• Steel and Composite Structures
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• 제21권4호
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• pp.863-882
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• 2016

This study aims to introduce a new bracing system by which even super-wide frames with large openings can be braced. The proposed system, hereafter called Cable-Pulley Brace (CPB), is a tension-only bracing system with a rectilinear configuration. In CPB, a wire rope passes through a rectilinear path around the opening(s) and connects the lower corner of the frame to its opposite upper one. CPB is a secondary load resisting system with a nonlinear-elastic hysteretic behavior due to its initial pre-tension load. As a result, the required energy dissipation would be provided by the MRF itself, and the main intention of using CPB is to contribute to the initial and post-yield stiffness of the whole system. Using a stiffness calibration technique, optimum placement of the CPBs is discussed to yield a uniform displacement demand along the height of the structure. A displacement-based design procedure is proposed by which the MRF with CPB can be designed to achieve a uniform distribution of inter-story drifts with predefined values. Obtained results indicated that CPB leads to significant reductions in maximum and residual deformations of the MRF at the expense of minor increase in the maximum base shear and developed axial force demands in the columns. In the case of a typical 5-story residential building, compared to SMRF system, CPB system reduces maximum amounts of inter-story and residual drifts by 35% and 70%, respectively. Moreover, openings of the frame are not interrupted by the CPB. This is the most appealing feature of the proposed bracing system from architectural point of view.

• Elastomers and Composites
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• 제35권2호
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• pp.138-148
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• 2000

EPDM 발포체의 정적/동적 특성을 측정하여 재료 특성과 진동 특성과의 연관성을 알아보고 이로부터 충격음 저감재로서의 적용 가능성을 검토하였다. 정적/동적 특성은 material test system (MTS)를 사용하여 시편의 형상, 두께, 초기하중, 발포도 등에 따라 정적 탄성계수, 동적 탄성계수, 전달율의 변화를 조사하였다. 정적 탄성계수와 동적 탄성계수의 경우, 형상이 단순하고 두께가 얇을수록 큰 값을 나타냈고, 전달율과 동적 탄성계수는 상호 비례 관계에 있음을 확인할 수 있었다. 특징적으로 동적 탄성계수가 증가하면, 전달율의 특성 피크치는 같은 주파수 영역에서의 증가 혹은 고주파수 영역으로의 전이의 형태로 일어나게 되는 것을 알 수 있었다. 실험실적 모사 시험장치를 통해 충격에 따른 주파수별 진동 속도측정과 유한 요소 해석 모델을 사용하여 mode shape에 의한 충격 해석 결과를 알아보았는데, EPDM 발포체를 사용함으로써 2.5-3.5배의 진동 속도 저감이 이루어짐을 알 수 있었고, mode shape의 경우 몰타르와 콘크리트만으로 구성된 구조물에 비해 진동 충격에 대한 변위가 급감함으로써 충격음 저감재로서의 EPDM 발포체의 적용 가능성은 상당히 높은 것을 확인할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.393-401
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• 2009

본 논문에서는 혁신적 프리스트레스트 가시설(IPS)에 적용되는 띠장에 대한 휨 강성식을 엄밀히 유도하고, 이를 바탕으로 실제 굴착 설계에 필요한 띠장의 등가 휨강성 설계식을 제시하였다. 횡 토압을 받는 IPS 띠장에 배치된 케이블 장력을 축 변형 효과를 고려한 경우와 무시한 경우에 대하여 각각 엄밀해를 도출하였다. 가상일의 원리를 이용하여 1-Post, 2-Post, 3-Post와 4-Post의 받침대를 갖는 IPS 띠장 중앙부의 수직변위를 유도하였고, 지간장과 케이블 경사각의 변화에 따른 띠장의 휨 거동 특성을 파악하였다. 유도된 중앙부 변위로부터 실제 굴착면 설계시 활용될 수 있는 간략화된 IPS 띠장의 등가 휨강성을 제시하였고, 본 연구에서 도출된 엄밀해 및 범용 유한요소해석 프로그램을 이용한 결과 비교를 통하여 제시된 설계식의 타당성을 입증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권6호
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• pp.60-71
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• 2014

대표적인 장대교량 형식인 사장교는 공용 중에 케이블 손상이 발생하는 경우 전체 구조계의 손상을 유발할 수 있으므로 신속한 유지관리가 필요하다. 손상발생 이후 대응시간을 가능한 단축하기 위해서 손상신호로부터 직접 이상거동을 판단할 수 있는 알고리즘에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이상거동 감지 알고리즘의 정확도를 향상시키기 위해서는 구조물의 다양한 손상에 대한 충분한 양의 계측결과가 필요하다. 그러나 공용중인 교량에 손상을 주어 이상거동을 계측할 수 없으므로 수치적인 방법으로 이상거동을 모사하는 것이 효율적인 대안이 될 수 있다. 사장교 케이블의 손상을 모사하는 지금까지의 연구는 케이블의 강성변화를 단순한 장력변화로만 모사하여 해석하는 방법이 주를 이루었다. 이러한 해석방법은 설계목적의 정밀도는 확보할 수 있지만 케이블의 손상에 의한 구조물의 정확한 응답을 재현하지 못한다. 본 연구는 사장교의 손상을 모사하기 위해 강성 및 질량의 변화를 고려하는 직접적분법 Gradual Bilinear Method (GBM)을 제안하고 해석프로그램을 개발하였다. 개발된 해석방법을 단순모델을 이용하여 검증하고 실제 사장교모델을 이용하여 손상시각 및 손상지연시간에 따른 응답의 변화를 관찰하였다. 수행된 연구결과는 향후 건축/대형구조물의 안전관리를 위한 고정밀도 이상거동 감지알고리즘을 개발하고 검증하는데 활용될 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1A호
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• pp.51-58
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• 2008

사장 케이블은 휨강성이 미소하여 휨변형에 관한 고유감쇠비가 매우 작다. 따라서 케이블 부재는 다른 구조부재보다 진동발생 가능성이 훨씬 높게 된다. 사장 케이블의 진동은 우수와 기류에 기인된 것과 지점운동에 기인된 것으로 대별된다. 특별히 보강형과 사장 케이블의 고유진동수 대역이 일치되는 경우를 제외하고 대부분은 우수와 기류에 기인된 진동이 발생된다. 이런 현상은 와류진동, 풍우진동, 갤로핑을 발생시키며 사장 케이블의 사용성과 내구성을 저하시킨다. 이에 대한 제어방안으로 추가감쇠비 부여(댐퍼도입)는 보편적이고 효과적인 것으로 알려져 있다. 하지만 국내는 케이블 지지교량이 활발하게 설계되고 시공됨에도 불구하고 주요 부재인 케이블의 동적설계에 관한 지침개발이 미진한 상황이다. 따라서 케이블 댐퍼도입에 관한 지침개발이 시급하다. 본 연구는 사장 케이블의 진동현상 중 댐퍼도입으로 효과적인 제어설계가 가능한 와류진동, 풍우진동, 갤로핑의 전체감쇠비 평가방법을 전개하여 풍현상에 따른 요구감쇠비 하한을 제시하고, 설치위치에 따른 유효계수가 고려된 추가감쇠비 상한과 최소설치위치를 제시하여 댐퍼도입에 의한 일관되고 체계적인 사장 케이블 제진설계 지침을 제안하고자 한다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제3권4호
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• pp.257-273
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• 2013

Top tensioned riser (TTR) is often used in a floating oil/gas production system deployed in deep water for oil/gas transport. This study focuses on the extension of the existing numerical code, known as CABLE3D, to allow for static and dynamic simulation of a TTR connected to a floating structure through a tensioner system or buoyancy can, and restrained by riser guides at different elevations. A tensioner system usually consists of three to six cylindrical tensioners. Although the stiffness of individual tensioner is assumed to be linear, the resultant stiffness of a tensioner system may be nonlinear. The vertical friction between a TTR and the hull at its riser guide is neglected assuming rollers are installed there. Near the water surface, a TTR is forced to move horizontally due to the motion of the upper deck of a floating structure as well as related riser guides. The extended CABLE3D is then integrated into a numerical code, known as COUPLE, for the simulation of the dynamic interaction among the hull of a floating structure, such as spar or TLP, its mooring system and riser system under the impact of wind, current and waves. To demonstrate the application of the extended CABLE3D and its integration with COUPLE, the numerical simulation is made for a truss spar under the impact of Hurricane "Ike". The mooring system of the spar consists of nine mooring lines and the riser system consists of six TTRs and two steel catenary risers (SCRs).

• Smart Structures and Systems
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• 제23권6호
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• pp.589-613
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• 2019

Cables are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Recently, negative stiffness dampers have gained attentions, because of their promising energy dissipation ability. The viscous inertial mass damper (termed as VIMD hereinafter) can be viewed as one realization of the inerter. It is formed by paralleling an inertial mass part with a common energy dissipation element (e.g., viscous element) and able to provide pseudo-negative stiffness properties to flexible systems such as cables. A previous study examined the potential of IMD to enhance the damping of stay cables. Because there are already models for common energy dissipation elements, the key to establish a general model for IMD is to propose an analytical model of the rotary mass component. In this paper, the characteristics of the rotary mass and the proposed analytical model have been evaluated by the numerical and experimental tests. First, a series of harmonic tests are conducted to show the performance and properties of the IMD only having the rotary mass. Then, the mechanism of nonlinearities is analyzed, and an analytical model is introduced and validated by comparing with the experimental data. Finally, a real-time hybrid simulation test is conducted with a physical IMD specimen and cable numerical substructure under distributed sinusoidal excitation. The results show that the chosen model of the rotary mass part can provide better estimation on the damper's performance, and it is better to use it to form a general analytical model of IMD. On the other hand, the simplified damper model is accurate for the preliminary simulation of the cable responses.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제12권6호
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• pp.661-670
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• 2000

다양한 이동하중을 받는 3차원 사장교에서 동적응답을 구하고자 동일 제원을 갖는 사장교 해석모델에 대하여 두 가지 케이블요소를 적용하여 케이블의 면외 진동영향을 포함한 경우를 알아보고자 하였다. 특히 사장교와 같은 전 구조체계가 유연성을 갖는 구조에서는 사용하중하에서도 동적응답이 민감할 것으로 가정하고 주탑, 바닥판을 연결하는 케이블의 유연성을 포함하여 거동을 파악하고자 하였다. 또한 진동해석시 정적비선형해석을 통한 기하강도행렬과 접선강도행렬을 연계하여 수행하였으며 특히 케이블을 다수의 요소로 분할한 경우에서 단일 케이블요소로 고려되는 축방향진동 이외의 다양한 진동모우드를 나타내고 이러한 면내, 면외진동의 영향이 주탑 및 바닥판과의 상호 연성관계를 통한 추가적인 거동을 유발함을 알 수 있었다. 또한 케이블의 진동영향을 고려한 경우 비대칭 편도의 이동하중을 적용하여 바닥판의 회전각을 비교할 경우에도 케이블의 횡진동의 영향이 전체구조의 추가적인 동적응답을 나타냄을 볼 수 있었다.

• Smart Structures and Systems
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• 제23권6호
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• pp.641-651
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• 2019

The stochastic stability control of the parameter-excited vibration of an inclined stay cable with multiple modes coupling under random and periodic combined support disturbances is studied by using the direct eigenvalue analysis approach based on the response moment stability, Floquet theorem, Fourier series and matrix eigenvalue analysis. The differential equation with time-varying parameters for the transverse vibration of the inclined cable with control under random and deterministic support disturbances is derived and converted into the randomly and deterministically parameter-excited multi-degree-of-freedom vibration equations. As the stochastic stability of the parameter-excited vibration is mainly determined by the characteristics of perturbation moment, the differential equation with only deterministic parameters for the perturbation second moment is derived based on the $It{\hat{o}}$ stochastic differential rule. The stochastically and deterministically parameter-excited vibration stability is then determined by the deterministic parameter-varying response moment stability. Based on the Floquet theorem, expanding the periodic parameters of the perturbation moment equation and the periodic component of the characteristic perturbation moment expression into the Fourier series yields the eigenvalue equation which determines the perturbation moment behavior. Thus the stochastic stability of the parameter-excited cable vibration under the random and periodic combined support disturbances is determined directly by the matrix eigenvalues. The direct eigenvalue analysis approach is applicable to the stochastic stability of the control cable with multiple modes coupling under various periodic and/or random support disturbances. Numerical results illustrate that the multiple cable modes need to be considered for the stochastic stability of the parameter-excited cable vibration under the random and periodic support disturbances, and the increase of the control damping rather than control stiffness can greatly enhance the stochastic stability of the parameter-excited cable vibration including the frequency width increase of the periodic disturbance and the critical value increase of the random disturbance amplitude.

• Smart Structures and Systems
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• 제19권5호
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• pp.523-538
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• 2017

A series of field vibration tests are conducted on the Runyang Suspension Bridge during both the construction and operational stages. The purpose of this study is devoted to the analysis of the dynamic characteristics of the suspension tower. After the tower was erected, an array of accelerometers was deployed to study the evolution of its modal parameters during the construction process. Dynamic tests were first performed under the freestanding tower condition and then under the tower-cable condition after the superstructure was installed. Based on the identified modal parameters, the effect of the pile-soil-structure interaction on dynamic characteristics of the suspension tower is investigated. Moreover, the stiffness of the pile foundation is successfully identified using a probabilistic finite model updating method. Furthermore, challenges of identifying the dynamic properties of the tower from the coupled responses of the tower-cable system are discussed in detail. It's found that compared with the identified results from the freestanding tower, the longitudinal and torsional natural frequencies of the tower in the tower-cable system have changed significantly, while the lateral mode frequencies change slightly. The identified modal results from measurements by the structural health monitoring system further confirmed that the vibrations of the bridge subsystems (i.e., the tower, the suspended deck and the main cable) are strongly coupled with one another.