This study presents a new estimation method for cable tension considering the initial deflection, the natural frequency changing, and the initial curvature shortening of an oscillating cable in the existing estimation formulas. The re-estimation for the cable-stayed Alamillo Bridge in Spain shows that the new procedure estimates tension force of the cables more accurately.

사장교 케이블은 초기 큰 인장력으로 축강성이 매우 크지만, 횡방향 휨강성은 약하다. 풍하중이나 교통하중은 케이블을 심각하게 진동시켜 사장교의 사용성에 부정적 영향을 끼친다. 그러므로 장대교량에 감쇠장치를 설치하는 진동 저감 계획이 절실히 요구된다. 마찰댐퍼는 교통하중이나 풍하중과 같은 동적하중이 작용하는 케이블 진동에서 진폭과 지속시간을 대폭 감소시킬 수 있는 효과적인 장치임을 알 수 있다. 케이블 진동은 댐퍼제작방법과 설치위치 및 형상에 따라 효율이 달라질 수 있다. 그럼에도 불구하고 본 실험연구의 마찰댐퍼 설치전 후 제진성능효과 분석결과는 향후 사장케이블의 진동을 저감시키는 기본 자료로 활용할 수 있다.

In this study, a MFL (Magnetic Flux Leakage) image based 3D inspection system which is incorporated into a cable climbing robot was investigated for Steel Cable NDT of Cable-stayed Bridge and Suspension Bridge. Firstly, a MFL sensor head prototype composed of two permanent magnets and eight hall sensors was designed and fabricated. A steel cable specimen with several types of damage was inflicted and scanned by the MFL sensor head to measure the magnetic flux density of the specimen. The measured MFL signals were used to interpret the healthy condition of the steel cable. For improving the resolution and quantification of the damage level, digital signal processing techniques were performed. Finally, the measured MFL signals were visualized by using 3D imaging method.

Vortex shedding occurred at relatively low mean wind velocities between 13m/s and 16m/s in the 2nd Jindo grand bridge. To control the vortex shedding Multiple Tuned Mass Damper(MTMD) was installed in the mid span. The control effects of MTMD was verified by assessing the damping ratio before and after installing MTMD. This paper present the evaluation of damping ratio of a cable- stayed bridge based on measuring data through unified remote monitoring system.

본 연구는 케이블 파단이 콘크리트사장교의 동적거동에 미치는 영향을 강합성사장교에 대한 것과 비교하여 검토하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 강합성사장교를 대상으로 시간이력함수를 이용한 케이블 파단을 모사하는 적합한 해석기법을 검토하고, 동적확대계수를 평가하였다. 콘크리트사장교에서 계산된 동적확대계수를 설계기준을 기반으로 강합성사장교에 대한 것과 비교 검토하였다. 그 결과, 동적확대계수에 대한 현행 설계기준이 전반적으로 신뢰할 수 있는 것으로 판단되며 콘크리트사장교의 경우 동적확대계수 값이 강합성사장교에 비해 상대적으로 상승되는 경향을 보이나 설계기준을 만족한다.

In this paper, the applicability of structural health monitoring (SHM) system is evaluated on a full-scale concrete cable-stayed bridge, Hwamyung Bridge in Korea. Firstly, Imote2-platformed wireless sensor node for structural health monitoring is designed to monitor the cable forces by the vibration-impedance-based SHM. Secondly, the experimental setup is presented by filed verification test on Hwamyung Bridge. Finally, the long-term monitoring performance of the wireless sensor system is examined under various weather conditions. Also, the accuracy of cable force monitoring by the wireless sensor system is evaluated for the target bridge.

최근 들어 인천대교 등 다수의 사장교가 공용 또는 시공 중에 있으며 이러한 시점에서 국내 사장교의 기술력을 살펴본다면 시공기술은 눈에 띄게 발전하였지만 설계기술은 아직 국외 의존도가 매우 높은 실정이다. 사장교 핵심설계요소들 중 케이블 정착구조는 강력한 케이블 장력의 작용으로 국부적인 응력집중현상이 발생하므로 안전성 확보를 위해서는 반드시 국부상세해석에 의한 설계가 요구된다. 하지만 명확한 설계기준이나 이론적 설계 없이 유한요소해석에만 의존하여 설계하는 실정이며 정착구조의 이론적 기본메커니즘을 이해하지 못한 채 유한요소해석 결과에만 의존, 엔지니어의 판단력이 흐려지는 부작용을 가져오고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 케이블 정착구조 가이드 파이프앵커 형식 중 정착강관의 기존 이론적인 설계절차를 나타내고 추가적으로 고려해야 할 사항들을 국내외 설계기준에 따라 정리하고 보완 설계절차를 제시하였다.

초장대 교량의 경우에는 내풍안전성의 확보가 중요한 설계 이슈로서 이에 대한 검토를 위해 분석하고자하는 대상교량은 최근에 설계한 교량의 형식은 2주탑 복합사장교로서, 경간 및 횡단의 구성은 길이 총910m, 주경간 510m, 교량폭은 12.5m로 psc box 및 강상판의 상구구조의 형식을 갖는 교량이다. 대상교량에는 콘크리트 및 강/케이블로 구성된 단위부재들이 설계되어 있어, 장경간 교량에서 적용되어지는 주요단위부재들의 성능 및 요구조건을 기초적으로 분석하고 평가하기에 적정한 것으로 판단하여 대상교량으로 선정하였다.

최근 건설 기술의 발달과 더불어 긴 지간을 갖는 사장교나 현수교의 건설이 증가되어 왔다. 긴 지간을 이용하는 이런 형태의 교량들은 해안이나 산간벽지의 교량을 건설하는데 적합하다. 그러나, 이러한 교량들의 케이블이나 상판들은 차량 충돌에 기인된 화재로 인하여 가끔 손상을 받아왔다. 화재에 노출된 케이블은 대형 참사를 야기시킬 수 있고, 구조요소로서의 중요한 역할을 할 수 없게 된다. 본 논문의 목적은 교량위의 차량 화재로 인한 사장교 케이블 안전성을 예측하고 평가하는데 있으며, 교량의 3차원 모델링에 있어서는 상용소프트웨어인 Solid-Works를 사용하였고, 사장교 케이블의 열전달해석과 유동해석에는 Cosmos-FloWorks를 이용하였다. 간편 해석을 위해, 방호책과 열원사이의 거리, 풍속, 케이블을 싸고 있는 파이프 끝단 높이는 고정 상태로 악조건으로 하고, 시간과 함께 변동되는 열원에 의한 케이블의 열전달해석과 유동해석을 하였다.

시공 기술의 향상과 건설재료의 성능 발달에 따라, 현수교 및 사장교와 같은 특수 교량의 장대화가 빠르게 진행되고 있다. 이와 같은 초장대 교량은 한 나라의 토목기술을 대변하는 것으로, 전 세계적인 기술 경쟁 체계가 구축되고 있다. 교량이 장대화됨에 따라 바람이 교량에 미치는 영향이 지배적인 인자가 된다. 바람이 교량에 미치는 영향을 평가하고 내풍 성능을 향상시키는 것이 기술 경쟁에 있어서 필수적인 요소가 되었다. 본 연구에서는 교량의 정적, 동적 내풍 성능을 향상시켜 내풍 안정성을 확보하기 위한 방법의 일환으로, 교량 단면의 비 구조요소인 페어링 부분에 차폐율의 개념을 적용시켰다. 차폐율이란 페어링 부분에 공기가 통과할 수 있는 공간을 확보하여, 단면의 상하 압력차를 줄여주고 공기흐름을 원활하게 유도하는 것으로, 공극면적 대비 전체면적으로 정의하도록 했다. 본 연구에서는 우선 교폭 29m, 형고 4m의 사장교 교량 단면을 가정하였고, 이 단면에 0%, 25%, 50%의 차폐율을 적용시켜 비교하였다. 각각의 단면을 2차원 부분 모형으로 제작하여 정·동적 풍동 실험을 수행, 내풍 안정성을 평가했다. 실험은 등류와 난류(난류 강도 10%) 상태에 대해 측정했고, 정상상태에서 60초간 데이터를 취득했다.

이 연구에서는 사장교의 시공 중 장력보정을 위한 최적 변위계측 위치(OLD) 결정법을 제안한다. 변위 민감도를 구하여 Fisher Information Matrix(FIM)를 정식화하였고, 이를 이용한 유효독립분포벡터(EIDV)를 계산하여 최적 변위계측 위치의 우선순위를 결정하였다. 결정된 최적 변위계측 위치의 효율성과 신뢰성을 검증하기 위하여 사장교에 대한 수치예제를 수행하였다. 변위를 사용한 FIM을 정식화하여 이의 결과를 변위 민감도를 사용한 결과와 수치예제를 통해 비교하였다. 또한 변위 측정오차와 케이블 길이오차가 장력 보정에 미치는 영향을 Monte Carlo 기법을 사용하여 통계적으로 분석하였다.

본 연구에서는 사장교의 케이블 장력을 장기적인 관점에서 보다 효과적으로 분석하고 모니터링할 수 있는 케이블 장력 모니터링 시스템을 개발하는 연구를 수행하였다. 제안된 모니터링 시스템에는 실시간 동적 데이터에서 일정 대상시간 동안의 가속도 데이터를 선정하고, 이를 고속 푸리에 변환 알고리즘에 적용하여 주파수 분석한 결과를 평균하여 일반화시키는 신호해석이론이 적용되었다. 제안된 케이블 장력의 모니터링 시스템의 적용성을 평가하기 위하여 실제 공용중인 사장교에 대한 현장재하시험을 실시하였다. 현장계측을 통한 수동으로 계산된 장력과 모니터링 시스템의 강제저장 기능을 통해 저장된 데이터를 수계산하여 반자동으로 계산된 장력을 비교한 결과, 장력차이가 1% 이내로 발생하였고, 제안된 모니터링 시스템에서 자동으로 계산된 장력을 비교한 결과에서는 약 5% 범위의 무시할만한 차이로 나타나 본 연구에서 제안된 사장교 케이블 장력 모니터링 시스템의 신뢰도를 검증하였다.

본 연구는 사장교의 조망결정요소별 최적 조망점을 선정하기 위하여 교량의 3D Simulation을 제작하고 실험조건에 따라 선호도를 측정하는 방식으로 진행되었다. 이를 통해 교량의 조망결정요소에 따른 경관평가 기준을 제시하였으며, 최적 조망조건을 제시하였다. 본 연구의 주요결과를 요약하면 다음과 같다. 조망조건별 변화인식범위선정을 통해 시점이동에 의해 사장교의 변화를 인식할 수 있는 최소범위를 측정하였다. 그 결과 수평각은 5°, 시선입사각은 4°, 시점높이는 교량전체 높이의 10%로 변화시켰을 경우 사장교의 변화를 인식하는 것으로 나타났다. 사장교와 가장 잘 어울리는 주변경관을 선정하기 위한 선호도 분석결과 도시경관유형이 가장 높은 선호도를 보이는 것으로 나타났다. 조망결정요소별 최적의 조망조건 선정결과 수평각에 경우 55°일 때 가장 높은 선호도를 보였으며, 시선입사각에 경우 20°일 때 가장 높은 선호도를 보였으며, 시점높이의 경우 8/10H일 때 가장 높은 선호도를 보였다. 교량의 조망조건에 따른 경관미의 고려는 교량경관계획 시 필수적인 요소임에도 불구하고 아직까지는 교량의 조망에 따른 경관미보다 형태미에 치우친 교량경관계획이 이루어지고 있는 실정이다. 따라서 본연구의 수행을 통하여 교량경관계획 시 조망의 중요성을 재평가하고, 조망조건에 따른 교량평가의 기준을 제시함으로써 향후 체계적인 교량경관계획의 기초자료를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

본 논문에서는 최근 유지관리분야에서 중요한 분야로 대두되고 있는 대형구조물의 모니터링에 대한 연구 및 고찰을 바탕으로 대형 구조물의 계측데이터를 이용한 확률적 안전도분석에 대한 평가 모형을 제안하였다. 사장교의 계측 데이터를 이용하여 활하중에 대한 모델을 산정하고, 요소신뢰성 및 체계신뢰성 기법을 통하여 사장교의 실질적인 확률적 안전도를 평가하였다. 사장교의 체계신뢰성은 케이블, 보강형, 주탑의 조합파괴를 포함하는 주파괴경로를 찾아낼 수 있는 부분 ETA(Event Tree Analysis) 모델을 이용하여 산정하였으며 이는 기존 안전도 분석방법과 비교하였을 때 구조물의 여용성을 충분히 반영하는 데 상당히 합리적이며 실제적인 결과를 보여주는 실용적인 방법으로 판단된다.

극한하중을 견딜 수 있도록 설계된 구조물이라도 내재된 확률변수의 불확실성 때문에 구조물의 응답특성을 평가하는데 있어서 기존의 결정론적 방법에 비해 확률유한요소법을 이용하는 것이 보다 합리적일 것이다. 따라서 본 연구에서는 실제 시공된 사장교를 대상으로 확률변수가 교량의 안전성에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해 민감도 분석을 수행하였다. 초기형상해석을 수행한 후, 확률유한요소해석 및 민감도 분석과정의 효율성을 위해 섭동법을 이용하여 해석프로그램을 개발하였다. 개발된 해석프로그램의 정확성은 몬테카르로 시뮬레이션 방법에 의한 해석프로그램을 개발하여 검증하였다. 각각의 확률변수의 변동계수에 따른 대상 사장교의 응답에 대한 민감도 분석을 수행한 결과, 외부하중에 의한 영향이 지배적인 것을 확인할 수 있었다. 부재강성 및 케이블의 긴장력 등도 부재에 따라 큰 영향을 나타내므로, 구조물 설계 시 개발된 프로그램이 안전성 확보에 기여할 것으로 판단된다.

사장교가 장경간으로 시공됨에 따라 대형화 되고 지진하중, 풍하중 및 차량하중 등 동적 하중에 의해 유발되는 진동현상에 취약한 단점이 나타난다. 이러한 하중 등에 의해 발생된 구조 손상은 구조물의 진동모드 특성에 영향을 미치게 된다. 기존의 정밀안전진단 기술을 이용하여 사장교의 구조 손상을 검색하고 평가하는 것은 상당한 비용과 시간이 소요될 뿐만 아니라 전체적인 구조거동 특성의 변화를 발견하기 어려울 것이다. 따라서 본 연구는 사장교에 대하여 구조손상 전의 진동모드 특성치와 구조손상 후의 진동모드 특성치를 이용하여 구조거동 특성의 변화를 검토하고 구조손상 검색을 수행하였다.

본 논문에서는 다양한 형태의 케이블 요소들의 거동이 강사장교의 극한강도에 미치는 영향을 검토하였다. 연화소성힌지 모델을 사용한 극한강도 평가 시 보-기둥 부재의 기하학적 비선형은 안정함수를 사용하여 고려하였고 재료적 비선형성을 반영하기 위하여 CRC 접선계수와 포물선 함수를 사용하였다. 케이블 부재는 새그의 영향이 고려되었다. 연구 결과 등가탄성계수가 반영된 등가트러스 요소를 사용한 경우 강사장교의 극한강도가 케이블 요소 또는 현수선 요소를 사용하여 평가한 극한강도 보다 안전측으로 평가되었다.