본 연구는 최근 지자체를 중심으로 경쟁적으로 건설되고 있는 장대 보도교를 대상으로 바닥판에 설치된 그레이팅의 배치 형태에 따른 풍응답특성을 파악하여 내풍설계의 기초자료를 확보함을 목표로 한다. 변장비 1:12.5의 플레이트거더단면을 대상으로 그레이팅의 배치방법과 설치면적을 달리한 10종류의 단면을 선정하여 연직-비틀림 2자유도 탄성지지상태에서 동적 풍응답실험을 수행하였다. 바닥판 중앙에 그레이팅을 둔 경우 전체 폐쇄단면과 비교할 때, (-)영각에서는 플러터 한계풍속이 증가하였으나 (+)영 각에서는 감소하는 것으로 나타났으나 바닥판 가장자리에 개구부를 둔 단면의 경우는 조사풍속영역에서 전반적으로 안정적인 내풍성을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 실험 결과를 종합하면, 단면 중앙에 개구부를 설치하는 경우 유해진동의 발생이 예측되므로 적절한 내풍대책이 강구되어야 될 것으로 판단되며 개구부를 바닥판 가장자리에 두는 것이 내풍안정성확보에 유리한 배치임을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 케이블교량에 사용되는 보강거더의 형식 중에서 2에지거더를 대상으로 거더형상의 변화에 따른 정/동적 풍응 답특성을 풍동실험을 통하여 고찰하였다. 하부거더의 단면형상은 I형, 사다리꼴 2종류, 5각형 2종류 및 원형(I)으로 총 6종류를 채택하 였고 변장비는 1:5로 하였다. 본 연구에서 얻어진 결과로서, 정적설계에 사용되는 항력계수의 경우 원형단면과 5각형단면이 다른 단면에 비하여 유리한 것으로 나타났다. 대상단면의 동적안정성은 모두 비틀림 플러터가 지배적이고 플러터 한계풍속은 영각증가에 따라 급격히 감소하는 경향을 나타냈으며, I형 단면과 비교할 때 5각형단면과 원형단면의 한계풍속은 증가하는 것으로 확인되었다. 와류진 동의 최대진폭은 전반적으로 (+)영각범위에서는 영각증가와 함께 증가하였으나 (-)영각범위에서는 증감폭이 두드려지지 않는 경향을 보였으며 단면형상변화에 대해서는 사다리꼴 > 5각형 > 원형의 순으로 진폭이 감소하였다. 소정의 평균풍속에 대한 정적변위를 조사 하였으며 연직변위의 경우 모든 단면에서 영각증가에 따라 증가하였고 비틀림변위는 (-)영각범위에서는 큰 변화가 없으나 (+)영각범위 에서는 영각증가와 함께 정적변위가 감소하였고 5각형단면인 P2가 가장 작은 값을 보였다. 본 연구에서 수행된 정/동적 응답실험결과 를 비교분석한 결과, 5각형단면인 P2단면과 원형단면의 내풍성이 우수한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 하부박스형상을 변화시킨 단일 박스거더단면에 대하여 변장비 1:51:10의 범위에서 풍동실험을 통하여 동적응답특성을 고찰하였다. 거더의 단면형상변화는 직사각형 1종류와 사다리꼴 단면 2종류를 선정하였다. 실험결과를 정리하면, 와류진동의 경우, 변장비 1:5에서는 전반적으로 직사각형거더에 비하여 사다리꼴 거더단면의 연직 및 비틀림 최대진폭이 감소하는 경향을 알 수 있으며 1:7.5의 경우는 미소하나마 직사각형단면의 와류진동응답이 사다리꼴 단면에 비하여 안정적인 응답을 보였다. 갤로핑은 변장비 1:5단면중에서 사다리꼴 단면(B050-1단면)의 (+)영각 범위에서만 발생하였고 그 이외의 모든 단면에서는 발생하지 않았다. 비틀림 플러터는 1:5 및 1:10단면 의 (+)영각범위에서 발생하였고 단면형상변화에 따른 한계풍속의 변화는 두드러지지 않았다. 또, 변장비 증가에 따라 와류진동의 발생은 (+)영각범위로 제한되고 최대진폭도 감소하는 추세를 보였으며 발산진동의 한계풍속도 증가하는 경향을 보였다. 하부박스거더의 형상변화에 따른 응답변화는 변장비가 증가할수록 그 차이가 작아지는 경향을 보였다.

본 연구에서는 변장비 B/D=5인 박스거더의 기본단면을 대상으로 브래킷부의 길이변화에 따른 동적 풍응답 특성을 풍동실험을 통하여 고찰하였다. 박스거더의 단면형식은 단일박스, 2박스 및 3박스 단면의 3종류로 하였으며 - 5°~+5°의 영각범위에서 응답측정을 수행하였다. 풍동실험 결과로서 연직와류진동은 (+) 또는 (-)방향으로 영각이 증가 할수록 최대진폭이 증가하였으며 비틀림 와류진동의 경우는 브래킷의 길이 및 하부박스의 개수의 변화에 따라 다양한 응답변화를 보였다. 플러터 한계풍속은 전반적으로 영각이 (+)방향으로 증가함에 따라 감소하는 경향이 나타났으며, 브래킷길이가 증가할수록 다소의 차이는 있지만 한계풍속이 감소하였다.

본 연구에서는 강풍시 차량의 주행안정성을 확보하기 위하여 분출형 방풍벽을 고안하였으며 풍동실험을 통하여 그 유효성을 검증하였다. 풍동실험에서는 4종류의 분출형 방풍벽과 기존의 다공형 수직방풍벽 2종류에 대해서 간이차량모형의 표면압을 측정하였으며 방풍벽으로부터 차량의 이격거리 및 성토부의 유무에 따라 방풍벽의 성능을 고찰하였다. 실험결과, 본 연구에서 고안된 분출형 방풍벽은 충실율 25%~50% 사이의 수직방풍벽과 동등한 방풍효과를 가지는 것을 확인하였으며 운전자의 시야확보에 유리하며 교량구조물에 적용시에는 기존의 방풍벽에 비하여 수풍면적이 감소하여 공기력을 저감시킬 수 있는 신개념의 방풍시설이 될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 박스거더단면을 대상으로 정적공기력특성에 미치는 단면형상의 영향을 파악하기 위하여 변장비 B/ D=2.5~15 범위에서 6종류의 기본단면을 채택하고 하부거더의 개수 및 브래킷 길이를 변화시킨 총 47개 단면에 대하여 영 각 -8o~+8o 범위에서 풍동실험을 통하여 정적공기력을 측정하였다. 그 결과를 요약하면, 전연박리류의 재부착여부에 따라 정적공기력계수는 확연한 차이를 나타냈으며, 브래킷부의 유무에 따라서도 공기력계수의 변화특성이 달라졌으며, 하부거 더수의 변화는 공기력계수의 변화에 크게 영향을 미치지 않았다. 또, 영각 -5o~+5o 범위에서 최대 항력계수는 CD=1.5 정도로 현행 기준치에 약간 밑도는 값으로 나타났으나, 양력계수는 최대값이 CL=0.95, 최소값은 -0.6 정도로 무시할 만큼 작은 값은 아니므로 향후 설계기준개정시 반영되어야 될 것으로 판단된다. 모멘트계수은 최대값 0.05, 최소값은 -0.29로서의 타 계수에 비하여 미소한 값으로 나타났다.

발산진동인 플러터의 발현은 구조물의 붕괴와 직결되기 때문에, 기존의 대부분의 연구들은 이러한 파괴적인 진동현상을 안정화하는데 초점을 두어왔다. 한편, 고효율의 전력생산의 관점에서는 플러터 현상을 적극적으로 이용하여 풍력에너지를 추출하는 연구들도 수행되어 왔다. 본 연구에서는 변장비 5, 20의 구형단면을 이용하여 플러터 발전 시스템의 기본적인 효율성을 검토하였다. 풍동실험 및 해석적인 접근방법을 통해, 2차원 단면의 가진방향, 가진진동수와 고유진동수의 비, 비정상공기력 계수 등의 변수가 플러터 발전시스템의 효율성에 미치는 영향을 분석하였다.

본 연구에서는 단면형상변화 따른 플레이트거더단면의 공기역학적 진동특성을 파악하기 위하여 변장비 B/ D=2.5~15범위에서 6종류의 기본단면에 대하여 주거더수를 2개 및 3개로 변화시킨 12개의 단면에 대하여 영각 -5o~+5o 범위에서 풍동실험을 통하여 동적 풍응답을 측정하였다. 그 결과를 요약하면, 변장비가 증가할수록 연직와류진동의 최대진폭이 감소하였고 비틀림 와류진동은 증가하는 경향이 나타났으며, 대상단면들은 비틀림 발산진동이 내풍안정성을 지배하고 있으며 변장비 증가와 함께 한계풍속이 점차 증가하였고 갤로핑은 변장비 2.5단면에서만 발생하였다. 3-주거 더 단면은 중앙거더의 영향으로 2-주거더 단면에 비하여 전반적으로 안정적인 것으로 나타났다.

본 연구에서는 플레이트거더단면의 정적공기력특성에 미치는 단면형상의 영향을 파악하기 위하여 변장비 B/ D=2.5~15범위에서 6종류의 기본단면을 채택하고 주거더의 수와 브래킷 길이를 변화시킨 총 36개 단면에 대하여 영각 -8o~ +8o 범위에서 풍동실험을 통하여 정적공기력을 측정하였다. 그 결과를 요약하면, 전연박리류의 재부착여부에 따라 정적공기력계수는 확연한 차이를 나타냈으며, 브래킷부의 유무에 따라서도 공기력계수의 변화특성이 달라졌으며, 거 더수의 변화는 공기력계수의 변화에 크게 영향을 미치지 않았다. 또, 영각 -5o ~ +5o 범위에서 최대 항력계수는 변장비가 8이상에서는 현행 기준의 항력계수보다 월등히 크게 나타났으며, 양력계수는 최대값이 CL=1, 최소값은 -0.7 정도였고, 모멘트계수의 최대값은 0.1, 최소값은 -0.18이였다. 이를 근거로 항력계수 및 양력계수에 대한 제안식을 도출하였다. 변장비에 따른 양력계수의 기울기 dCL/dα는 변장비 7.5까지는 증가하다가 그 이상이 되면 일정한 값을 가지고 브래킷의 길이가 길어질수록 작아지는 경향을 나타냈으며, 모멘트계수의 기울기는 변장비 5까지는 증가하다가 그 이후부터는 감소하는 패턴을 가지고 있었다.

최근 이상기후에 기인한 강풍 또는 태풍으로 인하여 도로표지판의 피해가 심각해지면서 풍하중의 영향을 크게 받는 도로표지판에 대한 내풍설계기준을 검토하여 내풍성능을 개선시킬 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 풍동실험에 의하여 평가한 풍하중과 내풍설계기준(도로표지규칙)에 의한 풍하중을 비교분석하였다. 풍동실험은 5종류의 도로표지판(도로표지판의 크기가 틀린 3종류와 구조가 틀린 2종류)에 대한 풍력실험을 난류경계층에서 실시하였고, 풍력실험으로부터 얻은 풍력계수 및 전도모멘트계수를 이용하여 도로표지판에 가해지는 풍하중을 평가하였다. 검토결과 풍하중에 대한 내풍안전성을 확보를 위하해서는 현재의 내풍설계기준을 개선할 필요가 있음이 확인되었다.

본 연구에서는 변장비 1:5.5의 PSC 박스거더단면을 대상으로 적용사례가 많은 페어링 3종류와 1종류의 플랩에 의한 제진효과를 풍동실험을 통하여 고찰하였다. 직각삼각형 페어링을 기본단면에 부착한 경우(A1, A2) (+)영각 에서 비틀림 와류진동응답이 증가하였고 비틀림 플러터에 대하여 등변 직각삼각형 페어링(A1)은 두드려진 개선효과는 없었으나, 부등변 직각삼각형(A2)의 경우는 한계풍속이 증가하였다. 정삼각형 페어링의 경우는 플러터 한계풍속이 감소하고 와류진동응답이 증가하는 역효과가 나타났으며, 기본단면의 내풍대책으로서는 적합하지 않은 것으로 사료된다. 난간 상부에 플랩을 설치한 경우 모든 영각범위에서 와류진동진폭이 감소하였으며 비틀림 플러터의 한계풍속도 증가하는 것으로부터 한정진동 뿐만 아니라 발산진동에 대해서도 매우 효과적인 제진대책이라 판단된다.

본 연구에서는 변장비 1:5인 플레이트거더 단면에 대하여 주거더의 위치 및 개수를 달리한 총 7종류의 단면을 대상으로 풍동실험을 통하여 비틀림 응답특성을 파악하였다. 본 연구에서 얻어진 결과로서 2-거더 단면의 경우 진폭이 큰 2회의 와류진동이 발생하는 등 동적 안정성에 문제가 있었으나, 하부 거더의 개수를 1개 또는 2개를 추가한 경우, 플러터 한계풍속이 증가되었고 와류진동의 최대진폭이 감소하고 발생영역이 축소되는 등 거더의 추가가 내풍안정성 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다. 또, 브래킷부를 두는 경우, 와류진동의 안정성이 향상되는 것을 확인하였으며 브래킷 길이가 증가할수록 (-)영각에서의 발산진동에 대한 한계풍속이 증가됨을 알 수 있었다.

본 연구에서는 교량을 통과하는 차량의 주행안정성확보를 위하여 기존의 강성방호책 상면에 부착 가능한 방풍펜스를 고안하여 풍동실험을 통하여 그 유효성을 검증하였다. 실험결과로서, 경사판을 경사도 1:0.5로 하향으로 설치한 방풍펜스 F3(-)가 1차로에서 가장 효과적이며 영각 0o 및 5o에서 50%이상의 횡력 및 전도모멘트의 감소효과가 있었으며 -5o에서는 20%내외의 감소효과가 있었다. 2차로에서는 경사도 1:0.5로 상향으로 설치한 F3(+)가 F3(-)에 비하여 풍력 저감효과가 더 크게 나타났으나, 차량에 작용하는 풍력은 풍하측으로 갈수록 그 크기가 감소하는 면에서 볼 때, 방풍펜스 F3(-)를 대안으로 제시 한다.