기하 비선형성을 엄밀히 고려한 비선형 프레임-케이블요소의 정식화

정명락,민동주,김문영,Jung, Myung-Rag,Min, Dong-Ju,Kim, Moon-Young 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.3

기하학적 비선형성을 고려한 두 개의 비선형 프레임요소의 co-rotational 정식화 과정을 제시한다. 운동학적으로 엄밀한 첫 번째 프레임요소는 변형된 상태의 총 변형성분으로부터 부재력을 산정하며, 정확한 접선강성행렬을 적용한다. 아울러 total Lagrangian 및 updated Lagrangian 정식화에 따른 첫 번째 요소의 엄밀한 접선강성행렬이 동일하다는 것을 보인다. 이에 반하여 두 번째 프레임요소는 절점과 절점사이의 변형을 무시하고 직선으로 가정하여 근사적인 접선강성행렬을 산정하고, 반복계산 시 증분변위로 부터 증분부재력을 구하여 총부재력을 산정한다. 두 개의 수치예제를 통해 첫 번째 프레임 요소가 기하비선형 거동을 추적하는데 있어서 더 정확하고 성능이 우수하다는 것을 입증한다. 특히 케이블부재의 비선형해석 예제를 통하여 첫 번째 프레임 요소가 휨강성을 고려한 케이블요소로 사용할 수 있음을 보인다. Two nonlinear frame elements taking into account geometric nonlinearity is presented and compared based on the Lagrangian co-rotational formulation. The first frame element is believed to be geometrically-exact because not only tangent stiffness matrices is exactly evaluated including stiffness matrices due to initial deformation but also total member forces are directly determined from total deformations in the deformed state. Particularly two exact tangent stiffness matrices based on total Lagrangian and updated Lagrangian formulation, respectively, are verified to be identical. In the second frame element, the deformed curved shape is regarded as the polygon and current flexural deformations in iteration process are neglected in evaluating tangent stiffness matrices and total member forces. Two numerical examples are given to demonstrate the accuracy and the good performance of the first frame element compared with the second element. Furthermore it is shown that the first frame element can be used in tracing nonlinear behaviors of cable members.

자기부상열차의 모델링방법에 따른 열차-교량의 동적상호작용 해석

정명락,민동주,이준석,권순덕,김문영,Jung, Myung-Rag,Min, Dong-Ju,Lee, Jun-Seok,Kwon, Soon-Duck,Kim, Moon-Young 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.2

본 연구에서는 속도의 변화 그리고 모델링방법이 자기부상열차의 주행성에 미치는 영향을 파악하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 2000:1의 처짐비를 가지는 동일한 교량 위를 속도를 변화시키면서(100km/h에서 700km/h까지 100km/h간격으로) 6가지 모델의 자기부상열차를 주행시키기 위하여 4자유도 6자유도 10자유도 차량에 대한 운동방정식을 구성하고 4계 룬지쿠타법을 적용하여 수치해석을 수행한다. 해석결과를 보면 속도가 낮을수록 보기 및 EMS의 개수가 많은 모델일 수록 자기부상열차의 주행성이 향상됨을 알 수 있다. The purpose of this study is to examine the impact that change in speed and modeling methods has on maglevs' runnability. The study constructed equations of motion on 4-DOF, 6DOF, and 10-DOF vehicles respectively and carried out numerical analysis, applying 4th Runge Kutta method, in order to run six different model maglev as changing the vehicles speed on the same bridge that had 2000 to 1 deflection. The analysis revealed that maglev's runnability improved as speed was lower and the specific model had higher number of bogey and EMS.

횡분배계수법과 평면격자 해석법을 이용한 합성거더교의 설계활하중 응답연구

정명락,양희선,김문영,Jung, Myung-Rag,Yang, Hee-Sun,Kim, Moon-Young 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.2

In this paper, the modified live-load and designed formula are studied according to the fact the highway bridge design specifications are recently revised. The two examples for composite steel plates and PSC girder bridges are studied. The envelope is analyzed with the finite element models and lateral load distribution method applying the existing highway bridge specification(2010), the newly revised highway bridge specification(2015) and AASHTO LRFD. In case of composite steel plates, length changes between spans are studied, and in case of PSC girder. changes of the number of cross-beams and spans, and span-lengths, are analyzed. 본 논문에서는 도로교 설계기준이 개편됨에 따라 변화된 활하중과 설계식의 검토를 하려한다. 이를 위해 강합성 플레이트 거더교와 PSC 거더교를 이용한 두 예제를 살펴본다. 기존 도로교설계기준 하중과 AASHTO LRFD 하중 그리고 새로 개편된 도로교설계기준 2015 한계상태설계법에 나온 하중을 적용하여 횡분배 계수법과 유한요소 격자해석을 통해 구한 포락선을 비교 검토한다. 또한 강합성 플레이트 거더교의 경우 중앙지간의 길이 변화에 대한 검토를 하고, PSC 거더교의 경우에는 가로보의 개수와 경간의 개수, 그리고 각 경간장의 변화를 주어 각각 그 차이점을 분석한다.

사장교의 최적 초기형상 및 무응력길이 결정을 위한 간략해석법

정명락,박세웅,민동주,김문영 대한토목학회 2016 대한토목학회논문집 Vol.36 No.6

A simplified analysis method is first proposed in order to determine an optimized initial shape of cable-stayed bridges including all unstrained element lengths without using complicated nonlinear FE analysis. The unstrained-length based FE method is thenpresented using the unstrained lengths by the simplified analysis. To demonstrate validity and accuracy of the proposed method, Incheon bridge model having the fabrication camber is constructed and initial shaping analysis is performed using the presented method and commercial finite element analysis program, MIDAS. Resultantly it is shown that the initial solutions by the proposed algorithm are well optimized and in good agreement with those by MIDAS except for axial displacements of the main member. 고정하중을 받는 사장교의 최적 초기형상 결정을 위한 간략해석법을 제시한다. 이 방법은 비선형 유한요소 해석을 수행하지 않고 최적의 초기형상을 구현할 수 있으며, 최소의 휨모멘트를 발생시키는 무응력길이를 제공한다. 초기형상 해석 후 여타의 하중조합 또는 시공단계해석을 수행하기 위해 무응력길이를 변화시키지 않고 Newton-Raphson 반복법을 수행하는 무응력길이법을 이용한다. 수치예제는 제작캠버를 포함한 인천대교 2차원 모델이며, 제시된 해석법과 상용 유한요소해석 프로그램 MIDAS의 초기형상 해석결과를 비교·분석한다. 주로 케이블의 장력과 주부재의 휨모멘트 및 변위를 관찰하였으며, 두 해석결과는 축방향 변위를 제외하고 모든 결과 값이 서로 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

대회전을 엄밀하게 고려한 공간프레임구조의 비선형 유한요소해석

정명락(Jung, Myung Rag),민동주(Min, Dong Ju),김문영(Kim, Moon Young) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

윤하중에 의한 강바닥판 교면포장의 종방향균열 관련 수치해석법 개발

정진석,정명락,옥창권,이원태,김문영,Jeong, Jin Seok,Jung, Myung Rag,Ock, Chang Kwon,Lee, Won Tae,Kim, Moon Young 한국강구조학회 2016 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.28 No.4

두께가 얇아짐에 따라 강바닥판은 윤하중의 작용으로 국부적으로 매우 큰 변형이 발생하고, 이것은 교면포장에 종방향으로 구조적인 균열을 야기 시킬 수 있다. 이 연구에서는 강바닥판의 윤하중 국부해석을 위하여 가로보의 휨 및 비틀림강성을 엄밀히 고려할 수 있는 평면쉘 스트립요소, 프리즘요소, 그리고 이 두요소를 연결하는 링크요소로 구성된 개선된 유한대판법을 제시하고자 한다. 이 방법의 효용성을 검증하기 위하여, 강판 플레이트 거더교의 일부를 해석예제로 선택하여 연직처짐 및 교축직각방향 변형율 결과를 쉘요소, 솔리드요소, 그리고 코히시브요소를 이용한 ABAQUS 해석결과와 비교, 검토하였다. Longitudinally structural cracks are sometimes observed in the pavement on steel plate deck bridges because traffic truck loadings can cause large local deformations of the thin deck plate stiffened by longitudinal and transverse beams. In this study, an improved finite strip method using flat-shell strip, prism, and link elements is presented to investigate local deformations of steel decks with pavements in which flexural and torsional stiffness effects of thin floor beams are rigorously taken into account. A simplified deck model extracted from steel plate-girder bridges is analyzed using the developed FSM and the commercial FE program, ABAQUS and also, their numerical results are compared and discussed.

무응력길이법을 이용한 사장교의 시공단계 해석

박세웅,정명락,민동주,김문영 대한토목학회 2016 대한토목학회논문집 Vol.36 No.6

The propose of this study is to demonstrate how efficiently and accurately the construction stages of cable-stayed bridges are analyzed using the unstrained length method (ULM) in which all unstrained element lengths are determined from a simplified analytical method (Jung et al., 2015). A forward analysis of cable-stayed bridges using the commercial FEA program, MIDAS is sequentially carried out considering the lack of fit force but the ULM is able to analyze a intermediate construction stage directly by taking the corresponding unstrained lengths of the construction stage model simply. The closing load step analysis is achieved by loading the pavement and counter weight forces in reverse. An Incheon bridge model is analyzed using the present ULM and the commercial program, respectively, and the two analysis results are compared. 초기평형상태를 만족하는 간략해석법(Jung et al., 2015)의 무응력길이를 이용하여 사장교의 임의 시공단계를 직접적으로 모사할 수 있는 무응력길이 기반의 시공단계 해석법을 제시하고, 이 방법의 효용성과 정확성을 보이고자 한다. MIDAS해석 시 unknown load factor기능을 이용한 초기형상해석과 lack of fit force기능을 이용한 순방향해석을 실시하는데 반하여 ULM (unstrained length method)해석법은 무응력길이만 알고 있으면 중간단계를 거치지 않고 직접적으로 특정중간단계를 해석할 수 있다. 2차원 인천대교모델을 구축하고 ULM과 MIDAS를 각각 적용하여 시공단계해석을 수행하고, 수치예제를 통하여 두 해석결과를 분석한 결과, 완공계의 주탑, 주거더의 길이 차이로 인한 오차를 제외하면 비교적 서로 일치하는 결과를 보였다. 아울러, 포장무게와 카운터웨이트를 역으로 재하하여 폐합해석을 수행하고, 결과비교를 통하여 두 해석결과의 타당성을 보였다.

열차-교량의 동적 상호작용을 고려한 중·저속 및 초고속 자기부상열차와 가이드웨이의 동특성 해석

민동주,정명락,이준석,김이현,김문영 한국지진공학회 2011 한국지진공학회논문집 Vol.15 No.3

자기부상열차가 중 저속 및 초고속 주행 시 차량의 주행특성 및 교량의 동적 응답 결과를 제시하고자 한다. 수직 자유도 및 회전 자유도를 포함한 10자유도 자기부상열차에 대한 운동방정식을 유도하고, 모드 중첩법을 이용하여 교량의 운동방정식을 구성하였다. 또한 제어 방법으로 UTM01제어기법을 적용하여 수치해석을 수행하였다. 해석 예제로 노면조도, 가이드웨이의 처짐비, 차량 속도 등이 교량의 처짐과 차량의 부상공극 및 여러 가지 변수에 미치는 영향을 파악하였다. 부상공극은 조도의 조건에 따라 그 차이가 확연히 드러나고 또한 자기부상열차의 속도가 증가함에 따라 부상공극이 증가함을 알 수 있었다. 그리고 자기부상열차가 중, 저속 주행 시에는 교량에 대한 영향이 미비하지만 초고속 주행 시 교량에 대한 동적확대계수가 큰 값을 보여주었다. The purpose of this study is to examine the dynamic characteristics of low, medium and high speed Maglev trains and guideways through dynamic interaction analysis. The coupled dynamic equations of motion for a vehicle of 10-dof and the associated guideway girders are developed by superposing vibration modes of the girder itself. The controller used in the UTM-01 Maglev vehicle is adopted to control the air gap between the bogie and guideway in this study. The effect of roughness, the guideway deflection-ratio and vehicle speed on the dynamic response of the maglev vehicle and guideway are then investigated using the 4th Runge-Kutta method. From the numerical simulation, it is found that the air gap increases with an increase of vehicle speed and the roughness condition. In particular, the dynamic magnification factor of the guideway girder is small at low and medium speeds, but the factor is noticeable at super-high speeds.

A Deflection Theory and its Validation of Earth-anchored Suspension Bridges under Live Loads

신상욱,정명락,박재균,김문영 대한토목학회 2015 KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING Vol.19 No.1

A deflection theory of earth-anchored suspension bridges having the fabrication camber is presented considering tower effects andlarge deflection effects of main cables. And the Unstrained Length Method (ULM), which keeps unstrained lengths of both cable andframe elements constant in the iteration process, is extendedly applied to nonlinear FE analyses of suspension bridges under live loadcombinations. Finally, one cable without the suspended girder and two earth-anchored suspension bridge models are analytically andnumerically solved. And the numerical results are compared to demonstrate accuracy and validity of both the deflection theory andULM. In particulars, it is emphasized that the load effects of suspension bridges under live loads can be effectively evaluated byapplying the semi-linearized theory without relying on nonlinear FE analyses.

FE Analysis of Suspension Bridges based on Extended Deflection Theories with Extensible Hangers and Floating Girders

Fengping Zhang,정명락,김문영 대한토목학회 2024 KSCE Journal of Civil Engineering Vol.28 No.4

This paper presents extended deflection theories of multi-span continuous suspension bridges and their FE formulations using the energy method. The proposed deflection theories take into account effects of hanger extensibility, free sliding of main cables at the saddle, and floating girders. Suspension bridge elements consisting of main girder, main cable, and tower elements are then introduced and simplified FE formulations are rigorously proposed to solve the extended deflection theories. In order to demonstrate the validity and accuracy of the presented formulation, three/four-span suspension bridge models having regular and floating support conditions of the main girder are analyzed using the simplified FEMs, and the analysis results are compared with those by the unstrained length method, which is a sophisticated FEM. Finally, three virtual earth-anchored suspension bridge models are analyzed to explore the effects of hanger extensibility.