지점운동에 의한 케이블 공진과 길이조절에 의한 제진대책 연구 : (Vibration mitigation method and resonanceof a support excited cable)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The oscillation of the cables of cable supported bridges such as cable-stayed bridges shortens the life span of bridges due to damage effect on the strand and cover of the cables. Cable vibration results from various factors, but the main factor is the excitation of cable anchorage due to the vibration of superstructure and main tower which results in parametric resonance and external resonance. In particular, it is impossible to control parametric resonance by the damping force of cable itself because parametric resonance amplitude is very large. This study deals with methods to mitigate the vibration due to excitation by the oscillation of superstructure and main tower. For this study, each nonlinear effect of cable model which is subject to support excitation is identified and vibration model of cable where a damper is established is considered for the most dominant nonlinear effect in actual bridges. Cable model where a damper is established is made allowance far cable sag, elastic strain and inclination in addition to nonlinear vibration effect such as parametric vibration. In order to analyze the effectiveness of damper, the response of cable system is studied by varying the cable sag, excitation amplitude, damper capacity and damper location. Cable which is subject to support excitation has parametric and external vibration by transverse oscillation of superstructure and main tower. So that the damping force of cable itself can not decrease response amplitude for a particular excitation frequency. On the other hand, the proper damper which connects near the cable anchorage to superstructure can increase cable damping ratio for first vibration mode up to maximum 1%. This damper can lessen efficiently cable vibration subject to external excitation. However, it is impossible to mitigate the vibration by single damper when cable is subject to resonance. Also, frequency avoidance phenomena which happens to cable with particular sag ratio decrease achievable damping ratio of a damper by 65% of optimal damping ratio. When considering the installation and effectiveness of damper, it is most optimal to locate the damper at 0.02L~0.03L from anchorage.

국문 초록 (Abstract)

사장교 등 케이블 교량의 주 부재인 케이블에서 발생하는 진동현상은 케이블을 구성하는 소선이나 케이블 피복에 악영향을 미쳐 결과적으로 교량의 수명을 급속히 단축시킨다. 케이블의 진동현상은 여러 가지 원인에 의해 발생하지만 그 중에서도 상부구조와 주탑의 진동에 원인을 둔 케이블 정착부의 가진의 경우는 케이블에 Parametric resonance와External resonance를 발생시킨다. 특히 Parametric resonance는 케이블 자체의 감쇠력으로는 제진이 불가능할 만큼 진폭의 증가가 크다. 본 연구는 사장교 케이블이 상부구조와 주탑의 진동에 의해 가진 될 때 발생하는 진동을 제진시키기 위한 방법에 대한 것이다. 이를 위하여 우선 지점 가진을 받는 케이블 모델을 설정하여 나타나는 각각의 비선형 효과에 대해 알아보고 실구조물에서 가장 발생가능성이 높은 비선형 효과를 선택하여 댐퍼가 설치된 케이블의 진동 모델에 고려한다. 댐퍼가 설치된 케이블 모델에는 비선형 진동 효과외에도 케이블의 새그, 탄성변형 그리고 경사를 고려한다. 댐퍼의 효과를 분석하기 위해, 케이블의 새그, 가진 진폭, 댐퍼의 용량 그리고 댐퍼의 위치 등을 변화시켜가며 케이블 시스템의 응답을 살펴보았다. 지점 가진을 받는 케이블은 상부구조나 주탑의 횡방향 진동에 의해 Parametric excitation과 External excitation을 받게 되고 이로 인해 특정한 가진 진동수에서는 케이블 자체의 감쇠력으로는 진폭 응답치를 줄일 수가 없다. 한편 케이블 하단 정착구 근처와 상부구조에 연결된 댐퍼는 최적의 상태에서 케이블 모달 감쇠비를 1차 진동모드에 대해 최대 약 1% 정도까지 증가시킬 수 있었다. 이러한 최적의 댐퍼는 External excitation에 대해서 케이블의 진동을 효과적으로 제진하였다. 하지만 케이블에 공진이 발생하는 경우는 단일의 댐퍼로는 효과적인 제진이 불가능하였다. 또한 특정 새그비를 갖는 케이블에서 나타나는 주파수 회피현상(Frequency avoidance phenomena)에 의해 댐퍼의 모달 감쇠비가 최적 감쇠비의 약 65% 정도까지 감소되는 현상을 볼 수 있었다. 또한 시공측면과 제진효과등을 고려해 볼 때 댐퍼의 최적위치는 정착부로부터 0.02L에서 0.03L이다.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 표목차
• 그림목차
• 요약문
• ABSTRACT
• 제 1 장 서 론
• 1.1 연구배경
• 1.2 연구목적
• 제 2 장 지점 가진을 받는 경사케이블의 진동특성
• 2.1 서론
• 2.2 비선형 케이블 모델
• 2.3 지점 가진에 의한 케이블의 진동
• 2.4 적용예 및 진동특성 고찰
• 2.5 소 결
• 제 3 장 댐퍼가 설치된 경사케이블의 진동
• 3.1 서론
• 3.2 정식화
• 3.3 적용예
• 3.4 소 결
• 제 4 장 결 론
• 참고문헌