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사장교 케이블의 진동거동 특성
Vibrational Characteristics on the Cables in Cable Stayed Bridge 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.13 no.2 = no.36, 2017년, pp.249 - 257  

Sung, Ikhyun (Department of Civil Engineering, Hanseo University)

초록
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최근 당진-평택시에 위치한 서해대교에서 낙뢰로 인한 케이블 단선사고가 발생하였다. 이것은 자연발생 사고로 결론이 났지만 케이블교량의 단선으로 인하여 안전문제를 재검토하는 과정이 매우 중요한 일임을 상기하게 된 사건이다. 즉, 케이블 교량에서 케이블의 역할은 구조물의 안전에 지대한 영향을 미치며 이로 인해 전체구조체계에 대한 영향을 파악할 필요가 대두 되었다. 케이블 교량은 주 탑을 세우고 바닥판을 케이블로 지지하는 경제적 교량으로 케이블의 영향은 주 부재로써 전 교량시스템의 안전에 영향이 큰 부재이다. 사장교에서 케이블은 케이블의 장력이 변할 때 발생하는 사하중으로 인한 처짐의 변화 때문에 비선형 성을 가진다. 동적해석은 변형 된 사하중 접선강도행렬을 사용하여 되며 새로운 개념은 전체 교량에 대한 케이블 진동 (면내 및 스윙 모두)의 효과를 연구하기 위해 케이블을 여러 요소로 분할하였다. 이 연구의 결과는 전반적인 교량 역학에 케이블 진동의 중요성을 보여준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, a cable disconnection accident occurred due to a lightning strike at the Seohae Bridge located in Dangjin-Pyeongtaek City. This is a natural occurrence, but it is a recall that it is very important to review the safety issues due to the disconnection of cable bridges. In other words, the r...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1참조)을 모두 감안하였지만 케이블요소 길이 전체에 영향이 분산되어 케이블의 자체형상과 흔들림에 대한 고려는 할 수 없다. 이러한 측면을 고려하여 본 연구에서는 전체구조체계에서 케이블의 영향을 거동으로 포함할 수 있도록 하여 케이블 거동이 연결된 다른 구조물에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 해석을 수행하기 위해서 케이블을 단일요소로 보지 않고 다수요소를 가진 집합체로 고려함이 필요하다.
  • 그러나 본 연구에서는 실제 사장교는 주부재인 케이블의 유연성에 기인한 동적영향 효과가 구조해석 및 설계에 포함될 수 있도록 케이블의 거동을 모드에 포함하도록 고려하였다. 이로 인하여 다양한 동적해석에서 모드 중첩해석 시 케이블의 영향이 포함될 수 있게 하면 어떤 특성이 나타나는지를 파악하고자 하였다. 해석시간이 많이 소요되고 또한 결과의 분석에도 효율이 떨어지나 케이블과 연결된 다른 부재에서 케이블의 진동으로 인한 영향이 상호관계를 발생하여 추가적인 결과를 나타낼 수 있어 해석의 중요성을 충분히 확인할 수 있었다.
  • 이를 또한 일반적인 케이블교량 해석방법으로 모델링한 것과 비교를 함으로써 서로 분석방법에 대한 차이점을 도출하고 전체 교량의 거동에서 케이블의 영향을 따로 분석할 수 있는 방안을 도출하고자 하였다. 이로 인한 연구의 방법을 다양한 동적영향을 감안하도록 확장하여 여러 개의 케이블로 구성된 교량에서 케이블의 진동영향이 전 구조체계에 미치는 영향을 파악해 보고자 한다.
  • 이러한 다수요소로 구성하는데 있어 유한요소해석상에 고려해야하는 사항을 파악하고 정적비선형해석을 수행할 수 있었다. 이를 또한 일반적인 케이블교량 해석방법으로 모델링한 것과 비교를 함으로써 서로 분석방법에 대한 차이점을 도출하고 전체 교량의 거동에서 케이블의 영향을 따로 분석할 수 있는 방안을 도출하고자 하였다. 이로 인한 연구의 방법을 다양한 동적영향을 감안하도록 확장하여 여러 개의 케이블로 구성된 교량에서 케이블의 진동영향이 전 구조체계에 미치는 영향을 파악해 보고자 한다.

가설 설정

  • 정적비선형 Program의 부분은 Abdel-Ghaffar와 Nazmy의 연구를 부분적으로 수정한 후 사용하였다. 이 중 케이블의 재료는 선형탄성으로 가정하고 부재는 주축을 따라 휜다고 가정한다. 따라서 비선형성은 재료보다는 변위에 의하여 지배된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사장교의 비선형성을 선형해석법만으로 판단하기 어려운 이유는 무엇인가? 이러한 유연한 구조체계는 상시자중(설계하중)이나 활하중에 대하여 대 변형을 유발하기가 쉽다. 사장교는 케이블 sag(쌔그)의 현수작용 및 부재의 압축력으로 인해 기하학적 비선형 문제가 되어서 선형해석법만으로는 값을 판단하기 어렵다. 이러한 비선형성을 갖는 요인으로, 주요한 3가지 특징으로 분류하면 다음과 같다.
사장교의 형태는 어떻게 되어 있는가? 사장교는 전체 구조체계가 유연한 구조이며 주형의 면내확장거동은 경사케이블에 의해 길이방향에 대하여 탄성지지 된 형태를 갖고 있다. 이러한 유연한 구조체계는 상시자중(설계하중)이나 활하중에 대하여 대 변형을 유발하기가 쉽다.
사장교의 유연한 구조체계가 갖는 문제점은 무엇인가? 사장교는 전체 구조체계가 유연한 구조이며 주형의 면내확장거동은 경사케이블에 의해 길이방향에 대하여 탄성지지 된 형태를 갖고 있다. 이러한 유연한 구조체계는 상시자중(설계하중)이나 활하중에 대하여 대 변형을 유발하기가 쉽다. 사장교는 케이블 sag(쌔그)의 현수작용 및 부재의 압축력으로 인해 기하학적 비선형 문제가 되어서 선형해석법만으로는 값을 판단하기 어렵다.
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참고문헌 (7)

  1. HIKAMI, Y. (1986). Rain vibrations of cables in cable-stayed bridge. Wind Engineers, JAWE, 1986(27), 17-28. 

  2. Fleming, J. F., Zenk, J. D., & Wethyavivorn, B. (1983). Static and dynamic analysis of cable-stayed bridges. Department of Civil Engineering, School of Engineering, University of Pittsburgh. 

  3. Khalil, M. S., Dilger, W. H., & Ghali, A. (1983). Time-dependent analysis of PC cable-stayed bridges. Journal of Structural Engineering, 109(8), 1980-1996. 

  4. Ernst, M. J. (1965). The E-Modulus of Cables Considering the Deflection. Der Bauigenieur, 40(2), 52-55. 

  5. Nazmy, A. S., & Abdel-Ghaffar, A. M. (1987). Seismic response analysis of cable-stayed bridges subjected to uniform and multiple-support excitations. Department of Civil Engineering, Princeton University. 

  6. Irvine, H. M., & Irvine, M. (1992). Cable structures (No. Sirsi) i9780486671277). 

  7. Lee, I. W., & Robinson, A. R. (1979). Solution techniques for large eigenvalue problems in structural dynamics. University of Illinois Engineering Experiment Station. College of Engineering. University of Illinois at Urbana-Champaign. 

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