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.

본 연구는 고층건축물의 기본설계 단계에서 평면형태를 결정할 때, 응용할 수 있도록 다양한 형상을 가진 고층건축물에 작용하는 풍력 및 풍응답에 대한 데이터베이스를 구축하는데 목적이 있다. 따라서 본 논문에서는 풍력데이터베이스의 초기 단계로, 높이 200m이상의 고층건축물의 변장비(D/B=0.33, 0.50, 0.77, 0.83, 0.91, 1.0, 1.1, 1.2 ,1.3 ,2.0, 3.0) 변화에 따른 풍력의 특성을 조사하고 기존 문헌과의 비교·검토를 통해 실험결과를 검증하였다. 또한 풍하중조합의 관점에서 풍방향-풍직각방향, 풍방향-비틀림방향 및 풍직각방향-비틀림방향 간의 풍력의 상호상관에 대해서 검토하였다. 실험결과, 풍방향 및 풍직각방향에 대한 평균 및 변동 모멘트계수와 풍직각방향 및 비틀림방향 변동모멘트계수의 파워스펙트럼밀도의 결과는 기존 연구결과와 잘 부합되는 것으로 나타났다. 또한, 지표면조도의 변화에 따른 풍방향, 풍직각방향 및 비틀림방향에 대한 풍력의 특성은 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 시간영역과 주파수영역에서의 변동모멘트의 상호상관계수 분석결과, 풍직각방향-비틀림방향 변동모멘트계수의 상호상관계수가 높게 나타나는 경향을 보였다.

이 논문에서는 제 2 진도대교를 대상으로 교량 거더에 작용하는 변동풍속을 생성하였다. 변동풍속 시간이력 생성 시 주어진 풍속 스펙트럼, 평균풍속, 난류길이와 난류강도를 목표 값으로 설정하고, ARMA 기법을 이용하여 변동풍속을 생성하였다. 생성된 변동풍속의 초기 조건, 코히어런스, 자기/상호상관함수를 목표 값과 비교하여 변동풍속의 사용 적정성을 판단하고, 기대한 만큼의 공간/시간상관도가 고려되고 있는지 확인하였다. 검토 결과 변동풍속 시간이력 샘플의 난류 특성과 상관도 모두 목표치를 만족하고 있어 적합함을 보였다. 또한 변동풍속 생성 시 변동풍속 성분에 의한 동적 공기력 변화 효과를 고려하기 위해 공력 어드미턴스 함수를 도입하여 주파수에 의존적인 어드미턴스 효과를 고려한 시간이력 샘플을 생성하였다. 공력 어드미턴스 함수를 도입하여 생성된 변동풍속을 통해 시간영역 버페팅 해석으로도 주파수별 난류의 공기력 저감 효과가 고려된 풍응답을 산정할 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.

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.

전단류 조건에서 비정상공기력 및 플러터계수를 분석한 결과 첫째, 연직으로 진동하는 구조물의 경우, 전단계수가 증가함에 따라 항력의 진폭은 증가하고, 양력은 아랫방향으로 피칭모멘트는 반시계 방향으로 증가하는 경향을 보인다. 둘째, 회전 진동하는 구조물의 경우, 전단계수가 증가함에 따라 항력은 일정한 진폭의 조화진동이 점차 진폭이 큰 주진동과 진폭이 작은 부진동으로 분리되는 현상을 보인다. 셋째, 전단류가 양력 및 피칭모멘트와 같은 동적공기력의 진폭 및 위상에는 큰 영향을 미치지 않기 때문 에 전단류가 플러터계수에 미치는 영향은 미미한 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 bluff body의 공기역학적 진동현상들에 대한 칼만와류(Karman vortex)의 간섭 현상를 이해하기 위해서 구조적 기본단면인 사각단면(B/D=0.3~15)을 대상으로 정적공기력계수와 플러터계수를 일련의 정적실험과 강제가진실험을 통하여 구하였다. 실험에서는 splitter plate를 단면 후류부에 삽입함으로써 칼만와류의 방출을 억제, 칼만와류로부터 간섭받지 않는 상태의 주위유동 특성을 파악할 수 있었다. 또한 splitter Plate의 유무에 따른 실험결과의 비교연구는 이전에 발표된 다른 연구결과들과 잘 일치했으며 특히 갤로핑현상과 관련된 준정상이론에 근거한 dCL/dα의 변화와 H1 *의 변화를 중심으로 bluff body 주위의 흐름내에서 칼만와류의 간섭을 파악하였다. 결론적으로 B/D=3,4 단면에서 시간평균 적으로 단면 측면에 재부착하던 흐름이 splitter plate의 삽입으로 칼만와류의 방출을 억제하면 전연에서 박리한 흐름이 재부착하지 않음으로써 갤로핑현상이 관찰되었다. 즉 칼만와류의 억제는 전단박리층의 곡율을 늘임으로써 재부착점을 연장시키는 것으로 판단된다.