활용사례

[Bridge] Space-Web Bridge의 설계안 검토 (영국)
[Bridge] Space-Web Bridge의 설계안 검토 (영국)

· 혁신적인 사장교형태의 현수교량

· 기본적인 진동해석

· 전형적인 현수교량과의 비교

 Rose사의 Gordon Rose는 향후 미래에 현수교량의 경간장 증가 문제를 검토하는데 있어 Space-Web Bridge 형식안을 제시하였다. 이번 설계에서, 수평 시스템(horizontal system)과 3차원 교탑 설계가 반영된 케이블 망의 추가함으로써 현수교량의 공기역학적인 면과 진동에 대한 안정성을 강화하였다. LUSAS를 사용하여 설계 검토를 통해 얻어질 수 있는 이점을 평가하고자 하였고, 케이블 망이 없는 등가의 전형적인 현수교량과 비교하기 위해 이론적인 고유진동수를 계산하는데 LUSAS 사용하였다.

 Gordon Rose의 설명에 따르면, ” 장경간 교량의 공기역학적인 안정성은 부분적으로 단면의 형태와 전체적인 구조물의 동적 특성에 따라 결정된다. 공기역학상태에서 다양한 메카니즘이 존재하는데, 이로 인해 돌풍, 난기류 및 진동 등을 포함하여 교량상판에 공진이 야기되기도 한다. 그러나, 공진이 발생할 때 임계풍속은 본래 더 높은 기본적인 고유 진동수를 가진 구조물일수록 더 높아지게 된다.”

 그는 덧붙여서, ” 장경간 교량의 설계를 고려한 고유진동수의 고정값은 없다. 일반적으로, 공기역학적 안정성은 기본적인 연직방향의 휨 진동수를 증가시킴으로써 향상시킬 수 있게 된다. 기본적인 연직방향의 휨 모드와 비틀림 모드가 발생할 경우의 진동수 간의 상당한 차이를 유지시킴으로써, 전형적인 진동과 연관이 있는 두 진동의 중첩을 피하도록 하는 것이 또한 매우 중요하다.

 전형적인 현수교량은 주 케이블과 여기에 달린 상판 세로방향과 수평부재에 해당되는 Spine beam을 지지하는 행거로 이루어져 있다. 150m 높이의 타워가 있는 425-850-425 m 경간과 850-1700-850 m 경간에 대해 검토하였으며, 재질은 모두 강재인 것으로 가정하였다.

 종방향으로 3쌍의 케이블이 행거 등과 함께 추가로 구성되었다. 케이블은 구조물의 끝단과 타워에 고정시켰다. 상판은 한쪽 타워에서 수직 수평방향으로 고정되었고, 다른 쪽 타워에서 연직, 수직(휨), 종방향으로 고정되었다. 타워의 강성변화는 본 해석에서는 고려되지 않았으며, 각 모델은 추가적인 케이블 망이 있는 경우와 없는 경우를 고려하여 전체 4가지 상황에 대한 해석이 수행되었다.

 LUSAS를 사용하여 4가지 검토 모델에 대해 각각 연직방향의 휨, 측면방향의 휨 그리고 최초 비틀림 모드에 대한 고유진동수를 도출할 수 있었다. 첫번째 비틀림 모드와 연직방향 휨모드의 고유진동수 차이가 얼마나 되는지에 대해서는 추가로 검토가 필요하겠지만, 해석결과 케이블의 추가로 고유진동수가 증가하는 것으로 나타났다.

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