자중 효과와 비선형 진동을 고려한 케이블 장력 추정 기법 향상 연구

Abstract

지속적으로 변화되는 케이블 장력을 체크하는 것은 케이블 교량의 유지관리에 있어 핵심적인 활동이다. 기존 공식들이 현장에서 많이 사용되고 있지만, 이들 공식을 이용한 평가결과는 부정확한 결과를 제공하고 있다는 문제점을 가지고 있다. 이들 공식들은 여러 가지 가정조건을 전제로 하고 있다. 이들 공식들은 초기 처짐, 초기 곡률 수축, 비선형 진동 등을 고려하지 않고 있다. 특히 초기 곡률 수축 효과는 케이블 자중에 의한 장력을 유발시키기 때문에 신중한 검토를 필요로 한다. 그러나, 기존 공식들은 이러한 효과를 무시하고 있기 때문에 오차요인이 발생한다. 본 연구에서는 케이블 장력 추정의 정확도를 향상시키는 것을 목적으로 하였다. 새로운 기법은 케이블의 전체장력을 고려할 때 초기 처짐 곡선, 초기 곡률 수축, 비선형 진동에 의한 주파수 증가/감소 효과를 고려하였다. 새로운 방법은 케이블을 비선형 진동 보존계로 간주한다. 초기 조건이 고려된 케이블의 비선형 고유 주파수 공식은 Multiple Scale Method을 이용하여 유도되었다. 새로운 공식은 초기 진폭의 증가에 따른 진동 주파수 증가현상과 세장비 증가에 따른 진동 주파수 감소현상을 명확히 설명해주고 있다. 초기 곡률 수축과 관련된 복소수 주파수의 존재 또한 새로운 공식에 의해 예측되었다. 본 연구에서는 비선형 진동 주파수 공식의 개발과 함께 곡률 수축을 고려한 축방향 긴장력을 받는 부재의 처짐식이 개발되었다. 엑스트라도즈교 케이블 장력에 대한 필드 테스트(무영대교)와 기존 문헌자료를 이용한 사장교 케이블에 대한 장력 평가 작업(스페인 Alamillo Bridge, 서해대교)을 통해 케이블 전체 장력을 평가하기 위해서는 초기 곡률 수축 효과가 반드시 고려되어야 한다는 사실이 확인되었으며, 새로운 기법이 기존 방법들을 대체할 수 있는 충분한 신뢰성을 가지고 있음이 확인되었다.