송전철탑의 심형기초 시공 시 안전확보가 매우 중요한데, 무거운 철근을 취급하는 작업자의 중대 재 해 위험이 크고 실제로 심형기초를 위한 철근공 작업자들의 사고가 끊이질 않는 실정이다. GFRP는 철근 이상의 인장강도를 갖도록 제작이 가능하고, 철근에 비해 무게가 가벼워 취급이 용이하며 시공 편이성이 높다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 철근을 대체하여 GFRP를 보강근으로 활용한 심 형 기초의 구조설계에 대해 다루었다. 국내 송전철탑 설계기준(가공송전선용 철탑기초 설계기준, DS-1110, 한국전력) 및 ACI440.1R-06 설계기준을 참고하여 GFRP 보강근이 적용된 심형 기초의 구 조검토를 수행하여 GFRP 보강근의 적용성을 검토하였다. 송전철탑의 심형 기초 단면에는 휨모멘트와 축력이 동시에 작용하며 심형기초의 주체부 및 구체부 특성에 따라 축력에 의한 편심모멘트가 추가로 작용한다. 이에 따라 설계 검토는 휨 및 축력이 동시에 작용하는 경우에 대해 수행되었다. 국내 기준 (DS-1110)의 구조검토는 허용응력설계법의 형식을 취하므로 축력과 휨모멘트에 의한 최대응력을 산 정하여 허용응력과 비교하였고, 강도설계법을 통한 구조검토는 보강된 단면의 P-M 상관도를 작도하 여 휨모멘트 및 축력이 동시에 작용하는 경우 구조 안전성 확보 유무를 판단하여 GFRP 보강재를 배 근한 단면의 설계적정성을 판단하였다.

본 연구에서는 풍동실험을 통해 345kV급 송전철탑에 작용하는 공기력계수를 측정하고 IEC-60826 기준과 비교하였다. 이를 위하여 본체와 크로스암을 포함한 총 6개 세그먼트로 분리될 수 있는 축척 1:25인 강체 모형을 제작하였다. 그리고 다양한 바람 수평 입사각에 대하여 철탑 전체 및 각 세그먼트에 작용하는 공기력을 측정하였다. 풍동실험 결과를 보면, 전체 철탑에 작용하는 공기력계 수가 IEC 기준치와 비교하여 수평입사각의 변화에 따른 경향이 잘 일치한다. 그리고 IEC 기준치가 풍동시험치보다 전반적으로 약간 커서 안전측의 결과를 제공하고 있다. 송전철탑을 구성하는 세그먼트 중에서 철탑본체에 작용하는 공기력계수는 풍동실험치가 설계기 준치보다 작았다. 하지만 철탑 크로스암에서는 풍동실험치가 설계치를 약간 넘는 경우가 일부 나타났다. 이를 볼 때 기존 설계기준은 철탑본체에 대해서는 안전측의 결과를 제시하나, 일부 바람 입사각에서 크로스암에 작용하는 공기력은 과소평가할 가능성이 있는 것 으로 판단된다.

In this study, the fragility for transmission tower subjected to wind disaster, which has the greatest influence on transmission tower, was developed for 154kV transmission tower located between Yangyang and Sokcho city. The resistance capacity and the limit state required for the evaluation of the fragility were divided into the major part and the auxiliary part in the steel tower. Moreover, the failure of tower was defined as the yielding stress of each member in the tower which could be used to determine their resistance performance. Domestic wind design guideline and criteria for transmission tower was used to determine the wind loads demand on the tower. By comparing the loading demand and resistance capacity, the failure of tower could be determined which in turn used to derive the wind fragility. The results obtained in this study could be used as a reference for damage prediction system of transmission tower and similar structures.

대부분의 기존 송전철탑은 산악지형에 위치하여 강풍에 노출되어 있으며 이러한 강풍은 송전철탑에 동적하중의 증폭을 유도한다. 그러나 송전철탑은 일반적으로 이러한 동적하중을 직접 고려하지 않고, 단순히 등가정적하중을 사용하여 설계된다. 따 라서 기존의 송전철탑 보강방법으로는 정적응답을 줄이는 관점에서 단면 증대나 좌굴길이 감소 등의 방법이 사용되었다. 실제 동 적하중조건의 경우, 감쇠성능을 증가시킬 수 있는 보강기구가 보강방안의 대안으로 고려될 수 있다. 본 연구에서는 송전철탑의 동적모델을 구축하였고, 비선형 시간이력해석을 수행하였다. 풍하중은 풍동실험을 통해 구하였으며, 마찰감쇠기가 강성과 감쇠 를 동시에 증가시키기 위해 적용되었다. 수치해석 결과는 마찰감쇠기의 최적 항복강도가 최하단 주주재가 부담했던 축하중의 5- 10% 임을 보여준다. 토글형 마찰감쇠기와 강성보강을 동시에 수행함으로써 주주재의 부재력과 기초에 전달되는 하중을 크게 저 감시킬 수 있었다.

The Korean peninsula has known as a minor-to-moderate seismic region. However, some recent studies had shown that the maximum possible earthquake magnitude in the region is approximately 6.3-6.5. Therefore, a seismic vulnerability assessment of the existing infrastructures considering ground motions in Korea is necessary. In this study, we developed seismic fragility curves for a continuous steel box girder bridge and two typical transmission towers, in which a set of seven artificial and natural ground motions recorded in South Korea is used. A finite element simulation framework, OpenSees, is utilized to perform nonlinear time history analyses of the bridge and a commercial software, SAP2000, is used to perform time history analyses of the transmission towers. The fragility curves based on Korean ground motions were then compared with the fragility curves generated using worldwide ground motions to evaluate the effect of the two ground motion groups on the seismic fragility curves of the structures. The results show that both non-isolated and base-isolated bridges are less vulnerable to the Korean ground motions than to worldwide earthquakes. Similarly to the bridge case, the transmission towers are safer during Korean motions than that under worldwide earthquakes in terms of fragility functions.

본 논문에서는 풍하중에 대한 기존 송전철탑의 좌굴 및 구조적 안전성을 평가하기 위해서 축소부분구조 실험을 수행하였다. 원 송전철탑에 작용하는 중력 및 풍하중을 재현하기 위해서 1/2크기의 상사법칙을 적용한 축소모델의 상부에 설치된 삼각형태의 지그를 이용하여 가력하는 방법을 고안하였다. 설계하중에 대한 실험체의 안정성을 평가하기 위해서 예비수치 해석을 수행한 결과, 계산된 주주재의 축력은 허용좌굴하중의 사이에 분포하고 있음을 확인하였다. 최대허용좌굴 하중의 270%까지 가력한 결과, 주주재의 면외거동을 구속하는데 취약한 절점에서 발생한 국부좌굴로 인하여 송전철탑이 파괴되었다. 하중-변위 곡선, 변위, 부재별 변형률을 검토한 결과, 이러한 국부좌굴의 발생은 동일한 단면내에서도 휨모멘트로 인해 항복응력에 도달하는 시간이 위치별로 다르기 때문에 변형의 불균형에 의해서 발생한 부가적인 편심에 기인한 것으로 판단된다.

가섭선 및 애자가 연결되어 있는 복잡한 구조물인 송전철탑의 3차원 모델링을 통하여 동특성을 파악하고, 풍하중에 대한 응답 특성을 정적, 동적 및 좌굴 해석을 가섭선의 절단 유무에 따라 분석하였다. 우선, 고유치해석을 통해, 송전철탑이라는 구조시스템이 일반 건축물과는 달리 극소수의 저차 모드가 구조물의 동적 거동을 좌우하지 않고, 상대적으로 많은 모드들이 동적 거동에 기여한다는 것을 확인하였다. 두 번째로, 정적 해석과 좌굴 해석을 통해, 대상 구조물이 정적인 개념의 풍하중에 대해서 구조적으로 안전하고 좌굴에 대해서도 충분한 안전율을 확보하고 있음을 확인하였다 그러나, 모든 가섭선이 단절되는 극단적인 경우에는 안전율이 상당히 낮아졌으며 이러한 경우에 구조물의 붕괴 및 전도를 방지할 대책에 대한 검토가 필요하다고 사료된다 마지막으로, 풍하중의 시간에 따른 변화를 고려한 동적해석을 통해, 풍하중의 동적 변동성분이 구조물의 응답을 증가시키고 있음을 확인하였다.

This paper describes dynamic characteristics of a power transmission tower consisting of lots of power lines and insulators. A numerical 3D modeling for the static, dynamic and buckling analyses of the power transmission tower is presented considering the case when the power lines are cut. Eigenvalue analysis indicates that the transmission tower shows different behavior comparing to usual structures governed by several low modes. The transmission tower is governed by lots of modes. It is verified that the transmission tower is structurally safe against the static wind and buckling loads. But the structural and buckling safety is not guaranteed when all power lines are cut, which comes to collapse the transmission tower. Further study is in need to overcome such case. Wind dynantic analysis shows that fluctuating wind loads increase the response of the tower.

In this study, the wind response characteristics of a transmission tower are investigated through stochastic analysis considering the dynamics of a transmission line, The assemblage of the transmission line and insulator are modeled as a double pendulum system connected to the SDOF model of the tower. It is observed that the background component of the overturing moment induced by the wind response of the transmission line has considerable portion in the total overtuming moment. Based on this observation, a rotational viscoelastic damper is proposed for the suppression of the transmission line response to reduce wind load on the transmission tower. To verify the effectiveness of the proposed damper, time history analysis is conducted for various wind velocities. From the result of the analysis, the proposed damper is proved to be effective in the reduction of the background component rather than the resonance component of the support reaction of the transmission line.

It is necessary to develop the damage function to cope with the increasing damage of steel transmission towers. A simplify analysis to evaluate the performance resistance capacity, which is essential for the development of the damage function, was performed. The 154kv power transmission towers installed between Sokcho and Yangyang were selected as the target structures. Wind loads were calculated and applied to the target structures according to the domestic transmission and distribution facility design standards. As a result of this study, displacement according to wind speed of the target structure was derived.

Recently, interests for maintenance of transmission tower are increasing to extend life of structures and reduce maintenance cost. However, existing classical diagnosis method of corrosion deteriorated degree on the transmission tower steel members, visual inspection, has a problem that error often due to difference of inspector’s individual knowledge and experience. In order to solve the problem, this study carried out to develop the corrosion deterioration inspection tool for transmission tower steel members. This tool is composed of camera equipment and computer-aided diagnosis system. We standardized the photographing method by camera equipment to obtain suitable pictures for image processing. Diagnosis system was designed to evaluate automatically degree of corrosion deterioration for member of transmission tower on the basis of the RGB color image processing techniques. It is anticipated that developed the corrosion deterioration inspection tool will be very helpful in decision of optimal maintenance time for transmission tower corrosion.

대표적인 라이프라인 시설물인 송전철탑은 내풍설계를 통해 부재단면의 크기를 결정해 왔으며, 일반적으로 풍하중이 지진하중의 영향을 초과하는 경향을 보였다. 이러한 이유로 국내 송전철탑에 대한 지진하중의 영향평가가 이루어지지 않고 있지만, 전력수요의 증가로 고용량 송전의 증가에 따라 송전철탑의 규모가 커지고, 중요도 또한 높아졌다. 본 연구에서는 송전철탑의 지진취약도를 분석하였다. 국내에서 운용 중인 송전철탑의 중요도 및사용성을 고려하여 154kV, 345kV, 765kV 용량의 송전철탑을 분석하여 이 중 4가지 단면형상을 대표단면으로 선정하였다. SAP2000을 이용하여 송전철탑의 구조해석모델을 3D로 구성하였고, 취약도 함수를 도출하기 위한 시간이력해석을 수행하였다. 해석에 사용된 지반가속도 시간이력은 해외 역사지진에서 계측된 실측지진파 20개를 선정하여 사용하였다. 각각의 지진파는 직교하는 두 방향의 수평성분과 수직성분을 모두 고려하여 해석하였다. 지진취약도의 개발을 위한 송전철탑의 한계상태는 철탑을 구성하는 개별 부재의 탄성좌굴응력과 항복응력으로 정의하였고, 지반가속도 시간이력의 가속도크기를 조정하여 다양한 최대지반가속도에 대한 시간이력해석을 수행하였다. 특정한 최대지반가속도별로 한계상태를 초과하거나 초과하지 않은 경우를 취합한 후, 최우도추정법을 통해 지진취약도 곡선을 도출하였다. 송전철탑의 지진영향 평가로부터 송전철탑은 지진하중에 의한 구조물의 국부적인 손상이 먼저 발생하며, 탄성좌굴에 의한 손상은 0.3g부터, 부재의 항복응력에 대한 손상은 0.6g의 지진가속도부터 나타났다. 운용처별로 단면 형상 및 규모, 목적이 다른 송전철탑의 지진하중에 대한 거동을 정량화 할 수는 없으나 규모와 단면 형상에 따른 구조물의 손상거동과 손상확률을 파악할 수 있다. 따라서 송전철탑의 지진취약도 분석은 라이프라인 중 전력시설물의 안전성 및 효율적 관리의 기초자료로 활용될 수 있다.

최근 일본, 중국 등 주변 국가에서 대규모 지진발생에 따른 라이프라인 시설의 피해로 2차재해가 발생함에 따라 라이프라인 시설의 취약도 및 피해 예측기술 개발을 통해 대규모 지진재난에 대한 피해저감기술 확보가 절실히 요구 되고 있다. 일반적으로 송전철탑은 풍하중설계를 통해 부재단면의 크기를 결정해 왔으며, 풍하중 설계된 송전철탑에 대해 지진하중의 영향을 검토한 결과로부터 이를 입증한 바 있다. 이러한 이유로 국내 송전철탑에 대한 지진하중의 영향평가가 이루어지지 않고 있으며, 내진설계 또한 수행되지 않고 있다. 하지만 전력수요의 증가로 더 효율적인 고용량 송전의 증가에 따라 송전철탑의 규모가 커지고, 중요도 또한 높아졌다. 본 연구에서는 전력시설 중 송전선로의 가공선 지지물인 송전철탑의 지진취약도를 분석하였다. 국내에서 운용중인 송전철탑의 중요도 및 사용성을 고려하여 345kV용량의 송전철탑 중 가장 많이 사용되는 표준각도 철탑에서 두가지 단면형상을 대표단면으로 선정하였다. 강진지역에서 계측된 실측지진파 8개를 이용하여 선형 시간이력해석을 각각 수행하였다. 각각의 지진파는 일반적인 내진설계 기준에 부합되는 PGA값을 포함하여 다양한 PGA가 3축으로 적용되었다. 시간이력해석을 통한 송전철탑의 지진영향평가 결과는 좌굴응력과 항복응력 두 한계상태로 정의하였고, 최우도추정법을 사용하여 지진취약도곡선을 도출하였다. 따라서 송전철탑의 지진취약도 분석은 라이프라인 중 전력시설물의 안전성 및 효율적 관리의 기초자료로 활용될 수 있다.

Finite element analysis using Tower of the beam element. Investigate the mechanisms leg buckling of tower parts. Characterization of the role and behavior of aids and aids to optimize the use of the present one square Envoy maximize workability and economy. The proposed square Envoy existing triangle to reveal that more than reasonable and the absence of nodal wind load compared to the size of history.

일반적으로 송전철탑 부재들의 보강은 적절한 그라우팅재를 활용한 인젝션과 구조 보강재 부착을 이용한 단면 확장에 따른 강성보강 방식을 주로 사용한다. 이와 같은 그라우팅 인젝션 및 단면보완은 주로 축력능력을 확장시키는 데에 의미를 갖는다. 그렇지만 보다 안정적 상태를 유지케 할 수 있는 보강방안이 적극 요구되는데 그 방법은 좌굴에 의해 손상을 받은 부재를 원상태의 길이로 환원시키고, 또한 내부적 보강효과를 동시에 갖는 새로운 부재로 교체하는 것이다. 본 연구에서는 기초침하로 구조적 손상을 받은 송전철탑의 손상회복을 위한 실증적 과정으로 우선 현장에서의 손상도 확인점검과 손상상태 및 회복상태에 대한 수치 해석적 결과를 도출하였고, 새롭게 고안한 잭킹시스템을 이용하여 보강된 부재를 교체하는 과업을 수행하였다. 이 결과는 송전철탑 유지관리의 차원상승 효과를 갖게 한다.