KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.1
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pp.147-154
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2019
The finite element model updating can be defined as the problem of finding the parameters of the finite element model which gives the closest response to the actual response of the structure by measurement. In the previous researches, optimization based methods have been developed to minimize the error of the response of the actual structure and the analytical model. In this study, we propose an inverse eigenvalue problem that can directly obtain the parameters of the finite element model from the target mode information. Deep Neural Networks are constructed to solve the inverse eigenvalue problem quickly and accurately. As an application example of the developed method, the dynamic finite element model update of a suspension bridge is presented in which the deep neural network simulating the inverse eigenvalue function is utilized. The analysis results show that the proposed method can find the finite element model parameters corresponding to the target modes with very high accuracy.
In this study, the pull-out behavior of a tunnel-type anchorage for suspension bridges was investigated using experimental tests and image processing analyses. The study focused on evaluating the initial failure behavior and failure mode of the tunnel-type anchorage. In order to evaluate the failure mode of tunnel-type anchorage, a series of scaled model tests were conducted based on the prototype anchorage of the Ulsan Grand Bridge. In the model tests, the anchorage body and surrounding rocks were fabricated using a gypsum mixture. The pull-out behavior was investigated under plane strain conditions. The results of the model tests demonstrate that the tunnel-type anchorage underwent a wedge-shaped failure. In addition, the failure mode changed according to the differences in the physical properties of the surrounding rock and the anchorage body and the size of the anchor plate. The size of the anchor plate was found to be an important parameter that determines the failure mode. However, the difference in physical properties between the surrounding rock and the anchorage body did not affect its size. In addition, this study analyzed the initial failure behavior of the tunnel-type anchorage through image analysis and confirmed that the failure was sequentially transferred from the inside of the tunnel to the surrounding rock according to the image analysis. The reasonable failure mode for the design of the tunnel-type anchorage should be wedge-type rather than pull-out type.
The geometry of the gravity-type anchorage changes depends on various factors such as the installation location, ground type, and relationship with the upper structure. In particular, the anchorage geometry embedded in the ground is an important design factor because it affects the pull-out resistance of the anchorage. This study examined the effect of four parameters, related to anchorage geometry and embedded ground conditions, on the pull-out resistance in the gravity-type anchorage through two-dimensional finite element analysis, and presented a guide for major design variables. The four parameters include the 1) flight length of the stepped anchorage (m), 2) flight height of the stepped anchorage (n), 3) the anchorage heel height (b), and 4) the thickness of the soil (e). It was found that as the values of m increased and the values of n decreased, the pull-out resistance of the gravity-type anchorage increased. This trend is related to the size of the contact surface between the anchorage and the rock, and it was confirmed that the value of n, which has the largest change rate of the contact surface between the anchorage and the rock, has the greatest effect on the pull-out resistance of the anchorage. Additionally, the most effective design was achieved when the ratio of the step to the bottom of the anchorage (m) was greater than 0.7, and m was found to be an important factor in the pull-out resistance behavior of the anchorage.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3A
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pp.257-264
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2010
Generally, estimations on the displacement as an important factor in evaluating the safety of large structures could be a barometer assessing whether the condition of the structure is deteriorating. Practically, it is not easy how to measure the displacement response to large structures like suspension bridges. In this study, as a method for estimation displacement response from strain signals, mode decomposition technique is proposed. Total displacement response is estimated by superposing quasistatic displacement response and modal displacement responses in dominant modes with larger contributions after estimating the modal displacement responses. If foiled strain gauges are used to measure strain signals, there would likely to generate electric noise, what's more, the more measuring points there are the more economic burden it could be. In order to solve such problems, fiber optic bragg-grating(FBG) sensors were used, which have multi-point measurements with no effect on electric noises. Therefore, the experiment was performed through dynamic load test of suspension bridge and plate-girder bridge to review the possibility for using mode decomposition technique.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.105-111
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2018
This study aims to evaluate the safety for cable stayed bridge due to damages on the cable system. Many cable supported bridges, including cable stayed bridge and suspension bridge, have been built in the Korean peninsula. This requires efficient maintenance and management since this structure has complex structural components and system. This large structure also often faces risks either from manmade or natural phenomenon. In 2015 one cable-stayed bridge in South Korea had been struck by a bolt of lightning on the cables. This event had led to fire on cables. These cables had been damaged and putting the bridge at risk. This bridge was back in used after a few weeks of investigations and replacements of the cables. However, enormous social and economic expense were paid for recovery. After this event risk based management for infra structures is required by public demands. Therefore, this study was initiated and aimed to evaluate risks on the cable system due to potential damages. In this paper one cable-stayed bridge in South Korea was selected and investigated its safety based on the damage scenarios of cable system for efficient and prompt management, and for supporting decision making. FEM analysis was conducted to evaluate the safety of the bridges due to damages on the cable system.
Structural identification or St-Id is 'the parametric correlation of structural response characteristics predicted by a mathematical model with analogous characteristics derived from experimental measurements'. This paper describes a St-Id exercise on Humber Bridge that adopted a novel two-stage approach to first calibrate and then validate a mathematical model. This model was then used to predict effects of wind and temperature loads on global static deformation that would be practically impossible to observe. The first stage of the process was an ambient vibration survey in 2008 that used operational modal analysis to estimate a set of modes classified as vertical, torsional or lateral. In the more recent second stage a finite element model (FEM) was developed with an appropriate level of refinement to provide a corresponding set of modal properties. A series of manual adjustments to modal parameters such as cable tension and bearing stiffness resulted in a FEM that produced excellent correspondence for vertical and torsional modes, along with correspondence for the lower frequency lateral modes. In the third stage traffic, wind and temperature data along with deformation measurements from a sparse structural health monitoring system installed in 2011 were compared with equivalent predictions from the partially validated FEM. The match of static response between FEM and SHM data proved good enough for the FEM to be used to predict the un-measurable global deformed shape of the bridge due to vehicle and temperature effects but the FEM had limited capability to reproduce static effects of wind. In addition the FEM was used to show internal forces due to a heavy vehicle to to estimate the worst-case bearing movements under extreme combinations of wind, traffic and temperature loads. The paper shows that in this case, but with limitations, such a two-stage FEM calibration/validation process can be an effective tool for performance prognosis.
Inerter-based damping devices (IBBDs), which consist of inerter, spring and viscous damper, have been extensively investigated in vehicle suspension systems and demonstrated to be more effective than the traditional control devices with spring and viscous damper only. In the present study, the control performance on cable vibration reduction was studied for four different inerter-based damping devices, namely the parallel-connected viscous mass damper (PVMD), series-connected viscous mass damper (SVMD), tuned inerter dampers (TID) and tuned viscous mass damper (TVMD). Firstly the mechanism of the ball screw inerter is introduced. Then the state-space formulation of the cable-TID system is derived as an example for the cable-IBBDs system. Based on the complex modal analysis, single-mode cable vibration control analysis is conducted for PVMD, SVMD, TID and TVMD, and their optimal parameters and the maximum attainable damping ratios of the cable/damper system are obtained for several specified damper locations and modes in combination by the Nelder-Mead simplex algorithm. Lastly, optimal design of PVMD is developed for multi-mode vibration control of cable, and the results of damping ratio analysis are validated through the forced vibration analysis in a case study by numerical simulation. The results show that all the four inerter-based damping devices significantly outperform the viscous damper for single-mode vibration control. In the case of multi-mode vibration control, PVMD can provide more damping to the first four modes of cable than the viscous damper does, and their maximum control forces under resonant frequency of harmonic forced vibration are nearly the same. The results of this study clearly demonstrate the effectiveness and advantages of PVMD in cable vibration control.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.15
no.4
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pp.31-38
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2022
In the case of special bridges whose superstructure is supported by cables, there are many blind spots that are difficult to access without special equipment and personnel. As a result, there are difficulties in the safety inspection of special bridges. The purpose of this study is to review the inspection blind spots of cable-supported bridges such as cable-stayed bridges and suspension bridges, and to study ways to eliminate blind spots using drones. To this end, the cables, stiffened girder, and pylons of the cable-stayed bridge located in the sea were inspected using drones. Through this study, it was confirmed that external safety inspection of special bridges that are difficult for inspectors to access is possible using drones. In particular, drone inspection to check the external condition and damage of the pylon, which is a blind spot for inspection of special bridges, is a very effective safety inspection method.
The classical two-degree-of-freedom (2-d-o-f) "sectional model" is of common use to study the dynamics of suspension bridges. It takes into account the first pair of vertical and torsional modes of the bridge and describes well global oscillations caused by wind actions on the deck, yielding very useful information on the overall behaviour and the aerodynamic and aeroelastic response; however, it does not consider relative oscillations between main cables and deck. On the contrary, the 4-d-o-f model described in the two Parts of this paper includes longitudinal deformability of the hangers (assumed linear elastic in tension and unable to react in compression) and thus allows to take into account not only global oscillations, but also relative oscillations between main cables and deck. In particular, when the hangers go slack, large nonlinear oscillations are possible; if the hangers remain taut, the oscillations remain small and essentially linear: the latter behaviour has been the specific object of Part I (Sepe and Augusti 2001), while the present Part II investigates the nonlinear behaviour (coexisting large and/or small amplitude oscillations) under harmonic actions on the cables and/or on the deck, such as might be generated by vortex shedding. Because of the discontinuities and strong nonlinearity of the governing equations, the response has been investigated numerically. The results obtained for sample values of mechanical and forcing parameters seems to confirm that relative oscillations cannot a priori be excluded for very long span bridges under wind-induced loads, and they can stimulate a discussion on the actual possibility of such phenomena.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.2
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pp.185-196
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1988
In this study, a method of nonlinear dynamic analysis of suspension bridges subjected to random wind loads is pre.sented. The nonlinearity considered is the one due to the interaction between the motion of the bridge girder and the tertsion variation of the main cables. The equation of motion is formulated using a continuum approach. The coupling between the vertical and torsional motions are included in the analysis. The equation of motion is solved by using the mode superposition method. The analysis is carried out in the frequency domain utilizing the stochastic linearization technique on to the modal equations. In the linearization procedure, the nonlinear terms are approximated as linear ones with constant terms. The verification of the method has been performed on a case with four modal degrees of freedom. Example analyses are carried out on two suspension bridges for various wind speeds and wind force parameters. Numerical results indicate that, by including the nonlinearity into the analysis, the dynamic responses of the bridges, particularly in the vertical direction, change considerably.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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