Suggestion of Reasonable Analysis Model for Steel Transmission Tower Based on KEPCO Design Specifications

송전철탑 설계기준을 반영한 345kV급 송전철탑의 합리적인 구조해석모델 제안

A transmission tower was designed using the structural methodology to assume a simple truss behavior. However, there is a big difference between a simple truss behavior and a real one. A suitable explanation of structural stability is that it is a semi-rigid connection and not the assumed hinged connection. This study proposes an alternative structural-analysis modeling strategy for the transmission tower design. The element models that were considered were the truss element model, the beam element model, and the combined beam-truss element model. This study includes linear static analysis, free-vibration analysis, and elastic buckling analysis with respect to the design load. The results of the analysis indicate that the axial forces, axial stresses, and maximum displacements of the three analytical models are very similar. However, the bending moments and stresses of the beam element model and of the combined beam-truss element model are significantly high. The results of the free-vibration and elastic buckling analyses show that the beam-truss model can be conservatively used for the transmission tower design.

전력 수요의 증가로 인해 송전철탑의 고용량, 대용량화가 요구되어왔지만 아직 대부분을 차지하고 있는 345kV급 송전철탑에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 현재 해석 설계되고 있는 방식은 2차원 트러스요소를 사용하여 양단은 힌지접합으로 축력만 작용하고 있는 것으로 가정한다. 이러한 방식을 3차원 트러스 요소에 적용하였을 때, 면 외로 작용하는 하중에 대해 무한변위가 발생하는 구조해석적인 문제점을 가지고 있다. 이에 본 연구는 보다 합리적인 요소 선택을 통한 구조해석 방식을 제안하기 위해 기존의 3차원 트러스요소 모델, 보요소 모델, 주주재와 수평재는 보요소로 모사하고 사재 및 기타 복재는 트러스로 모사한 보-트러스요소 모델 등 세 모델을 실제 설계 시공된 345kV급 송전철탑에 대해 설계하중 내에서 구조해석프로그램을 이용한 정적해석, 자유진동해석, 선형좌굴해석을 수행하였다. 구조해석 결과, 세 모델 모두 축력 및 축응력, 변위에서는 큰 차이가 나타나지 않았으나 보요소모델과 보-트러스요소 모델에서 휨응력의 비율이 축응력에 대해 크게 나타났다. 자유진동해석과 탄성좌굴해석의 결과를 통해 보-트러스요소 모델이 송전철탑 설계 및 해석에 있어서 더 안전측으로 고려될 수 있음을 확인하였다.