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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 개폐 막 시스템이 설치된 스포크-휠 케이블 구조물의 형상 조절 방법에 대하여 연구하였다. 막이나 케이블의 초기 장력은 구조물을 형성하기 위해서 반드시 필요하며, 설계 형상 에 의해 그 값이 결정된다.
- 스포크-휠 케이블 구조의 경우도 개폐막 상태에 따라서 케이블의 장력에 영향을 주기 때문에 설계 형상을 유지하기 위해서는 장력의 조절이 필요하다. 본 연구는 이러한 환경에 따른 구조물에 대하여 하중법을 바탕으로 한 설계 형상 조절 기법을 제안하고, 적용 대상 케이블 구조물을 통해서 기법의 유효성과 타당성을 검토하였다.
- 초기에 설정된 구조물의 장력이 설계자가 의도한 형상을 유지하는데 중요한 역할을 하기 때문에 이에 필요한 장력의 패턴과 초기 설계를 유지하기 위한 조절 방법을 제어 방정식을 이용하여 구해 보기로 한다. 따라서 본 장에서는 개폐막의 초기 장력에 의해 변형된 스포크-휠 케이블 구조 형상을 초기 설계에서 계획된 원래의 형상으로 복원할 수 있는 방법을 다룬다.
- 이러한 까닭에 케이블 형상은 막 장력으로 인한 영향을 고려해서 보정되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 막 장력으로 인해 발생하는 힘에 대해서 케이블 형상이 유지 되도록 하는 길이 변형량 eadj를 구하여 제어한다.
- 본 연구에서는 개폐식 막이 케이블 형상 변형에 가장 많은 영향을 미치는 닫힌 상태의 장력을 고려 하도록 한다. 설계 조건에서 [Table 2]에 나타낸 장력만 있는 경우는 변위가 발생하지 않는 경우이다.
- 본 논문에서는 초기 장력을 받는 개폐식 막 구조의 지지 구조인 스포크-휠 케이블 구조에 대한 형상 제어를 다루었으며, 하중법을 바탕으로 한 초기 장력 제어 방법에 대해서 연구하였다. 쿠프슈타인 지붕의 케이블 구조를 대상으로 막의 개폐 상태에 대한 형상 해석을 통해 구조물의 영향을 계산하고 이를 제어함으로써 케이블 구조의 초기 제어 장력을 구하여 형상을 유지하는 것을 설명하였다.
가설 설정
- 케이블 구조물의 변위 제어는 형상에 큰 영향을 미치며, 초기 장력을 가지는 핀-절점 구조로 가정해 해석하여도 된다. 제어의 주요 범주는 절점 변위 제어와 부재 내력 제어로 나누어지며, 동시에 제어할 수 있는 방법도 연구되고 있다2).
- 이차 포물선으로 가정된 절점은 등분포 하중 ω가 있을 때 케이블의 형상 y의 함수이며, L은 전체 길이, H는 지지 반력을 의미한다.
- 5m이며 중앙부를 중심으로 모델링되었다. 스포크 휠 케이블 구조의 경계 조건에 대해서 9번과 17번 절점을 고정 절점으로 가정하고, 중앙부는 대칭성을 고려하여 수직 방향으로 자유도가 있다.
- 우선 막 구조의 형상 해석을 수행하여 닫힌 막에 서 발생하는 힘을 알 수 있다. 본 절에서는 [Fig. 6]과 같이 막은 2kN/m의 초기 장력, 막의 가장자리 경계부에는 케이블이 30kN의 초기 장력으로 연결 되어 형상이 유지되도록 가정하였다. 스포크-휠 케 이블 구조와 연결되는 경계 절점은 고정된 것으로 가정하여 해석을 수행한다.
- 6]과 같이 막은 2kN/m의 초기 장력, 막의 가장자리 경계부에는 케이블이 30kN의 초기 장력으로 연결 되어 형상이 유지되도록 가정하였다. 스포크-휠 케 이블 구조와 연결되는 경계 절점은 고정된 것으로 가정하여 해석을 수행한다. 형상 해석에서 얻은 막과 케이블의 경계 절점에서 발생하는 힘이 케이블에 전달되어 형상에 영향을 미친다.
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