A Study of Torsional Vibrations of Suspended Bridges

현수교(懸垂橋)의 비틀림진동(振動)에 관한 연구(硏究)

A method of dynamic analysis is developed for torsional free vibrations of elliptical-box girder type or stiffening truss system suspension bridge. In this study, the method based on a finite element technique using a digital computer, is illustrated by two numerical examples, the Namhae Bridge which is located in Kyungsang nam-do opened on June, 1973, and the Mt. Chunma Bridge is simple span pedestrian's suspension bridge with lateral bracing system in Mt. Chunma, Kyungki-do, are used. In general, dynamic modes of complex suspension bridges are three-dimensional in form, i.e., coupling between vertical and torsional motions. However, introduced that amplitudes of oscillation are infinitesimal for coincidence with the purpose of it's use, thereupon, the torsional vibration analyses are treated without coupling terms. A sufficient number of natural frequencies and mode shapes for torsional free vibration are presented in this paper. In the case of Mt. Chunma Bridge, the natural frequencies and periods are computed with and without reinforcement, respectively, and compared their discrepancies. The influence of the auxiliary reinforcing cables is prevailing in the first few modes, namely, 1st and 2nd in symmetric and 1st, 2nd and 3rd in antisymmetric vibration, and conspicuous in the symmetric compared with the antisymmetric motion, but in the higher modes, this kind of simple accessory elucidates rether converse effects. In the Namhae Bridge, the results are compared with the Manual's obtained by wind tunnel test. It reveals commendable agreement.

본(本) 연구(硏究)는 경기도(京畿道) 설계심의회(設計審議會)에서 천마산(天馬山) 청소년(靑少年) 심신수련장(心身修練場) 현수교(懸垂橋) 설계심의시(設計審議時) 현수교(懸垂橋)의 동적(動的) 거동(擧動)에 대한 설계미비(設計未備)의 원인(原因)이 아직도 체계화(體系化)되지 못한 우리 나라 현수교(懸垂橋)의 설계자료(設計資料)와 지침(指針)의 불비(不備)함에 그 동기(動機)를 얻어, 유한요소법(有限要素法)을 적용(適用)하여 현수교(懸垂橋)의 비틀림진동(振動)에 대한 고유진동수(固有振動數)와 이에 상응(相應)하는 고유진동형(固有振動形)을 구(求)하였다. 실제(實際)로 현수교(懸垂橋)의 일반적(一般的) 거동(擧動)은 수직(垂直) 수평면(水平面) 내(內)에서의 연성(連成)된 운동(運動)으로 표시(表示)되지만 사용목적(使用目的)에 부합(附合)하여 그 진폭(振幅)을 미소(微小)하도록 제한(制限)하면 수직(垂直) 비틀림 진동(振動)은 단독(單獨)으로 비연성화(非連成化)할 수 있으며, 이에 따라 해석하였다. 1973년 6월에 개통된 Streamlined Box-Girder Type인 남해대교(南海大橋)와 Lateral Bracing으로 이루어진 단경간의 천마산(天馬山)의 현수교(懸垂橋)의 설계자료(設計資料)를 이용하여 수치해(數値解)를 얻었으며, 천마산(天馬山) 현수교(懸垂橋)의 경우(境遇) 보조(補助) 보강(補强)케이블의 유무(有無)에 따른 고유진동수(固有振動數)와 진동형(振動形)을 구(求)하여 비교(比較) 검토(檢討)하였다. 보강(補强)케이블의 유무(有無)에 따라 초기의 진동수(振動數) 등에서는 그 영향이 매우 뚜렷하였으나, 진동형(振動形)이 복잡해짐에 따라 보강(補强)케이블의 영향은 미약했거나 또는 오히려 역효과를 가져왔다. 남해대교(南海大橋)에 있어서 유한요소기법(有限要素技法)과 전자계산기에 의해 본(本) 연구(硏究)에서 구한 고유진동수(固有振動數)와 남해대교(南海大橋) 건설지(建設誌)에 있는 Frequency Equation으로 구한 값 또는 풍동실험(風洞實驗)에 의한 결과(結果) 등과 비교(比較) 검토(檢討)하였으며, 비교(比較) 결과(結果) 좋은 일치(一致)를 보여주었다.