• Smart Structures and Systems
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• 제22권4호
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• pp.481-493
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• 2018

Ultrasonic guided waves have attracted increasing attention for non-destructive testing (NDT) and structural health monitoring (SHM) of bridge cables. They offer advantages like single measurement, wide coverage of acoustical field, and long-range propagation capability. To design defect detection systems, it is essential to understand how guided waves propagate in cables and how to select the optimal excitation frequency and mode. However, certain cable characteristics such as multiple wires, anchorage, and polyethylene (PE) sheath increase the complexity in analyzing the guided wave propagation. In this study, guided wave modes for multi-wire bridge cables are identified by using a semi-analytical finite element (SAFE) technique to obtain relevant dispersion curves. Numerical results indicated that the number of guided wave modes increases, the length of the flat region with a low frequency of L(0,1) mode becomes shorter, and the cutoff frequency for high order longitudinal wave modes becomes lower, as the number of steel wires in a cable increases. These findings were used in design of transducers for defect detection and selection of the optimal wave mode and frequency for subsequent experiments. A magnetostrictive transducer system was used to excite and detect the guided waves. The applicability of the proposed approach for detecting and locating wire breakages was demonstrated for a cable with 37 wires. The present ultrasonic guided wave method has been found to be very responsive to the number of brokenwires and is thus capable of detecting defects with varying sizes.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권1호
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• pp.115-123
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• 2018

Steel-concrete composite structure is widely applied to bridge engineering due to their outstanding mechanical properties and economic benefit. This paper studied a new type of steel-concrete composite anchorage system for a self-anchored suspension bridge and focused on the mechanical behavior and force transferring mechanism. A model with a scale of 1/2.5 was prepared and tested in ten loading cases in the laboratory, and their detailed stress distributions were measured. Meanwhile, a three-dimensional finite element model was established to understand the stress distributions and validated against the experimental measurement data. From the results of this study, a complicated stress distribution of the steel anchorage box with low stress level was observed. In addition, no damage and cracking was observed at the concrete surrounding this steel box. It can be concluded that the composite effect between the concrete surrounding the steel anchorage box and this steel box can be successfully developed. Consequently, the steel-concrete composite anchorage system illustrated an excellent mechanical response and high reliability.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.414-419
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• 2020

본 연구에서는 사장교의 케이블 가속도계로부터 확보한 방대한 계측데이터의 활용을 확대하고자 인공지능 기반의 케이블 장력 추정 모델을 개발하였다. 케이블 장력 추정 모델은 진동법에 따른 장력 추정 과정에서 고유진동수를 판정할 수 있는 알고리즘을 핵심으로 하며 학습데이터 구성에 적합하고 판정 결과에 대한 성능이 확보될 수 있도록 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성되는 인공신경망(Artificial Neural Network)을 적용하였다. 인공신경망의 학습데이터는 케이블 가속도 계측데이터를 진동수로 변환 후 구성하였으며 고유진동수를 중심으로 일정한 패턴을 갖는 특성을 활용하여 기계학습을 진행하였다. 학습데이터 구성 시 다수 패턴의 고유진동수를 대표할 수 있도록 다양한 크기의 진폭을 갖는 진동수를 사용하고 일정 수준으로 진동수를 누적하여 사용할 경우 고유진동수에 대한 판정 성능이 개선됨을 확인하였다. 장력 추정 모델의 성능을 판단하기 위해 계측분석 기술자에 의해 추정한 장력의 관리기준과 비교하였다. 케이블 가속도계로부터 확보한 139개의 진동수를 입력값으로 사용하여 검증을 수행한 결과 실제 정답과 유사하게 고유진동수를 판정하였고 고유진동수에 의해 케이블의 장력을 추정한 결과는 96.4%의 수준으로 관리기준에 부합하는 결과를 보여주고 있다.

• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.577-584
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• 2019

최근 국내 사장교는 경관적인 요소를 위하여 비정형적인 형태가 시도되고 있다. 새로운 기하구조가 적용된 사장교는 그 특성을 명확히 분석하여 구조안전성을 확보할 필요가 있다. 본 연구 대상 교량은 S자형 곡선 보도사장교로 S자형 평면곡선과 역삼각형트러스 횡단면을 가진 보강거더, 곡선반경 내측에 1면으로 배치된 경사 주탑과 modified Fan 타입 주케이블, 수직 백스테이케이블이 적용되었다. 곡선사장교는 직선사장교와 같이 종방향의 거동에만 초점을 두고 장력을 조정할 경우 횡방향으로 과다한 변위와 모멘트가 발생 할 수 있다. 본 연구는 주케이블이 교량의 횡방향 거동에 미치는 영향을 분석하기 위해서, 장력에 의한 주탑의 횡방향 변위 방향에 따라 케이블을 2개 그룹으로 나누었다. 지간중앙부 케이블 그룹을 GR1, 주탑지점부 케이블 그룹을 GR2라 할 때 GR1과 GR2의 조합비율이 보강거더, 받침, 주탑 그리고 수직앵커케이블에 미치는 영향을 분석하였다. 연구대상 교량에 적용된 장력비율을 1.0GR1+1.0GR2라 하였을 때, 1.2GR1+0.8GR2의 조합에서 주탑지점부 보강거더의 좌측과 우측 상현재 응력이 최소가 되었고, 좌우 부재의 편차도 최소가 되었다. 또한, 받침의 수평력, 주탑의 횡방향 변위와 모멘트, 수직백스테이케이블의 장력도 감소하였다. 본 연구는 유사한 기하구조를 가진 사장교의 장력 결정시 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 춘계학술대회논문집
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• pp.450-454
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• 2003

Natural periods are usually determined by the so-called linearized finite displacement theory even for a suspension bridge. This linearized method, with formulating structural stiffness by taking dead-load tension into consideration, calculates the natural periods of the bridge. As a result, the assumed initial tensions for each cable member may affect the accuracy of calculated natural periods and some other dynamic responses. This paper mainly demonstrates the effect of initially introduced tension accuracy on the evaluation of dynamic characteristics for a suspension bridge.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권4호
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• pp.26-37
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• 2020

본 연구에서는 2주탑 콘크리트 사장교를 모델링하고 취약부재에 대한 비탄성 시간이력해석 결과들로부터 설계기준과 재료특성을 반영한 취약도 분석을 수행하여 콘크리트 사장교에 적합한 취약도 분석을 제시하고자 한다. 사장교의 지진 취약도 곡선을 작성하기 위해 사장교의 주요 취약부재에 대한 한계상태를 결정하고 비탄성 시간이력해석에 의한 응답값과 비교하여 손상상태를 구분한다. 입력지반운동에 대한 취약부위들의 동적응답이 각 구조부재의 한계상태를 초과할 손상확률을 최대지반가속도(PGA)에 대해 구함으로써 사장교의 지진 취약도 곡선을 작성하였다. 주탑의 취약도 곡선에 의하면 0.5g에서 보통손상상태의 확률이 교축방향의 경우 32%인데 반해 교축직각방향의 경우 7%로 나타나 동일 PGA에서 교축직각방향에 비해 교축방향의 손상확률이 더 높은 것으로 나타났다. 연결부의 지진 취약도 곡선을 보면 심한 손상상태의 손상확률이 다른 부재에 비해 매우 높은 수준을 보였는데 이는 지진에 의한 연결부의 손상이 주탑과 케이블의 손상에 비해 매우 민감하다는 것을 의미한다. 케이블의 지진 취약도 곡선에서는 보통손상상태 등급 이후의 손상확률이 점차 낮아져 완전손상상태에 이를 확률은 2.0g의 큰 지진에서도 30%미만의 확률을 가지는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.121-129
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• 2008

본 연구에서는 FCM 공법으로 건설되는 사장교의 최종 시공 단계인 키-세그먼트 폐합 방법으로 기존의 set-back과 reset-back 방법 대신 온도 효과를 이용한 폐합방법을 제안하여, 이를 일부 타정식 사장교에 적용하였다. 제안된 방법은 키-세그먼트 폐합 전 캔틸레버 상태인 교량 시스템의 중앙 경간부 거더 내부에 인위적인 가열 작업을 하여 거더를 신장시킨 후 키-세그먼트 폐합 후 연속교 상태에서 가열을 제거하는 방법으로, 가열 작업과 가열 제거 작업시의 시스템 변화를 이용하여 교량 시스템에 인위적인 부재력을 발생시키는 방법이다. 기존의 자정식 사장교를 일부 타정식 사장교로 변경 후 시공단계 해석을 수행한 결과, 인위적으로 발생된 부재력은 일부 타정식 사장교의 구조 시스템 특징에 부합하여 거더부의 압축력을 감소시키므로 제안된 방법은 일부 타정식 사장교에 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.191-199
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• 2007

본 연구에서는 캔틸레버 공법으로 가설되는 사장교의 최종단계에서 초기평형상태를 구현하기 위한 폐합 방법을 제안하였다. 캔티레버식 가설에 의한 사장교에서 초기평형상태의 구현을 위해서는 거더 폐합단계에서 폐합단면 양측의 연직 처짐, 회전각 및 축방향 변위에 대한 적합조건을 만족시켜야 하는데, 본 연구에서는 실제 시공시 적용 가능한 데릭 크레인의 인양력과 케이블의 장력, 그리고 주탑부에 설치된 유압잭을 이용하여 적절한 폐합이 가능함을 제시하였다. 제안된 방법을 예제 교량의 시공단계 해석에 적용하여 그 타당성을 검증하였으며, 폐합시 축방향 변위에 관한 적합조건의 고려 여부가 주탑의 결과에 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다.