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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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
가설 설정
- 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.
- 5m이며 중앙부를 중심으로 모델링되었다. 스포크 휠 케이블 구조의 경계 조건에 대해서 9번과 17번 절점을 고정 절점으로 가정하고, 중앙부는 대칭성을 고려하여 수직 방향으로 자유도가 있다.
- 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.
- 이차 포물선으로 가정된 절점은 등분포 하중 ω가 있을 때 케이블의 형상 y의 함수이며, L은 전체 길이, H는 지지 반력을 의미한다.
- 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).
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