FOA를 이용한 사장 케이블 장력추정기법

장한택,유덕용,Jang. Han-Teak,Ryu. Duck-Yong 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.5

본 논문은 사장교의 주요부재인 경사 케이블에 대해 기존 장력추정기법들을 비교하고, FOA(Fast Optimization Algorithm)을 이용한 경사케이블의 장력추정기법을 소개한다. FOA는 기존의 LOA(Local Optimization Algorithm)의 단점과 GOA(Global Optimization Algorithm)의 단점을 극복한 기법으로 LOA의 국부수렴과 GOA의 조기 수렴의 문제점을 해결하였다. 기존 장력추정기법으로는 기계적인 방법과 고유진동수 기반의 동적방법으로 구분되며 최근 도입되고 있는 유한요소 모델과 시스템인식 기법을 이용한 방법이 제안되었다. 새그가 큰 케이블을 제외하고 기존 수학적 모델을 이용한 방법의 경우, 현이론과 Triantafyllou와 Gringfogel의 제안식은 5%이내의 오차를, 빔모델을 이용한 선형회귀식은 1%의 오차를 Shinke등의 제안식은 4%이내의 장력추정 오차가 확인되었고, 민감도방정식과 차분진화법(DE: Differential Evolutionary) 경우 0.5%이내의 오차를 GAs는 2%이내, <TEX>${\mu}GA$</TEX>는 3%이내 hGA는 5%이내의 오차를 보이며 장력이 추정되었다. 본 논문에서는 제안된 FOA를 이용하여 해석시간의 단축과 기존 기법들의 단점을 해결하였고, 모든 수치실험에서 0%에 가까운 오차를 보이며 정확한 장력이 추정되었다. This paper introduces the tension estimating technique using FOA(Fast Optimization Algorithm) for a major member of cable stayed bridge and compares the existing techniques. FOA is overcoming the disadvantages of LOA(Local Optimization) that is the local convergence and GOA(Global Optimization Algorithm) that is the problem of premature convergence. The existing methods are divided into the mechanical methods and the dynamics methods based on the natural frequency and they have been recently proposed the SI(System Identification) methods using the FE model and identification technique. Excepting that the sagged cable have a large sag, in the cases of conventional method using a mathematical model, the taut string theory and Triantafyllou & Gringfogel`s proposed equation have the error less than 5%, the beam model using the linear regression equation hase the error less than 1%, Shinke et al.`s proposed equation is certificated the tension estimation errors less than 4%. SUA(Senstivity Updating Algorithm), DE(Differential Evolutionary) have the estimated tension value that have errors less than the 0.5%. GAs(Genetic Algorithm) has the errors less than 2%, <TEX>${\mu}GA$</TEX> less than 3%, hGA less than 5%. It is that the proposed technique using proposed FOA has resolved the weak of existing techniques and shorten analysis time. It seems that errors are less than 0% and the proposed technique has been estimated the exact tensions.

유전 알고리즘 기반의 시스템인식기법을 이용한 교통하중 추정

장한택(Jang Han-Teak),노명현(Noh Myung-Hyun),이상열(Lee Sang-Youl),박대효(Park Taehyo) 대한토목학회 2008 대한토목학회 학술대회 Vol.2008 No.10

진동기반의 SI 기법을 이용한 현수교 행어의 장력 추정 : Ⅲ. 실험적 검증

장한택(Jang Han Teak),김병화(Kim Byeong Hwa),박대효(Park Taehyo) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.2A

본 논문은 현수교 이중 행어 시스템에 대한 진동기반 SI 장력추정기법의 실험적 검증을 소개한다. 현수교 이중 행어 시스템을 모사한 실험 모델을 제작되었으며, 세가지 경우의 클램프 위치에 대한 세가지 경우의 행어장력에 대해서 총 9회의 진동실험이 반복 수행되었다. 각각의 계측된 가속도 응답 데이터에 대해서, 모달분석을 통한 고유진동수와 모드 형상이 추출되었다. 추출된 일련의 동특성치들에 대하여 기존의 장력추정 이론인 현이론과 선형회기법을 적용하여 장력을 추정하였다. 또한 진동기반 SI 장력추정기법을 적용하여 장력을 추정하였는데, 추정된 장력은 수치모델과 계측모델의 동적 특성치들이 동일하게 될 때, 수치모델의 케이블 장력을 인식함으로써 추정되었다. 추정결과, 클램프의 위치에 따라서 기존의 이론을 이용한 추정장력의 오차는 최대 53.1%까지 보이는 반면, 진동기반 SI기법을 이용한 추정장력기법의 장력추정 오차는 모든 경우에 대하여 3% 이내 이다. This paper introduces an experimental verification of a tension estimation method based on system identification approach for a double hanger system on a suspension bridge. A laboratory model of such double hanger system has been made for this study. Total nine cases of the vibration tests have been conducted with respect to three levels of applied tension and three cases of the location of clamp. For a set of the collected acceleration response data, modal analysis has been followed in order to extract the natural frequencies and mode shapes of the selected cable systems. For the extracted modal parameters, the existing tension estimation methods based on the string theory and axially loaded beam theory have been firstly applied to estimate the tensile force on the double hanger cable system. Next, the tensile force on cables has been estimated by the system identification approach. It is seen that the errors in the tension estimation using the frequency-based system identification technique are about 3% for all cases while the estimation error using the existing method is up to 53.1%.

진동기반 SI기법을 이용한 외부 프리스트레싱 텐던의 장력추정

장한택 ( Jang Han-teak ),노명현 ( Noh Myung-hyun ),이상열 ( Lee Sang-youl ),박대효 ( Park Taehyo ) 한국구조물진단유지관리공학회 2008 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.12 No.1

본 연구에서는 시스템 기법을 이용한 외부 긴장 텐던의 장력추정을 소개한다. 제안된 기법의 검증을 위하여 실내실험이 수행되었고, 실험모델로 부터 고유진동수가 추출되었다. 획득한 동적특성을 통하여 차분진화알고리즘과 유한요소 해석을 통하여 장력과 유효공칭직경이 추정되었다. 추정된 장력의 오차는 1.25%의 오차를 보였다. 유효공칭직경의 경우 -41.78%의 오차를 보인다. 추정유효 공칭직경의 오차는 실제 텐던의 불충실단면과 FEM 모델의 충실단면의 차이에 기인된다. This paper introduces a method of tensile force estimation of the externally prestressed tendon using SI (System Identification) technique. A laboratory scale-down model test has been conducted for the verification of the proposed method. A set of natural frequencies is extracted from the laboratory model. The tensile force and the effective nominal diameter are evaluated through the combined method of the differential evolutionary algorithm and finite element analysis using the obtained modal parameters. The error of the estimated tensile force is 1.25%. In case of the effective nominal diameter, the error is -41.78%. The error of estimated effective nominal diameter is due to the difference of sections between the real tendon that has not a full-section and the FEM model tendon that has a full section for an equivalent material property.

설계기준 개선에 따른 기존 고속철도 교량 내진보강 필요성 고찰

김도균(Kim, Do-Kyoun),장한택(Jang, Han-Teak) 한국산학기술학회 2013 한국산학기술학회논문지 Vol.14 No.1

본 논문은 등가정적하중법에 의해 설계된 경부고속철도 구간 중 PSC Box Girder 대표 교량들을 대상으로 등가정적법과 응답스팩트럼법을 이용하여 지진력이 산정되었고, 지진력의 차이가 확인된다. 해석법 비교를 위하여 상 용유한요소 프로그램을 이용하여 5개 교량에 대한 3차원 유한유소 모델이 구성되었고, 각 해석법의 의한 지진력이 비 교되었다. 고유주기가 저차에서 지배되는 경우, 지반조건과 고유주기의 따라 지진가속도가 산정되는 응답스팩트럼법 과 등가정적하중법과의 차이가 커지는 것이 확인되었다. 이렇게 산정된 지진력에 차이에 따른 내진성능 평가 결과 설 계 지진력 보다 큰 지진력의 적용으로 인한 것으로 내진 보강의 필요성을 의미한다. This paper was calculated the earthquake load using ELFP(Equivalent Lateral Force Procedure) and RSA(Response Spectrum Analysis) for PSC Box Girder representative bridges by the Phase of KTX designed by ELFP and verified the diffenece of these analyses. It have been modeled 3 dimensional FE model of 5 bridges using a commercial FEM program for the comparison of these analyses using a commercial FEM program and were compared the earthquake load. It has been to confirm the increase of the difference ELFP of RSA calculated to seismic ground acceleration according to the ground condition and natural period. It is mean that the necessity of seismic reinforcement due to the application of a larger of earthquake load than designed earthquake load form the seismic performance evaluation result according to the difference of calculated earthquake loads.

공용중인 고속철도 교량의 내진설계기준 변경에 따른 해석법 비교

김도균(Do-Kyoun Kim),장한택(Han-Teak Jang),오영석(Young-Seok Oh) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

본 논문은 공용중인 고속철도 교량에 대한 최초 내진설계 시 적용된 등가정적하중법(Equivalent Lateral Force Procedure;ELFP)과 현재 내진해석에 적용되는 응답스펙트럼법(Response Spectrum Analysis;RSA)을 비교 분석한다. 본 논문에 대상 모델은 PSC Box형태의 상부를 갖는 교량에 대해 이상화 모델과 수학적 모델을 이용하여, ELFP와 RSA의 해석법 비교를 위해서 동일한 지반가속도 조건에서 비교되었다. 이는 현행 내진 1등급교량의 경우 가속도계수가 0.154g이고, 고속철도 설계 당시 가속도계수가 0.14g이기 때문이다. 교량의 교축 및 교축직각 방향의 모드별 고유주기 성분과 지진력의 차이에 따라 교량의 최대 처짐값에 차이가 확인되었다. 이는 ELFP에서 가정한 조합응답계수에 따라 큰 차이를 보이는 것으로 고려된다. This paper is compared ELFP(Equivalent Lateral Force Procedure) with RSA(Response Spectrum Analysis) for the using the high speed railway bridge where ELFP was used for the seismic design and RSA is currently used. In this paper, it is compared with ELFP and RSA when the same ground acceleration conditions for the target model using a mathematical model and the idealized model to the bridge with a PSC Box girder. Because the current 1st seismic rating bridge of acceleration coefficient is 0.154g, ELFP’s is 0.14g when the high speed railway is designed at that time. It is confirmed the difference of maximum displacement that is from earthquake load depending on natural period to the lateral and transverse mode of the bridge. It is considered the large difference according to the combined response coefficient assumed the ELFP.

차분 진화 알고리즘 기반의 SI기법을 이용한 외부 긴장된 텐던의 장력추정

노명현(Noh Myung-Hyun),장한택(Jang Han-Teak),이상열(Lee Sang-Youl),박대효(Park Taehyo) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 A Vol.29 No.1A

본 논문은 외부 긴장된 텐던의 장력추정에 대한 차분진화기법의 적용을 소개한다. 제안된 차분진화 알고리즘의 SI기법은 기존의 구배 기반의 최적화 기법과는 다르게 전역해 탐색이 가능하다. 수치실험은 인식변수에 대한 사전정보 없이도, 제안된 차분진화기법이 외부긴장 텐던의 정확한 장력 추정뿐 아니라 유효공칭직경 추정이 가능하여 1%미만의 추정 오차를 갖는 유용한 기법임을 보여준다. 또한 긴장력 손실 유무의 사용 상태를 고려한 축소실험 모델 실험을 이용하여 제안된 기법의 타당성이 실험적으로 검증되었다. 실험의 결과는 긴장력 손실과 무관하게 정확한 장력 추정과 유효공칭직경의 추정뿐 아니라 실험 모델의 감쇠비까지 추정되어 제안된 기법이 적합하고, 효과적인 방법임을 보여준다. 유효공칭 직경의 2% 추정 오차는 실제 꼬여진 단면을 갖는 텐던의 직경과 충실단면을 갖는 FE 모델의 직경의 차이 때문이다. 마지막으로, 기존이론과의 비교 분석으로 제안된 차분진화 기법의 정확성과 우월성이 검증되었다. This paper introduces the application of DE (Differential Evolutionary) method for the estimation of tensile force of the externally prestressed tendon. The proposed technique, a SI (System Identification) method using the DE algorithm, can make global solution search possible as opposed to classical gradient-based optimization techniques. The numerical tests show that the proposed technique employing DE algorithm is a useful method which can detect the effective nominal diameters as well as estimate the exact tensile forces of the externally prestressed tendon with an estimation error less than 1% although there is no a priori information about the identification variables. In addition, the validity of the proposed technique is experimentally proved using a scale-down model test considering the serviceability state condition without and with the loss of the prestressed force. The test results prove that the technique is a feasible and effective method that can not only estimate the exact tensile forces and detect the effective nominal diameters but also inspect the damping properties of test model irrespective of the loss of the prestressed force. The 2% error of the estimated effective nominal diameter is due to the difference between the real ten?don diameter with a wired section and the FE model diameter with a full-section. Finally, The accuracy and superiority of the proposed technique using the DE algorithm are verified through the comparative study with the existing theories.

SI기법을 이용한 장력추정기법의 실험적 검증

박대효 ( Park Taehyo ),장한택 ( Jang Han-teak ),김병화 ( Kim Byeong Hwa ) 한국구조물진단유지관리공학회 2007 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.11 No.1

This paper introduces the experimental verification of a frequency-based SI tension estimation method for a double hanger system on a suspension bridge. For the earlier theoretical work, a set of modal tests has been conducted to estimate cable tension force using a set of the measured natural frequencies and mode shapes of hanger cables. The tensile force on a double hanger cable system has been estimated by directly identifying a numerical model whose dynamic characteristics are the same with those of the measured one. By comparing the results with known tension, the system identification technique proposed earlier paper has been verified.

SI기법을 이용한 장력추정기법의 실험적 검증

박대효(Park Taehyo),장한택(Jang Han-Teak),김병화(Kim Byeong Hwa) 한국구조물진단유지관리학회 2007 한국구조물진단학회 학술발표회논문집 Vol.11 No.1

본 논문은 시스템 인식 기법을 이용한 현수교 행어의 장력 추정 방법에 대한 실험적 검증을 소개한다. 이론적 연구의 검증을 위하여, 실험실 모형 행어 케이블에 대한 동적 특성치 추출이 수행되었고, 추출된 고유진동수와 모드 형상을 이용하여 모형 행어 케이블의 장력 측정이 수행되었다. 여기서, 추정된 장력은 수치모델과 계측모델의 동적 특성치들이 동일할 때 수치모델의 케이블 장력을 인식함으로서 추정되었다. 알고 있는 도입 장력과 추정된 장력을 비교함으로서, 제안된 장력의 정확도가 검증되었다. This paper introduces the experimental verification of a frequency-based SI tension estimation method for a double hanger system on a suspension bridge. For the earlier theoretical work, a set of modal tests has been conducted to estimate cable tension force using a set of the measured natural frequencies and mode shapes of hanger cables. The tensile force on a double hanger cable system has been estimated by directly identifying a numerical model whose dynamic characteristics are the same with those of the measured one. By comparing the results with known tension, the system identification technique proposed earlier paper has been verified.