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변동풍속의 공간분포와 비정상공기력의 주파수 의존성을 동시에 고려한 사장교의 시간영역 공탄성 해석

Time-Domain Aeroelastic Analysis of a Cable-Stayed Bridge Considering Spatially Correlated Wind Velocity Fluctuation and Frequency-Dependent Unsteady Forces

서정인|안동희|김호경
한국풍공학회|2009.08|한국풍공학회지 (Journal of the Wind Engineering Institute of Korea)|제13권 제2호|pp. 91-101

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공탄성사장교시간영역Time-domain비정상Cable-stayed bridge버페팅변동풍속주파수 의존BuffetingAeroelasticWind velocity fluctuationUnsteadyFrequency-dependency

초록

변동풍속 하에서 사장교의 공탄성 응답을 평가하기 위한 시간영역 해석기법을 제시하였다. 시간영역 해석법에서 중요하게 다루고 있는 두 가지 사항을 동시에 고려하였다. 첫째는 인공적으로 생성된 변동풍속의 공간분포 특성이며 둘째는 비정상 공기력의 주파수 의존성이다. 이 두 특성은 기존 논문에서도 개별적으로 검토된 바 있지만, 본 연구에서는 이를 동시에 고려함으로써 기존 개별 논문에 비하여 시간영역 공탄성 해석 결과가 실교량의 거동을 보다 정확히 구현할 수 있도록 하였다. 실교량을 대상으로 이와 같이 두 특성을 고려한 시간영역 해석결과를 도출한 뒤, 이 두 특성을 비교적 쉽게 반영할 수 있는 주파수영역 해석법의 결과와 비교함으로써 제안된 공탄성 해석법이 타당한 결과를 줌을 입증하였다. 이를 통하여 향후 장대교량의 제진 설계나 비선형 공탄성해석에 활용될 수 있는 시간영역 해석법을 제시하였다.

Abstract

A time-domain analysis procedure is proposed for the estimation of aeroelastic responses of a cable-stayed bridge due to up-coming wind velocity fluctuation. Two important issues in a time-domain analysis are considered. One of the issues is a spatially correlated wind velocity fluctuation that is generated artificially, and the other is a frequency-dependency of unsteady aeroelastic force. Even though these two issues were investigated separately in previous papers, this study is intended to integrate both issues so as to produce much closer results of time domain buffeting analysis in estimating bridge responses. The time-domain responses are calculated for an actual bridge and compared with those by the frequency-domain analysis for the verification of the proposed method. The proposed time-domain platform is expected to be applied to vibration controls and/or nonlinear aeroelastic analysis for long-span bridges.

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