Dynamic Analysis of Geometric Nonlinear Behavior of Suspension Bridges under Random Wind Loads

랜덤풍하중에 대한 현수교의 기하학적 비선형 거동의 동적해석

In this study, a method of nonlinear dynamic analysis of suspension bridges subjected to random wind loads is pre.sented. The nonlinearity considered is the one due to the interaction between the motion of the bridge girder and the tertsion variation of the main cables. The equation of motion is formulated using a continuum approach. The coupling between the vertical and torsional motions are included in the analysis. The equation of motion is solved by using the mode superposition method. The analysis is carried out in the frequency domain utilizing the stochastic linearization technique on to the modal equations. In the linearization procedure, the nonlinear terms are approximated as linear ones with constant terms. The verification of the method has been performed on a case with four modal degrees of freedom. Example analyses are carried out on two suspension bridges for various wind speeds and wind force parameters. Numerical results indicate that, by including the nonlinearity into the analysis, the dynamic responses of the bridges, particularly in the vertical direction, change considerably.

랜덤풍하중을 받는 현수교의 비선형 동적거동 해석방법에 대해 연구하였다. 본 연구에서는 형의 거동과 주(主) 케이블 장력변화간의 상호작용에 기인하는 기하학적 비선형성을 고려하였다. 운동방정식은 연속계로 수식화하였고, 이때 수직 및 비틀림 운동의 상관관계를 포함시켰다. 동적해석은 모우드 중첩법을 사용하였으며, 이때의 모우드 방정식에 추계론적 선형화방법을 적용하여 주파수영역해석을 수행하였다. 선형화과정에서는, 풍속의 평균 및 변동성분의 영향을 함께 고려하기 위하여 비선형항을 선형항과 상수항의 합으로써 근사화하였다. 이 선형화방법에 대한 검증은 4자유도의 모우드 방정식에 대해 수행하였으며, 본 연구의 방법에 의한 결과가 타당함을 보였다. 예제해석은 두 개의 현수교를 택하여 여러 가지 풍속조건 및 공기역학적 하중계수에 대해 수행하였다. 수치해석 결과, 비선형항을 포함시켰을때 교량의 동적 거동은, 수직 거동의 경우 특히 크게 변화함을 알 수 있었다.