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횡방향 새그를 가진 자정식 현수교의 공탄성 거동(II) - 주탑의 거동을 중심으로 -
권순덕,장승필,Kwon, Soon Duck,Chang, Sung Pil 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.9 No.2
본 연구에서는 자정식 현수교 주탑의 내풍 안정성을 보기 위하여 주탑 모형 실험과 전교 모형 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 경사진 병렬 탑주를 가진 주탑의 경우에는 다양한 주파수대의 웨이크가 존재하므로 넓은 풍속대에서 진동이 발생한다는 사실을 확인하였다. 자정식 현수교의 경우에는 주형의 교축방향 지지조건에 따라 주탑 진동 모드가 매우 민감하게 변화하였다. 본 연구 대상 주탑은 면외 휨 모드와 비틈 모드의 고유진동수가 매우 근접해 있어서 넓은 범위의 풍속에서 연성진동이 발생하였다 주탑 진동을 완화하기 위한 공기역학적 수단으로 모서리 자르기를 시도하였는데, 탑주의 폭과 잘린 모서리의 비가 1/10일 때가 가장 효과적이었다. Wind tunnel test results and their interpretations, which were performed to study the aerodynamic stability of tower of self-anchored suspension bridge, are presented in this paper. Tower and full models were tested under smooth and turbulent flow conditions. In the case of the tower with inclined two columns, the vibration due to wakes were occurred at wide velocity zone because the wakes with various frequencies were generated by inclined upstream column. It has to be emphasized that the vibration characteristics of the tower in the self-anchored suspension bridge may be very sensitive to the longitudinal boundary conditions of the girder at the supports. Because of the two natural frequency of the tower, out-of-plane bending and torsional, were not well separated, coupled motions were observed in a wide range of wind velocity. The effectiveness of corner cut, countermeasure to reduce the tower vibrations, was also studied. It has been found that 1:10, comer cut size to column width, may be the most effective ratio for reducing the vibrations.
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권순덕,이성로,Kwon, Soon-Duck,Lee, Seong Lo 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 A Vol.29 No.3A
The structural stability as well as economical efficiency of the wind sensitive structures are strongly dependant on accurate evaluation of the design wind speed. Present study demonstrates a useful wind data obtained at the wind monitoring tower in the Kwangyang Suspension Bridge site. Moreover the Measure-Correlate-Predict (MCP) method has been applied to estimate the long-term wind data at the bridge site based on the wind data at the local weather station. The measured data indicate that the turbulent intensities and roughness exponents are strongly affected by the wind direction and surrounding topography. The new design wind speed based on MCP method is 20m/s lower than that at the original estimation, and the resulting design wind load is only 36% of the old prediction. The field measurement of wind data is recommended to ensure the economical and secure design of the wind sensitive structures because the measured wind data reveal much different from the estimated one due to local topography. 풍하중이 지배적인 구조물의 경우에 정확한 설계풍속의 산정은 구조적 안정성뿐만 아니라 경제성까지도 좌우하게 된다. 본 연구에서는 광양대교 현장에 설치된 관측탑에서 약 1년간 측정한 풍속을 사용하여 풍환경을 분석하였고, MCP(Measure-Correlate-Predict) 방법을 적용하여 관측치로부터 장기 풍속을 추정하였다. 그 결과를 보면, 광양만은 바다이지만 개활지에 가까운 풍속 특성을 나타내고 있으며, 조도지수는 고도에 따라 달라지는 것으로 나타났다. 아울러 풍향에 따라 난류강도와 조도지수가 상당히 차이나는 것으로 나타났다. MCP 방법으로 추정한 200년빈도 설계풍속은 초기설계치보다 20 m/s이상 낮았으며, 실측된 풍속과 거스트계수를 고려한 설계풍하중은 초기설계치의 36%밖에 안되는 것으로 나타났다. 이를 볼 때 국부적인 지형의 영향으로 추정한 교량 현장의 풍환경과 직접 측정한 풍환경은 차이가 나므로, 경제적이고 안전한 설계를 위해서는 단기간이라도 현장 풍환경 관측이 필요하다고 판단된다.
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횡방향 새그를 가진 자정식 현수교의 공탄성 거동(I) -주형의 거동을 중심으로-
권순덕,장승필,Kwon, Soon Duck,Chang, Sung Pil 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.9 No.2
본 연구에서는 주 케이블에 횡방향 새그를 가진 자정식 현수교의 내풍안정성을 검토하기 위하여 풍동실험을 수행하고, 주형의 거동을 중심으로 그 결과를 분석하였다. 등류와 난류하에서 수행한 부분 모형 실험에서 가장 내풍안정성이 뛰어난 단면을 최종단면으로 선정하고, 전교 모형 실험을 통하여 검증하였다. 또한 차후 연구를 위한 플러터 계수를 측정하여 제시하였다. 교량의 사용성과 피로문제를 검토하기 위하여 버페팅 응답을 조사하였지만, 공학적 관점에서 만족할 만한 수준인 것으로 나타났다. 주형의 항력계수가 상당히 큼에도 불구하고 횡방향 변위가 매우 작게 나타났는데, 이는 주 케이블의 횡방향 새그가 주형의 변위를 구속하기 때문인 것으로 판단된다. Wind tunnel test results and their interpretations focused on the behavior of girder, which were performed to study the aerodynamic stability of a self-anchored suspension bridge with lateral sag of main cable, are presented in this paper The shape of the girder which has the best aerodynamic stability was selected based on the section model test under uniform and turbulent flow conditions. Good performance of the selected section was confirmed in the full bridge model test. Measured flutter derivatives are presented for further study. Buffeting response was investigated to check the fatigue problem and serviceability of the bridge but it was found to be acceptable from the engineering point of view. Even though the drag coefficient of the girder had high value, the amplitude of the lateral vibration was found to be very low. This may be due to the restraint provided by the lateral sag of the cables.
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권순덕(Kwon Soon-Duck),이명재(Lee Myeong-Jae),조의경(Cho Eukyung),이승호(Lee Seung-Ho) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 A Vol.30 No.3A
본 연구에서는 변장비 70에 가까운 도전적인 현수교 단면을 개발하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 먼저 강박스 현수교의 제원을 수집 분석하였다. 그 결과를 보면 강박스 현수교에서 경간장과 형상변수(교폭, 형고, 변장비, 고폭비)는 상관관계가 낮았고 고유진동수와 형상변수의 상관관계도 낮은 것으로 나타났으며, 상관관계가 높은 경간장과 고유진동수 관계는 신뢰구간별 추정식을 제시하였다. 그리고 교폭, 진동수비, 질량, 질량관성모멘트, 수직 및 비틈 고유진동수 변화에 따른 플러터 풍속의 민감도 분석을 실시하였는데, 타 변수보다 비틈 고유진동수가 플러터 풍속에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. 주경간장 1111 m인 현수교의 내풍 단면을 개발하기 위하여 최소 단면폭과 형고를 제약조건으로 하여 총 30개의 단면에 대한 풍동실험을 실시하고, 이로부터 한계풍속 기준을 충분히 만족하는 단면을 찾았다. 그리고 다중모드 플러터 해석으로 개발한 단면의 내풍안정성을 검증하였다. 본 연구에서 제시한 세장 단면은 향후 장대 현수교 설계시 활용할 수 있을 것으로 판단된다. This study intends to develop an aerodynamic girder for suspension bridge with width corresponding to 1/70 of the main span length. In the first step of present study, parametric study for the effects of major structural properties on aerodynamic stability of bridges was performed. The span length and natural frequency of bridges were found to be free from girder width, girder height, and aspect ratio of width to height. The empirical equation according to confidence interval was proposed to estimate the natural frequencies of bridges from span length. From the sensitivity analysis, it was revealed that the torsional frequency was dominant parameter among various structural properties that affected flutter velocity mostly. The final aerodynamic bridge section which satisfied the flutter criteria was found from section wind tunnel tests for 30 cross sectional models. The aerodynamic stability of the developed cross section was verified by multimode flutter analysis. The present economical cross section can be used for long span suspension bridge.
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