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논문 상세정보

유한요소모델 기반 장력추정 기법의 비교 연구

A Comparative Study of Finite Element Model-Based Tension Estimation Techniques

초록

현수교 행어케이블은 일부가 클램프로 구속되어 있어 단일 케이블 모델을 기반으로 한 기존의 장력추정 방법들은 휨감성의 영향이 큰 짧은 케이블 일수록 오차가 커지게 된다. 따라서 최근에 유한요소모델 기반의 역해석 기법 및 시스템인식 기법을 이용한 장력추정 방법이 제안되었다. 본 논문은 광안대교 행어케이블을 대상으로 역해석 기법 및 시스템인식 기법을 이용한 장력추정 방법의 적용성을 비교 검토 하였다. 장력추정결과 유한요소모델을 기반으로 한 역해석 기법 및 시스템인식 기법은 기존의 현이론 및 선형회귀법에 의한 장력추정 방법에 비해 고유진동수 오차를 기준으로 보다 높은 신뢰성을 가지고 장력을 추정하였다. 하지만 모델기반의 장력추정 방법은 유한요소모델의 정확도에 따라 그 오차가 다르게 나타날 수 있다. 특히, 짧은 케이블 일수록 경계조건의 영향을 많이 받기 때문에 가능하다면 실험을 통해 경계조건을 명확히 파악하는 것이 중요하다. 시스템인식 기법을 이용한 장력추정 방법은 다양한 경계조건을 용이하게 고려할 수 있으며, 또한 입력되는 계측 고유진동수의 개수에 민감하지 않기 때문에 그 효용성이 높다고 할 수 있다.

Abstract

Hanger cables in suspension bridges are constrained by the horizontal clamp. So, the accuracy of estimated tension of hange cable using existing methods based on the simple mathematical model of singel cable decreases as the length of cable decreases because of the flexural rigidity. Therefore, back analysis and system identification techniques based on the finite element model are proposed recently. In this paper, the applicability of the back analysis and system identification techniques are compared using the hanger cable of Gang-An Bridge. The experimental results show that the back analysis and system identification techniques are more reliable than the existing string theory and linear regression method in the view point of the error of natural frequencies. However, the estimation error of tension can be varied according to the accuracy of finite element model in the model based methods. Especially, the boundary condition is more affective when the length of cable is short, so it is important to identify the boundary condition through experiment if it is possible. The tension estimation method using system identification technique is more attractive because it can easily consider the boundary condition and it is not sensitive to the number of input measured natural frequencies.

저자의 다른 논문

참고문헌 (8)

  1. 김남식, 박동욱, 박용명, 정진환(2007) 역해석기법을 이용한 행어케이블의 장력측정, 한국지진공학회논문집, 제11권 제3호, pp.1-10 
  2. 안상섭, 이일근, 배인환, 최호근(2003) 행어 케이블 장력 산정을 위한 정적방법, 대한토목학회 학술발표회논문집, pp.1418-1423 
  3. 윤자걸, 손진, 장승필(1999) 교량 케이블의 장력 측정에 관한 연구, 대한토목학회 학술발표회논문집, pp.117-120 
  4. Shimada, T. (1995), A Study on the Maintenance and Management of the Tension Measurement for the Cable of Bridge, Ph.D. Dissertation, Kobe University 
  5. 박대효, 문석용, 주환중, 김병화(2007) 진동기반 SI기법을 이용한 현수교 행어의 장력추정: I. 이론, 대한토목학회논문집, 제27권, 제2A호, pp.165-172 
  6. Irvine, H., M.(1981), Cable Structures, MIT PRESS, CAMBRIDGE, MASS 
  7. 장한택, 김병화, 박대효(2008) 진동기반 SI기법을 이용한 현수교 행어의 장력추정: III. 실험적 검증, 대한토목학회논문집, 제28권, 제2A호, pp.215-222 
  8. 김병화, 문석용, 배인환, 박대효(2007) 진동기반 SI기법을 이용한 현수교 행어의 장력추정: II. 현장적용, 대한토목학회논문집, 제27권, 제2A호, pp.173-179 

이 논문을 인용한 문헌 (3)

  1. Kim, Byeong Hwa ; Jang, Jung Bum ; Lee, Hong Pyo 2010. "Feasibility Study of Estimating Prestress Force of Grouted Tendons" 大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학, 30(a2): 103~111 
  2. Lee, Jungwhee ; Ro, Sang-Kon ; Lee, Young-Dai ; Kang, Byung-Chan 2013. "Effect of Support Rotational Stiffness on Tension Estimation of Short Hanger Ropes in Suspension Bridges" 한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, 23(10): 869~877 
  3. Lee, Kwang Su ; Kim, Minhan ; Kim, Jongrack ; Yoo, Changkyoo 2014. "Optimal DO Setpoint Decision and Electric Cost Saving in Aerobic Reactor Using Respirometer and Air Blower Control" Korean chemical engineering research = 화학공학, 52(5): 581~586 

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