3차원 동적 모델을 통한 사장교의 진동제어

Abstract

최근 사장교에서 불확실한 동적하중에 의한 진동 저감 및 구조물의 안정성을 확보하기 위해 추가적인 제어시스템의 관심이 증가하고 있으며 다양한 제어시스템의 연구가 활발히 진행되고 있다. 사장교는 복잡한 거동으로 인하여 시스템해석과 제어시스템의 적용이 어려우며, 특정 교각과 교량 상판으로 국한하여 단순 모델로 설계하고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 기본적인 거동을 유지하면서 동적해석 및 제어설계를 적용할 수 있는 축소된 3차원 선형모델을 구성하여 사장교의 동적해석방법을 제안하였다. 제안된 동적해석 방법의 타당성 및 성능을 검증하기 위해 실제 구조물인 진도대교를 대상교량으로 선정하였고, 시스템해석을 통하여 주요위치에서 구조물의 거동 및 최대응답을 확인하였다. 그리고 제어시스템 구축의 타당성을 검토하기 위해 수동 및 능동제어시스템을 설계하였고, 주요위치에서 수동 및 능동제어시스템의 성능을 비교하는 평가기준을 제시하여 제어 성능을 평가하였다. 수동제어시스템으로는 LRB를 적용하였고, 능동제어시스템으로는 유압기를 적용하였다. 제안된 동적해석결과 동일한 위치에 같은 수량의 제어장치를 설치하였을 경우, 수동제어시스템 보다는 능동제어시스템이 사장교의 안정성에 더 효율적이라는 것을 판단할 수 있었다. 연구결과 제안된 케이블교량의 동적해석방법은 3차원 모델링을 통하여 보다 정확한 케이블교량의 동적해석이 가능함을 보였고, 보다 효과적으로 시스템해석 및 제진설계가 가능할 것이라 사료된다.; One of the most widely implemented dynamic analysis models of cable-stayed bridge is simple degree-of-freedom system representing the fundamental mode of the specific deck and pier. In this paper, a dynamic analysis method based on a full three-dimensional model of a cable-stayed bridge is presented for an accurate analysis of dynamic and a seismic protection control design. The proposed analysis method is applied to an existing cable-stayed bridge model, the Jindo Bridge. The linear evaluation model is used the equations of motion generated around the deformed equilibrium position. Control constraints are designed to ensure that those dynamic analysis results are representative of a control implementation on the physical structure. Each participant in this control study is given the task of defining (including passive and active control system) and evaluating. Conventional base isolation devices such as lead rubber bearings are used for the passive control design. For the active control design, ideal hydraulic actuators are used and LQG control algorithm is adopted. Numerical simulation results show that the proposed method is efficient for the dynamic analysis and the control design in seismically excited full-scale cable-stayed bridge. This dynamic analysis for cable-stayed bridges using three-dimensional model is quite precise.