• Steel and Composite Structures
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• 제36권3호
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• pp.307-319
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• 2020

The upper chords in half-through truss bridges are prone to buckling due to a lack of the upper transverse connections. Taking into account geometric and material nonlinearity, nonlinear finite-element analysis of a simple supported truss bridge was carried out to exhibit effects of different types of initial imperfections. A half-wave of initial imperfection was proved to be effective in the nonlinear buckling analysis. And a parameter analysis of initial imperfections was also conducted to reveal that the upper chords have the greatest impact on the buckling, followed by the bottom chords, vertical and diagonal web members. Yet initial imperfections of transverse beams have almost no effect on the buckling. Moreover, using influence surface method, the combinatorial effects of initial imperfections were compared to demonstrate that initial imperfections of the upper chords play a leading role. Furthermore, the equivalent effective length coefficients of the upper chord were derived to be 0.2~0.28 by different methods, which implies vertical and diagonal web members still provide effective constraints for the upper chord despite a lack of the upper transverse connections between the two upper chords. Therefore, the geometrical and material nonlinear finite-element method is effective in the buckling analysis due to its higher precision. Based on nonlinear analysis and installation deviations of members, initial imperfection of l/500 is recommended in the nonlinear analysis of half-through truss bridges without initial imperfection investigation.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제7권2호
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• pp.149-166
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• 2020

This paper presents the results of an experimental investigation on a vibration-based damage identification framework for a steel girder type and a truss bridge based on acceleration responses to operational loading. The method relies on sensor clustering-based time-series analysis of the operational acceleration response of the bridge to the passage of a moving vehicle. The results are presented in terms of Damage Features from each sensor, which are obtained by comparing the actual acceleration response from the sensors to the predicted response from the time-series model. The damage in the bridge is detected by observing the change in damage features of the bridge as structural changes occur in the bridge. The relative severity of the damage can also be quantitatively assessed by observing the magnitude of the changes in the damage features. The experimental results show the potential usefulness of the proposed method for future applications on condition assessment of real-life bridge infrastructures.

• Smart Structures and Systems
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• 제17권6호
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• pp.1107-1127
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• 2016

Studies on dynamic characteristics of the hanger vibration using field monitoring data are important for the design and evaluation of high-speed railway truss arch bridges. This paper presents an analysis of the hanger's dynamic displacement responses based on field monitoring of Dashengguan Yangtze River Bridge, which is a high-speed railway truss arch bridge with the longest span throughout the world. The three vibration parameters, i.e., dynamic displacement amplitude, dynamic load factor and vibration amplitude, are selected to investigate the hanger's vibration characteristics in each railway load case including the probability statistical characteristics and coupled vibration characteristics. The influences of carriageway and carriage number on the hanger's vibration characteristics are further investigated. The results indicate that: (1) All the eight railway load cases can be successfully identified according to the relationship of responses from strain sensors and accelerometers in the structural health monitoring system. (2) The hanger's three vibration parameters in each load case in the longitudinal and transverse directions have obvious probabilistic characteristics. However, they fall into different distribution functions. (3) There is good correlation between the hanger's longitudinal/transverse dynamic displacement and the main girder's transverse dynamic displacement in each load case, and their relationships are shown in the hysteresis curves. (4) Influences of the carriageway and carriage number on the hanger's three parameters are different in both longitudinal and transverse directions; while the influence on any of the three parameters presents an obvious statistical trend. The present paper lays a good foundation for the further analysis of train-induced hanger vibration and control.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.231-239
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• 2003

과거 수 십년 동안 강박스 거더 교량은 휨과 비틀림에 대한 저항능력과 미적인 측면에서의 우수성으로 인해 많은 시공현장에서 건설되었다. 그러나 박스거더는 편재하된 하중 상태에서 단면의 뒤틀림과 뒴 현상을 경험하게 되는데 이는 박스거더의 단점으로 작용한다. 그러한 뒤틀림과 뒴 현상에 의해 발생하는 뒤틀림 응력들을 제어하기 위해서 일반적으로 박스거더 내부에 다이아프램을 설치하게 된다. 현재까지 건설된 강박스 거더 교량의 다이아프램의 형태는 충복 형태, 프레임 형태 그리고 트러스 형태 등이다. 본 연구의 목적은 매개변수 연구를 통해서 적절한 다이아프램 강성 비를 산정 하는 것과 산정된 강성 비에 근거하여 내부 다이아프램의 간격과 수를 제안하는 것이다. 대상교량은 단실 단면을 갖는 연속화된 직선 강박스 거더 교량이고, 주요한 매개변수는 단면의 형상, 경간 수, 등가 지간장, 내부 다이아프램 강성 그리고 내부 다이아프램 간격 등이다. 매개변수 연구를 통해서 적절한 내부 다이아프램 강성 비의 산정 그리고 내부 다이아프램의 간격과 수가 제안될 것이다.

• 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.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제3권1호
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• pp.33-49
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• 2016

Structural Health Monitoring (SHM) has been attracting numerous research efforts around the world because it targets at monitoring structural conditions and performance to prevent catastrophic failure, and to provide quantitative data for engineers and infrastructure owners to design a reliable and economical asset management strategy. In the past decade, with supports from Australian Research Council (ARC), Cooperative Research Center for Infrastructure and Engineering Asset Management (CIEAM), CSIRO and industry partners, intensive research works have been conducted in the School of Civil, Environmental and Mining Engineering, University of Western Australia and Centre for Infrastructural Monitoring and Protection, Curtin University on various techniques of SHM. The researches include the development of hardware, software and various algorithms, such as various signal processing techniques for operational modal analysis, modal analysis toolbox, non-model based methods for assessing the shear connection in composite bridges and identifying the free spanning and supports conditions of pipelines, vibration based structural damage identification and model updating approaches considering uncertainty and noise effects, structural identification under moving loads, guided wave propagation technique for detecting debonding damage, and relative displacement sensors for SHM in composite and steel truss bridges. This paper aims at summarizing and reviewing the recent research advances on SHM of civil infrastructure in Western Australia.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2A호
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• pp.281-288
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• 2008

콘크리트와 강재의 특성을 살린 복합구조 교량에 있어서 새로운 구조 형식인 복부 파형강판 PSC 박스거더 교량은 시공성 및 경제적인 측면에서 우수한 장점이 있다. 그러나 이와 관련된 기존 연구는 전단 좌굴에 대한 복부 파형강판의 거동 및 접합부의 형상 개발과 관련하여 한정된 측면이 있으며, 교량 자체로서의 비틀림 거동에 대한 연구는 다소 부족한 실정으로 합리적인 비틀림 해석모델의 개발과 거동 예측에 대한 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 복부 파형강판 PSC 박스거더 교량에 대하여, 공간트러스 모델을 이용한 Rausch의 제안식과 RC 요소의 연화효과가 고려된 평형 방정식, 적합 조건식을 활용하고 복부 파형강판 구조 형태에 의하여 추가적으로 고려해야 할 구성 방정식과 모델, 제안식 등을 적용한 비틀림 해석모델을 제시하고 기존에 수행된 부재 실험결과와의 비교를 통하여 해석모델의 합리성을 검토하였다. 또한 복부 파형강판 PSC 박스의 비틀림 거동에 영향을 미치는 프리스트레싱 힘과 콘크리트 압축강도를 변수로 한 해석을 진행하였으며, 제안된 비틀림 해석모델을 이용하여 복부 파형 강판과 프리스트레스 된 콘크리트 부재의 단면 형상비(H/B)에 따른 해석을 수행하여 보다 합리적인 비틀림 정수와 이와 관련한 수정식을 제안하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.99-111
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• 2011

본 연구에서는 비선형 해석을 통하여 폐합 전 강사장교의 주요한 좌굴 거동 특성을 고찰한다. 케이블의 새그효과, 주탑과 거더의 P-${\Delta}$ 효과, 구조물의 대변위효과 등의 주요한 기하학적 비선형성을 모두 고려하기 위해 기하학적 비선형 해석으로써 구조물의 좌굴 해석을 수행하였다. 초기형상 해석 및 시공단계 해석을 통해 사하중을 받고 있는 시공 단계에 있는 구조물의 해석을 수행하였고 이 후 데릭 크레인과 키 세그먼트의 자중에 대한 비선형 해석으로 폐합 전 사장교의 좌굴 해석을 수행하였다. 본 해석 연구에서는 케이블의 배치 형태 및 주탑과 거더간 강성비에 따른 좌굴 모드 및 임계 하중계수의 변화를 분석하였다. 연구 결과 주요한 좌굴 모드를 구분하고 케이블 배치 형식이 다른 각 사장교에서 각 좌굴 모드가 나타나는 주탑과 거더간 강성비의 범위를 도출하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제23권3호
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• pp.263-278
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• 2019

Moving train load parameters, including train speed, axle spacing, gross train weight and axle weights, are identified based on strain-monitoring data. In this paper, according to influence line theory, the classic moving force identification method is enhanced to handle time-varying velocity of the train. First, the moments that the axles move through a set of fixed points are identified from a series of pulses extracted from the second derivative of the structural strain response. Subsequently, the train speed and axle spacing are identified. In addition, based on the fact that the integral area of the structural strain response is a constant under a unit force at a unit speed, the gross train weight can be obtained from the integral area of the measured strain response. Meanwhile, the corrected second derivative peak values, in which the effect of time-varying velocity is eliminated, are selected to distribute the gross train weight. Hence the axle weights could be identified. Afterwards, numerical simulations are employed to verify the proposed method and investigate the effect of the sampling frequency on the identification accuracy. Eventually, the method is verified using the real-time strain data of a continuous steel truss railway bridge. Results show that train speed, axle spacing and gross train weight can be accurately identified in the time domain. However, only the approximate values of the axle weights could be obtained with the updated method. The identified results can provide reliable reference for determining fatigue deterioration and predicting the remaining service life of railway bridges.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제54권1호
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• pp.105-119
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• 2015

Structural damage detection using modal strain energy (MSE) is one of the most efficient and reliable structural health monitoring techniques. However, some of the existing MSE methods have been validated for special types of structures such as beams or steel truss bridges which demands improving the available methods. The purpose of this study is to improve an efficient modal strain energy method to detect and quantify the damage in complex structures at early stage of formation. In this paper, a modal strain energy method was mathematically developed and then numerically applied to a fixed-end beam and a three-story frame including single and multiple damage scenarios in absence and presence of up to five per cent noise. For each damage scenario, all mode shapes and natural frequencies of intact structures and the first five mode shapes of assumed damaged structures were obtained using STRAND7. The derived mode shapes of each intact and damaged structure at any damage scenario were then separately used in the improved formulation using MATLAB to detect the location and quantify the severity of damage as compared to those obtained from previous method. It was found that the improved method is more accurate, efficient and convergent than its predecessors. The outcomes of this study can be safely and inexpensively used for structural health monitoring to minimize the loss of lives and property by identifying the unforeseen structural damages.