장대 현수교 보강거더의 가설순서는 다양한 방식에 대해서 검토가 이루어지며, 플러터 안정성의 확보를 위한 가설계획 수립에는 3차원 전체교량 모형실험과 정밀한 플러터 해석기술이 적용되고 있다. 본 연구에서는 구조적 특이성으로 인해 다양한 진동모드간의 상호간섭이 예측되는 3차원 경사주탑 현수교를 대상으로, 풍하중에 의한 정적변형을 고려한 고유치해석과 영각변화에 따른 비정상공기력계수의 변화를 동시에 고려한, 플러터 해석방법의 적용성을 검토하였다.

장대교량의 실현을 논함에 있어서 보강거더의 플러터 안정화는 필수적인 검토 항목이다. 본 연구에서는 보강거더의 등가비정상공기력계수의 개념에 기초하여 연성플러터를 안정화하는 해석적인 접근방법을 제시하였다. 등가비정상공기력계수는 교축방향으로의 서로 다른 형상의 보강거더 배치와 구조계의 진동모드에 영향을 받는다. 우선, 평행식 및 모노듀오 형식 초장대 현수교를 대상으로 평판의 비정상공기력계수를 이용하여 대칭 및 역대칭 1차 연직/비틀림 진동모드에 대한 연성플러터 특성 분석 및 플러터 안정화 개념을 도출하였다. 다음으로, 모노듀오 초장대 현수교의 연성플러터 안정화 방안으로서, 그레이팅 거더 및 평판 단면을 이용하여 교축방향으로의 효과적인 배치방안에 대해 제시하였다.

본 논문에서는 진동중인 교량 단면에 작용하는 풍하중을 산정하고 그에 따른 플러터 발생풍속을 예측하기 위하여 분산형 전산환경을 활용한 수치해석 연구를 수행하였다. 분산형 전산환경은 웹 포탈을 기반으로 수치해석 환경을 제공하는 일종의 수치풍동 시스템으로서, 전산유체역학 (CFD: Computational Fluid Dynamics) 에 대한 전문지식이 부족한 사용자들도 격자생성, 수치해석자를 이용한 계산, 가시화 등의 전 과정을 편리하게 수행할 수 있는 차세대 토목분야 계산 환경이다. 본 연구 환경의 검증을 위해 수치해석자에 적용된 지배방정식은 2차원 비정상 Navier-Stokes 방정식으로서, 교량의 움직임을 모사하기 위하여 동적격자 기법을 도입하였다. 또한 계산된 비정상공기력을 적용하여 플러터 발생풍속을 산정하였으며, 그 결과는 기존의 실험결과와 잘 일치함을 확인하였다.

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.

자려진동인 플러터는, 한계풍속을 초과하면 그 진폭이 급격히 발산되는 공력불안정 현상으로서, 조사풍속이 내에서 플러터 발현을 억제하는 것이 장대 현수교의 설계상 가장 중요한 과제라고 할 수 있다. 장대 현수교에 있어서 이러한 플러터 발현을 억제하기 위해서는, 2차원 보강형의 플러터 거동특성과 다자유도/다중모드를 고려한 연성플러터의 발현 메커니즘을 엄밀히 파악할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 단경간 장대 현수교(경간장 1150m)를 대상으로, 다양한 영각을 고려한 2차원 보강형 단면의 플러터 거동특성과 공력탄성 에너지의 개념에 기초한 다자유도/다중모드 연성플러터 특성을 검토하였다. 검토결과, 목표 한계풍속인 72m/s를 상회하는 플러터 거동특성을 확보하고 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 풍속이 증가함에 따라 영각이 변하는 점을 반영하여 교량 플러터에 대한 안정성을 판정할 수 있는 합리적인 기준을 제시하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 국내외의 교량에서 실측 자료와 풍속 스펙트럼을 이용하여 구한 영각과 풍속의 관계로부터 풍속 별로 일정한 안전율을 확보할 수 있는 새로운 플러터 안정성 판단 기준을 제시하였다. 제시한 기준은 플러터 발생 풍속이 영각 ±2.5 도 이내에서 한계풍속 이상보다 커야 하며, ±2.5~±5도 사이에서는 영각에 따라 풍속을 한계풍속의 30% 까지 감소시킬 수 있도록 하였다.

본 논문에서는 토목 구조물에 대한 바람의 영향을 알아보기 위하여 수치 기법으로 해석하였다. 지간이 긴 현수교는 바람에 의한 공력탄성학적 분안정성에 놓일 수 있으므로, 설계 시 공기력은 주요한 고려사항이며 공탄성 안정성은 반드시 확인되어야 한다. 풍속이 임계 플러터 속도를 넘어서면, 교량 구조물은 바람과 상호작용에 의한 플러터 현상으로 인해 붕괴된다. 교량 단면의 공탄성 해석을 위해 전산유체역학과 전산구조해석을 이용하였으며, Navier-Stokes방정식을 사용하여 공기력을 구하였다. 본 연구에서는 구조 강성에 따른 교량 구조물의 임계 플러터 속도가 연구된다. 교량 단면의 임계 플러터 속도는 구조강성의 변화에 민감함을 확인할 수 있었다.

초장대교량의 건설로 인해 메인 거더의 공기역학적 거동이 주요 이슈가 되었다. 특히 연성 구조를 갖는 장대교량의 안정성에 대한 주요 관점은 플러터의 발현에 있다. 플러터의 예측은 2차원 단면 실험을 통해 가능하다. 플러터계수 추출을 위해 변위를 주변수로 하여 속도와 가속도를 구현하였다. 이때 플러터계수의 정확한 예측이 매우 중요하게 된다. 측정데이터를 통해 구조물의 유효강성과 댐핑을 역계산하는 SI기법에서 측정치 해석의 정확성에 따라 교량파괴에 해당하는 임계속도의 정확성이 결정된다. 본 연구에서는 오차가 포함된 측정치의 데이터를 신호처리방법을 이용해 정확도를 개선하는 것을 목적으로 한다. 측정치의 오차정도를 구현하기 위해 white gaussian noise를 적용하였고 수치 검증을 통해 zero phase filtering과 stacking방법 그리고 moving average방법을 적용하여 좀 더 정확성 있는 교량의 구조물성치가 산출됨을 확인 할 수 있다.