Abstract
The cables in cable-stayed bridges are under high stress and are very sensitive to vibration due to their small section areas compared with other members. Therefore, it is reasonable to evaluate the cable impact factor by taking into account the dynamic effect due to moving-vehicle motion. In this study, the cable impact factors were evaluated via moving-vehicle-load analysis, considering the design parameters, i.e., vehicle weight, cable model, road surface roughness, vehicle speed, longitudinal distance between vehicles. For this purpose, two steel composite cable-stayed bridges with 230- and 540-m main spans were selected. The results of the analysis were then compared with those of the influence line method that is currently being used in design practice. The road surface roughness was randomly generated based on ISO 8608, and the convergence of impact factors according to the number of generated road surfaces was evaluated to improve the reliability of the results. A9-d.o.f. tractor-trailer vehicle was used, and the vehicle motion was derived from Lagrange's equation. 3D finite element models for the selected cable-stayed bridges were constructed with truss elements having equivalent moduli for the cables, and with beam elements for the girders and the pylons. The direct integration method was used for the analysis of the bridge-vehicle interaction, and the analysis was conducted iteratively until the displacement error rate of the bridge was within the specified tolerance. It was acknowledged that the influence line method, which cannot consider the dynamic effect due to moving-vehicle motion, could underestimate the impact factors of the end-cables at the side spans, unlike moving-vehicle-load analysis.
사장교의 케이블은 타 부재에 비해 단면적이 매우 작고 고응력 상태이므로 진동에 매우 민감한 부재이다. 따라서 사장교 케이블의 충격계수는 실제 차량의 주행으로 발생하는 동적 효과를 반영하여 평가하는 것이 합리적이다. 이에 본 연구에서는 차량 중량, 케이블 모델, 노면조도, 차량속도 및 차량간격의 설계변수를 고려하여 중앙경간 230m 및 540m의 강합성 사장교를 대상으로 차량 이동하중 해석을 수행하여 케이블의 충격계수를 평가하고, 현재 실무에서 사용되고 있는 영향선을 이용한 방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 노면조도는 ISO 8608 규정에 근거하여 랜덤 생성하였으며, 생성 회수에 따른 케이블 충격계수의 수렴 추이를 분석함으로써 결과의 신뢰도를 확보하였다. 또한, 차량모델은 9-자유도를 갖는 트랙터-트레일러 형식의 트럭 모델을 적용하였으며 차량의 운동방정식은 Lagrange운동방정식으로부터 유도하였다. 해석 대상 교량은 3차원 유한요소모델로 구축하였으며 보강형과 주탑은 보요소, 케이블은 등가탄성계수를 갖는 트러스요소를 사용하였다. 이동하중으로 인한 교량-차량 상호작용 해석에는 직접적분법을 사용하였으며, 교량의 변위 오차율이 허용 범위 내에 수렴될 때까지 반복 해석을 수행하였다. 그 결과, 실제 차량의 주행으로 발생하는 동적 효과를 고려하지 못하는 영향선 기법은 차량 이동하중 해석에 비해 측경간 단부 케이블의 충격계수를 과소평가할 수 있는 것으로 나타났다.
