KR20090058069A - 케이블 지지 교량 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 케이블 지지 교량의 거더 형상이 변경되지 않은 상태에서도 교량에서 발생되는 플러터 현상이 효과적으로 억제되도록 구조가 개선되어 케이블 지지 교량의 내풍 안정성을 담보할 수 있으며 나아가 교량 공사비도 절감할 수 있는 케이블 지지 교량에 관한 것이다. 본 발명에 따른 케이블 지지 교량은 서로 이격되게 배치되는 복수의 주탑; 각 주탑의 길이방향과 수직하게 배치되는 거더; 거더가 지지되도록 각 주탑과 거더를 연결하는 복수의 케이블; 및 거더의 주탑에 대한 상대 이동시 거더의 이동량이 감쇠되도록 일단부는 주탑에 결합되며 타단부는 거더에 결합되는 댐퍼;를 구비한다.

사장교, 현수교, 케이블 지지 교량, 댐퍼, 플러터(flutter) 현상

Description

케이블 지지 교량{Bridge supported by a plurality of cable}

본 발명은 케이블 지지 교량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사장교 또는 현수교 등과 같이 케이블에 의해서 거더가 지지되도록 구성되는 케이블 지지 교량에 관한 것이다.

사장교 및 현수교 등과 같이 케이블에 의해 지지되는 케이블 지지 교량이 널리 시공되고 있다. 특히, 최근들어 토목 및 건축 기술이 발달함에 따라 교량의 경간이 증가하는 추세에 있으며, 서해대교, 광안대교 및 금문교 등은 케이블 지지 장대교량으로서 널리 알려져 있다. 그리고, 케이블 지지 교량은 주탑에 힌지가 설치되는 힌지 시스템(Hinge System) 및 주탑의 받침을 없애고 거더를 연속시키는 플로팅 시스템(Floating System)의 공법으로 시공 가능하나, 최근에는 처짐이나 유지관리 보수 등의 이점으로 인해 플로팅 시스템을 적용한 교량이 늘어나고 있다.

한편, 케이블 지지 교량, 특히 장대 교량에 있어서, 교량의 진동과 바람과의 상호 작용에 의해 발생하는 동적 불안정 상태, 즉 플러터 현상은 교량의 안전도를 담보하기 위하여 반드시 제어되어야만 한다. 종래에는 플러터 현상을 억제하여 교량의 내풍 안정성을 높이고 플러터 현상의 발생 풍속을 증가시키기 위해서, 거더의 단면형상을 유선형으로 바꾸거나 거더의 중앙부에 구멍을 뚫는 방법을 통하여 공기의 흐름을 조절하는 공기역학적인 방법이 제안되었다. 또한, 거더의 양 단부에 날개모양의 제진장치를 설치하거나 보강형 안에 TMD(Tuned Mass Damper)를 설치하는 방법 등도 제안되었다.

그러나, 상술한 종래의 플러터 현상의 제어방식으로는 긴 경간을 가지는 교량, 특히 2km이상의 초장대 교량에 발생되는 플러터 현상을 효과적으로 억제하기 어려워 적절한 내풍 안정성을 확보하지 못하게 되는 문제점이 있었다. 즉, 교량의 경간이 길어짐에 따라 플러터 발생 풍속을 증가시키는데 한계가 있었다. 더구나, 공기역학적 접근방식에 따르면, 거더 단면이 불필요하게 증가하게 되어 교량 공사비가 증가하게 되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 케이블 지지 교량의 거더 단면 형상이 변경되지 않은 상태에서도 교량에서 발생되는 플러터 현상이 효과적으로 억제되도록 구조가 개선되어 케이블 지지 교량의 내풍 안정성을 담보할 수 있으며 나아가 교량 공사비도 절감할 수 있는 케이블 지지 교량을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 케이블 지지 교량은 서로 이격되게 배치되는 복수의 주탑; 상기 각 주탑의 길이방향과 수직하게 배치되는 거더; 상기 거더가 지지되도록 상기 각 주탑과 거더를 연결하는 복수의 케이블; 및 상기 거더의 상기 주탑에 대한 상대 이동시 상기 거더의 이동량이 감쇠되도록 일단부는 상기 주탑에 결합되며 타단부는 상기 거더에 결합되는 댐퍼;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 댐퍼의 일단부 및 타단부는 상기 주탑의 길이방향 및 상기 거더의 길이방향과 각각 수직인 가상의 직선을 회전중심축으로 하여 회전 가능하도록 상기 주탑 및 거더에 각각 결합되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 댐퍼는 상기 댐퍼의 일단부 및 타단부를 연결한 가상의 직선이 상기 주탑의 길이방향과 평행하게 배치되도록 설치되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 댐퍼는 상기 각 주탑에 대하여 한 쌍이 구비되도록 복수 설치되 며, 상기 각 댐퍼는 상기 거더의 가장자리에 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 거더가 지지되도록 상기 거더의 양측 하방에 각각 배치되어 지중에 박혀있는 부교각; 및 상기 거더의 상기 주탑에 대한 상대 이동시 상기 거더의 이동량이 감쇠되도록 일단부는 상기 부교각에 대하여 회전 가능하게 결합되고 타단부는 상기 거더에 대해 회전 가능하게 결합되는 보조댐퍼;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 주탑과 일정 거리 이격되게 배치되도록 상기 거더에 결합되며, 상기 거더의 상기 주탑에 대한 상대 이동시 상기 거더의 이동량이 감쇠되도록 탄성변형 가능한 소재로 이루어지는 탄성스토퍼부재;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 케이블 교량의 동적 안정성을 향상 시킬 수 있으며 플러터 현상이 발생되는 풍속을 증가시킬 수 있게 되어 결과적으로 내풍안정성을 높일 수 있게 된다. 활하중 및 풍하중 등 동하중의 발생시 거더 단부의 신축량을 줄일 수 있게 되어 고가의 교량 부속물의 내구연한을 증대시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 지지 교량의 개략적인 사시도이 고, 도 2는 도 1에 도시된 댐퍼의 구조를 설명하기 위한 개략적인 확대도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선의 개략적인 단면도로서 교량의 플러터 현상이 억제되는 것을 설명하기 위한 단면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선의 개략적인 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 케이블 지지 교량(100)은 현수교, 특히 타정식 현수교로서, 주탑(10)과, 교각(20)과, 거더(30)와, 케이블(40)과, 댐퍼(50)를 구비한다.

주탑(10)은 한 쌍 구비되어 있다. 그리고, 한 쌍의 주탑(10)은 서로 이격되게 배치되어 있다. 각 주탑(10)은 상하방향으로 길게 형성되어 있다.

교각(20)은 한 쌍이 구비되어 있다. 한 쌍의 교각(20) 사이에는 한 쌍의 주탑(10)이 배치되어 있다.

거더(30)는 주탑(10)의 길이방향과 수직하게 배치되어 있다. 그리고, 거(30)의 양측 하방에는 각각 교각(20)이 배치되어 있다. 교각(20)은 거더(30)를 지지하기 위한 것으로서 지중에 박혀있다.

케이블(40)은 각 주탑(10)과 거더(30)를 연결하여 거더(30)를 지지한다. 케이블(40)은 복수의 주케이블(41,42)과, 복수의 행어(43)를 포함한다.

주케이블(41,42)은 주탑(10)과 주탑(10) 사이 및 주탑(10)과 거더(30)의 단부 사이에 배치되어 있다. 주탑(10)과 주탑(10) 사이에 배치되는 주케이블(41)은 그 양단부가 주탑(10)에 고정된다. 주탑(10)과 거더(30)의 단부 사이에 배치되는 주케이블(42)은 그 일단부가 주탑(10)에 고정되며 그 타단부가 거더(30)에 앵커리지(31)에 고정된다.

행어(43)는 주케이블(41.42)과 거더(30) 사이에 배치되어 있다. 행어(43)는 그 일단부가 주케이블(41,42)에 고정되며 그 타단부가 거더(30)에 고정되도록 설치된다.

댐퍼(50)는 각 주탑(10)에 대하여 한 쌍이 구비되도록 복수 설치된다. 즉, 댐퍼(50)는 4개 설치된다. 그리고, 각 주탑(10)에 대응되는 한 쌍의 댐퍼(50)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 거더(30)의 양측 가장자리에 각각 배치되어 있다. 또한, 각 댐퍼(50)는 그 댐퍼의 일단부 및 타단부, 즉 각 댐퍼를 구성하는 실린더(51) 및 피스톤(52) 각각의 단부를 연결한 가상의 직선이 주탑(10)의 길이방향과 평행하도록 설치된다.

각 댐퍼(50)는 주탑(10) 및 거더(30)에 대해 회전 가능하게 결합된다. 즉, 각 댐퍼(50)의 일단부 및 타단부는 주탑(10) 및 거더(30)에 결합된 브라켓(32)에 핀결합되어 있어서, 각 댐퍼(50)의 일단부 및 타단부는 핀(33)을 중심으로 회전 가능하다. 특히, 각 댐퍼(50)의 일단부 및 타단부의 회전중심축은 주탑(10)의 길이방향 및 거더(30)의 길이방향과 각각 수직하다.

댐퍼(50)는 교량의 진동이나 바람 또는 진동 및 바람의 상호 작용에 의해 거더(30)가 주탑(10)에 대해 상대 이동시에 거더(30)의 이동량이 감쇠시키는 역할을 한다. 댐퍼(50)는 점성 댐퍼, 마찰 댐퍼 및 탄소성 댐퍼 등 다양한 구조로 널리 알려져 있으므로, 여기서는 댐퍼(50)의 구조에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상술한 바와 같이 구성된 케이블 지지 교량(100)에 있어서는, 플러터 현상으 로 인하여 거더에 비틀림 모멘트나 자발진동이 발생하는 경우에도 거더(30)의 움직임을 제어하는 제어력이 댐퍼(50)에 의하여 발생하게 되어 내풍 안정성을 높일 수 있게 된다.

예를 들어, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 거더(30)에 화살표 방향으로 비틀림 모멘트가 발생하는 경우에는 댐퍼의 피스톤(52)이 상하방향으로 움직이게 되어 댐퍼(50)가 비틀림 모멘트를 줄이는 방향으로 수직 제어력을 발휘하게 된다. 또한, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 거더(30)가 화살표 방향으로 움직이는 경우에는 댐퍼의 실리더(51) 및 피스톤(52)이 회전함과 동시에 댐퍼의 피스톤(52)이 실린더의 길이방향으로 신장되게 되어 댐퍼(50)가 화살표 방향으로 제어력을 발휘하게 된다. 이와 같이, 댐퍼(50)가 거더(30)의 길이방향으로의 이동에 대하여 제어력을 발휘하게 되므로, 거더(30)의 양 단부에서의 신축량, 특히 차량 등에 의해 거더(30)의 양 단부에서 과동하게 발생되는 신축량을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.

특히, 본 실시예에서는 4개의 댐퍼(50)가 각각 독립적으로 거동 가능하므로 다양한 모드 형상을 가지는 플러터 현상을 효과적으로 억제하여 내풍 안정성을 확보할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 케이블 지지 교량(100)에 댐퍼(50)를 설치하기만 하면, 교량의 내풍 안정성을 크게 향상시킬 수 있으며, 거더(30)의 단면 형상을 변경하지 않음으로써 불필요한 공사비의 낭비를 막을 수 있게 된다. 더구나, 활하중 및 풍하중 등 동하중에 의해 거더(30)의 단부에 변위가 발생하는 경우에도 거더의 신축 량을 최소화시킬 수 있게 되므로, 고가의 교량 부속물, 예를 들어 신축장치, 교량 받침 등의 내구연한을 증대시킬 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서는 케이블 지지 교량으로서 현수교가 구성되며 플러터 현상을 억제하기 위하여 댐퍼만이 구비되도록 구성되어 있으나, 도 5 내지 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 케이블 지지 교량이 사장교로 구성되며 보조댐퍼 및 탄성스토퍼부재가 구비되도록 구성할 수도 있다.

즉, 본 실시예의 케이블 지지 교량(100a)은 사장교로서, 복수의 케이블(40a)은 각각 주탑(10)과 거더(30)에 직접 연결되게 설치된다.

그리고, 본 실시예의 케이블 지지 교량(100a)은 플러터 현상을 억제하기 위한 보조댐퍼(60)와, 탄성스토퍼부재(70)를 더 구비한다.

보조댐퍼(60)는 거더(30)의 양측 하방에 각각 한 쌍씩 배치된다. 각 보조댐퍼(60)는 그 보조댐퍼(60)의 일단부 및 타단부, 즉 보조댐퍼를 구성하는 실린더(61) 및 피스톤(62) 각각의 단부를 연결한 가상의 직선는 거더(30)의 길이방향과 평행하도록 설치된다.

각 보조댐퍼(60)는 교각(20) 및 거더(30)에 대해 회전 가능하게 결합된다. 즉, 각 보조댐퍼(60)의 일단부 및 타단부는 교각(20) 및 거더(30)에 결합된 브라켓(34)에 핀결합되어 있어서, 각 보조댐퍼(60)의 일단부 및 타단부는 핀(35)을 중심으로 회전 가능하다. 특히, 각 보조댐퍼(60)의 일단부 및 타단부의 회전중심축은 주탑(10)의 길이방향과 평행하다. 각 보조댐퍼(60)는 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한 댐퍼(50)와 유사하게 거더(30)의 이동에 대하여 반대방향으로 제어력 을 발휘한다.

탄성스토퍼부재(70)는 거더(30)가 거더의 길이방향 및 폭방향으로 움직이는 이동량을 제어한다. 탄성스토퍼부재(70)는 각 주탑(10)에 대하여 6개씩 설치되어 있다. 각 탄성스토퍼부재(70)는 거더(30)에 고정된 매개부재(36)에 고정되어 있으며, 각 탄성스토퍼부재(70)는 주탑(10)과 거더(30)의 길이방향 또는 폭방향으로 일정 거리 이격되게 배치된다. 각 탄성스토퍼부재(70)는 고무 등과 같이 탄성변형 가능한 소재로 이루어져 있어서, 거더(30)의 주탑(10)에 대한 상대 이동시 거더의 이동량을 감쇠시킨다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 보조댐퍼(60) 및 탄성스토퍼부재(70)가 더 구비되어 있어서, 거더(30)의 동적 변위가 더욱 효과적으로 제어되므로, 교량(100a)의 동적 안정성을 보다 증가시킬 수 있게 된다. 특히, 플러터 현상으로 인하여 거더(30)에 비틀림 모멘트나 자발진동이 발생하는 경우에도, 댐퍼(50) 및 보조댐퍼(60)의 댐핑작동에 의해 거더(30)의 움직임을 제어하는 제어력이 보다 효과적으로 발생하게 되므로, 교량(100a)의 내풍 안정성을 더욱 증가시킬 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 지지 교량의 개략적인 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 댐퍼의 구조를 설명하기 위한 개략적인 확대도이다.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선의 개략적인 단면도로서 교량의 플러터 현상이 억제되는 것을 설명하기 위한 단면도이다.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선의 개략적인 단면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 케이블 지지 교량의 개략적인 사시도이다.

도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선의 개략적인 단면도이다.

도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선 방향에서 바라본 개략적인 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...주탑 20...교각

30...거더 31...앵커리지

32,34...브라켓 33,35...핀

40,40a...케이블 41,42...주케이블

43...행어 50...댐퍼

51...실린더 52...피스톤

60...보조댐퍼 70...탄성스토퍼부재

100...케이블 지지 교량

Claims (6)

1. 서로 이격되게 배치되는 복수의 주탑;

   상기 각 주탑의 길이방향과 수직하게 배치되는 거더;

   상기 거더가 지지되도록 상기 각 주탑과 거더를 연결하는 복수의 케이블; 및

   상기 거더의 상기 주탑에 대한 상대 이동시 상기 거더의 이동량이 감쇠되도록 일단부는 상기 주탑에 결합되며 타단부는 상기 거더에 결합되는 댐퍼;를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 지지 교량.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 댐퍼의 일단부 및 타단부는 상기 주탑의 길이방향 및 상기 거더의 길이방향과 각각 수직인 가상의 직선을 회전중심축으로 하여 회전 가능하도록 상기 주탑 및 거더에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 케이블 지지 교량.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 댐퍼는 상기 댐퍼의 일단부 및 타단부를 연결한 가상의 직선이 상기 주탑의 길이방향과 평행하게 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 케이블 지지 교량.
4. 제 1항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 댐퍼는 상기 각 주탑에 대하여 한 쌍이 구비되도록 복수 설치되며,

   상기 각 댐퍼는 상기 거더의 가장자리에 배치되는 것을 특징으로 하는 케이블 지지 교량.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 거더가 지지되도록 상기 거더의 양측 하방에 각각 배치되어 지중에 박혀있는 교각; 및

   상기 거더의 상기 주탑에 대한 상대 이동시 상기 거더의 이동량이 감쇠되도록 일단부는 상기 교각에 대하여 회전 가능하게 결합되고 타단부는 상기 거더에 대해 회전 가능하게 결합되는 보조댐퍼;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 지지 교량.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 주탑과 일정 거리 이격되게 배치되도록 상기 거더에 결합되며, 상기 거더의 상기 주탑에 대한 상대 이동시 상기 거더의 이동량이 감쇠되도록 탄성변형 가능한 소재로 이루어지는 탄성스토퍼부재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 지지 교량.

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