KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Section Model Study on the Aerodynamic Behaviors of the Cable-Stayed Bridges with Two I-Type Girders Considering Structural Damping and Turbulence Intensity

2개의 I형 거더를 가진 사장교의 구조감쇠비 및 난류강도를 고려한 공기역학적 거동에 관한 단면모형실험 연구

  • 조재영 (고려대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 김영민 ((주)대우건설 기술연구원 기술지원팀) ;
  • 조영래 (고려대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 이학은 (고려대학교 사회환경시스템공학과)
  • Received : 2006.06.14
  • Accepted : 2006.10.16
  • Published : 2006.11.29
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Although the cable-stayed bridges with two I-type girders inherently do not have good aerodynamic characteristics, a lot of the bridges with this type girders are constructed in Korea recently because of an economical merit. This paper investigated the aerodynamic characteristics of the cable-stayed bridges with two I-type girders. Section model tests were conducted in order to investigate the aerodynamic behaviors of this section with varying of the angles of attack, turbulence intensity and damping ratios. Two deck section configurations with different torsional stiffness were studied under construction and after completion respectively. Three types of the fairings were investigated to improve the aerodynamic characteristics of the bridges. The result of this study showed that the traditional section model test in uniform flow estimates the aerodynamic behavior rather pessimistically. The wind induced responses of the bridges were severely varied in accordance with the turbulence intensity and the structural damping ratio. The proposed fairing reduced the magnitude of the vortex-shedding vibrations and buffeting responses. It also increased the wind speed at which flutter occurs. It is expected that these investigations would provide a lot of information for the design of the cable stayed bridges with two I-type girders regarding wind resistance.

본질적으로 두 개의 I형 거더를 가진 사장교는 공기역학적으로 불리한 특성을 가지고 있음에도 불구하고 경제적으로 유리하기 때문에 최근 우리나라에서 많이 건설되고 있다. 본 논문에서는 두 개의 I형 거더를 가지는 사장교의 실제 조건 하에서의 공기역학적 특성을 평가하기 위하여 영각, 난류강도, 감쇠비를 변화시켜가면서 단면모형실험을 수행하였다. 비틀림 강성이 다른 두 개의 상부 단면 형식이 시공단계 및 완공 후에 대하여 각각 조사되었고 교량의 공기역학적 특성을 향상시키기 위하여 3가지 형식의 페어링이 고려되었다. 연구결과, 전통적인 등류에서의 단면모형실험은 다소 비관적으로 공기역학적 거동을 평가하고 있으며 교량의 바람에 의한 응답은 난류강도와 구조감쇠비에 따라 현저하게 변화하는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제시된 페어링은 와류진동 및 버페팅 진동을 감소시켰으며 또한, 플러터의 발생속도도 증가시켰다. 본 연구결과는 두 개의 I형 거더를 가지는 사장교의 내풍설계를 위한 많은 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

Keywords

References

  1. 이승우 등(2004) 다양한 공기역학적 장치에 대한 행 교량 단면의 플러터풍속 비교, 한국풍공학회 학술발표회논문집, Vol. 7, pp. 189-196
  2. 이학은 외(2003) 부산-거제간 연결도로 민간투자사업 사장교 기본 설계 풍동실힘보고서, 고려대학교 방재과학기술연구센터
  3. 조재영, 이학은, 김영민(2006) 교량단면의 공기력계수 및 플러터 계수에 관한 실험적 연구, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제26권 제5A호, pp. 887-899
  4. 조재영, 심종한, 이학은, 권오훈(2006) 강사장교 가설 중 임시 제진방법에 대한 풍동실험 연구, 한국강구조학회논문집, 한국 강구조학회, 제18권 제l호, pp. 33-45
  5. 조재영, 김영민, 김창환, 이학은(2004) 2주형 사장교의 공기역학적 제진 특성 비교, 한국풍공학회 학술발표회논문집, Vol. 7, pp. 197-204
  6. 조재영, 김영민, 이학은, 윤기용(2004) 형 거더를 가진 4경간 사장교의 동적거동에 관한 실험적 연구, 한국방재학회논문집, 한국방재학회, 제4권 제 1호, pp. 15-24
  7. 한국도로공사(1998) 서해안 고속도로 서해대교 사장교 상부구조 보완설계 풍동시험 보고서
  8. Daito, Y, Matsumoto, M., and Araki, K. (2002) Torsional flutter mechanism of two-edge girders for long-span cable-stayed bridge, .J Wind Eng. Ind Aerodyn., 90, pp. 2127-2141 https://doi.org/10.1016/S0167-6105(02)00329-X
  9. Irwin, P.A (1984) Wind tunnel tests of long span bridge, Final Report, 12th Congress IABSE, pp. 689-696
  10. Irwin, P.A. (1998) The role ofwind tunnel modelling in the prediction of wind effects on bridges, Proceedings of the International Symposium on Advances in Bridge Aerodynamics, Copenhagen, Denmark Ed. Larsen & Esdahl, Balkema, Rotterdam, pp. 99-118
  11. John, J.M., et al. (1984) Design ofthe cable-stayed Mississippi river bridge at Quincy, Illinois, Transportation Research Record 950, pp.34-50
  12. King, J.P.C., Kim, J.D., and Kong, L. (2004) A study ofwind effects for Busan Geoje Grand Bridge Busan, Korea- Section model investigation, The University of Western Ontario, Faculty of Engineering Research Report, BLWT-SS63-2004, The Universityof Western Ontario, London, Ontario, Canada
  13. Kubo, Y, et al. (2001) Improvement ofaeroelastic instability ofshallow shape section, J. WindEng. Ind Aerodyn. 89, pp. 1445-1457 https://doi.org/10.1016/S0167-6105(01)00151-9
  14. Kubo, Y, et al. (2002) Aerodynamic performance ofimproved shallow shape bridge deck, J. Wind Eng. Ind Aerodyn. 90, pp. 2113-2125 https://doi.org/10.1016/S0167-6105(02)00328-8
  15. Lee, H.E., et al. (2004) Section model tests for the design of the cable stayed bridge, LOTI, Busan-Geoge Fixed Link, Research Center for Disaster Prevention Science and Technology, Korea University, Korea
  16. Murakami, T., et al. (2002) Investigation on aerodynamic and structural countermeasures for cable-stayed bridge with 2-edge I-shaped girder, J. Wind Eng. Ind Aerodyn. 90, pp. 2143-2151 https://doi.org/10.1016/S0167-6105(02)00330-6
  17. Thomas Telford Limited (1981) Bridge Aerodynamics, Proceedings ofa conference of Institution of Civil Engineers, London