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노화성,유민관,박경훈 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.4
The current method evaluating a load carrying capacity of bridges requires numerical structural analysis model and vehicle passing test in field on the bridges. Here, the numerical model such as finite element model of the bridges needs to reflect their current health state each evaluation time. Also, the field test requires a traffic closing, which frequently leads to traffic jam. Furthermore, the peak impact factor should be decided considering all possible vehicle speeds on the bridges. However, such all vehicle speeds cannot be considered since the testing-truck driver cannot make these all vehicle speeds during the test. Therefore, in this study, a new model is proposed as an alternative to the current method, which is based on the frequency-peak impact factor response spectrum and requires the fundamental frequency of bridges. This paper explains in details the framework of the model, using a simply-supported beam bridge as an example. 기존의 교량 내하력 평가 방법은 매번 구조해석모델 구축과 재하시험을 실시해야 하며, 이때 구조해석모델은 평가 당시의 교량의 건강상태를 대변하고 있어야 한다. 또한 현장시험의 경우 교통 통제로 인한 교통체증과 최대 충격계수가 도출되는 차량속도를 재현하기가어렵다. 본 논문에서는 교량의 기본 주파수 또는 진동수만을 기반으로 주파수-최대 충격계수 응답스펙트럼을 이용하는 새로운 형태의교량 내하력 평가모델을 제안하였으며, 단순교를 예제로 하여 이 모델의 프레임웍을 자세히 설명하였다.
구조물의 동적 고유특성을 이용한 새로운 집중질량모델 개발
노화성,윤지만,이후석,이종세 한국지진공학회 2012 한국지진공학회논문집 Vol.16 No.4
구조물의 내진설계 또는 내진성능평가를 위해서는 구조물의 축소모형을 이용한 실험적 분석이나 유한요소모델을 기반으로 한 수치적 방법이 고려된다. 수치적 방법을 위해서는 정교한 모델링이 요구될 경우 3차원 유한요소해석을 실시하나 민감도 분석이나지진 취약도 분석과 같은 방대한 지진데이터를 이용한 평가에서는 집중질량모델이 선호된다. 하지만 기존의 집중질량모델은 일반적으로구조물의 기하학적 형상을 고려하여 집중질량을 산출하는 방식인데, 이 경우 제공되는 고유치는 실구조물의 고유치와 일치하지 않는다.본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하고 실구조물과 유사한 동적 거동을 발현하는 새로운 형식의 주파수 순응형 집중질량모델을 제안하였다. 제안된 모델은 실구조물의 고유치와 고유 벡터, 모드 형상 등을 고려하여 생성하며, 모델의 성능을 검증하기 위해 비균일 단면을갖는 기둥에 대해 동적해석을 수행하였다. 또한 감쇠비에 따른 동적성능을 분석하기 위해 1%에서 5%까지의 Rayleigh Damping 적용하여 그 결과를 유한요소모델 결과와 비교하였다. For a seismic design or performance evaluation of a structure, an experimental investigation on a scale model of the structure or numerical analysis based on the finite element model is considered. Regarding the numerical analysis, a three-dimensional finite element analysis is performed if a high accuracy of the results is required, while a sensitivity or fragility analysis which uses huge seismic ground motions leads to the use of a lumped-mass stick model. The conventional modeling technique to build the lumped-mass stick model calculates the amount of the lumped mass by considering the geometric shape of the structure, like a tributary area. However, the eigenvalues of the conventional model obtained through such a calculation are normally not the same as those of the actual structure. In order to overcome such a deficiency, in this study, a new lumped mass stick model is proposed. The model is named the “frequency adaptive-lumped-mass stick model.” It provides the same eigenvalues and similar dynamic responses as the actual structure. A non-prismatic column is considered as an example, and its natural frequencies as well as the dynamic performance of the new lumped model are compared to those of the full-finite element model. To investigate the damping effect on the new model, 1% to 5% of the critical damping ratio is applied to the model and the corresponding results are also compared to those of the finite element model.
노화성,황웅익,송재준,박경훈,Roh. Hwasung,Hwang. Woongik,Song. Jae-Jun,Park. Kyung-Hoon 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.6
도로의 급속시공을 위해 제안된 콘크리트 모듈러 도로 시스템은 기둥과 크로스빔, 상부슬래브, 그리고 이를 연결하는 앵커-볼트로 구성된 프리캐스트 구조물이다. 본 연구에서는 비선형시간이력해석을 통해 단일 모듈러 도로 시스템의 내진성능을 평가하였다. 기둥과 크로스빔은 비선형 프레임요소로, 슬래브는 3차원 솔리드요소로 모델링하였다. 앵커-볼트 연결부는 3방향 비선형스프링으로 모델링되었다. 또한 기둥 주위의 지반 구속조건을 고려하였다. 입력지반운동으로는 국내 내진설계기준에서 제시한 내진 1등급에 해당하는 표준설계응답스펙트럼을 사용하였으며, 이에 따른 인공지진파를 생성하였다. 지진하중크기는 기능수행수준과 붕괴방지수준 두 가지를 고려하였다. 해석결과, 본 논문에서 고려한 모듈러 도로 시스템은 이 두 내진성능수준에 만족함을 보였다. Concrete modular-road system has been proposed to accelerate construction speed and consists of columns, cross-beams, upper slabs, and anchor-bolt connections. In this study, the seismic performance of the single modular system is evaluated through a nonlinear time history analysis. The columns and cross-beams are modeled with inelastic frame elements while the upper slab and anchor-bolt connections are modeled with 3D solid element and three directional-nonlinear spring element, respectively. Also, the soil constraint effects around the embedded columns are considered using layered spring elements. The artificial input ground motions are generated for the operational and collapse prevention levels based on the Korean standard design spectrum classified with seismic level I. From the results, all structural components show an elastic behavior for the operational level and do not reaching their ultimate status for the collapse prevention level. It indicates that the modular-road system considered in this study satisfies the two seismic performance levels.
긴장재 및 차량속도 변화에 따른 콘크리트 충전 타이드 아치형 거더의 동적거동
노화성(Roh Hwasung),홍상현(Hong Sanghyun),박경훈(Park Kyunghoon),이종세(Lee Jong Seh) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.3A
CFTA 거더는 아치형상을 갖는 콘크리트 충전 강관구조이며 초기처짐 및 공용 중 응력제어를 위해 외부긴장재를 배치한 거더 형식이다. 본 연구에서는 차량진행에 따른 거더의 동적거동에 긴장재가 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 유한요소 프로그램을 이용하여 거더 및 긴장재 등을 수치모델링하였으며 긴장재의 양과 긴장력을 다양한 값으로 변화시켰다. 차량하중은 도로교설계기준의 DB-24 하중을 고려하였으며 3축-2트랙으로 모델링하였다. 차량하중은 등가절점하중으로 적용시켰으며 차량하중의 이동은 차량통과 시간 및 절점수를 고려한 각 절점에서의 시간함수로 나타내었다. 차량속도는 40 ㎞/hr에서 100 ㎞/hr까지 20 ㎞/hr씩 증가시켰다. 해석결과 긴장재의 긴장력 변화는 거더의 동적거동에 영향을 주지않았으며 초기처짐에만 영향을 주었다. 긴장재의 양에 따라서는 거더의 동적거동이 다르게 나타났으며 긴장재의 양이 적을수록 동적처짐은 증가하였다. 이를 바탕으로 거더의 동적증폭계수(DAF)를 산출하였으며 긴장재가 없는 경우에도 AASHTO LRFD와 도로교 표준시방서에서 정한 기준값보다 매우 작은 안정적인 거동을 보였다. The CFTA girder developed is a concrete filled steel tubular system with arched shape and external post-tensioning (PT) tendons which control the initial camber and the bending stress of the girder. In the present study the effects of the PT tendons on the dynamic behavior of the girder subjected to a moving vehicle load are numerically investigated. Various levels for the tendon quantity and the tendon forces are considered, using the existing FE model of the girder. The vehicle considered is a DB-24 truck and is modeled with two tracks-three axles. Equivalent-load pulse time histories are applied to each node to simulate the moving vehicle, depending on the time of arrival and the discretization. The vehicle speeds are varied from 40 ㎞/hr to 100 km/hr with increment of 20 ㎞/hr. The analysis results show that the tendon forces do not produce any influences on the dynamic responses of the girder. However the dymamic deflection of the girder increases when a smaller amount of tendons is used. The Dynamic Amplification Factors (OAF) are evaluated based on the static and dynamic responses. Much lower values of the OAF are obtained, even no tendons applied, than those provided by the design criteria of the AASHTO LRFD and the Korea Highway Standard Specification.