KR20200093249A - Bridge vibration control system - Google Patents

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KR20200093249A
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이종재
김세훈
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세종대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a bridge vibration control system capable of controlling a large vibration in a vertical direction generated in a bridge due to the passage of vehicles. The bridge vibration control system includes a vibration control means that is formed on the bridge road surface of the bridge, and reduces vibration generated in the bridge by vehicles running on the bridge road surface or prevents resonance of the bridge.

Description

교량 진동 제어 시스템{BRIDGE VIBRATION CONTROL SYSTEM}BRIDGE VIBRATION CONTROL SYSTEM

본 발명은 교량 진동 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전자 주의 환기가 주목적인 노면요철 포장을 이용하여 차량 주행시 교량에 발생되는 진동을 저감하거나 공진의 발생을 방지할 수 있는 교량 진동 제어 시스템교량 진동 제어 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a bridge vibration control system, and more particularly, a bridge vibration control system capable of reducing vibration generated in a bridge when driving a vehicle or preventing occurrence of resonance by using a road surface uneven pavement where driver's attention is the main purpose. It relates to a vibration control system.

일반적으로 교량은 도로 위에 시공되는 고가도로 또는 하천을 가로질러 시공되는 다리 등과 같은 토목 구조물로 인식되어 있다. 교량은 차량이나 보행자가 하천, 도로 등을 횡단할 수 있도록 설치되는 도로 구조물로서 지상과 일정 높이를 띄우고 설치된다. In general, bridges are recognized as civil structures, such as elevated roads built on roads or bridges built across rivers. Bridges are road structures that are installed to allow vehicles or pedestrians to cross rivers, roads, etc., and are installed at a constant height from the ground.

이러한 교량은 교대와 교각, 그리고 이들의 상부에 걸쳐져서 설치되는 거더와 상판으로서 이루어지는 상부 구조물로 구성된다. 상부구조물은 교각 및 교대 상부측에 설치되는 교좌장치로 지지되게 함으로써, 시공 후 상부구조물에 작용되는 신축응력에 따라 팽창 또는 수축 작용이 가능하도록 설치시공 된다. These bridges consist of alternations and piers, and superstructures made of girders and decks installed across them. The upper structure is supported by a crossing device installed on the upper side of the pier and the alternating structure, so that after construction, expansion or contraction is possible according to the elastic stress applied to the upper structure.

상술한 바와 같이, 교량은 지상과 일정 높이를 띄우고 설치되기 때문에 차량의 주행 시 진동이 발생되는데, 그 진동에 취약한 특성이 있다. As described above, since the bridge is installed at a predetermined height from the ground, vibration is generated when the vehicle is running, and there is a characteristic that is vulnerable to the vibration.

더욱이, 감쇠비가 낮은 교량 혹은 통행 차량의 고유진동수와 유사한 고유진동수를 지닌 교량은 공진 발생의 위험이 높으며, 공진 발생에 의하여 교량의 안정성 및 사용성에 부정적인 영향을 미치게 된다.Moreover, a bridge with a low damping ratio or a bridge having a natural frequency similar to the natural frequency of a traffic vehicle has a high risk of resonance and negatively affects the stability and usability of the bridge.

교량의 1차 고유진동수와 유사한 고유진동수를 가진 차량이 교량을 통과하는 경우 공진효과가 발생할 수 있다. 교량에 공진효과가 발생하면 차량의 하중에 비해 큰 처짐과 차량 통과 후 큰 진동이 발생하게 된다. A resonance effect may occur when a vehicle having a natural frequency similar to the primary natural frequency of the bridge passes through the bridge. When a resonance effect occurs on a bridge, a large deflection compared to a vehicle load and a large vibration occur after passing the vehicle.

도 1은 3축 트럭의 고유진동수 및 모드형상을 예시한 도면이다. 즉, 차축이 3개인 3축 트럭의 고유진동수 및 모드형상을 나타내는 도면이다. 도 1의 (a) 내지 (e)는 3축 트럭의 1차 모드형상 내지 5차 모드형상을 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating the natural frequency and mode shape of a 3-axle truck. That is, it is a diagram showing the natural frequency and mode shape of a three-axle truck with three axles. 1(a) to 1(e) are views illustrating a primary mode to a fifth mode of a 3-axle truck.

1차 고유진동수가 2Hz인 교량을 도 1과 같이 고유모드(특히, 2~4차 모드)가 교량의 1차 고유진동수 2Hz와 유사한 차량(3축 트럭)이 통과하게 되면, 도 1의 (b), (c), (d)에서와 같이, 차량의 고유모드가 교량의 1차 고유진동수와 유사할 경우 공진이 발생하는 것을 알 수 있다. 여기서, 차량의 고유모드는 일정한 진동수 즉, 고유진동수로 차량의 전축과 후축이 서로 동일하게 또는 교차하며 움직이는 형상(고유형상)을 말한다. As shown in FIG. 1, when a vehicle having a primary natural frequency of 2 Hz passes through a vehicle having a natural mode (especially, a 2 to 4th mode) similar to the primary natural frequency of 2 Hz (a 3-axle truck), FIG. ), (c), (d), it can be seen that resonance occurs when the eigenmode of the vehicle is similar to the primary natural frequency of the bridge. Here, the natural mode of the vehicle refers to a shape (uniform shape) in which the front and rear axes of the vehicle move at the same frequency or cross each other at a constant frequency, that is, the natural frequency.

이에, 교량에서 발생되는 진동을 감쇠시키기 위한 진동감쇠장치가 많이 개발되고 있다. Accordingly, many vibration damping devices have been developed for damping vibration generated in a bridge.

일예로, 교량의 연직방향 진동을 저감시키기 위하여 교량에 부가적인 제진 장치인 TMD(Tuned Mass Damper), TLD(Tuned Liquid Damper), TLCD(Tuned Liquid Column Damper), AMD(Active Mass Damper) 등의 질량형 감쇠기를 추가적으로 설치할 수 있다. For example, in order to reduce the vertical vibration of the bridge, masses such as an additional damping device for the bridge are tuned mass damper (TMD), tuned liquid damper (TLD), tuned liquid column damper (TLCD), and active mass damper (AMD). Type dampers can be additionally installed.

여기서, TMD는 질량형 감쇠기의 수동형 타입으로 구조물의 고유진동수와 동조하여 진동을 저감시키는 것이다. 이러한 TMD는 능동형에 비하여 진동저감 효과는 다소 떨어지지만 강재를 이용하여 부피가 작은 질량체를 대신할 수 있고, 대상구조물과 같이 구조물의 감쇠기가 매우 작은 경우에는 능동형 타입의 질량형 감쇠기와 대응한 진동저감 효과를 가지는 장점이 있다. 반면, 교량에서 발생하는 연직 방향 진동은 한 가지 이상의 모드가 중첩되어 나타나기 때문에, 한 모드만 동조시키는 TMD는 큰 진동 제어 효과를 기대하기에는 어렵다. Here, TMD is a passive type of mass-type damper to reduce vibration by synchronizing with the natural frequency of the structure. These TMDs have less vibration reduction effect compared to active type, but they can replace small-volume masses using steel materials. When the damper of a structure, such as a target structure, is very small, the vibration damping corresponding to the active type mass damper is reduced. It has the advantage of having an effect. On the other hand, since the vibration in the vertical direction occurring in the bridge appears in one or more superimposed modes, it is difficult to expect a large vibration control effect of the TMD to synchronize only one mode.

상기와 같은 어려움을 해결하기 위해서, 여러 모드를 각각 동조시키는 MTMD(Multiple Tuned Mass Damper)가 필요하지만 이는 제작비용을 증가시키는 문제점이 있다. 더욱이 MTMD는 교량에서 지배적으로 나타나는 저주파의 진동에 동조하도록 설계하기 위해서는 중력에 의한 초기 처짐이 과도하게 발생하고 하중을 지지하는 내하성능이 저하되기 때문에 제작이 불가능한 문제점이 있다. In order to solve the above difficulties, a MTMD (Multiple Tuned Mass Damper) for tuning each of the various modes is required, but this has a problem of increasing production cost. Moreover, in order to design the MTMD to tune to the low-frequency vibration that appears dominantly in the bridge, there is a problem that it is impossible to manufacture because the initial deflection due to gravity occurs excessively and the load carrying capacity to support the load decreases.

또한, TLCD와 TLD는 액체의 흐름을 이용하여 진동을 저감시키는 것이다. TCLD와 TLD는 설치 시공이 용이하며 경제성이 우수한 장점이 있다. 그러나, TCLD와 TLD는 액체의 단위밀도가 콘크리트나 강재를 사용하는 질량형 감쇠기에 비해 매우 작으므로 요구되는 질량비를 만족시키기 위해서는 부피가 커지게 되므로, 장치의 적용성이 떨어지는 문제점이 있다. In addition, TLCD and TLD reduce the vibration by using the flow of liquid. TCLD and TLD have the advantages of easy installation and installation and excellent economic efficiency. However, TCLD and TLD have a problem in that the unit density of the liquid is very small compared to a mass damper using concrete or steel, so that the volume becomes large in order to satisfy the required mass ratio, so the applicability of the device is poor.

또한, AMD는 외부 동력을 이용하여 감쇠기의 질량관성을 이용하여 인위적인 제어력을 생성하는 것이다. 이러한 AMD는 진동제어 효과가 다른 질량형 감쇠기에 비해 매우 크고, 다양한 모드가 조합된 응답에 대해서도 제어효과가 탁월하다는 장점이 있다. 그러나, AMD는 동력원으로 사용할 전원이 필요하며, 능동 진동시스템을 구축해야 하는 번거로운 문제점이 있다. In addition, AMD uses an external power to generate an artificial control force using the mass inertia of the attenuator. This AMD has the advantage that the vibration control effect is very large compared to other mass type attenuators, and the control effect is excellent even in response to a combination of various modes. However, AMD requires a power source to be used as a power source, and there is a cumbersome problem of building an active vibration system.

한편, 국내특허등록공보 제463294호(발명의 명칭: 동조질량감쇠장치를 구비한 교량난간)에는 기재되어 있다. On the other hand, it is described in Korean Patent Registration No. 446294 (name of invention: a bridge railing having a tuned mass damping device).

상기와 같은 동조질량감쇠장치를 구비한 교량은 교량의 연직방향 상하 진동을 저감시키는 데에는 효과를 나타낼 수 있으나, 교량의 수평방향에 대한 진동 및 비틀림 진동에 대해서는 감쇠효과가 없는 문제점이 있다. Bridges equipped with a tuning mass damping device as described above may have an effect in reducing vertical vibrations in the vertical direction of the bridge, but there is a problem in that there is no damping effect for vibrations and torsional vibrations in the horizontal direction of the bridge.

이에, 제작비용이 저렴하며 적용성이 향상되고 추가적인 하중 발생에 의한 내하성능 및 안정성을 향상시킬 수 있으며 교량의 연직 방향의 진동을 제어 할 수 있는 교량의 개발이 요구되는 실정이다. Accordingly, the production cost is low, the applicability is improved, the load-bearing performance and stability by additional load generation, and the development of a bridge capable of controlling vibration in the vertical direction of the bridge are required.

본 발명의 목적은 차량의 통행으로 인해 교량에 발생되는 연직 방향의 큰 진동을 제어할 수 있는 교량 진동 제어 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a bridge vibration control system capable of controlling a large vibration in the vertical direction generated by the bridge due to the passage of the vehicle.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적은, 본 발명에 따라, 교량의 교량 노면에 형성되어, 상기 교량 노면을 주행하는 차량에 의해 교량에 발생하는 진동을 저감하거나 교량의 공진을 방지하는 진동제어수단을 포함하는, 교량 진동 제어 시스템에 의해 달성될 수 있다. The above object, according to the present invention, is formed on the bridge road surface of the bridge, comprising vibration control means for reducing vibration generated in the bridge by a vehicle driving the bridge road surface or preventing resonance of the bridge, bridge vibration It can be achieved by a control system.

상기 진동제어수단은 상기 차량의 바퀴에 충격되어 상기 차량의 고유모드 또는 고유진동수를 변화시킴으로써 교량의 진동을 저감하거나 교량의 공진을 방지할 수 있다. The vibration control means may impact the wheel of the vehicle to reduce the vibration of the bridge or prevent resonance of the bridge by changing the natural mode or the natural frequency of the vehicle.

상기 진동제어수단은 상기 교량 노면에 형성된 복수개의 요철을 포함할 수 있다. The vibration control means may include a plurality of irregularities formed on the road surface of the bridge.

상기 복수개의 요철은 상기 교량 노면에 인입되는 음각 형태 또는 상기 교량 노면에서 돌출되는 양각 형태로 형성될 수 있다. The plurality of irregularities may be formed in an engraved shape that is introduced into the road surface of the bridge or an embossed shape that protrudes from the road surface of the bridge.

상기 복수개의 요철은 상기 차량의 진행 방향에서 볼 때 상기 교량의 진입부에 형성되거나, 상기 교량의 진입부에서부터 중앙부까지 형성되거나, 상기 교량의 진입부 및 중앙부에 형성될 수 있다. The plurality of irregularities may be formed at the entrance of the bridge when viewed from the direction of travel of the vehicle, or may be formed from the entrance to the center of the bridge, or may be formed at the entrance and center of the bridge.

상기 복수개의 요철 사이의 간격과 상기 복수개의 요철을 지나는 상기 차량의 속도에 의해서 상기 차량에 의해 상기 교량에 발생하는 진동을 저감하거나 상기 교량의 공진을 방지할 수 있다. Vibration generated in the bridge by the vehicle may be reduced or resonance of the bridge may be prevented by an interval between the unevenness and the speed of the vehicle passing through the unevenness.

상기 복수개의 요철 사이의 간격은 하기 수학식에 의해 산출될 수 있다. [수학식] The interval between the plurality of irregularities may be calculated by the following equation. [Mathematics]

Figure pat00001
Figure pat00001

(단, Lr 은 복수개의 요철 사이의 간격, νb는 교량 노면을 주행하는 차량의 속도, ft는 교량의 공진을 피하기 위한 목표 고유진동수)(However, L r is the interval between a plurality of irregularities, ν b is the speed of the vehicle driving on the road surface of the bridge, f t is the target natural frequency to avoid resonance of the bridge)

상기 목표 고유진동수는, 상기 교량 노면을 주행하는 차량의 고유진동수, 상기 교량의 1차 휨 모드의 고유진동수 및 상기 교량의 1차 비틀림 모드의 고유진동수 중에서 가장 큰 값보다 큰 값을 가질 수 있다. The target natural frequency may have a value greater than the largest natural frequency of the vehicle traveling on the road surface of the bridge, the natural frequency of the primary bending mode of the bridge, and the natural frequency of the primary twisting mode of the bridge.

상기 목표 고유진동수는, 상기 교량 노면을 주행하는 차량의 고유진동수, 상기 교량의 1차 휨 모드의 고유진동수 및 상기 교량의 1차 비틀림 모드의 고유진동수 각각의 배수는 아닌 값으로 선택될 수 있다. The target natural frequency may be selected as a value that is not a multiple of the natural frequency of the vehicle driving the road surface of the bridge, the natural frequency of the primary bending mode of the bridge, and the natural frequency of the primary twisting mode of the bridge.

본 발명의 교량 진동 제어 시스템은, 교량 노면에 복수개의 요철을 형성하여 교량의 고유모드와 유사한 차량의 고유모드가 발생하지 않도록 함으로써 교량을 주행하는 차량에 의해 교량에 발생하는 진동을 저감하거나 공진을 방지할 수 있다. The bridge vibration control system of the present invention forms a plurality of irregularities on the road surface of the bridge to prevent a unique mode of the vehicle similar to the natural mode of the bridge from occurring, thereby reducing vibrations or resonances caused by the vehicle driving the bridge. Can be prevented.

또한, 본 발명의 교량 진동 제어 시스템은, 교량 노면에 형성된 복수개의 요철에 의해 교량 노면을 주행하는 차량의 바퀴에 충격되어 차량의 고유모드 또는 고유진동수를 변화시켜서 교량에 발생되는 진동에 의한 공진을 방지할 수 있다. In addition, the bridge vibration control system of the present invention is impacted by a wheel of a vehicle traveling on a bridge road surface by a plurality of irregularities formed on the bridge road surface to change the natural mode or natural frequency of the vehicle to generate resonance due to vibration generated in the bridge. Can be prevented.

또한, 본 발명의 교량 진동 제어 시스템은, 교량 노면에 복수개의 요철을 형성하기만 하면 되기 때문에 별도의 TMD 등을 설치할 필요가 없고 시공비 또는 유지 보수비를 줄일 수 있다.In addition, since the bridge vibration control system of the present invention only needs to form a plurality of irregularities on the bridge road surface, there is no need to install a separate TMD or the like, and construction cost or maintenance cost can be reduced.

도 1은 3축 트럭의 고유진동수 및 모드형상을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템이 적용된 교량의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템이 적용된 교량의 교량 노면을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 교량 진동 제어 시스템의 진동제어수단을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 TMD가 설치된 종래의 교량의 진동제어의 효율성을 검증하기 위한 수치해석 시뮬레이션 모델의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템이 적용된 교량의 진동제어의 효율성을 검증하기 위한 수치해석 시뮬레이션 모델의 개념도이다.
도 7은 도 5에 따른 수치 해석에 따른 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 6에 따른 수치 해석에 따른 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a diagram illustrating the natural frequency and mode shape of a 3-axle truck.
2 is a perspective view of a bridge to which a bridge vibration control system according to an embodiment of the present invention is applied.
3 is a plan view showing a bridge road surface of a bridge to which a bridge vibration control system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is applied.
4 is a view for explaining the vibration control means of the bridge vibration control system shown in FIG.
5 is a conceptual diagram of a numerical simulation model for verifying the efficiency of vibration control of a conventional bridge in which a TMD is installed.
6 is a conceptual diagram of a numerical simulation model for verifying the efficiency of vibration control of a bridge to which a bridge vibration control system according to an embodiment of the present invention is applied.
7 is a graph showing experimental results according to the numerical analysis according to FIG. 5.
8 is a graph showing experimental results according to the numerical analysis according to FIG. 6.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. The present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. It should be noted that the drawings are schematic and not drawn to scale. The relative dimensions and proportions of the parts in the drawings are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and any dimensions are merely illustrative and not limiting. And the same reference numerals are used to indicate similar features in the same structures, elements, or parts appearing in two or more drawings.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.The embodiments of the present invention specifically represent ideal embodiments of the present invention. As a result, various modifications of the drawings are expected. Therefore, the embodiment is not limited to a specific form of the illustrated area, and includes, for example, modification of the form by manufacturing.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템(100)을 설명한다. Hereinafter, a bridge vibration control system 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템이 적용된 교량의 사시도, 도 3은 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템이 적용된 교량의 교량 노면을 나타내는 평면도, 도 4는 도 3에 도시한 교량 진동 제어 시스템의 진동제어수단을 설명하기 위한 도면이다.2 is a perspective view of a bridge to which a bridge vibration control system according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 3 is a plan view of a bridge road surface of a bridge to which a bridge vibration control system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is applied , FIG. 4 is a view for explaining vibration control means of the bridge vibration control system shown in FIG. 3.

도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템(100)은 교량(1)의 교량 노면(120)에 형성되어, 교량 노면(120)을 주행하는 차량에 의해 교량(1)에 발생하는 진동을 저감하거나 교량의 공진을 방지하는 진동제어수단을 포함할 수 있다.2 to 4, the bridge vibration control system 100 according to an embodiment of the present invention is formed on the bridge road surface 120 of the bridge 1, a vehicle driving the bridge road surface 120 It may include vibration control means for reducing the vibration generated in the bridge (1) or to prevent the resonance of the bridge.

교량(1)은 교각(110)을 포함하는 교량 지지부, 교각(110)을 포함하는 교량 지지부에 의해 지지되는 교량 노면(120)을 포함할 수 있다. The bridge 1 may include a bridge support 120 including the bridge 110 and a bridge road surface 120 supported by the bridge support including the bridge 110.

도 2를 참조하면, 교량(1)은 거더(112) 및 슬래브(114)로 이루어지는 상부 구조와, 기초 슬래브(미도시) 및 교각(110)을 포함하는 교량 지지부로 이루어지는 하부 구조로 이루어질 수 있다. 다만, 도 2에 도시된 슬래브교 형태의 교량은 본 발명에 따른 교량 진동 제어 시스템이 적용되는 교량을 설명하기 위한 하나의 예시에 불과하며, 본 발명에 따른 교량 진동 제어 시스템은 다른 형태의 교량에도 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 교량 진동 제어 시스템은 라멘교, 거더교, 사장교, 현수교, 트러스교, 아치교, 엑스트라 도즈교 등 모든 형태에 교량에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 2, the bridge 1 may be formed of an upper structure composed of a girder 112 and a slab 114, and a lower structure composed of a bridge support including a foundation slab (not shown) and a bridge 110. . However, the bridge in the form of a slab bridge shown in FIG. 2 is only one example for explaining a bridge to which the bridge vibration control system according to the present invention is applied, and the bridge vibration control system according to the present invention also applies to other types of bridges. Can be applied. For example, the bridge vibration control system according to the present invention can be applied to all types of bridges such as a ramen bridge, a girder bridge, a cable-stayed bridge, a suspension bridge, a truss bridge, an arch bridge, and an extra dose bridge.

한편, 교량(1)의 상단 위에는 차량(10, 도 4 참조)이 주행하는 교량 노면(120)이 형성될 수 있다. 교량 노면(120)은 아스팔트 포장의 형태로서 차량(10)이 주행하기 좋도록 평평하게 형성된 노면이다. Meanwhile, a bridge road surface 120 through which the vehicle 10 (see FIG. 4) travels may be formed on the top of the bridge 1. The bridge road surface 120 is a road surface formed flat to allow the vehicle 10 to travel in the form of asphalt pavement.

한편, 교량(1)의 1차 고유진동수와 동일한 고유모드 또는 고유진동수를 가지는 차량(10)이 교량 노면(120)을 주행할 경우, 교량(1)에 진동이 발생될 수 있다. On the other hand, when the vehicle 10 having the same natural mode or natural frequency as the primary natural frequency of the bridge 1 travels on the bridge road surface 120, vibration may occur in the bridge 1.

이때, 교량 노면(120)에는 진동제어수단이 형성될 수 있다. 진동제어수단은 교량 노면(120)을 주행하는 차량에 의해 교량(1)에 발생하는 진동을 저감하거나 교량(1)의 공진을 방지하기 위한 수단이다. 다시 말해서, 진동제어수단은 교량 노면(120)을 주행하는 차량(10)의 바퀴(12)에 충격되어 차량(10)의 고유모드 또는 고유진동수를 변화시켜서 교량(1)의 진동을 저감하거나 교량의 공진을 방지할 수 있다. At this time, vibration control means may be formed on the bridge road surface 120. The vibration control means is a means for reducing vibration generated in the bridge 1 by a vehicle traveling on the bridge road surface 120 or preventing resonance of the bridge 1. In other words, the vibration control means is shocked by the wheel 12 of the vehicle 10 driving the road surface 120 to change the natural mode or natural frequency of the vehicle 10 to reduce the vibration of the bridge 1 or bridge Can prevent resonance.

이러한 진동제어수단은 교량 노면(120)에 형성된 복수개의 요철(130)을 포함하거나 복수개의 요철(130)의 형태로 마련될 수 있다. The vibration control means may include a plurality of irregularities 130 formed on the bridge road surface 120 or may be provided in the form of a plurality of irregularities 130.

차량(10)의 전축과 후축이 교량 노면(120)에 형성된 진동제어수단 즉, 복수개의 요철(130)을 통과하게 되면, 주기적으로 움직이던 차량(10)의 전축과 후축이 불규칙하게 움직이기 때문에 차량(10)의 고유모드가 변하게 되고, 그 결과 교량(1)과 공진을 발생시키는 고유진동수와 달라져서 공진을 피할 수 있으며, 교량(1)에 발생하는 진동을 효과적으로 제어할 수 있다.When the front and rear axles of the vehicle 10 pass through the vibration control means formed on the bridge road surface 120, that is, a plurality of irregularities 130, the front and rear axles of the vehicle 10 that have moved periodically move irregularly. The natural mode of the vehicle 10 changes, and as a result, the natural frequency that generates resonance with the bridge 1 is different, so that resonance can be avoided, and vibration generated in the bridge 1 can be effectively controlled.

여기서, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동제어수단은 교량 노면(120)에 형성된 복수개의 요철(130)의 형태로 형성되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 교량(1)으로 진입하는 차량(10)의 고유모드 또는 고유진동수를 변화시킬 수 있는 형태로 변형될 수도 있다. Here, as shown in Figures 2 to 4, the vibration control means according to an embodiment of the present invention is formed in the form of a plurality of irregularities 130 formed on the bridge road surface 120, but is not limited thereto. It may be modified to a form that can change the natural mode or natural frequency of the vehicle 10 entering the bridge (1).

한편, 복수개의 요철(130)은 교량 노면(120)에 대해 안쪽으로 인입 형성되는 음각 형태로 형성될 수 있다. 교량 노면(120)에 소정의 깊이로 인입 형성되되, 일정 간격을 두고 복수개 형성될 수 있다. 교량 노면(120)을 포장할 때 복수개의 요철(130)을 형성하는 경우에는 음각으로 인입된 형태로 복수개의 요철(130)을 형성하는 것이 바람직하다. 반면에, 평평한 형태로 이미 포장되어 있는 교량 노면(120)에 복수개의 요철(130)을 형성하는 경우에는 임시 노면 요철(temporary rumble strip) 등과 같이 양각으로 돌출된 형태의 요철을 형성하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명에 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템(100)은 교량 노면(120)에 인입되는 음각 형태 또는 교량 노면(120)에서 돌출되는 양각 형태로 마련되는 복수개의 요철(130)을 설치하여 교량의 진동을 저감하거나 공진을 방지할 수 있다.On the other hand, the plurality of concave-convex 130 may be formed in an engraved shape that is drawn inwardly with respect to the bridge road surface 120. The bridge road surface 120 is formed to be drawn at a predetermined depth, and may be formed at a predetermined interval. When a plurality of irregularities 130 are formed when the bridge road surface 120 is packaged, it is preferable to form a plurality of irregularities 130 in an engraved shape. On the other hand, when a plurality of irregularities 130 are formed on the bridge road surface 120 that is already packaged in a flat shape, it is also possible to form irregularities of an embossed shape such as a temporary rumble strip. . Therefore, the bridge vibration control system 100 according to an embodiment of the present invention is provided with a plurality of concave-convex 130 provided in an intaglio shape that is introduced into the bridge road surface 120 or an embossed shape protruding from the bridge road surface 120 Thus, vibration of the bridge can be reduced or resonance can be prevented.

이러한 복수개의 요철(130)은 교량(1)의 초입부, 즉 교량(1)으로 차량(10)이 진입하는 진입부에 위치하는 교량 노면(120)에 형성될 수 있다. 다시 말해서, 복수개의 요철(130)은 교량 노면(120)의 양단 중 교량(1)으로 차량(10)이 진입하는 부분에 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 교량 진동 제어 시스템(100)은 교량을 주행하는 차량(10)의 고유모드 또는 고유진동수를 변하게 하기만 하면 되기 때문에 교량(1)의 진입부에만 복수개의 요철(130)을 설치하더라도 충분히 차량의 고유모드 또는 고유진동수를 변하게 하거나 조절할 수 있다.The plurality of irregularities 130 may be formed at the entrance of the bridge 1, that is, the bridge road surface 120 positioned at the entrance to which the vehicle 10 enters the bridge 1. In other words, the plurality of irregularities 130 may be formed at a portion where the vehicle 10 enters the bridge 1 among both ends of the bridge road surface 120. The bridge vibration control system 100 according to the present invention only needs to change the natural mode or the natural frequency of the vehicle 10 driving the bridge, even if a plurality of irregularities 130 are installed only at the entrance of the bridge 1 It is possible to change or adjust the natural mode or natural frequency of the vehicle sufficiently.

다만, 교량(1)의 교량 노면(120) 중에서도 교량(1)의 진입부에 해당하는 교량 노면(120)에 복수개의 요철(130)을 형성하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 교량(1)의 진입부에만 설치한 복수개의 요철(130)만으로는 차량의 진동수 제어가 어려운 경우에는 교량(1)의 진입부에서부터 중앙부까지 복수개의 요철(130)을 설치할 수 있다. 또한, 교량(1)의 길이가 긴 경우에는 차량의 진동수를 제어하기 위해서 교량(1)의 진입부에 복수개의 요철(130)을 형성하고 중앙부에도 복수개의 요철(130)을 더 형성할 수도 있다.However, among the bridge road surfaces 120 of the bridge 1, it is preferable to form a plurality of irregularities 130 on the bridge road surface 120 corresponding to the entry portion of the bridge 1, but the present invention is not limited thereto. For example, when it is difficult to control the frequency of a vehicle using only a plurality of irregularities 130 installed only at the entrance of the bridge 1, a plurality of irregularities 130 may be installed from the entrance to the center of the bridge 1. In addition, when the length of the bridge 1 is long, in order to control the frequency of the vehicle, a plurality of irregularities 130 may be formed at the entrance of the bridge 1, and a plurality of irregularities 130 may be further formed at the center. .

이와 같이, 본 발명에 따른 교량 진동 제어 수단의 복수개의 요철(130)은 교량의 길이, 차량의 진동수 제어 여부를 고려하여 교량의 진입부에 설치하거나, 진입부에서부터 중앙부까지 설치하거나, 진입부와 중앙부에 각각 설치할 수 있다. As described above, a plurality of concavo-convex 130 of the bridge vibration control means according to the present invention is installed in the entrance of the bridge, considering the control of the length of the bridge and the frequency of the vehicle, or from the entrance to the center, or Each can be installed in the center.

본 발명에 따른 교량 진동 제어 시스템(100)의 교량 노면(120)에 형성된 진동제어수단 즉, 복수개의 요철(130)은 간격, 폭 또는 높이에 따라 요철(130)을 통과하는 차량의 고유모드 또는 고유진동수를 조정할 수 있으므로, 본 발명을 적용하고자 하는 교량의 고유모드에 따라서 요철(130)의 간격, 폭 또는 높이 등을 적합하게 설계하여 교량의 진동을 효과적으로 제어할 수 있다.Vibration control means formed on the bridge road surface 120 of the bridge vibration control system 100 according to the present invention, that is, a plurality of irregularities 130, the unique mode of the vehicle passing through the irregularities 130 according to the interval, width or height, or Since the natural frequency can be adjusted, it is possible to effectively control the vibration of the bridge by appropriately designing the spacing, width, or height of the irregularities 130 according to the natural mode of the bridge to which the present invention is applied.

특히, 복수개의 요철(130)의 사이 간격(Lr)과 복수개의 요철을 지나는 차량(10)의 속도(νb)에 의해 차량(10)에 의해서 교량(1)에 발생하는 진동을 저감하거나 교량(1)의 공진을 방지할 수 있다. In particular, the vibration generated in the bridge 1 by the vehicle 10 is reduced by the space L r between the plurality of unevennesses 130 and the speed ν b of the vehicle 10 passing through the unevenness, or The resonance of the bridge 1 can be prevented.

이에 따라, 교량 노면(120)에 형성된 복수개의 요철(130) 사이의 간격(Lr)이 매우 중요한 설계 인자가 될 수 있다. 다시 말해서, 복수개의 요철(130)은 형성되는 위치, 복수개의 요철(130)의 간격(Lr) 및 복수개의 요철(130)의 깊이를 적합하게 설계하는 것이 중요하며, 이는 교량(1)의 동적 특성에 따라서 조정될 수 있다. Accordingly, a gap L r between a plurality of irregularities 130 formed on the bridge road surface 120 may be a very important design factor. In other words, it is important to appropriately design a plurality of irregularities 130 where the positions are formed, the spacing L r of the plurality of irregularities 130, and the depths of the plurality of irregularities 130, which are of the bridge 1 It can be adjusted according to the dynamic characteristics.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템(100)에 있어서 복수개의 요철(130) 사이의 간격(Lr)은 하기의 [수학식 1]에 의해서 산출되고, 산출한 결과를 이용하여 교량 노면(120)에 형성할 수 있다. Specifically, in the bridge vibration control system 100 according to an embodiment of the present invention, the spacing L r between a plurality of irregularities 130 is calculated by Equation 1 below, and the calculated result is It can be formed on the bridge road surface 120 by using.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

[수학식 1]에서 Lr 은 복수개의 요철(130) 사이의 간격이고, vb 는 교량 노면(120)을 주행하는 차량(10)의 속도이며, ft 는 교량(1)의 공진을 피하기 위한 목표 고유진동수를 의미한다. In [Equation 1], L r is an interval between a plurality of irregularities 130, v b is the speed of the vehicle 10 driving the bridge road surface 120, and f t is to avoid resonance of the bridge 1 Target means the natural frequency.

복수개의 요철(130) 사이의 간격(Lr)은 이웃하는 요철 사이의 간격을 의미하고, 목표 고유진동수(ft)는 교량 노면(120)을 주행하는 차량(10)의 바퀴(12)가 요철(130)을 충격할 때 발생하는 소리의 진동수라고 생각할 수 도 있다. The spacing L r between the plurality of irregularities 130 means the spacing between neighboring irregularities, and the target natural frequency f t is the wheel 12 of the vehicle 10 driving the road surface 120 of the bridge. It can also be considered as the frequency of sound generated when the unevenness 130 is impacted.

여기서, 교량(1)의 공진을 피하기 위한 목표 고유진동수(ft, 이하 '목표 고유진동수'라 함)는 교량 노면(120)을 주행하는 차량(10)의 고유진동수, 교량(1)의 1차 휨 모드의 고유진동수 및 교량(1)의 1차 비틀림 모드의 고유진동수 중에서 가장 큰 값보다 큰 값을 가지도록 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 목표 고유진동수 값은 다음과 같은 3가지 조건으로부터 얻을 수 있다.Here, the target natural frequency (f t , hereinafter referred to as'target natural frequency') to avoid resonance of the bridge 1 is the natural frequency of the vehicle 10 driving the road surface 120 of the bridge, 1 of the bridge 1 It is preferable to set to have a value greater than the largest value among the natural frequencies of the primary bending mode and the natural frequencies of the primary torsion mode of the bridge 1. The target natural frequency value can be obtained from the following three conditions.

첫째, 교량(1)의 공진 발생의 확률은 교량(1)을 통행하는 차량(10)의 하중이 일정 이상인 경우, 예컨대 주로 트럭, 특수차량 등 하중이 큰 중차량에서 발생할 확률이 높을 수 있다. 참고로, 일반적인 트럭의 고유진동수는 1Hz 후반 ~ 2 Hz 초반이다. First, the probability of occurrence of resonance of the bridge 1 may be high when the load of the vehicle 10 passing through the bridge 1 is higher than a certain level, for example, in a heavy vehicle having a large load, such as a truck or a special vehicle. For reference, the natural frequency of a typical truck is from late 1 Hz to early 2 Hz.

둘째, 교량(1)의 공진은 교량(1)의 1차 연직방향 휨 모드의 고유진동수와 교량(1)을 통행하는 차량(10)의 bouncing mode, pitching mode의 고유진동수가 유사할 때 발생할 수 있다. 참고로, 일반적인 교량의 1차 연직방향 휨 모드의 고유진동수는 5Hz 미만일 수 있다. Second, the resonance of the bridge 1 may occur when the natural frequency of the primary vertical bending mode of the bridge 1 and the natural frequency of the bouncing mode and the pitching mode of the vehicle 10 passing through the bridge 1 are similar. have. For reference, the natural frequency of the primary vertical bending mode of a general bridge may be less than 5 Hz.

셋째, 특수한 경우에는 교량(1)의 1차 비틀림 모드에서도 공진이 발생할 수 있다. 참고로, 일반적인 교량의 1차 비틀림 모드의 고유진동수는 10Hz 미만일 수 있다. Third, in special cases, resonance may occur even in the first torsion mode of the bridge 1. For reference, the natural frequency of the first torsion mode of a general bridge may be less than 10 Hz.

여기서, 목표 고유진동수(ft)는 상기 첫째 내지 셋째 조건 중 가장 높은 고유진동수 이상인 값으로 설정되는 것이 바람직하다.Here, the target natural frequency (f t ) is preferably set to a value equal to or higher than the highest natural frequency of the first to third conditions.

또한, 목표 고유진동수(ft)는 상기 첫째 내지 셋째 조건의 배수가 아닌 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 목표 고유진동수(ft)는 교량 노면(120)을 주행하는 차량(10)의 고유진동수, 교량(1)의 1차 연직방향 휨 모드의 고유진동수 및 교량의 1차 비틀림 모드의 고유진동수의 각각의 배수는 아닌 값으로 선택될 수 있다. In addition, the target natural frequency (f t ) is preferably set to a value other than a multiple of the first to third conditions. In other words, the target natural frequency f t is the natural frequency of the vehicle 10 driving the road surface 120 of the bridge, the natural frequency of the primary vertical bending mode of the bridge 1, and the inherent frequency of the primary torsion mode of the bridge. Each multiple of the frequency may be selected as a value.

예를 들어, 교량(1)의 1차 연직방향 휨 모드의 고유진동수가 2Hz이고, 교량(1)의 1차 비틀림 모드의 고유진동수가 5Hz인 교량의 교량 노면(120)을 통행하는 차량(10)의 속도(νb)가 60km/hr 인 경우에, 이 교량의 공진을 피하기 위한 목표 고유진동수(ft)는 차량(10)의 고유진동수 2Hz, 교량(1)의 1차 연직방향 휨 모드의 고유진동수 5Hz 및 교량(1)의 1차 비틀림 모드의 고유진동수 10Hz의 배수가 아니면서 동시에 2Hz, 5Hz, 10Hz 보다 큰 값인 11Hz로 설정하는 것이 바람직하다. For example, the vehicle 10 passing through the bridge road surface 120 of the bridge whose natural frequency of the primary vertical bending mode of the bridge 1 is 2 Hz, and the natural frequency of the primary torsion mode of the bridge 1 is 5 Hz. ) When the speed (ν b ) is 60 km/hr, the target natural frequency (f t ) to avoid resonance of this bridge is the natural frequency of the vehicle (10) 2 Hz, the primary vertical bending mode of the bridge (1) It is desirable to set the natural frequency of 5Hz and the natural frequency of the primary torsion mode of the bridge (1) to 11Hz, which is a value greater than 2Hz, 5Hz, and 10Hz at the same time.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

상술한 값 즉, ft=11Hz, νb=60km/hr을 [수학식 1]에 대입하여 계산해보면, 상기의 [수학식 2]와 같이 복수개의 요철 사이의 간격(Lr)이 1.52m 가 산출되는 것을 알 수 있다. 즉, 1차 연직방향 휨 모드의 고유진동수가 2Hz이고 1차 비틀림 모드의 고유진동수가 5Hz인 교량(1)의 교량 노면(120)을 60km/hr의 속도로 차량이 주행하는 경우에, 교량 노면(120)에 1.52m의 간격으로 복수개의 요철(130)을 설치하면 교량의 공진을 방지하거나 진동을 제어할 수 있게 된다.When calculating by substituting the above value, f t = 11 Hz, νb = 60 km/hr into [Equation 1], the spacing (L r ) between a plurality of irregularities is equal to 1.52 m, You can see that it is calculated. That is, when the vehicle is traveling at a speed of 60 km/hr, the bridge road surface 120 of the bridge 1 having the natural frequency of the primary vertical bending mode of 2 Hz and the natural frequency of the primary torsional mode is 5 Hz, the bridge road surface When a plurality of irregularities 130 are installed at intervals of 1.52 m at 120, it is possible to prevent resonance of the bridge or control vibration.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템(100)에 따른 진동제어수단, 즉 복수개의 요철(130)이 교량 노면(120)에 형성된 교량(1)의 진동제어의 효율성을 검증하기 위한 수치해석 실험의 결과에 대해서 설명한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 5 to 8, vibration control means according to the bridge vibration control system 100 according to an embodiment of the present invention, that is, a plurality of irregularities 130 formed on the bridge road surface 120 (1 ) The results of numerical analysis experiments to verify the efficiency of vibration control will be described.

도 5는 TMD가 설치된 종래의 교량의 진동제어의 효율성을 검증하기 위한 수치해석 시뮬레이션 모델의 개념도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템이 적용된 교량의 진동제어의 효율성을 검증하기 위한 수치해석 시뮬레이션 모델의 개념도, 도 7은 도 5에 따른 수치 해석에 따른 실험 결과를 나타낸 그래프, 도 8은 도 6에 따른 수치 해석에 따른 실험 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a conceptual diagram of a numerical simulation model for verifying the efficiency of vibration control of a conventional bridge in which a TMD is installed, and FIG. 6 is verifying the efficiency of vibration control of a bridge to which a bridge vibration control system according to an embodiment of the present invention is applied A conceptual diagram of a numerical analysis simulation model to perform, FIG. 7 is a graph showing the experimental results according to the numerical analysis according to FIG. 5, and FIG. 8 is a graph showing the experimental results according to the numerical analysis according to FIG. 6.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 실험은 교량(1,1')을 2차원 빔요소로 모델링하되 연장 40m의 단순보로 모델링하고, 교량(1,1')을 주행하는 차량(10)은 교량의 1차 고유진동수와 동일한 고유진동수를 갖는 단순화된 1축 시스템으로 모델링하여, 차량(10)이 교량(1,1')을 통과할 때 공진이 발생되도록 모델링하였다. 이때, 차량(10)이 교량(1,1')을 통과할 때의 변위와 차량(10)이 교량(1,1')을 통과한 후에 약 10초 동안 감쇠자유진동 상태에서 발생하는 변위를 계산하였다. 5 and 6, the experiment modeled the bridge (1,1') as a two-dimensional beam element, but modeled as a simple beam with an extension of 40m, and a vehicle (10) driving the bridge (1,1') ) Is modeled as a simplified one-axis system with the same natural frequency as the primary natural frequency of the bridge, so that resonance occurs when the vehicle 10 passes through the bridge (1,1'). At this time, the displacement when the vehicle 10 passes through the bridge (1,1') and the displacement occurring in the damping free vibration state for about 10 seconds after the vehicle 10 passes through the bridge (1,1') It was calculated.

여기서, 실험은 두 가지 경우로 구분하여 교량의 처짐을 비교 및 분석하였다. 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 교량(1')의 경간 중간에 TMD(동조질량감쇠기)를 모델링하고 TMD의 설치 전과 설치 후의 변위, 즉 교량(1')의 최대 처짐과 교량(1')의 진폭RMS의 RMS(Root Mean Square) 값 변화를 비교 분석하였다. Here, the experiment was divided into two cases to compare and analyze the deflection of the bridge. Specifically, as shown in FIG. 5, the TMD (tuned mass attenuator) is modeled in the middle of the span of the bridge 1 ′, and the displacement before and after the installation of the TMD, that is, the maximum deflection and bridge of the bridge 1 ′ (1) The change of the RMS (Root Mean Square) value of amplitude RMS of') was compared and analyzed.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 진동 제어 시스템(100)의 복수개의 요철(130)이 교량 노면(120)에 형성된 교량(1)을 모델링하여 복수개의 요철(130)의 형성 전과 형성 후의 변위, 즉 교량(1)의 최대 처짐과 교량(1)의 진폭RMS의 RMS 값 변화를 비교 분석하였다. In addition, as shown in FIG. 6, a plurality of irregularities 130 of the bridge vibration control system 100 according to an embodiment of the present invention are modeled on the bridge surface 120 to form a plurality of irregularities by modeling the bridges 1 The displacement before and after the formation of (130), that is, the maximum deflection of the bridge (1) and the change in the RMS value of the amplitude RMS of the bridge (1) were compared and analyzed.

참고로, 교량(1)의 길이는 40m로 설정하였으며, 차량(10)에는 바퀴(12)에 연결된 현가장치를 스프링(13)과 댐퍼(14)로 모델링 하였다. For reference, the length of the bridge 1 was set to 40 m, and the suspension device connected to the wheel 12 was modeled on the vehicle 10 with a spring 13 and a damper 14.

또한, 교량(1)의 교량 노면(120)에 복수개의 요철(130)이 설치되는 경우에, 교량 노면(120)에 대한 요철(130)의 깊이는 0.01m로 설정하였으며, 복수개의 요철(130) 사이의 간격(Lr)은 1.60m로 설정하였다. In addition, when a plurality of irregularities 130 are installed on the bridge road surface 120 of the bridge 1, the depth of the irregularities 130 with respect to the bridge road surface 120 is set to 0.01 m, and the plurality of irregularities 130 ) gap between (L r) was set to 1.60m.

하기 [표 1]은 도 5에 도시된 바와 같이 교량(1')에 TMD를 설치한 경우(b)와, 도 6에 도시된 바와 같이 교량(1)의 교량 노면(120)에 복수개의 요철(130)을 설치한 경우(c)에 있어서, 교량(1,1')의 최대 처짐과 교량(1,1')의 진폭의 RMS 값 변화를 TMD 및 복수개의 요철이 형성되지 않은 교량(a)과 비교한 결과를 나타낸 표이다. The following [Table 1] shows a case where the TMD is installed on the bridge 1'as shown in FIG. 5 (b) and a plurality of irregularities on the bridge road surface 120 of the bridge 1 as shown in FIG. When (130) is installed, the maximum deflection of the bridge (1,1') and the change in the RMS value of the amplitude of the bridge (1,1') TMD and a plurality of uneven bridges (a) ).

[표 1] [Table 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

도 7은 도 5에 도시된 바와 같은 TMD를 설치하기 전과 설치한 후 교량의 변위가 시간이 경과함에 따라 변하는 것을 보여주는 그래프이고, 도 8은 도 6에 도시된 바와 같은 복수개의 요철을 설치하기 전과 설치한 후 교량의 변위가 시간이 경과함에 따라 변하는 것을 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing that the displacement of a bridge changes over time before and after installing the TMD as shown in FIG. 5, and FIG. 8 is before and after installing a plurality of irregularities as shown in FIG. This graph shows that the displacement of a bridge after installation changes over time.

우선, [표 1]을 참조하면, 교량의 진동제어를 위해 교량에 TMD 및 복수개의 요철을 설치하지 않은 경우에는 차량 통행시 교량의 최대 처짐이 9.95mm 발생하였고 교량의 감쇠자유진동 상태에서는 5.51mm의 최대 처짐이 발생하였다. 또한, 감쇠자유진동 상태에서의 진폭 RMS 값은 0.0015 mm 이고 감쇠비는 1.87% 였다.First, referring to [Table 1], when the TMD and a plurality of irregularities are not installed on the bridge for vibration control of the bridge, the maximum deflection of the bridge occurs when the vehicle passes, and the bridge decays to 5.51 mm. Maximum deflection occurred. In addition, the amplitude RMS value in the damping free vibration state was 0.0015 mm and the damping ratio was 1.87%.

한편, [표 1] 및 도 7을 참조하면, 교량(1')에 TMD를 설치한 경우에는 차량 통행시 교량(1')의 최대 처짐이 9.35mm 발생하였는데, 아무것도 설치되지 않은 교량([표 1]의 (a) 참고)의 최대 처짐 9.95mm 보다 최대 처짐이 6% 감소했음을 확인할 수 있다. 또한, 감쇠자유진동 상태에서는 2.62mm의 최대 처짐이 발생하였는데, 아무것도 설치되지 않은 교량([표 1]의 (a) 참고)의 최대 처짐 5.51mm 보다 최대 처짐이 52% 감소했음을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to [Table 1] and FIG. 7, when the TMD is installed on the bridge 1', the maximum deflection of the bridge 1'when the vehicle passes is 9.35 mm. It can be seen that the maximum deflection was reduced by 6% than the maximum deflection of 9.95mm in (1) (see (a)). In addition, the maximum deflection of 2.62mm occurred in the damping free vibration state. It can be seen that the maximum deflection was reduced by 52% from the maximum deflection of 5.51mm of the bridge (see (a) in [Table 1]).

반면에, [표 1] 및 도 8을 참조하면, 교량(1)의 교량 노면(120)에 복수개의 요철(130)을 설치한 경우에는 차량 통행시 교량(1)의 최대 처짐이 7.75mm 발생하였는데, 아무것도 설치되지 않은 교량([표 1]의 (a) 참고)의 최대 처짐 9.95mm 보다 최대 처짐이 22% 감소했음을 확인할 수 있다. 또한, 감쇠자유진동 상태에서는 1.42mm의 최대 처짐이 발생하였는데, 아무것도 설치되지 않은 교량([표 1]의 (a) 참고)의 최대 처짐 5.51mm 보다 최대 처짐이 74% 감소했음을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to [Table 1] and FIG. 8, when a plurality of irregularities 130 are installed on the bridge road surface 120 of the bridge 1, the maximum deflection of the bridge 1 when the vehicle passes is 7.75 mm. However, it can be confirmed that the maximum deflection was reduced by 22% compared to the maximum deflection of 9.95 mm of the bridge (see (a) in [Table 1]) where nothing was installed. In addition, the maximum deflection of 1.42 mm occurred in the damping free vibration state, and it can be seen that the maximum deflection was reduced by 74% from the maximum deflection of 5.51 mm of the bridge (see (a) in [Table 1]).

이와 같이, 교량에 복수개의 요철을 설치한 경우가 TMD를 설치한 경우 보다 공진 효과가 감소되어 교량의 처짐이 크게 감소된다는 것을 알 수 있다.As described above, it can be seen that when a plurality of irregularities are installed in the bridge, the resonance effect is reduced and the deflection of the bridge is greatly reduced than when the TMD is installed.

또한, [표 1], 도 7 및 도 8을 참조하여 교량 진폭의 RMS 값을 비교해 보면, TMD를 설치한 경우는 아무것도 설치하지 않은 경우 보다 진폭의 RMS 값이 57% 감소한 반면에 복수개의 요철을 설치한 경우는 아무것도 설치하지 않은 경우 보다 진폭의 RMS 값이 73% 감소하였음을 확인할 수 있다. 즉, 교량의 교량 노면에 복수개의 요철을 설치한 경우에 진동의 크기가 크게 감소된다는 것을 알 수 있다.In addition, when comparing the RMS values of the bridge amplitude with reference to [Table 1], FIGS. 7 and 8, when the TMD is installed, the RMS value of the amplitude is reduced by 57% compared to the case where nothing is installed. When installed, it can be confirmed that the RMS value of the amplitude was reduced by 73% than when nothing was installed. That is, it can be seen that the magnitude of vibration is greatly reduced when a plurality of irregularities are installed on the road surface of the bridge.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 교량 진동 제어 시스템은 공용 중인 교량에 지배적으로 발생하는 연직 방향의 큰 진동을 제어하기 위하여 운전자 주의 환기가 주목적인 노면요철 포장을 진동제어 목적으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.As described above, the bridge vibration control system according to the present invention has the advantage that the driver's attention can be used for the purpose of vibration control for the purpose of controlling the large vibration in the vertical direction, which occurs predominantly in the bridge in use. have.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, in one embodiment of the present invention, it has been described by specific matters such as specific components, etc., and by limited embodiments and drawings, which are provided to help a more comprehensive understanding of the present invention, and the present invention It is not limited, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should not be determined, and all claims that are equivalent to or equivalent to the scope of the claims as well as the claims described below will be included in the scope of the spirit of the present invention.

1: 교량
10: 차량
12: 바퀴
100: 교량 진동 제어 시스템
110: 교각
120: 교량 노면
130: 복수개의 요철
1: Bridge
10: vehicle
12: wheels
100: bridge vibration control system
110: Pier
120: bridge road surface
130: a plurality of irregularities

Claims (9)

교량의 교량 노면에 형성되어, 상기 교량 노면을 주행하는 차량에 의해 교량에 발생하는 진동을 저감하거나 교량의 공진을 방지하는 진동제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
Bridge vibration control system is formed on the bridge road surface of the bridge, characterized in that it comprises vibration control means for reducing the vibration generated in the bridge by the vehicle driving the bridge road surface or to prevent the resonance of the bridge.
제1항에 있어서,
상기 진동제어수단은 상기 차량의 바퀴에 충격되어 상기 차량의 고유모드 또는 고유진동수를 변화시킴으로써 교량의 진동을 저감하거나 교량의 공진을 방지하는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
According to claim 1,
The vibration control means is shocked by the wheel of the vehicle to reduce the vibration of the bridge or to prevent the resonance of the bridge by changing the natural mode or the natural frequency of the vehicle bridge vibration control system.
제2항에 있어서,
상기 진동제어수단은 상기 교량 노면에 형성된 복수개의 요철을 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
According to claim 2,
The vibration control means comprises a plurality of irregularities formed on the road surface of the bridge, the bridge vibration control system.
제3항에 있어서,
상기 복수개의 요철은 상기 교량 노면에 인입되는 음각 형태 또는 상기 교량 노면에서 돌출되는 양각 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
According to claim 3,
The plurality of concavo-convex bridge vibration control system characterized in that it is formed in an intaglio shape that is introduced into the road surface of the bridge or embossed shape protruding from the road surface of the bridge.
제3항에 있어서,
상기 복수개의 요철은 상기 차량의 진행 방향에서 볼 때 상기 교량의 진입부에 형성되거나, 상기 교량의 진입부에서부터 중앙부까지 형성되거나, 상기 교량의 진입부 및 중앙부에 형성되는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
According to claim 3,
The plurality of irregularities is formed in the entrance of the bridge when viewed from the direction of travel of the vehicle, formed from the entrance to the center of the bridge, or formed in the entrance and the center of the bridge, vibration vibration control system.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수개의 요철 사이의 간격과 상기 복수개의 요철을 지나는 상기 차량의 속도에 의해서 상기 차량에 의해 상기 교량에 발생하는 진동을 저감하거나 상기 교량의 공진을 방지하는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
The method according to any one of claims 3 to 5,
Bridge vibration control system, characterized in that to reduce the vibration generated in the bridge by the vehicle or to prevent the resonance of the bridge by the interval between the plurality of irregularities and the speed of the vehicle passing through the plurality of irregularities.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수개의 요철 사이의 간격은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
[수학식]
Figure pat00005

(단, Lr 은 복수개의 요철 사이의 간격, νb 는 교량 노면을 주행하는 차량의 속도, ft 는 교량의 공진을 피하기 위한 목표 고유진동수)
The method according to any one of claims 3 to 5,
Bridge vibration control system, characterized in that the interval between the plurality of irregularities is calculated by the following equation.
[Mathematics]
Figure pat00005

(However, L r is the interval between a plurality of irregularities, ν b is the speed of the vehicle driving on the road surface of the bridge, f t is the target natural frequency to avoid resonance of the bridge)
제7항에 있어서,
상기 목표 고유진동수는,
상기 교량 노면을 주행하는 차량의 고유진동수, 상기 교량의 1차 휨 모드의 고유진동수 및 상기 교량의 1차 비틀림 모드의 고유진동수 중에서 가장 큰 값보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
The method of claim 7,
The target natural frequency is,
Bridge vibration control system, characterized in that it has a value greater than the largest of the natural frequency of the vehicle traveling on the road surface of the bridge, the natural frequency of the primary bending mode of the bridge and the natural frequency of the primary torsion mode of the bridge.
제8항에 있어서,
상기 목표 고유진동수는,
상기 교량 노면을 주행하는 차량의 고유진동수, 상기 교량의 1차 휨 모드의 고유진동수 및 상기 교량의 1차 비틀림 모드의 고유진동수 각각의 배수는 아닌 값으로 선택되는 것을 특징으로 하는 교량 진동 제어 시스템.
The method of claim 8,
The target natural frequency is,
Bridge vibration control system, characterized in that the natural frequency of the vehicle traveling on the road surface of the bridge, the natural frequency of the primary bending mode of the bridge and the natural frequency of the primary torsion mode of the bridge, respectively, is selected.
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