Comparison of Performance of Restrainers of Steel Cables and Shape Memory Alloy Bars for Multiple-Span-Simply-Supported Bridges

최은수,김이현,박주남,조효남,Choi, Eun Soo,Kim, Lee Hyeon,Park, Joo Nam,Cho, Hyo Nam Korean Society of Steel Construction 2007 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.19 No.6

강케이블 변위제어장치는 미국 캘리포니아주에서 프레임 구조 교량의 낙교를 방지하는데 효과적인 것으로 지난 몇 차례의 지진에서 밝혀졌다. 이러한 효과를 바탕으로, 미국 중부의 다경간 단순지지 교량에 강케이블을 적용할려는 시도가 행해지고 있다. 또한, 형상기억합금의 인장거동을 이용한 변위제어장치가 동일한 적용을 위해서 연구되고 있다. 프레임 구조교량에서는 변위제어장치가 교각에 힘을 전달하지만, 다경간 단순지지 교량에서는 교대에 힘을 전달하게 된다. 따라서 이러한 교량에서는 교대의 거동을 동시에 점검해야한다. 본 연구에서는 다경간 단순지지 교량에 대한 세 가지의 변위제어장치의 성능을 비교하였다. 강케이블, 인장거동 형상기억합금 봉 및 휨거동 형상기억합금 봉을 이용한 변위제어장치의 중진 및 강진에 대한 변위제어성능 및 교대에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해서 형상기억합금 봉의 휨 실험 및 해석모델을 제시하였다. 또한, 비선형 시간이력해석을 수행하여 원래의 교량과 보강된 교량의 거동을 비교하여 변위제어장치의 성능 및 영향을 파악하였다. 인장거동의 형상기억합금 봉은 내부힌지에서 열림의 상대변위를 제어하는데 가장 우수한 성능을 보여주었으나, 교대의 능동변위를 증가시켜 손상을 발생시켰다. 따라서 강진에 대해서는 변위제어장치를 설치하는 경우 교대의 능동거동에 대한 보강이 요구된다. Steel restrainer cables for multiple frame bridges in California in the United States have been shown to be effective in preventing unseating at internal hinges during the past several earthquakes. Consequently, the steel-cable-restrainer is being tested for applications on multiple-span-simply-supported (MSSS) bridges in the mid-American region. In addition, shape memory alloy (SMA) bars in tension are being studied for the same application, multiple frame bridges, the developed seismic forces are transferred to piers through the restrainers. However, in MSSS bridges, the seismic forces are transferred to abutments by the restrainers. Therefore, the abutment' behavior should also be investigated. In this study, we assessed the seismic performance of the three types of restrainers, such as steel restrainer cables, SMA in tension, and SMA in bending for an MSSS bridge from moderate to strong ground motion, bending test of an SMA bar was conducted and its analytical model was determined for this study. Nonlinear time history analyses were conducted to assess the seismic responses of the as-built and the retrofitted bridges. All three types of restrainers reduced the hinge opening and the SMA in tension was the most effective of the three devices in preventing the unseating, all restrainers produced damage on the abutment from the pulling action of the MSSS bridge due to strong ground motions, was found that the retrofit of the abutment in the pulling action is required in the installation of restrainers in MSSS bridges.

Quantitative Damage Model of Steel Members under Severe Seismic Loading

박연수,박선준,Park, Yeon Soo,Park, Sun Joon Korean Society of Steel Construction 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.3

본 논문에서는 정량적인 지진 손상모델의 유도를 위해 먼저 지진 반복하중하에서 구조물 및 그들 요소에 대한 기존의 손상 모델들을 체계적으로 정리한 후 문제점을 평가하였다. 또한, 강한 지진과 같은 심한 반복가력을 받는 강구조 부재에 대한 파괴기준을 묘사하였으며, 강부재에 대한 새로운 지진 손상도 평가방법을 제안하였다. 이 손상모델은 극저 사이클 하중하에서 강부재에 대한 일련의 실험과 수치해석 연구로부터 얻어진 것이다. 본 연구에서 극저 사이클 하중은 큰 소성변형 영역안에서 5~20 사이클의 반복하중을 의미한다. 제안된 내진 손상평가 방법은 변형이 가장 심하게 집중된 단면에 있어서 국소 변형율의 이력에 초점을 맞추어 유도되었다. In this paper, the previous damage models for structures and their components under seismic repeated loading were reviewed systematically. A failure criterion for steel members under severe cyclic excitations as in strong earthquakes was described. A new approach to seismic damage assessment for steel members was proposed. This method was based on a series of the experimental and numerical investigations for steel members under very low cyclic loading. In this study, very low cyclic loading means repetitive loading, 5 to 20 loading cycles, within the large plastic range. The proposed damage assessment method was focused on the local strain history at the cross-section of the most severe concentration of deformation.

Composite Beam Element for Nonlinear Seismic Analysis of Steel Frames

김기동,고만기,이규세,황병국,Kim, Kee Dong,Ko, Man Gi,Yi, Gyu Sei,Hwang, Byoung Kuk Korean Society of Steel Construction 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.5

This study presented a composite beam element for modeling the inelastic behavior of the steel beam, which has composite slabs in steel moment frames that are subjected to earthquake ground motions. The effects of composite slabs on the seismic behavior of steel moment frames were investigated. The element can be considered as a single-component series hinge type model whose predicted analytical results were consistent with the experimental results. Likewise, the element showed a significantly better performance than the bare steel beam elements. The composite model can also predict more accurately the local deformation demands and overall response of structural systems under earthquake loading compared with the bare steel models. Therefore, composite stabs can significantly affect locally and globally predicted responses of steel moment frames. 지진 하중에 대한 강재 모멘트 골조의 합성 슬래브를 포함한 강재 보의 비탄성 거동을 모델하기 위한 합성 보 요소가 제안되고 강재 모멘트 골조의 지진 거동에 대한 합성 슬래브의 효과가 조사된다. 합성 보 요소는 단일 직렬 힌지 모델로 간주 될 수 있고, 그 해석 결과는 실험결과와 매우 합리적인 상관 관계를 보였다. 합성 보 요소는 기존의 강재 보 요소보다 상당히 좋은 거동을 보이고, 합성모델은 지진 하중 하에서의 구조물의 국부변형과 전체 응답을 기존의 강재 모델보다 정밀하게 예측할 수 있다. 합성 슬래브는 강재 모멘트 골조의 국부 및 전체 해석 응답에 상당히 큰 효과를 나타낸다.

Approximate Analysis of Elastic Story Drift of Steel MRFs including Effects of Panel Zone Flexibility

이철호,Lee, Cheol Ho Korean Society of Steel Construction 1996 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.8 No.4

본 연구에서는 철골모멘트골조의 패널존변형을 명시적으로 고려한 탄성층 간변위의 근사해석 방법을 제안하였다. 본 방법은 고전적 포탈법의 가정 및 D 치법에 기반한 해석적 접근법이다. 즉 포탈법의 가정에 따라 횡력을 받는 골조를 보-기둥 부분 골조로 분해한 후 대표적 내부 부분골조의 보, 기둥 및 패널존에서 기인하는 모든 횡변위 성분을 해석적으로 계산한다. 이때에 필요한 모든 내력(가령 패널존 전단변형 산정을 위한 보의 불균형모멘트)의 결정에 D 치법을 이용한다. 구조바닥의 강막작용을 고려하면 위의 과정을 통하여 산출된 대표적 내부 부분골조의 횡변위는 전체 골조의 횡변위와 거의 동일할 것으로 기대할 수 있다. 본 방법의 타당성 여부는 반강절 접합요소를 사용한 해석적 엄밀해와 비교하여 검증하였으며 만족스런 결과를 주는 것을 확인하였다. 본 연구의 방법에 의해 컴퓨터해석에 의하지 않고도 철골모멘트골조의 탄성층간변위를 실용성있는 정확도로서 신속하게 산정할 수 있으므로 본 연구의 결과는 예비적 횡강성 평가에 유용하게 사용될 수 있다. 또한 본 방법의 적용과정에서 해석자는 철골모멘트골조의 횡변위 기동에 관한 물리적 감각을 증진시킬 수 있을 것으로 사료된다.

Effect of Simplified Methods in Seismic Analysis of Bridges

최은수,Choi, Eunsoo Korean Society of Steel Construction 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.6

본 연구에서는 스틸베어링을 가진 교량의 단순해석의 효과를 상부구조의 충돌의 유무에 따라 점검하였다. 교량의 지진해석에서는 비선형 시간이력해석이 일반적으로 사용되지만, AASHTO 등을 포함해서 많은 시방서는 단순해석법을 제시하고 있다. 그러나 AASHTO에서는 충돌에 대한 언급이 없고, 이로 인하여 단순해석의 결과가 비선형 시간이력해석과 차이가 있을 수 있음을 알 수 있다. 그래서 본 연구에서 다경간 단순지지 교량과 다경간 연속 고량, 두 형태의 교량에 대하여 비선형 모델을 개발하고, 이들을 단순해석에 적합하게 선형 모델로 수정하였다. 그리하여 비선형 시간이력해석과 단순 선형해석들의 결과를 비교 검토하였다. 이를 통해서, 단순 선형해석에 있어서 충돌 또는 접촉을 고려하는 것이 비선형 시간이력해석 결과와 가장 근접함을 알 수 있었다. The effect of several simplified methods of seismic analysis is estimated. The pounding/contacting of superstructures were considered in the multispan simply supported bridge and the multispan continuous bridge. Although nonlinear time history analysis is generally used for seismic analysis of bridges, many codes including AASHTO propose several simplified analysis methods. AASHTO, however, does not mention pounding. Therefore, the simplified methods may produce results that are different from those of nonlinear time history analysis. This study developed nonlinear analytical models of the two types of bridges mentioned. The models were then modified to the simplified linear models for simplified analysis. The results of the simplified methods were compared with those of nonlinear time history analysis. It was found that including of the pounding/contacting element in the simplified methods generated responses similar to those of the nonlinear time history analysis.

Analytical Study of Delamination Buckling in Laminated Beams

김영찬,Kim, Young Chan Korean Society of Steel Construction 1996 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.8 No.4

연직하중을 받는 적층보에서 박리좌굴하중을 산정하는 방법을 제시하였다. 재료역학적 방법에 근거하여 박리된 보의 변위함수를 설정하였으며 힘과 변위의 적합조건을 이용하여 연직하중과 박리좌굴하중과의 관계식을 유도하였다. 또한 박리의 진전을 판단하기 위한 변형도에너지 방출율(release rate)을 산정하였다. FRP로 보강된 GLULAM보에 대한 실험과 비교한 이론해는 정확한 결과를 보여 주었으며 연직하중을 받는 적층보의 박리 진전현상은 축하중을 받는 보와는 다른 거동을 보였다.

An Iterative Method for Natural Frequency and Mode Shape Sensitivities

정길호,정형조,오주원,이인원,JUNG, GH,JUNG, HJ,OH, JW,LEE, IW Korean Society of Steel Construction 1996 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.8 No.3

A numerical method is presented for computation of eigenvector derivatives used an iterative procedure with guaranteed convergence. An approach for treating the singularity in calculating the eigenvector derivatives is presented, in which a shift in each eigenvalue is introduced to avoid the singularity. If the shift is selected properly, the proposed method can give very satisfactory results after only one iteration. A criterion for choosing an adequate shift, dependent on computer hardware is suggested ; it is directly dependent on the eigenvalue magnitudes and the number of bits per numeral of the computer. Another merit of this method is that eigenvector derivatives with repeated eigenvalues can be easily obtained if the new eigenvectors are calculated. These new eigenvectors lie "adjacent" to the m (number of repeated eigenvalues) distinct eigenvectors, which appear when the design parameter varies. As an example to demonstrate the efficiency of the proposed method in the case of distinct eigenvalues, a cantilever plate is considered. The results are compared with those of Nelson's method which can find the exact eigenvector derivatives. For the case of repeated eigenvalues, a cantilever beam is considered. The results are compared with those of Dailey's method which also can find the exact eigenvector derivatives. The design parameter of the cantilever plate is its thickness, and that of the cantilever beam its height.

Repair of Fatigue Damage of Coped Stringers in Railway Truss Bridge

김기두,전준창,황윤국,장동일,Kim, Ki-Du,Jeon, Jun-Chang,Hwang, Yoon-Koog,Chang, Dong-Il Korean Society of Steel Construction 1996 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.8 No.4

단순 전단연결 구조를 가진 강철도교의 세로보 단부의 절취부위에서 많은 피로균열이 발견되었으며, 이러한 부위의 피로균열은 피로손상의 전형적인 예이다. 피로균열을 가진 세로보 절취부위의 보강방법을 연구하기 위하여 가로보 및 세로보의 상부 플랜지에 인장판을 부착한 경우와 부착하지 않은 경우로 구분하여 피로실험을 수행하였다. 피로실험에 사용된 하중은 현장에서 측정된 실동응력을 기초하여 빈도해석을 통해 산정하였다. 피로실험 결과, 인장판으로 보강한 모멘트 저항 연결구조상세가 철도교에서 균열성장을 효과적으로 정지시킬 수 있는 것으로 판명되었으며, 피로손상을 가진 절취부위의 보강방법으로 제시될 수 있을 것으로 사료된다.

Optimum Maintenance Strategy of Bridges Based on System Reliability

양승이,Yang, Seung Ie Korean Society of Steel Construction 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.5

교량의 건설은 여러 국가에서 거의 완료되었으며, 정부나 고속도로 관계기관은 유지관리쪽에 초점을 맞추고 있다. 교량을 효과적으로 유지관리하기 위해, 시스템 신뢰성을 이용한 교량의 잔존수명을 예측하는 것은 매우 시급하다. 그리고 시스템 신뢰성을 이용한 교량의 유지관리 모델을 개발하는 것은 필수적이다. 이 논문에서는 시스템 신뢰성과 생애함수를 이용하여 예방 (Preventive) 유지관리 와 사후 (Essential) 유지관리 모델을 개발하였다. 이 논문에서 개발된 유지관리 모델을 이용해서 현존하는 교량에 대해 최적의 유지관리 계획을 구하였다. Bridge construction is almost complete in many countries. Thus, the government and highway agencies change their focus from constructing to maintaining. Effectively maintaining bridges require predicting their lifespan using a system reliability viewpoint. Likewise, maintenance models based on the system reliability concept should be developed. Thus, this study developed maintenance models for preventive maintenance and essential maintenance using system reliability and lifetime distributions. The optimal maintenance strategy for an existing bridge was obtained using the developed maintenance models.

The Improved Load/Displacement Incremental Method

김문영,주석범,장승필,Kim, Moon-Young,Chu, Seok-Beom,Chang, Sung-Pil Korean Society of Steel Construction 1996 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.8 No.4

본 연구에서는 박벽 구조물의 기하학적 비선형 해석을 수행하기 위하여 개선된 하중 및 변위 증분의 조합법이 제시되었다. 제안된 알고리즘은 기존의 하중 및 변 변위 증분의 조합법 이 고정된 증분량을 갖는 점을 개선하여, 수렴정도에 따라 증분량을 변화시킴으로써, 여러개의 임계점을 갖는 비선형 거동을 보다 효율적으로 추적하도록 하였다. 또한 하중 및 변위 증분법을 전환점을 첫 단계의 기울기에 비례한 값으로 대체함으로써 사용자의 편리를 도모하였다. 트러스, 공간 뼈대, 아치, 쉘 구조물 등의 기하학적 비선형 해석 예제를 통하여, 본 연구에서 제시한 개선된 하중 및 변위 증분의 조합법의 적용성을 입증하였다.