• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제4권4호
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• pp.59-66
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• 1984

본 논문에서는 랜덤 풍하중에 대한 사장교의 동력학적 거동에 대하여 연구하였다. 풍하중은 정적성분 (steady wind force), self-excited force 및 buffeting force에 의한 영향을 고려하고 구조물의 거동해석은 자유진동모우드를 이용한 주파수 영역에서의 랜덤해석기법으로 수행하여, 공기역학적 요인에 기인하는 교량의 안정성을 검토하고 형의 수직거동 및 Cable의 장력변화에 대하여 연구하였다. 전라남도 여수에 건설 중인 돌산교를 예로 한 해석결과를 보면, 설계풍속 조건에서 동력학적 해석결과가 정력학적 해석결과보다 약 2.5배 크게 나타나 동력학적 해석의 중요성을 알 수 있었고, 설계조건하에서 풍하중에 의한 거동이 차량하중 및 지진하중에 의한 결과보다 더 커서 풍하중에 대한 면밀한 해석이 필요함을 알 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제29권6호
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• pp.689-707
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• 2008

This study presents a method to evaluate the seismic risk of an extradosed bridge with seismic isolators of lead rubber bearings (LRBs), and also to show the effectiveness of the LRB isolators on the extradosed bridge, which is one of the relatively flexible and lightly damped structures in terms of seismic risk. Initially, the seismic vulnerability of a structure is evaluated, and then the seismic hazard of a specific site is rated using an earthquake data set and seismic hazard maps in Korea. Then, the seismic risk of the structure is assessed. The nonlinear seismic analyses are carried out to consider plastic deformation of bridge columns and the nonlinear characteristics of soil foundation. To describe the nonlinear behaviour of a column, the ductility demand is adopted, and the moment-curvature relation of a column is assumed to be bilinear hysteretic. The fragility curves are represented as a log-normal distribution function for column damage, movement of superstructure, and cable yielding. And the seismic hazard at a specific site is estimated using the available seismic hazard maps. The results show that in seismically-isolated extradosed bridges under earthquakes, the effectiveness of the isolators is much more noticeable in the columns than the cables and girders.

• Wind and Structures
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• 제18권1호
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• pp.1-20
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• 2014

Modern design of long suspension bridges must satisfy at the same time spanning very long distances and limiting their response against several external loads, even if of high intensity. Structural Control, with the solutions it provides, can offer a reliable contribution to limit internal forces and deformations in structural elements when extreme events occur. This positive aspect is very interesting when the dimensions of the structure are large. Herein, an updated numerical model of an existing suspension bridge is developed in a commercial finite element work frame, starting from original data. This model is used to reevaluate an optimization procedure for a passive control strategy, already proven effective with a simplified model of the buffeting wind forces. Such optimization procedure, previously implemented with a quasi-steady model of the buffeting excitation, is here reevaluated adopting a more refined version of the wind-structure interaction forces in which wind actions are applied on the towers and the cables considering drag forces only. For the deck a more refined formulation, based on the use of indicial functions, is adopted to reflect coupling with the bridge orientation and motion. It is shown that there is no variation of the previously identified optimal passive configuration.

• Smart Structures and Systems
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• 제23권5호
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• pp.507-520
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• 2019

In the structural health monitoring field, damage detection has been commonly carried out based on the structural model and the engineering features related to the model. However, the extracted features are often subjected to various errors, which makes the pattern recognition for damage detection still challenging. In this study, an automated damage identification method is presented for hanger cables in a tied-arch bridge using a convolutional neural network (CNN). Raw measurement data for Fourier amplitude spectra (FAS) of acceleration responses are used without a complex data pre-processing for modal identification. A CNN is a kind of deep neural network that typically consists of convolution, pooling, and fully-connected layers. A numerical simulation study was performed for multiple damage detection in the hangers using ambient wind vibration data on the bridge deck. The results show that the current CNN using FAS data performs better under various damage states than the CNN using time-history data and the traditional neural network using FAS. Robustness of the present CNN has been proven under various observational noise levels and wind speeds.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권6호
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• pp.805-821
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• 2023

This study developed an evaluation system to explore the effect of the environmental temperature on the stress redistribution produced by cable stress relaxation of structural members in a steel cable-stayed bridge. The generalized Maxwell model is used to estimate stress relaxation at different temperatures. The environmental temperature is represented using the thermal coefficients and temperature loads. The fmincon optimization function is used to determine the set of stress relaxation parameters at different temperatures for all cables. The ABAQUS software is employed to investigate the stress redistribution of the steel cable-stayed bridge caused by the cable stress relaxation and the environmental temperature. All of these steps are set up as an evaluation system to save time and ensure the accuracy of the study results. The developed evaluation system is then employed to investigate the effect of environmental temperature and cable type on stress redistribution. These studies' findings show that as environmental temperatures increased up to 40 ℃, the redistribution rate increased by up to 34.9% in some girders. The results also show that the cable type with low relaxation rates should be used in high environmental temperature areas to minimize the effect of cable stress relaxation.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.150-156
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• 2017

본 연구는 PSC(Post Tensioned Concrete) 교량 및 사장교(Cable Stayed Bridge) 등에 많이 적용되는 강연선의 국부적 손상에 따른 응력 회복길이를 분석하였다. 강연선은 PC 강선(Prestressing Strand)을 여러 줄을 꼬은 강재이며, 재료의 특성상 준공후 지속적으로 손상이 발생하며 부식 등이 주요 손상원인이다. 이에 따른 손상에 따른 성능저하가 발생하지만, 구조적인 특성상 케이블 내부의 손상 정도 및 응력 변화 패턴을 파악하기 어렵다. 교량에 적용된 케이블의 경우 설치 형상에 따라 채수 등에 따라 부식에 취약한 부분이 발생하며, 이로 인해 국부적인 손상이 발생할 수 있다. 본 연구는 교량 Post-Tensioning 또는 케이블 사장재에 주로 적용되는 강연선(7-Wire Strand)의 국부적 손상에 따른 성능저하 경향 및 응력 회복길이를 FEA 해석을 통하여 분석하였다. 향후 본 연구에서 구축하고자 하는 해석모델을 활용하여 PSC 교량 및 사장교 케이블 등의 안전성 평가 및 잔존수명 예측에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.199-210
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• 2011

사장교의 케이블은 타 부재에 비해 단면적이 매우 작고 고응력 상태이므로 진동에 매우 민감한 부재이다. 따라서 사장교 케이블의 충격계수는 실제 차량의 주행으로 발생하는 동적 효과를 반영하여 평가하는 것이 합리적이다. 이에 본 연구에서는 차량 중량, 케이블 모델, 노면조도, 차량속도 및 차량간격의 설계변수를 고려하여 중앙경간 230m 및 540m의 강합성 사장교를 대상으로 차량 이동하중 해석을 수행하여 케이블의 충격계수를 평가하고, 현재 실무에서 사용되고 있는 영향선을 이용한 방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 노면조도는 ISO 8608 규정에 근거하여 랜덤 생성하였으며, 생성 회수에 따른 케이블 충격계수의 수렴 추이를 분석함으로써 결과의 신뢰도를 확보하였다. 또한, 차량모델은 9-자유도를 갖는 트랙터-트레일러 형식의 트럭 모델을 적용하였으며 차량의 운동방정식은 Lagrange운동방정식으로부터 유도하였다. 해석 대상 교량은 3차원 유한요소모델로 구축하였으며 보강형과 주탑은 보요소, 케이블은 등가탄성계수를 갖는 트러스요소를 사용하였다. 이동하중으로 인한 교량-차량 상호작용 해석에는 직접적분법을 사용하였으며, 교량의 변위 오차율이 허용 범위 내에 수렴될 때까지 반복 해석을 수행하였다. 그 결과, 실제 차량의 주행으로 발생하는 동적 효과를 고려하지 못하는 영향선 기법은 차량 이동하중 해석에 비해 측경간 단부 케이블의 충격계수를 과소평가할 수 있는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.763-775
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• 2011

경사진 평행 병렬 사장재 케이블의 웨이크 갤로핑 발현 특성을 2차원 부분모형을 통하여 규명하였다. 경사진 병렬 사장재를 모사하기 위하여 두 실린더를 나란히 경사배치 하였으며 중심간격 변화에 따른 풍상측 및 풍하측 실린더의 진동을 관찰하였다. 실린더 지름의 여섯 배까지 케이블강교량설계지침의 허용값을 초과하는 진동이 관할되었다. 이는 설계 시 관용적으로 사용되는 검토기준이 비교적 적정함을 의미하는 것이다. 반면, 감쇠의 증가는 웨이크 갤로핑의 발현을 억재하는 데 효과적이지 않음을 확인할 수 있었다.