• 제목, 요약, 키워드: 주탑 강성

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4경간 현수교에서의 중앙주탑 휨강성의 영향 (Effects of Flexural Rigidity of Center Tower in Four-Span Suspension Bridges)

  • 권순길;유훈;최동호
    • 대한토목학회논문집
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    • v.34 no.1
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    • pp.49-60
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    • 2014
  • 해협횡단 교량으로서 적용사례가 증가될 것으로 예상되는 다경간 현수교에 대한 거동을 간략하면서도 정확히 해석하기 위하여, 현수교에 대한 고유의 해석이론인 처짐이론 해석방법을 사용할 수 있다. 본 연구에서는 처짐이론 방법을 이용한 4경간 현수교의 구조해석을 수행하였다. 거더를 축인장력을 받는 단순보로 고려하였고, 연직방향 하중 및 지점부 모멘트에 의한 단순보의 수직변위를 산정하여, 이 변위가 케이블의 적합방정식을 만족할 때까지 반복해석을 수행하였다. 유한요소해석의 결과와 비교하여 모든 주탑의 휨강성을 고려하는 처짐이론 해석의 결과를 검증하고, 주케이블과 탑정부 간의 구속조건 변화에 따른 다양한 케이블 적합방정식을 이용하여, 4경간 현수교에서의 주탑 휨강성의 중요성을 확인하였다. 또한 중앙주탑 휨강성의 변화에 따른 간단한 변수해석을 수행하여 그에 따른 거동을 파악하였다.

다경간 현수교 주탑 설계를 위한 등가 현수교 모델 (Equivalent Suspension Bridge Model for Tower Design of Multi-span Suspension Bridges)

  • 최동호;나호성;이지엽;권순길
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.23 no.6
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    • pp.669-677
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    • 2011
  • 다경간 현수교란 3개 이상의 주탑을 가지는 현수교로 중앙부에 주 경간을 2개 이상 가지는 현수교이다. 다경간 현수교 설계시 중앙주탑과 측주탑의 적절한 강성비를 가지도록 설계하는 것이 경제성이나 구조적인 효율성 측면에서 중요하다. 본 연구는 다경간 현수교의 중앙주탑과 측주탑의 적절한 강성비를 찾기 위해 다경간 현수교의 거동을 용이하게 파악할 수 있는 간편한 방법을 제안하는 것을 목적으로 하고 있다. 그 방법으로 다경간 현수교의 주케이블을 등가의 케이블 스프링으로 이상화하고, 주케이블에 작용하는 장력을 주탑상단에 수평력과 수직력의 외력으로 치환시키는 방법으로 다경간 현수교를 등가 다경간 현수교 모델로 치환하였다. 등가 다경간 현수교 모델에 대한 평형방정식을 유도하고 비선형해석을 통해 방정식의 해를 구하였다. 중앙지간장 3,000m의 4경간 현수교의 FEM 해석을 통해 각 주탑에서 발생하는 변위와 모멘트 반력을 계산하고, 이 결과를 등가 4경간 현수교 모델의 해석결과와 비교하여 본 연구의 연구결과를 검증하였다. 검증 결과, 본 연구의 제안방법은 FEM 해석결과와 비슷한 경향을 나타내었다.

사장교의 개선된 초기형상 해석법 (An Improved Method for Initial Shape Analysis of Cable-Stayed Bridges)

  • 김문영;경용수;이준석
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.15 no.2
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    • pp.175-185
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    • 2003
  • 사장교의 정확한 초기형상을 결정하기 위하여 초기부재력법과 TCUD법을 효과적으로 결합시킨 개선된 해석방법을 제시한다. 먼저 사장재, 주탑 그리고 주형을 모델링하기 위하여 무응력길이의 변화를 고려한 탄성현수선요소, 보-기둥요소의 힘-변형관계식과 접선강성 행렬 산정법을 간략히 제시한다. 이제 케이블의 무응력길이를 변수로 취급하여 교량 전체의 접선강성행렬을 산정하고, 경계조건 이외에 케이블 개수만큼의 절점변위를 설계자의 초기형상에 가깝게 되도록 추가적으로 절점변위를 구속하여 절점변위 및 무응력길이의 증분을 산정하고 이를 토대로 케이블 부재력과 주형 및 주탑의 부재력을 산정한다. 이렇게 계산된 부재력으로부터 불평형하중을 산정하고 수렴이 될 때까지 다시 반복계산이 이루어진다. 수렴이 되었을 때 사장교의 주탑 및 주형의 축방향 변위를 제거하기 위하여 초기부재력법을 적용한다. 결론적으로, 케이블의 무응력길이를 변수로 추가함으로써 사장재 주형정착부의 수직변위와 주탑의 수평변위를 설계목적에 적합하도록 제어하여 휨모멘트를 최소화할 수 있었고, 초기부재력법을 결합시켜 주형, 주탑의 축방향변위가 발생하지 않는 해석결과를 얻었다.

국내 설계하중의 피로특성을 적용한 고주탑 엑스트라도즈드교의 성능개선에 관한 연구 (A Study on the Performance Improvement of High-Pylon Extradosed Bridge adopting Fatigue Loading Condition)

  • 이영진;신승교;임윤묵
    • 대한토목학회논문집
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    • v.30 no.2A
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    • pp.137-148
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    • 2010
  • 본 연구에서는 기존 엑스트라도즈드교와 PSC 사장교 사이의 영역인 주탑고비 1/6~1/7의 고주탑을 적용하여 엑스트라도즈드교의 구조적, 경제적 특성을 평가하였다. 주탑고가 증가함에 따라 사재의 연직하중 분담율의 증가와 함께 변동응력도 증가하여 사재의 피로안정성이 주요 설계변수임을 알 수 있었다. 국내에서는 엑스트라도즈드교의 설계기준 부재로 인하여 일본 설계기준을 준용하고 있다. 또한, 피로 검토하중도 정립되지 않고 있어 본 연구에서는 일본 피로 검토하중에 대응하는 국내 활하중을 적용 검토하여 DL24 하중이 피로 검토하중으로 적정함을 알 수 있었다. 제시된 피로 검토하중을 적용하여 주탑고, 주거더의 강성, 케이블 면수 등을 매개변수로 엑스트라도즈드교의 구조적, 경제적 특성을 검토하였다. 본 연구의 결과로써 일면 케이블 배치가 이면 케이블 배치보다 경제적임을 알 수 있었다. 또한, 주탑고비가 1/6의 변단면 고주탑 엑스트라도즈교에서 연직 하중분담율이 30~50% 이내로 모든 사재가 허용변동응력 이내로 들어와 사재를 효율적으로 사용할 수 있어 가장 경제적임을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 기존의 엑스트라도즈드교보다 높은 주탑고를 적용함에 따라 구조적, 경제적으로 효율성을 높일 수 있음을 확인하였다.

주탑형상 및 강성이 사장교의 거동 및 주형좌굴에 미치는 영향 (The Behavior Characteristic and Buckling Strength of Stiffening-Girder of Cable stayed bridge according to Pylon's shape and Flexure Stiffness)

  • 최학재;채규봉
    • 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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    • pp.759-763
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    • 2006
  • Cable Stayed Bridge is mainly composed of three element. Composed element are cable. stiffening girder and Pylon. The characteristic of bridge's behavior depend on these three element's relative stiffness, shape and system of bridge. The purpose of this paper is to exame the characteristic of bridge's behavior and buckling strength of stiffening girder according to shape and flexure stiffness of pylon

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폐합 전 강사장교의 안정성 해석 (Stability Analysis of Steel Cable-stayed Bridges under Construction Stage)

  • 김승준;심경석;원덕희;조선규;강영종
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.23 no.1
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    • pp.99-111
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    • 2011
  • 본 연구에서는 비선형 해석을 통하여 폐합 전 강사장교의 주요한 좌굴 거동 특성을 고찰한다. 케이블의 새그효과, 주탑과 거더의 P-${\Delta}$ 효과, 구조물의 대변위효과 등의 주요한 기하학적 비선형성을 모두 고려하기 위해 기하학적 비선형 해석으로써 구조물의 좌굴 해석을 수행하였다. 초기형상 해석 및 시공단계 해석을 통해 사하중을 받고 있는 시공 단계에 있는 구조물의 해석을 수행하였고 이 후 데릭 크레인과 키 세그먼트의 자중에 대한 비선형 해석으로 폐합 전 사장교의 좌굴 해석을 수행하였다. 본 해석 연구에서는 케이블의 배치 형태 및 주탑과 거더간 강성비에 따른 좌굴 모드 및 임계 하중계수의 변화를 분석하였다. 연구 결과 주요한 좌굴 모드를 구분하고 케이블 배치 형식이 다른 각 사장교에서 각 좌굴 모드가 나타나는 주탑과 거더간 강성비의 범위를 도출하였다.

차량하중에 의한 사장교의 동적거동에 관한 연구 (A Study on Dynamic Behaviour of Cable-Stayed Bridge by Vehicle Load)

  • 박춘혁;한재익
    • 대한토목학회논문집
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    • v.14 no.6
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    • pp.1299-1308
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    • 1994
  • 본 연구는 사장교의 차량하중에 의한 동적거동을 파악하고자 수치해석상 비교적 간단한 일본의 풍리(豊里)(Toyosato)대교(大橋)의 자료를 근거로하여 수치해석 대상모델을 구조형식별로, 여러가지 설계변수-즉, (1) 경간비, (2) 중앙경간장과 주탑높이와의 비, (3) 거어더의 강성, (4) 주탑의 강성, (5) 케이블의 강성-을 변화시켜 수치해석을 수행하여 동적거동을 파악하고, 그 결과를 가지고 설계변수의 영향 및 충격계수의 변화에 대하여 비교 분석하였다. 이때 변위 및 단면력의 영향선을 구하기 위한 해석은 전달행렬법을 이용하였으며, 동적해석에 있어서는 평면구조계의 집중질량계로 모델을 가정하여 차량과 교량의 운동방정식을 유도한 후 모드중첩법을 사용하여 각 질점에 대한 변위 및 단면력의 동적시간이력을 구하였다.

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에너지 소산장치를 장착한 사장교의 지진 취약도 해석 (Seismic Fragility Analysis of a Cable-stayed Bridge with Energy Dissipation Devices)

  • 박원석;김동석;최현석;고현무
    • 한국지진공학회논문집
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    • v.10 no.3
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    • pp.1-11
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    • 2006
  • 이 논문에서는 에너지 소산장치가 장착된 사장교의 지진 취약도 해석 방법을 제시하고 에너지 소산장치의 장착 및 주탑-보강형 연결 조건에 따른 지진 취약도 변화를 살펴본다. 입력지반운동, 에너지 소산장치 특성값 및 사장교 강성 모형에 확률 변수를 도입하여 불확실성을 고려하고 에너지 소산장치의 비선형 이력거동을고려하여 시간이력 해석을 수행한다. 해석결과의 회귀분석을 통한 최대 응답과 입력지반운동 세기(intensity) 사이의 관계식으로부터 취약도 해석을 위한 소요 역량(demand)을 수립한다. 역량(capacity)에 해당하는 한계상태는 주탑 하부의 전단력, 보강형의 교축방향 변위, 케이블 장력의 변동량 그리고 강주탑의 좌굴이 고려된다. 해석 예제로서 강주탑 사장교인 제 2 진도대교 모형에 대하여 취약도 해석을 수행하였다. 취약도 해석결과 에너지 소산장치의 사용을 통하여 구속 또는 비구속 연결조건시 높은 손상확률을 보이던 한계상태에 대하여 그 손상확률을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

케이블지지교량의 좌굴설계를 위한 유효좌굴길이 산정 (Determination of the Accurate Effective Length for Buckling Design of Cable-Supported Bridges)

  • 진만식;경용수;이명재;김문영
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.16 no.3
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    • pp.355-363
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    • 2004
  • 선행연구에서 개발된 개선된 초기형상해석법을 이용하여 케이블지지교량의 초기장력과 보강거더, 주탑의 축방향 압축력을 구하였으며, 이를 이용하여, 케이블 지지교량의 전체 시스템에 대한 좌굴해석을 할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 케이블은 트러스요소, 주탑과 보강거더는 보-기둥요소로 모델링하고 대응하는 탄성 및 기하강성행렬을 제시하였다. 초기평형해석을 통하여 얻은 부재력을 이용하여 좌굴파라미터값을 결정하고 이에 대응하는 각 주요부재의 좌굴하중을 산정하고 유효좌굴길이를 구한다. 사장교 및 자정식 현수교에 대하여 결과를 제시하였으며, 결론적으로 이렇게 구한 유효좌굴길이는 축방향력 및 휨모멘트를 동시에 받는 케이블 지지교량의 부재의 안정성 검토에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

기하형상에 따른 강사장교의 안정성에 관한 연구 (Effect of Geometric Shapes on Stability of Steel Cable-stayed Bridges)

  • 김승준;한승룡;김종민;조선규;강영종
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.23 no.1
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    • pp.13-27
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    • 2011
  • 본 연구에서는 기하학적 비선형 해석을 통해 완성계 사장교의 주요한 좌굴 거동 특성을 규명하였다. 본 해석 연구에서는 케이블의 자중에 의한 새그효과, 주탑 및 거더의 보-기둥 효과, 그리고 대변위 효과 등의 주요한 기하학적 비선형성이 직접적인 비선형 해석을 통해 고려되었다. 주탑과 거더는 비선형 프레임 요소로 모델링 되었고, 케이블은 비선형 등가 트러스 요소로 모델링 되었다. 차량하중으로 가정된 활하중이 고려되었는데, 활하중 해석 전에 고정하중을 합리적으로 고려하기 위해 초기 형상 해석이 수행되었다. 작용하는 활하중 형태에 따른 주요한 비선형 반응을 케이블 배치 형식에 따라 비교 하였고, 이 후 좌굴 안정성에 큰 영향을 미치는 활하중 형태에 대해 케이블의 배치 형식, 주탑과 거더 간 강성비, 케이블의 단면적, 케이블의 단수 등의 기하학적 특성이 좌굴 모드 및 임계 하중 계수의 변화에 미치는 영향을 규명하였다.