해 역해석기법이 길이에 상관없이 장력추정에 유용하다는 결론을 얻었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권1A호
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• pp.1-10
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• 2012

최근 해안, 도서, 산간지방 등의 개발로 장대교량의 수요가 증가되고 재료 및 설계 시공기술의 지속적 발전으로 인하여 현수교나 사장교 등 장지간을 가지는 교량의 건설이 증가하고 있다. 장대교량은 사장재 또는 주 케이블 및 행어로 주형을 지지하는 고차 부정정구조물로 다양한 형태의 설계가 가능하고 구조물의 외관이 뛰어나기 때문에 현재 많은 교량에 적용되고 있다. 케이블지지교량은 시공 중 그리고 공용상태에서 케이블의 장력을 지속적으로 측정함으로써 교량의 건전성을 파악할 수 있다. 케이블의 장력을 추정하는 기법으로 로드셀 및 유압잭 등을 이용하여 케이블의 응력을 직접 측정하는 방법과 케이블의 형상조건과 계측된 동적 특성을 활용하여 장력을 구하는 진동법이 많이 활용되고 있다. 본 연구에서는 디지털 영상처리를 이용한 행어케이블의 동특성 추정 방법을 제시하였으며 사용의 편의성과 경제성을 고려하여 원거리에 있는 행어케이블을 측정하기 위한 센서로 휴대용 디지털 캠코더를 사용하였다. 디지털 영상처리를 이용하는 방법은 digital image correlation(DIC) 기법을 사용하였으며 변형이 없는 이미지와 변형이 있는 이미지 사이의 기하학적인 왜곡을 보정하는 이미지 변환함수(ITF)를 사용하여 단위픽셀이하를 계산하였다. 또한 영상계측시스템의 흔들림을 추가적인 센서의 설치 없이 한 영상내의 고정된 물체를 이용하여 보정함으로써 행어케이블의 동적응답 및 모드별 고유진동수의 해상도를 향상시켰다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2A호
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• pp.215-222
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• 2008

본 논문은 현수교 이중 행어 시스템에 대한 진동기반 SI 장력추정기법의 실험적 검증을 소개한다. 현수교 이중 행어 시스템을 모사한 실험 모델을 제작되었으며, 세가지 경우의 클램프 위치에 대한 세가지 경우의 행어장력에 대해서 총 9회의 진동실험이 반복 수행되었다. 각각의 계측된 가속도 응답 데이터에 대해서, 모달분석을 통한 고유진동수와 모드 형상이 추출되었다. 추출된 일련의 동특성치들에 대하여 기존의 장력추정 이론인 현이론과 선형회기법을 적용하여 장력을 추정하였다. 또한 진동기반 SI 장력추정기법을 적용하여 장력을 추정하였는데, 추정된 장력은 수치모델과 계측모델의 동적 특성치들이 동일하게 될 때, 수치모델의 케이블 장력을 인식함으로써 추정되었다. 추정결과, 클램프의 위치에 따라서 기존의 이론을 이용한 추정장력의 오차는 최대 53.1%까지 보이는 반면, 진동기반 SI기법을 이용한 추정장력기법의 장력추정 오차는 모든 경우에 대하여 3% 이내 이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권3호통권55호
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• pp.135-144
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• 2009

주케이블과 행어로프로 구성된 케이블 시스템은 현수교에서 가장 중요한 부재로서 외부의 하중을 장력을 통해 전달하여 구조물의 안전성을 확보하는 비선형 요소의 부재이다. 장기간 공용된 교량의 케이블 시스템은 유지관리 활동에 따른 보수 및 보강의 영향을 받아 장력의 증가 혹은 변형이 발생하나 정확한 거동파악이 쉽지 않다. 국내 건설된 사장교에서의 케이블은 상시 모니터링 시스템이 개발되어 관리되고 있으나, 현수교의 주케이블에 대해서는 여전히 관리방법 개발이 필요하다. 이를 위해서 본 논문은 약 35년 공용되어온 남해대교에 대해서, 사용년수 증가에 따른 영향과 과거에 수행되었던 보수 및 보강공사가 케이블 시스템에 어떠한 영향을 주었는지를 파악하기 위해 그 동안 조사되었던 케이블의 손상, 행어로프의 장력 측정 결과 및 주 케이블의 형상측량 결과를 통하여 장기적인 거동을 분석하고 주케이블의 장력 변화를 분석하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제47권1호
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• pp.51-69
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• 2023

In tied-arch bridges, a properly designed connection between the arch and the deck may become crucial, since the forces in the structure may be significantly reduced. This implies substantial material savings and, consequently, cheaper constructions. The introduction of the Nielsen cable arrangement (composed of V-shaped inclined hangers) in the last century was a milestone because it was able to reduce deflections and bending moments both in the arch and in the deck. So far, the Nielsen cable arrangement has proven to be successful in traditional vertical arch bridges. However, despite its advantages, it has not been widely applied to spatial arch bridges. Thus, this article analyses the difference between the structural behavior of spatial arch bridges with Nielsen-type cable arrangements with respect to those with classical vertical hanger configurations. The main goal is to verify whether the known effectiveness of the Nielsen cable arrangement for classical arch bridges is still preserved when applied to spatial arch bridges. In order to achieve this objective, and as the first part of our study, a set of different all-steel bridges composed of vertical and inclined arches with straight decks have been compared for both cable arrangements. As a major conclusion, for planar vertical arch bridges, the Nielsen-type cable arrangement is always the most effective. In addition, it also seems that, for spatial arch bridges composed of a straight deck and an inclined arch, it still keeps most of its effectiveness as long as the arch is moderately inclined.