KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

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Closing Analysis of Symmetric Steel Cable-stayed Bridges and Estimation of Construction Error

대칭형 강 사장교의 폐합해석과 시공오차의 예측

  • 이민권 (제일엔지니어링) ;
  • 이해성 (서울대학교 지구환경시스템공학부)
  • Received : 2005.03.11
  • Accepted : 2005.10.28
  • Published : 2006.01.31
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Abstract

This paper presents the closing analysis of a symmetric steel cable-stayed bridge erected by a free cantilever method. Two independent structural systems are formed before the closing procedure of a bridge is performed, and thus the compatibility conditions for vertical displacement and rotational angle are not satisfied at the closing section without the application of proper sectional forces. Since, however, it is usually impossible to apply sectional forces at the closing section, the compatibility conditions should be satisfied by proper external forces that can be actually applicable to a bridge. Unstrained lengths of selected cables and the pull-up force of a derrick crane are adjusted to satisfy nonlinear compatibility conditions, which are solved iteratively by the Newton-Raphson method. Cable members are modeled by the elastic catenary cable elements, and towers and main girders are discretized by linear 3-D frame elements. The sensitivities of displacement with respect to the unstrained lengths of selected cables and the pull-up force of the derrick crane are evaluated by the direct differentiation of the equilibrium equation. A Monte-Carlo simulation approach is proposed to estimate expected construction errors for a given confidence level. The proposed method is applied to the second Jindo Grand Bridge to demonstrate its validity and effectiveness.

이 논문에서는 캔틸레버 공법으로 시공되는 대칭형 강 사장교의 폐합해석법을 제안한다. 폐합시공 전에는 폐합단면 양쪽에서 두개의 독립적인 구조계가 성립되기 때문에 폐합단면에 적절한 단면력을 가해 주어야만 폐합단면에서 수직 처짐과 회전각에 대한 적합조건을 만족시킬 수 있다. 그러나 실제 시공에서는 폐합단면에 단면력을 재하하는 것이 거의 불가능하기 때문에 시공 중에 실제로 교량에 재하할 수 있는 외력에 의하여 적합조건을 만족시켜야 한다. 이 논문에서는 몇 개 케이블의 무응력 길이와 데릭 크레인의 인양력을 조정하여 적합조건을 만족시킬 수 있는 해석 방법을 제안한다. 적합조건식은 케이블의 무응력 길이와 크레인 인양력에 대하여 비선형이므로 Newton-Raphson 방법에 의하여 반복적으로 푼다. 케이블 부재는 탄성현수선 요소를 사용하여 모델링하였고, 주탑과 거더는 일반적인 3차원 뼈대요소를 사용하여 이산화하였다. 교량의 케이블 무응력 길이와 인양력에 대한 변위 민감도는 평형방정식을 직접 미분하여 계산하였다. 주어진 신뢰도 구간에서 시공 오차를 예측하기 위한 몬테-카를로 모사법을 제안하였다. 제안된 방법을 제 2 진도대교의 폐합시공에 적용하여 그 타당성과 효율성을 검증하였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 건설교통부

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