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온도와 변위 데이터를 이용한 사장교의 온도신축거동 평가
박종칠,Park, Jong Chil 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.4
케이블교량은 교량길이가 길고 규모가 크기 때문에 온도에 의한 이동량과 형상변화는 일반교량보다 훨씬 크다. 따라서 공용 중 온도영향을 분석, 평가하는 것이 중요하며, 온도영향은 온도변화에 따라 교량 상부구조계가 늘어나거나 줄어드는 온도신축거동을 평가하는 것이 가장 기본이다. 이에 공용 중인 사장교에서 장기간 계측된 온도와 이종 변위 데이터를 활용하여 실제적인 온도신축거동을 평가하고자 하였다. 변위 데이터는 기존 신축변위계와 함께 새롭게 도입된 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기에서 계측된 데이터를 활용하였다. 먼저 외기온도, 개별온도, 평균온도, 유효온도의 다양한 온도 조합에 대한 신축거동의 상관성을 분석하여 부재의 평균온도나 유효온도를 사용하는 것이 합리적임을 확인하였다. 부재 유효온도와 신축량의 선형회귀분석으로부터 단위온도신축량을 산정하고, 추가적으로 신축길이와 계측 단위온도 신축량의 선형회귀분석으로부터 선팽창계수와 중립점의 위치를 산정할 수 있었다. 이를 이론과 해석 결과와 비교함으로써 케이블교량의 실제 온도신축거동의 건전성을 평가할 수 있는 방안을 제시하였다. Because cable-supported bridges have long spans and large members, their movements and geometrical changes by temperatures tend to be bigger than those of small or medium-sized bridges. Therefore, it is important for maintenance engineers to monitor and assess the effect of temperature on the cable-supported bridges. To evaluate how much the superstructure expands or contracts when subjected to changes in temperature is the first step for the maintenance. Thermal movements of a cable-stayed bridge in service are evaluated by using long-term temperatures and displacements data. Displacements data are obtained from extensometers and newly installed GNSS (Global Navigation Satellite System) receivers on the bridge. Based on the statistical data such as air temperatures, each sensor's temperatures, average temperatures and effective temperatures, correlation analysis between temperatures and displacements has been performed. Average temperatures or effective temperatures are most suitable for the evaluation of thermal movements. From linear regression analysis between effective temperatures and displacements, the variation rate's of displacement to temperature have been calculated. From additional regression analysis between expansion length's and variation rate's of displacement to temperature, the thermal expansion coefficient and neutral point have been estimated. Comparing these parameters with theoretical and analytical results, a practical procedure for evaluating the real thermal behaviors of the cable-supported bridges is proposed.
박종칠,Park, Jong-Chil 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.4
The operational modal analysis (OMA) technique, which extracts the modal parameters of a structural system using ambient vibrations, has been actively developed as a field of structural health monitoring of cable-supported bridges. In this paper, the short and long-term modal parameters of a cable-stayed bridge were evaluated using the acceleration data obtained from the two ambient vibration tests (AVTs) and three years of continuous measurements. A total of 27 vertical modes and 1 lateral mode in the range 0.1 ~ 2.5 Hz were extracted from the high-resolution AVTs which were conducted in the 6th and 19th years after its completion. Existing OMA methods such as Peak-Picking (PP), Eigensystem Realization Algorithm with Data Correlation (ERADC), Frequency Domain Decomposition (FDD) and Time Domain Decomposition (TDD) were applied for modal parameters extraction, and it was confirmed that there was no significant difference between the applied methods. From the correlation analysis between long-term natural frequencies and environmental factors, it was confirmed that temperature change is the dominant factor influencing natural frequency fluctuations. It was revealed that the decreased natural frequencies of the bridge were not due to changes in structural performance and integrity, but to the environmental effects caused by the temperature difference between the two AVTs. In addition, when the TDD technique is applied, the accuracy of extracted mode shapes is improved by adding a proposed algorithm that normalizes the sequence so that the autocorrelations at zero lag equal 1.
공용 중인 사장교의 작용하중에 대한 장기 모니터링 및 평가
박종칠 ( Park Jong-chil ),이병주 ( Lee Byeong-ju ),박민석 ( Park Min-seok ) 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.23 No.1
This paper discusses the loads on bridges based on long-term measurements. Applied Loads such as winds, earthquakes, temperature variations and traffic effects have been monitored on an existing bridge from the completion of the structure to now. It is confirmed that the monitoring results are within the design values.
사장교 동적 변형률 데이터의 통계 분석과 가우스 혼합모델 적용
박종칠 ( Park Jong-chil ),조준상 ( Cho Jun-sang ),편기현 ( Pyun Ki-hyun ),조준식 ( Cho Jun-sik ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.2
케이블교량 부재의 변형률은 응력 변환을 거쳐 부재의 여용력 수준과 피로수명 평가 등에 활용된다. 평상시 계측 변형률은 차량활하중과 온도 변화에 의한 영향이 가장 크다. 온도와 같은 정적 응답을 제거하는 과정에서 동적 인장/압축 변형률은 최대값/최소값에서 평균값을 빼는 방법보다 중앙값을 사용하는 것이 더 적합하다. 동적 변형률은 교통 패턴과 밀접한 관련이 있기 때문에 그 빈도분포가 정규분포를 따르지 않을 수 있다. 가우스 혼합모델을 도입하여 이러한 문제점을 개선하였으며, 이를 서해대교 계측데이터 분석에 적용하였다.
장기 계측 및 풍동실험에 의한 사장교의 내풍안정성 재평가
박종칠 ( Park Jong-chil ),김홍삼 ( Kim Hong-sam ),안상섭 ( Ahn Sang-sup ),김호경 ( Kim Ho-kyung ),임재영 ( Lim Jae-young ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.1
바람에 의해 발생하는 진동 현상은 교량의 사용성 및 안전성에 심각한 영향을 줄 뿐만 아니라 도로 이용자의 안전에 큰 문제가 될 수 있다. 이에 최근 발생한 국내외 케이블교량 진동 사례를 감안하여 고속도로 노선에 건설 중이거나 공용 중인 사장교의 내풍안정성을 재검토하였다. 건설 중인 교량은 풍환경 조건, 풍동실험의 적합성, 내풍해석의 적정성에 주안점을 두고 검토하였다. 공용 중인 교량은 장기 계측데이터를 기반으로 재현풍속 및 풍응답 등을 분석하였으며, 시공 및 유지관리 과정에서 변경된 단면형상을 고려한 추가 풍동실험과 해석을 수행하여 내풍안정성을 재평가하였다.
재난 대응 및 구조 안전성 확보를 위한 사장교의 재해석 및 평가
박종칠 ( Park Jong-chil ),조준상 ( Cho Jun-sang ),이병주 ( Lee Byeong-ju ),이호 ( Lee Ho ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.2
공용 중인 사장교를 대상으로 설계, 시공 이력과 유지관리 단계에서의 보수보강 등 변화된 여건을 반영하여 구조해석 모델을 구축하고 재해석을 하였다. 재난 대응을 위한 재해석에 고려한 재난은 지진, 강풍, 화재이다. 재난 관리기준은 ‘재난대응’과 ‘구조안전’으로 구분하고, 각 재난 단계별로 제시한 관리기준값에 따라 재해석을 수행하였다. 재해석 결과, 다양한 재난 상황 시에도 교량 구조계의 거동은 건전한 수준임을 확인하였다. 또한 계측시스템과 연계하여 재난 대응 및 구조 건전성을 신속하게 평가할 수 있도록 계측센서 위치에서의 응답으로 재해석 결과를 정리, 제시하였다.
[제6분과/연구위원회 특별 Session] 서해대교 콘크리트 박스거더 구간의 온도거동 분석
박종칠(Park Jong-Chil),박찬민(Park Chan-Min),강춘수(Kang Chun-Su) 한국구조물진단유지관리학회 2004 한국구조물진단학회 학술발표회논문집 Vol.- No.-
본 논문에서는 서해대교의 계측 데이터로부터 콘크리트 박스거더교의 온도특성과 상부구조처짐에 대한 온도효과를 분석하였다. 박스거더 단면의 온도 계측결과, 계절에 따라 온도특성이 매우 변하고, 상·하부 단면 온도차가 시방서에 규정한 5℃를 상회하는 빈도가 상대적으로 높은 것을 알 수 있었다. 단면내의 온도분포는 시간에 따라 비선형성을 보였다. 또한 FCM교 상부구조는 변단면에 의한 곡률변화로 인하여 상부의 온도가 높은 때 오히려 아래로 처지는 온도 역변형 현상이 발생함을 알 수 있었다. This paper presents temperatures and their effects on a prestressed concrete box girder bridge using measured data. From measured temperatures, it can be known that temperature effects on the structure show seasonal variations considerably and relative frequencies above the temperature difference(5℃) provided in specifications are higher than expected. Temperature distributions in depth show a non linear as time passes. Due to the changing curvature by non-prismatic section of box girders, it can be known that thermal-reverse deformations occur. Namely, the superstructure go downward vertically when the temperature of the top flange is higher than that of the bottom flange