국내 특수교 대부분은 사장교와 현수교로 케이블 교량 형식이다. 특수교는 규모 면에서 가장 유지관 리가 우선시 되는 사회 기반 시설물로 장기적이고 체계적인 유지관리 전략이 필요한 구조물이다. 다시 말해서는 케이블 교량은 대부분 사용 수명이 100년 이상 되는 교량으로 일반적인 중·소규모 교량의 유지관리와는 차별화된 관리가 요구되고 있다. 케이블 교량에서 구조물 상부를 지지하는 케이블은 주 요 부재이므로 구조물의 안전성을 확보하기 위해서는 케이블에 대한 철저한 유지관리가 필요하다. 진 동에 의한 피로 손상은 케이블 사용 수명을 단축하게 하는 주요 원인으로, 풍하중으로 인해 발생한 케 이블 과진동(풍우진동, 웨이크 갤로핑, 지점 가진에 의한 진동 등)은 교량의 안전성에 영향을 미쳐 붕 괴 사고로도 이어질 수 있다. 국내외적으로도 케이블 시스템의 과진동 및 이로 인한 건전성 확보 문제 가 지속해서 대두되고 있는 실정이다. 케이블 진동에 영향을 미치는 풍하중은 정적 풍하중과 동적 풍 하중을 구분할 수 있으며 풍하중 종류를 고려하여 케이블 제진 대책을 마련해야 한다. 한편, 케이블 교량 유지관리 업무에서는 구조해석과 같은 공학적인 판단뿐만 아니라 전문가 경험에 의한 판단도 중 요한 요소로 유사 교량 형식의 사례 조사에 의한 분석도 요구된다. 본 연구에서는 케이블 교량에서의 풍하중에 의한 진동 발생 원인별 사례 및 그에 따른 풍하중에 대한 제진 대책 적용 사례를 조사하였 고, 이를 통해 케이블 교량의 유지관리 업무에 활용될 수 있도록 소개하고자 한다.

PSC 공법으로 시공된 구조물에서 긴장력을 도입시키는 주요 재료인 PS 강연선은 뛰어난 성능을 보 유하고 있으나, 강재로 제작되어 부식에 취약한 단점 또한 가지고 있다. 이에 한국건설기술연구원에서 는 PS 강연선을 대체할 목적으로 비부식 탄소섬유 케이블을 개발하고 있다. 비부식 탄소섬유 케이블은 PSC 구조물에 사용될 목적으로 개발하고 있기 때문에 인장강도 등 단기 성능 외에도 크리프 및 릴랙 세이션 등 장기 성능 또한 보유하고 있어야 한다. 따라서 본 연구에서는 하중을 일정하게 유지시킨 상 태로 시편의 변형을 살펴보는 크리프 시험과 변위를 일정하게 고정시킨 후에 도입된 하중의 변화를 살펴보는 릴랙세이션 시험을 수행하여 탄소 섬유 케이블의 장기 성능을 검증해 보았다. 각 시험을 수 행하고 데이터를 분석한 결과, 본 연구에서 개발한 탄소섬유 케이블은 크리프와 릴랙세이션에 대해서 일반적으로 PSC 구조물에 사용되는 PS 강연선에 비해 동등 이상의 성능을 보유하고 있는 것으로 판 단된다.

이 연구에서는 CFRP 케이블의 압착형 정착장치의 강종에 따른 피로성능을 평가하였다. 실험결과, CFRP 케이블 압착형 정착시스템은 정착장치의 강종에 상관없이 도로교설계기준의 포스트텐션용 정착 구에 대한 피로시험 조건을 만족시켰다. 그러나 피로시험이후 인장성능 실험에서 SM45C 강종의 정착 장치는 최대내력 도잘전에 케이블과 정착장치 사이에서 미끄러짐이 발생하였으며, 듀플렉스 강종의 정 착장치는 최대 내력 도달과 동시에 CFRP 케이블이 파단되었다.

구조 건전도 모니터링 시스템과 응답기반모드해석 기법의 발전과 함께 토목구조물의 고유진동수나 감쇠비, 모드형상과 같은 동특성의 변화를 통해 구조물의 상태를 평가하거나 손상도를 추정하는 연구가 지속적으로 수행되었다. 그러나 온도나 풍속, 진폭 같은 환경 및 거동조건에 따른 동특성의 변동성으로 인해 구조물의 손상이나 상태 변화에 의한 영향만을 파악하는 데 한계점이 있다. 본 연구에서는 복잡한 공기역학적 특성을 보이는 장대교량의 동특성과 환경 및 거동조건 사이의 상관성을 분석하기 위한 다중선형회귀분석 기반의 예측모델을 제안하였다. 응답기반모드해석 기법을 적용하여 3달간의 계측데이터로부터 대상 구조물의 고유진동수와 감쇠 비를 추정하고 온도나 풍속, 구조물의 진폭 등 환경 및 거동조건과의 다중선형회귀분석을 통해 각 요인의 변화가 동특성의 변동성에 미치는 영향을 정량화하였다. 또한, 랜덤 추출한 80%의 데이터를 토대로 다변수 회귀모델을 구축하고 나머지 20% 데이터의 환경 및 거동조건으로부터 예측한 값과 실제 추정치를 비교함으로써 제안한 모델의 예측 성능을 검증하였다. 마지막으로 단계적 회귀분석을 통해 기여도가 높은 독립변수를 파악하고 예측 성능을 개선하였다.

최근 사장교 주탑의 심미성이 강조되고 있기 때문에 유한요소해석을 통해 안전성을 확보하여야 한다. 콘크리트 주탑은 케이블의 장력으로 인해 균열이 발생할 가능성이 높기 때문에 균열을 감소시키고, 구조적 안전성에 대한 계획이 필수적이다. 이 연구에서는 사장교 콘크리트 주탑의 균열제어 방법을 제시하고 유한요소해석을 통해 구조적 안전성을 검증하였다. 균열 위치는 사전해석을 통해 검토하였고, 적절한 균열제어방법이 제안되었다. 또한, 구조해석을 통해 보강 후 주탑의 안전성을 확인하였다.

This study examines the optimum shape of a trolley, the driving device of the retractable membrane roof. The closed-type trolley was determined as the model of the study, and a trolley composed of cylindrical-shaped inner and outer holders was selected as the basic model. Based on this model, a cylindrical-based optimal trolley model was proposed. In the basic trolley model, steel was used for the outer holder, and steel, titanium, and aluminum were used for the inner holder. In each case, the most economical shape for the external load of the basic model was newly proposed through the topology optimization process, and the finite element analysis results of the proposed model were compared to define the durability and economics. Here, topology optimization analysis and finite element analysis used the commercial software ANSYS. As a result of optimization, the volume of the outer holder of the trolley was reduced by 58.2% and the volume of the inner holder was reduced by 25.0% compared to the basic model. In the case of stress, a stress increase of 43.2 to 79.2% occurred depending on the material of the inner holder, but it was found to be significantly lower than the yield strength, thereby ensuring safety.

In a previous paper, ambient vibration tests were conducted on a cable stayed bridge with resilient-friction base isolation systems (R-FBI) to extract the dynamic characteristics of the bridge and compare the results with a seismic analysis model. In this paper, a nonlinear seismic analysis model was established for analysis of the bridge to compare the difference in seismic responses between nonlinear time history analysis and multi-mode spectral analysis methods in the seismic design phase of cable supported bridges. Through these studies, it was confirmed that the seismic design procedures of the “Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) for Cable Supported Bridges” is not suitable for cable supported bridges installed with R-FBI. Therefore, to reflect the actual dynamic characteristics of the R-FBI installed on cable-supported bridges, an improved seismic design procedure is proposed that applies the seismic analysis method differently depending on the seismic isolation effect of the R-FBI for each seismic performance level.

In this study, a field bridge test was conducted to find the dynamic properties of cable supported bridges with resilient-friction base isolation systems (R-FBI). Various ambient vibration tests were performed to estimate dynamic properties of a test bridge using trucks in a non-transportation state before opening of the bridge and by ordinary traffic loadings about one year later after opening of the bridge. The dynamic properties found from the results of the tests were compared with an analysis model. From the result of the ambient vibration tests of the cable supported bridge with R-FBI, it was confirmed that the dynamic properties were sensitive to the stiffness of the R-FBI in the bridge, and the seismic analysis model of the test bridge using the effective stiffness of the R-FBI was insufficient for reflecting the dynamic behavior of the bridge. In the case of cable supported bridges, the seismic design must follow the “Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) for Cable supported bridges.” Therefore, in order to reflect the actual behavior characteristics of the R-FBI installed on cable-supported bridges, an improved seismic design procedure should be proposed.

The cast iron pipe protection of submarine cables has a bump in the connection, so the guide device for checking the position and location of the submarine cable must pass through the curved surface. Since the connection is present at a regular intervals, impact loads are periodically applied, affecting the durability of the guide device. In this study, the design was changed to improve the durability of guide device links. And for the analysis of the durability for link of guide device, the flexible dynamic analysis of the guide device was performed using MSC.Adams, and the dynamic stress acting on the link was calculated using MSR(Modal Stress Recovery) method. As a result, the dynamic stress is reduced by 17.9%~31.1%. In addition, durability was calculated for the initial model and the improved model. As a result, the durability of the new model was improved more than 200 % better than to the initial model.

The vibration control device such as the damper can be used to reinforce the seismic performance of structures. The damper is activated by the deformation of structures during earthquake; however, the deformation of structures is extremely small, causing difficulty in using the damper. Therefore, there is a need for a method capable of amplifying small deformities and transmitting them to the damper. The purpose of this paper is to develop and evaluate a displacement amplification seismic system using cable-pulley. The appropriate cable was selected through a cable tensile performance test and the results of the frame experiment were compared with theoretical displacement amplification ratio values. As a result, it may be said that the proposed system using cable-pulley is useful for displacement amplification.

An underwater cable guide device which is using the caterpillar movement to move smoothly along the slippery and curved surface of the cast iron pipe was developed. We performed structural analysis with maximum stress and structural safety for the designed guide device. As a result of the structural analysis, the maximum stress occurred between the connecting link and the pin, and it was confirmed that it was structurally safe by satisfying the safety factor of 2.5 or more. In addition, we performed modal analysis to find out the possibility of resonance between the guide device and motor for driving the Caterpillar. The natural frequency of guide device was calculated to be higher than the frequency of motor ,so no resonance was found. We tested performance of the developed guide device, the target performance was satisfied in the watertight test, salt spray test, vibration test, and durability test.

The cable-based retractable membrane roof makes it impossible to maintain its shape and stiffness during driving process, unlike the hard-type retractable roof. Consequently, monitoring using a relatively simple wireless video transmission device is required. However, since video data has a bigger transmission rating than other monitoring data in terms of the structure velocity or acceleration, there is a need to develop transmission device that is easy to install and entails low maintenance cost. This paper studies on a real-time video transmission system for monitoring the cable-based retractable membrane roof while driving. A video transfer software, using the mobile network, is designed and the embedded system is constructed. Ultimately, the data transmission server is tested. Connecting a trolley to the system allows testing of the validity and efficiency of the developed system through the video data transmitted in the driving process. Result of the test shows that the developed system enables multi-device data transfer with monitoring via the mobile network.

교량에서의 화재는 최근까지도 빈번하게 발생되고 있으며, 특히 케이블교량에서 화재가 발생될 시 케이블에 높은 온도상승으로 인해 케이블에 손상 및 파단이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 케이블교량에서 발생될 수 있는 화재 시나리오를 설정하였다. 또한 실물차량 화재실험 결과를 토대로 화재강도모델을 제안하여 대상교량 케이블의 열전달 해석을 수행하였다. 해석 결과 단면적이 작은 케이블에서 더 높은 온도상승이 발생되며, 유조차를 제외한 차종의 경우 내화 성능 기준을 초과하지 않는 결과를 나타내었다. 유조차 화재의 경우 갓길에서 발생될 때 최소 단면적 케이블에서 내화 성능 기준을 초과하는 결과 를 보이며, 기준을 초과하는 케이블의 높이는 약 14m로 나타나 이에 따른 대책 및 내화 보강의 필요성을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 케이블교량에서 화재가 발생될 때 케이블의 온도변화에 대한 간접적인 평가가 가능한 것을 확인하였으며, 향후 화재 발생 시 바람에 영향을 고려한 열전달 해석과 케이블의 온도상승 시 교량의 사용성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Ice accumulation on Aluminum Conductor Steel Reinforced(ACSR) cable during winter is an important matter in terms of safety, economy, and efficient power supply. In this work, the ice adhesion strengths of ACSR cable oxidized during different periods(7 years oxidized and 15 years oxidized) are evaluated. At first, a plate type dry oxidation standard specimen, whose surface characteristics are similar to those of ACSR cable, is prepared. Dry oxidation standard specimens are heat-treated at 500 °C for 20, 60, and 120 minutes in order to obtain different degrees of oxidation. After the dry oxidation, surface properties are analyzed using contact angle analyzer, atomic force microscopy, spectrophotometer, and gloss meter. The ice adhesion strengths are measured using an ice pull-off tester. Correlations between the surface properties and the ice adhesion strength are obtained through a regression analysis indicating a Boltzmann equation. It is revealed that the ice adhesion strength of 15- year oxidized ACSR cable is approximately 8 times higher than that of ACSR-bare.

In this paper, the shape adjustment algorithm of the spoked wheel cable structures with retractable membrane system is studied. The initial tension of the membrane or cable is necessary to form the structure and its value is determined by the design shape. However, due to internal and external environmental influences, its shape may be different from the initial designed shape. In the case of the cable structures covered in this study, tension adjustment is necessary to maintain the designed shape because it influences the tension of the cable depending on the state of the retractable membrane. Therefore, we proposed an adjustment algorithm of an initial shape based on the force method. The effectiveness and validity of the methodology were examined through the applicable cable structures. The results of the shape adjustment analysis of the symmetric spoked wheel cable model were reliable and accurate results were obtained.

최근 제주도를 비롯한 도서지역의 전력 사용량 증가 및 해상풍력 발전단지 개발 등으로 인해 해저 동력케이블의 신규 설치가 검토되고 있다. 해저에 설치되는 동력케이블의 보호를 위해서는 선박의 투묘, 주묘, 어로 작업 등에 대한 특성을 기반으로 매설 깊이를 산출해야 한다. 그러나 우리나라는 아직까지 해저 동력케이블 보호를 위한 대상 선박의 규모와 관련된 설계기준이 전무한 실정이다. 본 연구에서는 해저 동력케이블과 유사한 국내 해저배관의 보호를 위한 설계기준을 분석하고, 동력케이블의 설치 환경을 고려한 긴급 투묘의 형태별 분류를 토대로 위험도 매트릭스 모델을 개발하여 보호 대상 선박의 규모를 해당 해역을 통항하는 선박의 크기별 누적함수 규모에 따라 설계하였다. 해저 동력케이블 보호 기준에는 설치 해역의 수심과 조류 등의 환경 조건, 투묘와 주묘 등과 같은 해양사고 조건 등을 연계하였고, 선박의 운항 환경을 항계, 연안해역과 근해해역으로 구분하여 동력케이블의 구체적인 보호 대상 선박의 규모를 검토하였다. 대상 선박의 규모 결정에 대한 적정성 및 유용성 차원에서 완도에서 제주구간에 신설 예정인 제3호 해저 동력케이블에 적용하여 검증하였다. 이러한 해저 동력케이블과 해저배관 등의 보호를 위한 대상 선박의 선정 기준은 향후 매설깊이 설정에 따른 앵커 중량 선정은 물론 해저케이블 물리적 보호시스템 개발에도 활용될 것으로 기대된다.

콘크리트사장교는 높은 자중에 비해 낮은 강성도를 가지더라도 저 형고의 단면으로 설계한다. 콘크리트사장교 케이블은 보강거더에 정착되는 케이블위치의 작은 변화에도 큰 장력변화를 나타낸다. 본 연구는 케이블 장력변화가 최소화할 수 있는 정착위치 결정이 목적이다. 이를 위하여 4개소의 보강거더 정착위치, 8개의 케이블 초기장력 및 90개의 시공단계에 대하여 구조거동을 분석하였다. 4개소의 케이블 정착위치를 분석한 결과, 정착위치가 도심하단으로 내려갈수록 케이블의 시공장력이 구조안정성을 좌우한다. 반대로 도심위에 정착장치를 설치할수록 케이블의 완성장력이 지배적이다. 결론적으로 정착위치가 보강거더 상단에 위치할수록 시공과 완성 케이블 장력편차가 다른 정착위치보다 가장 작게 발생하였다.