KR100674594B1 - Device and method for mitigating the cable vibration in cable-stayed bridge - Google Patents

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KR100674594B1
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이종세
황인호
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

A vibration reduction unit of a cable in a cable-stayed girder bridge and a vibration reduction method thereof are provided to reduce vibration of the cable by moving an end of the cable perpendicularly, and to improve appearance of the cable-stayed girder bridge by fixing a damping unit in an anchorage and the end of the cable. A vibration reduction unit(100) of a cable(30) in a cable-stayed girder bridge includes a damping unit(40) installed in the cable connected to a deck(20) of the bridge for reducing vibration of the cable. The end of the cable is moved to the diameter of the cable in the deck by a moving unit, and a bearing unit(50) is fastened to the cable and the deck of the cable-stayed girder bridge. The cable is inserted to a penetration hole of the bearing unit, and the bearing unit is composed of plural metal plates laminated and arranged longitudinally and plural rubber members arranged between the plates, made of plate rubber and mounted to the metal plates. Vibration of the cable is reduced by a high damping rubber.

Description

사장교 케이블의 진동저감유니트 및 그 진동저감방법{Device and method for mitigating the cable vibration in cable-stayed bridge }Device and method for mitigating the cable vibration in cable-stayed bridge}

도 1은 종래의 일례에 따른 사장교 케이블의 진동저감유니트의 개략적인 도면이다. 1 is a schematic diagram of a vibration reduction unit of a cable-stayed bridge cable according to a conventional example.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사장교 케이블의 진동저감유니트의 개략적인 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a vibration reduction unit of a cable-stayed bridge cable according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 베어링장치의 측면도이다. 3 is a side view of the bearing device shown in FIG.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 3.

도 5는 도 2에 도시된 진동저감유니트를 적용한 케이블의 해석모델이다. FIG. 5 is an analysis model of a cable to which the vibration reduction unit shown in FIG. 2 is applied.

도 6 및 도 7은 도 5의 모델의 진동저감 성능을 설명하기 위한 그래프이다. 6 and 7 are graphs for explaining the vibration reduction performance of the model of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1...사장교 10...주탑1 ... cable-stayed bridge 10 ... pylon

11...교각 20...교량 상판11 Bridges 20 Bridges

21...상판 본체 22...고정부재21.Top panel body 22.Fixing member

30...케이블 31...앵커헤드30.Cable 31.Anchor head

40...감쇠장치 50...베어링장치40 ... Damping device 50 ... Bearing device

51...판부재 52...관통공51 ... plate member 52 ... through hole

53...고무부재 53 ... rubber member

100...사장교 케이블의 진동저감유니트100 ... Vibration reduction unit of cable-stayed bridge

531...고무요소531 Rubber Elements

본 발명은 사장교 케이블의 진동저감유니트 및 그 진동저감방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사장교의 미관을해지지 않으면서 그 사장교의 케이블에 발생하는 진동을 효과적으로 저감할 수 있도록 구조가 개선된 사장교 케이블의 진동저감유니트 및 그 진동저감방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration reduction unit of a cable stayed bridge and a vibration reduction method thereof, and more particularly, to a structure of an cable stayed bridge having an improved structure so as to effectively reduce vibration generated in a cable of a cable stayed bridge without losing the aesthetics of the cable stayed bridge. A vibration reduction unit and a vibration reduction method thereof.

종래의 일례에 따른 사장교는 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 사장교(1)는 하나 이상의 주탑(10)과, 상기 각 주탑(10)을 지지하며 지중에 박혀있는 교각(11)과, 상기 주탑(10)의 길이방향과 수직하게 배치되는 교량 상판(20)과, 각각의 일단부가 상기 주탑(10)에 고정되며 각각의 타단부가 상기 교량 상판(20)(deck)에 연결되는 다수의 케이블(30)을 구비한다. 상기 교량 상판(20)은 상판 본체(21)와, 상기 상판 본체(21)에 고정되는 다수의 고정부재(22)를 구비한다. 상기 각 케이블(30)의 타단부에는 소켓 또는 앵커헤드(31)가 결합되어 있으며, 그 소켓 또는 앵커헤드(31)가 상기 교량 상판(20)의 각 고정부재(22)에 고정되게 된다. 상기 고정부재(22)로는 일반적으로 앵커리지가 사용된다. 그리고, 상기 소켓 또는 앵커헤드(31)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 교량 상판에 결합된 앵커 리지(22)에 고정됨으로써 그 교량 상판(20)에 고정되나, 그 앵커리지 없이 상기 교량 상판(20)에 직접적으로 고정될 수도 있다. 상기 교량 상판의 상판 본체(21)는 거더(girder)로서 명명되기도 한다. The cable-stayed bridge according to one conventional example is shown in FIG. Referring to Figure 1, the conventional cable-stayed bridge (1) is one or more pylons 10, the pier (11) which is embedded in the ground supporting each of the pylons 10, and perpendicular to the longitudinal direction of the pylons (10) And a plurality of cables 30 having one end fixed to the main tower 10 and each other end connected to the bridge top plate 20 (deck). The bridge top plate 20 includes an upper plate body 21 and a plurality of fixing members 22 fixed to the upper plate body 21. A socket or anchor head 31 is coupled to the other end of each cable 30, and the socket or anchor head 31 is fixed to each fixing member 22 of the bridge top plate 20. Anchorage is generally used as the fixing member 22. The socket or anchor head 31 is fixed to the bridge top plate 20 by being fixed to the anchor ridge 22 coupled to the bridge top plate as shown in FIG. 1, but the bridge top plate 20 without the anchorage. It can also be fixed directly to). The upper body 21 of the bridge deck is also referred to as a girder.

한편, 상기 케이블(30)에 있어서는 일반적으로 버페팅, 와류진동, 갤로핑 그리고 주탑(10)이나 인접 케이블(30)에 의한 웨이크 갤로핑과 같은 바람 및 비바람에 의해 진동이 발생하게 되며, 이 발생된 진동은 상기 사장교(1)의 수명을 감소시키게 되므로 이 진동을 적절히 저감하는 방안이 연구되어 왔다. On the other hand, in the cable 30, the vibration is generally generated by wind and rain, such as buffing, vortex vibration, galloping and wake galloping by the main column 10 or the adjacent cable 30, Since the reduced vibration reduces the lifetime of the cable-stayed bridge 1, a method of appropriately reducing the vibration has been studied.

상기 케이블(30)에서 발생되는 진동을 저감하는 방법으로는 공기역학적 방법, 보조케이블에 의한 진동제어방법 그리고 감쇠장치를 이용한 진동제어방법 등이 있다. As a method of reducing vibration generated in the cable 30, there are an aerodynamic method, a vibration control method using an auxiliary cable, and a vibration control method using an attenuation device.

상기 공기역학적 방법은 상기 케이블(30)의 표면에 helical fillet, dimple, axial stripe 등의 형상을 가진 돌출부를 형성하여 상기 케이블(30) 주위를 유동하는 유체의 공기역학적 특성을 변화시켜주는 방법이다. 이러한 돌출부를 통해서 진동을 저감하고자 하는 경우에는, 반드시 실물 풍동실험을 거쳐 그 진동의 저감 여부를 확인해야하는 불편함이 있다. The aerodynamic method is a method of changing the aerodynamic characteristics of the fluid flowing around the cable 30 by forming a protrusion having the shape of a helical fillet, dimple, axial stripe, etc. on the surface of the cable 30. When the vibration is to be reduced through such a protruding portion, there is an inconvenience in that it is necessary to confirm whether or not the vibration is reduced through a real wind tunnel test.

상기 보조 케이블에 의한 진동 제어 방법은, 상기 케이블(30)들을 서로 연결함으로써 상기 케이블(30)들의 진동장을 감소시키고 이에 따라 고유진동수를 높일 뿐만 아니라 부가적으로 감쇠의 효과도 가지는 방법이다. 이와 같이 고유진동수가 변화하게 되면 상기 케이블(30)들의 공진을 막을 수 있고 바람에 의한 진동시 임계 풍속을 증가시킬 수 있어서 진동제어방법으로 효과적이다. 그러나, 이 방법은 유지 관리에 신경을 써야 하며 교량의 미관을 해칠 수 있다는 단점이 있다. The vibration control method by the auxiliary cable is a method of reducing the vibration field of the cables 30 by connecting the cables 30 to each other, thereby increasing the natural frequency and additionally having the effect of attenuation. When the natural frequency is changed in this way, the resonance of the cables 30 can be prevented and the critical wind speed can be increased during vibration caused by wind, which is effective as a vibration control method. However, this method has the disadvantage that care must be taken for maintenance and can damage the beauty of the bridge.

상기 감쇠장치를 이용한 진동제어방법은 상기 케이블(30)에 감쇠장치(40)를 설치하여 그 케이블에서 발생하는 진동을 저감하는 방법으로서 그 진동제어 성능이 우수하여 최근 들어 각광받고 있다. 상기 감쇠장치(40)로는 점성 댐퍼, 점탄성 댐퍼, 마찰 댐퍼, 탄소성 댐퍼 등의 수동 감쇠장치가 일반적으로 사용되며, 그 감쇠장치의 위치에 따라 외부 댐퍼와 내부 댐퍼로 구별된다. 그리고, 상기 감쇠장치(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 각 케이블(30)과 상기 교량 상판(20) 사이에 설치되며, 그 감쇠장치(30)의 구성 및 기능은 대한민국 공개특허 제2004-15461 또는 대한민국 공개특허 제2005-24605호 등에서와 같이 이미 널리 알려져 있다. The vibration control method using the damping device is a method of reducing the vibration generated by the cable 30 by installing the damping device 40 in the cable 30 has been in the spotlight recently because of its excellent vibration control performance. As the damping device 40, a passive damping device such as a viscous damper, a viscoelastic damper, a friction damper, or an elastic damper is generally used. The damping device 40 is classified into an external damper and an internal damper according to the position of the damping device. In addition, the damping device 40 is installed between each cable 30 and the bridge top plate 20, as shown in Figure 1, the structure and function of the damping device 30 is It is already well known as in -15461 or Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-24605.

한편, 상술한 바와 같이 구성된 사장교(1)에 있어서는, 미관상의 문제로 인해 각 감쇠장치(40)가 각 케이블(30) 타단부쪽에 설치되어 있으나, 각 케이블(30)에 발생하는 진동의 진폭은 그 케이블(30)의 중앙부에서 가장 크게 발생하고 그 케이블(30)의 단부로 갈수록 작아지기 때문에, 종래의 감쇠장치는 그 각 케이블의 진동을 저감하는데 충분히 효과적이 못했다. 특히, 최근 들어 사장교(1)가 대형화됨에 따라 그 사장교의 케이블(30)의 길이가 증가하게 되고 이에 따라 충분한 진동저감 능력을 발휘하는 감쇠장치(40)를 각 케이블(30)의 타단부쪽에 설치하는 것이 구조적으로 더욱 어렵게 되었다. On the other hand, in the cable-stayed bridge 1 configured as described above, although each attenuation device 40 is provided on the other end of each cable 30 due to aesthetic problems, the amplitude of vibration generated in each cable 30 is Since the greatest occurrence occurs at the center of the cable 30 and becomes smaller toward the end of the cable 30, the conventional damping device has not been sufficiently effective in reducing the vibration of each cable. In particular, in recent years, as the cable-stayed bridge 1 is enlarged in size, the length of the cable 30 of the cable-stayed bridge increases, and thus, a damping device 40 that exhibits sufficient vibration reduction capability is installed at the other end of each cable 30. It is structurally more difficult to do.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 사장교의 미관을 해치지 않으면서 그 사장교의 케이블에 발생하는 진동을 효 과적으로 저감할 수 있는 사장교 케이블의 진동저감유니트를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a vibration reduction unit of a cable-stayed bridge cable that can effectively reduce the vibration generated in the cable of the cable-stayed bridge without compromising the aesthetics of the cable-stayed bridge. To provide.

또한, 본 발명의 다른 목적은 사장교의 미관을 해치지 않으면서 그 사장교의 케이블에 발생하는 진동을 효과적으로 저감할 수 있는 사장교 케이블의 진동저감방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a vibration reduction method of a cable-stayed bridge cable which can effectively reduce the vibration generated in the cable of the cable-stayed bridge without spoiling the aesthetics of the cable-stayed bridge.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 사장교 케이블의 진동저감유니트는, 각각의 일단부가 사장교의 주탑에 고정되며 그 각각의 타단부가 사장교의 교량 상판에 연결되는 다수의 케이블 중 적어도 하나의 케이블에 설치되어 그 케이블에서 발생되는 진동을 저감하는 감쇠장치를 구비하는 사장교 케이블의 진동저감유니트에 있어서, 상기 감쇠장치가 설치되는 케이블의 타단부가 상기 사장교의 교량 상판에 대해 유동 가능하도록 하는 유동수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the vibration reduction unit of the cable-stayed bridge according to the present invention, at least one cable of a plurality of cables, each end is fixed to the main tower of the cable-stayed bridge and each other end is connected to the bridge top plate of the cable-stayed bridge A vibration reducing unit of a cable-stayed bridge provided with a damping device for reducing vibration generated in the cable, wherein the other end of the cable on which the damping device is installed is flowable to the bridge top plate of the cable-stayed bridge. It characterized in that it further comprises.

한편, 상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 사장교 케이블의 진동저감방법은, 그 일단부가 사장교의 주탑에 고정되며 그 타단부가 사장교의 교량 상판에 연결되는 케이블에서 발생되는 진동을 저감하는 사장교 케이블의 진동저감방법에 있어서, 상기 케이블의 타단부를 상기 사장교의 교량 상판에 대해 그 케이블의 길이방향과 교차하는 방향으로 유동하게 하는 유동단계와, 유동하는 상기 케이블의 타단부에서 발생하는 진동을 저감하는 진동저감단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, in order to achieve the above object, the vibration reduction method of the cable-stayed bridge according to the present invention, the one end is fixed to the main tower of the cable-stayed bridge to reduce the vibration generated in the cable is connected to the bridge top plate of the cable-stayed bridge In the vibration reduction method of the cable-stayed bridge, a flow step for causing the other end of the cable to flow in the direction cross the longitudinal direction of the cable with respect to the bridge top plate of the cable-stayed bridge, and the vibration generated at the other end of the cable Characterized in that it comprises a vibration reduction step to reduce the.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사장교 케이블의 진동저감유니트의 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 베어링장치의 측면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a vibration reducing unit of a cable-stayed bridge cable according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a side view of the bearing device shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 사장교 케이블의 진동저감유니트(100)는 사장교(1)에 설치되어 그 사장교의 케이블(30)에서 발생되는 진동을 저감한다. 상기 사장교(1)는 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 하나 이상의 주탑(10)과, 상기 각 주탑(10)을 지지하며 지중에 박혀있는 교각(11)과, 상기 주탑(10)의 길이방향과 수직하게 배치되는 교량 상판(20)과, 각각의 일단부가 상기 주탑(10)에 고정되며 각각의 타단부가 상기 교량 상판(20)에 연결되는 다수의 케이블(30)을 구비한다. 상기 교량 상판(20)은 상판 본체(21)와, 상기 상판 본체(21)에 고정되는 다수의 고정부재(22)를 구비한다. 상기 각 케이블(30)의 타단부에는 소켓 또는 앵커헤드(31)가 결합되어 있으며, 그 소켓 또는 앵커헤드(31)가 상기 교량의 각 고정부재(22)에 고정되게 된다. 상기 고정부재(22)로는 일반적으로 앵커리지가 사용된다.  2 to 4, the vibration reduction unit 100 of the cable stayed bridge of the present embodiment is installed in the cable stayed bridge (1) to reduce the vibration generated in the cable 30 of the cable stayed bridge. The cable-stayed bridge 1, as described in the prior art, is one or more pylons 10, the piers 11 are embedded in the ground supporting each of the pylons 10, and perpendicular to the longitudinal direction of the pylon 10 It is provided with a bridge top plate 20 and a plurality of cables 30, one end of which is fixed to the main tower 10 and each other end is connected to the bridge top plate (20). The bridge top plate 20 includes an upper plate body 21 and a plurality of fixing members 22 fixed to the upper plate body 21. A socket or anchor head 31 is coupled to the other end of each cable 30, and the socket or anchor head 31 is fixed to each fixing member 22 of the bridge. Anchorage is generally used as the fixing member 22.

상기 사장교 케이블의 진동저감유니트(100)는 감쇠장치(40)와, 유동수단을 구비한다. The vibration reducing unit 100 of the cable-stayed bridge includes a damping device 40 and flow means.

상기 감쇠장치(40)는 종래기술에서 설명한 바와 같이 대한민국 공개특허 제2004-15461호 또는 대한민국 공개특허 제2005-24605호 등에 개시되어 있는 바와 같이 이미 널리 알려져 있으므로, 그 세부적인 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다. 상기 감쇠장치(40)는 상기 사장교의 케이블(30)들 모두에 설치되어 그 케이블(30) 들에서 발생되는 진동을 저감한다. 상기 각 감쇠장치(40)의 일단부는 상기 교량의 고정부재(22), 즉 앵커리지에 고정되며, 그 타단부는 상기 케이블(30)의 타단부, 즉 소켓 또는 앵커헤드(31)에 고정된다. 그리고, 상기 각 감쇠장치(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 단부들이 상기 고정부재(22)와 케이블(30)에 고정되게 되므로, 종래와 달리 상기 사장교(1)의 미관에 영향을 주지 않게 된다. Since the damping device 40 is already widely known as disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-15461 or Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-24605 as described in the related art, a description of the detailed configuration is omitted. Let's do it. The damping device 40 is installed in all the cables 30 of the cable-stayed bridge to reduce the vibration generated in the cables (30). One end of each damping device 40 is fixed to the fixing member 22, that is, anchorage of the bridge, the other end is fixed to the other end of the cable 30, that is, the socket or anchor head 31. And, each end of the damping device 40 is fixed to the fixing member 22 and the cable 30, as shown in Figure 2, unlike the prior art does not affect the aesthetics of the cable-stayed bridge (1) Will not.

상기 유동수단은, 상기 각 케이블(30)의 타단부, 즉 상기 앵커헤드(31)가 상기 사장교의 교량 상판(20)에 대해 유동 가능하도록 한다. 상기 유동수단은 상기 각 케이블(30)에 각각 설치되는 베어링장치(50)를 포함한다. The flow means allows the other end of each cable 30, that is, the anchor head 31 to be movable relative to the bridge top plate 20 of the cable-stayed bridge. The flow means comprises a bearing device 50 which is installed on each of the cables 30, respectively.

상기 베어링장치(50)는 상기 케이블(30)의 길이방향과 교차하는 방향, 즉 케이블(30)의 직경 방향으로 유동 가능하다. 따라서, 상기 앵커헤드(31)는 상기 베어링장치(50)에 의해 상기 사장교의 교량 상판(20)과 상기 케이블(30)의 직경 방향으로 상대 운동 가능하게 된다. 그리고, 상기 앵커헤드(31)의 상대 변위량은 상기 베어링장치(50)의 강성, 특히 상기 케이블(30)의 직경 방향으로의 강성에 의존한다. 상기 베어링장치(50)는 상기 케이블(30)의 타단부와 상기 사장교의 교량 상판(20) 사이에 설치되며, 본 실시예에 있어서는 그 베어링장치(50)는, 그 일단부가 상기 케이블의 타단부, 즉 상기 앵커헤드(31)에 볼트결합되어 고정되며 그 타단부가 상기 사장교의 교량 상판(20), 특히 상기 교량의 고정부재(22)에 볼트결합되어 고정되도록 설치된다. 상기 베어링장치(50)는 상기 케이블(30)의 타단부, 즉 상기 앵커헤드(31)에 작용하는 인장력을 지지할 수 있도록 그 케이블(30)의 길이방향으로 충분한 강성을 가지고 있다. The bearing device 50 is movable in a direction crossing the longitudinal direction of the cable 30, that is, in the radial direction of the cable 30. Accordingly, the anchor head 31 is capable of relative movement in the radial direction of the bridge top plate 20 of the cable-stayed bridge and the cable 30 by the bearing device 50. And, the relative displacement amount of the anchor head 31 depends on the rigidity of the bearing device 50, in particular the rigidity in the radial direction of the cable 30. The bearing device 50 is provided between the other end of the cable 30 and the bridge top plate 20 of the cable-stayed bridge. In this embodiment, the bearing device 50 has one end thereof at the other end of the cable. That is, the anchor head 31 is bolted to be fixed and the other end is installed to be bolted and fixed to the bridge top plate 20 of the cable-stayed bridge, in particular the fixing member 22 of the bridge. The bearing device 50 has sufficient rigidity in the longitudinal direction of the cable 30 so as to support the tensile force acting on the other end of the cable 30, that is, the anchor head 31.

상기 각 베어링장치(50)는 판부재(51)와, 고무부재(53)를 포함한다. Each bearing device 50 includes a plate member 51 and a rubber member (53).

상기 판부재(51)는 복수 마련되며, 그 판부재(51)들은 상기 케이블(30)의 길이방향으로 상호 일정 간격 이격되도록 적층된다. 상기 판부재(51)들 각각은 판 형상의 금속성 소재로 이루어지며, 본 실시예에 있어서는 강판으로 이루어진다. 그리고, 상기 판부재들 중 최외곽에 배치되는 판부재들은 도 3에 도시된 바와 같이 다른 판부재들보다 그 두께가 더 크게 형성되어 있다. 상기 판부재(51)들에는 각각 관통공(52)이 형성되어 있으며, 그 관통공(52)들은 서로 동축적으로 연결되어 있다. 상기 관통공(52)들에 상기 케이블(30)이 끼워지게 된다. 이와 같이 상기 판부재(51)들이 상기 케이블(30)의 길이방향으로 적층되어 있으므로, 상기 베어링장치(50)는 상기 케이블(30)의 길이방향으로 충분한 강성을 가지게 된다. The plate member 51 is provided in plural, the plate members 51 are laminated so as to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the cable (30). Each of the plate members 51 is made of a plate-shaped metallic material, and in this embodiment, made of a steel plate. In addition, the plate members disposed at the outermost of the plate members are formed to have a larger thickness than other plate members as shown in FIG. 3. Through plates 52 are formed in the plate members 51, respectively, and the through holes 52 are coaxially connected to each other. The cable 30 is fitted into the through holes 52. Since the plate members 51 are stacked in the longitudinal direction of the cable 30 as described above, the bearing device 50 has sufficient rigidity in the longitudinal direction of the cable 30.

상기 고무부재(53)는 서로 인접하는 상기 판부재(51)들 사이사이 마다 각각 배치된다. 상기 고무부재(53)들은 각각 판 형상의 고무로 이루어진다. 본 실시예에 있어서는, 상기 고무부재(53)들은 각각 상기 케이블(30)에서 발생되는 진동이 저감되도록 고감쇠고무(High Damping Rubber)로 이루어져 있다. 즉, 상기 고무부재들은, 상기 감쇠장치(40)가 상기 케이블(30)의 진동을 저감시키는 것과 별도로 부가적으로 그 고무부재(53)들의 물질 특성에 의해 상기 케이블(30)의 진동을 저감시킨다. 상기 각 고무부재(53)는 복수의 고무요소(531)를 포함하며, 본 실시예에 있어서는 4개의 고무요소(531)를 포함한다. 상기 고무요소(531)들은 상기 관통공(52)의 둘레방향으로 등간격을 이루도록 배치되어 있다. The rubber members 53 are disposed between the plate members 51 adjacent to each other. The rubber members 53 are each made of a rubber plate. In the present embodiment, the rubber members 53 are made of high damping rubber so that the vibration generated from the cable 30 is reduced, respectively. That is, the rubber members further reduce the vibration of the cable 30 by the material properties of the rubber members 53 in addition to the damping device 40 reduces the vibration of the cable 30. . Each rubber member 53 includes a plurality of rubber elements 531, and in this embodiment, four rubber elements 531. The rubber elements 531 are arranged to be equally spaced in the circumferential direction of the through hole 52.

본 실시예에 있어서, 상기 각 베어링장치는 건물의 내진 설계를 위해 기초 격리장치에 많이 사용되는 적층고무베어링(LRB;Laminated Rubber Bearing)이다. In this embodiment, each bearing device is a laminated rubber bearing (LRB), which is widely used in a base isolation device for seismic design of a building.

상술한 바와 같이 구성된 사장교 케이블의 진동저감유니트(100)에 있어서, 케이블(30)의 타단부, 즉 소켓 또는 앵커헤드(31)와 앵커리지(22) 사이에 베어링장치(50)가 설치되어 있으므로, 바람 또는 비바람에 의해 케이블(30)에서 진동이 발생하는 경우에 그 진동은 고정부재(22), 즉 앵커리지로 전달되며 이에 따라 케이블(30)의 타단부가 케이블(30)의 길이방향과 교차하는 방향, 즉 케이블(30)의 직경 방향으로 유동하게 된다. 즉, 종래에는 케이블(30)의 타단부가 앵커리지(22)에 고정되어 있어서 그 케이블(30)의 타단부와 앵커리지(22) 사이에 상대 변위가 발생하지 않았으나 본 실시예에 있어서는 케이블(30)의 타단부가 유동 가능하도록 구성되어 있으므로, 그 케이블(30)의 타단부와 앵커리지(22) 사이에 상대변위가 발생하게 된다. 따라서, 종래와 같이 감쇠장치(40)를 케이블(30)의 타단부쪽에 설치하는 경우에 있어서도 그 케이블(30)의 타단부쪽에서의 유동이 종래에 비해 증가하므로, 종래에 비해 진동을 더 효율적으로 저감할 수 있게 된다. In the vibration reduction unit 100 of the cable-stayed bridge cable configured as described above, since the bearing device 50 is provided between the other end of the cable 30, that is, between the socket or anchor head 31 and the anchorage 22, When vibration occurs in the cable 30 by wind or rain, the vibration is transmitted to the fixing member 22, that is, the anchorage, whereby the other end of the cable 30 intersects the longitudinal direction of the cable 30. Direction, that is, in the radial direction of the cable 30. That is, in the related art, the other end of the cable 30 is fixed to the anchorage 22 so that a relative displacement does not occur between the other end of the cable 30 and the anchorage 22, but in the present embodiment, the cable 30 Since the other end of the cable is configured to be movable, relative displacement occurs between the other end of the cable 30 and the anchorage 22. Therefore, even when the damping device 40 is installed on the other end side of the cable 30 as in the prior art, since the flow on the other end side of the cable 30 increases compared with the conventional one, vibration is more efficiently compared with the conventional one. It becomes possible to reduce.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 감쇠장치(50)의 단부들을 각각 케이블(30)의 타단부, 즉 소켓 또는 앵커헤드(31) 및 앵커리지(22)에 고정하게 되면, 그 감쇠장치(50)가 외부에서 보이지 않게 되므로, 본 실시예의 사장교 케이블의 진동저감유니트(100)는 사장교(1)의 외관을 해지지 않게 된다는 장점도 가지게 된다. Also, as shown in FIG. 2, when the ends of the damping device 50 are fixed to the other end of the cable 30, that is, the socket or anchor head 31 and the anchorage 22, respectively, the damping device 50 may be used. Since it is not visible from the outside, the vibration reduction unit 100 of the cable-stayed bridge cable of the present embodiment also has the advantage that the appearance of the cable-stayed bridge (1) is not lost.

한편, 본 실시예의 사장교 케이블의 진동저감유니트(100)의 진동 저감 성능을 정량적으로 확인하기 위해서 다음과 같이 이론적인 고찰을 하였다. Meanwhile, in order to quantitatively confirm the vibration reduction performance of the vibration reduction unit 100 of the cable-stayed bridge cable of the present embodiment, the following theoretical considerations were made.

먼저, 도 2에 도시된 사장교 케이블의 진동저감유니트(100)를 도 5에 도시된 바와 같이 모델링하였다. 여기서, 케이블(30)은 세그(sag)가 없는 팽팽한 실(taut string)으로 모델링되었으며, 다음과 같은 편미분방정식으로 표현할 수 있다. First, the vibration reduction unit 100 of the cable-stayed bridge cable shown in Figure 2 was modeled as shown in FIG. Here, the cable 30 is modeled as a taut string without a segment and can be expressed as a partial differential equation as follows.

Figure 112005052707167-pat00001
Figure 112005052707167-pat00001

그리고, 경계조건은 다음과 같다. The boundary conditions are as follows.

Figure 112005052707167-pat00002
Figure 112005052707167-pat00002

여기서, m은 케이블의 단위 길이당 질량이고,

Figure 112005052707167-pat00003
는 케이블의 고유 감쇠 계수이며, T는 케이블의 초기 인장력이며,
Figure 112005052707167-pat00004
는 케이블의 변위이며,
Figure 112005052707167-pat00005
는 풍하중에 의해 케이블에서 가해하는 분포하중이며,
Figure 112005052707167-pat00006
는 사장교 케이블의 진동저감유니트에 의해 케이블 단부에 가해지는 힘이며,
Figure 112005052707167-pat00007
는 디렉델타함수(dirac delta function)이며,
Figure 112005052707167-pat00008
는 베어링장치의 강성 계수이며,
Figure 112005052707167-pat00009
는 케이블의 고유주파수이며, ma는 앵커헤드의 질량이다. Where m is the mass per unit length of the cable,
Figure 112005052707167-pat00003
Is the natural damping coefficient of the cable, T is the initial tensile force of the cable,
Figure 112005052707167-pat00004
Is the displacement of the cable,
Figure 112005052707167-pat00005
Is the distributed load exerted by the cable by the wind load,
Figure 112005052707167-pat00006
Is the force applied to the cable end by the vibration reduction unit of the cable-stayed bridge,
Figure 112005052707167-pat00007
Is the dirac delta function,
Figure 112005052707167-pat00008
Is the stiffness factor of the bearing device
Figure 112005052707167-pat00009
Is the natural frequency of the cable and m a is the mass of the anchor head.

또한, 상기 편미분방정식은 수치해석을 위해 다음과 같은 행렬 운동 방정식 변환된다. In addition, the partial differential equation is transformed into the following matrix motion equation for numerical analysis.

Figure 112005052707167-pat00010
Figure 112005052707167-pat00010

여기서 ,질량, 댐핑 그리고 강성 행렬은 각각 다음과 같다. Where mass, damping and stiffness matrices are

Figure 112005052707167-pat00011
Figure 112005052707167-pat00011

그리고,

Figure 112005052707167-pat00012
는 변위 벡터이고,
Figure 112005052707167-pat00013
는 풍하중에 의한 외력 벡터이며,
Figure 112005052707167-pat00014
는 케이블 단부의 위치벡터이다. And,
Figure 112005052707167-pat00012
Is the displacement vector,
Figure 112005052707167-pat00013
Is the external force vector due to wind load,
Figure 112005052707167-pat00014
Is the position vector of the cable end.

또한, 사장교 케이블의 진동저감유니트에 의해 케이블 단부에 가해지는 감쇠력은 다음과 같이 표현된다. In addition, the damping force applied to the cable end by the vibration reducing unit of the cable-stayed bridge cable is expressed as follows.

Figure 112005052707167-pat00015
Figure 112005052707167-pat00015

여기서 ks 와 cd 는, 각각 무차원 강성계수와 감쇠계수이며, 다음과 같다. Where k s And c d are dimensionless stiffness coefficients and damping coefficients, respectively.

Figure 112005052707167-pat00016
,
Figure 112005052707167-pat00017
Figure 112005052707167-pat00016
,
Figure 112005052707167-pat00017

이와 같은 운동방정식을 수치해석하게 되면, 도 6 및 도 7에 도시된 감쇠율 및 RMS(Root Mean Square) 변위에 관한 그래프를 얻을 수 있게 된다. Numerical analysis of such a motion equation provides a graph of the damping rate and root mean square (RMS) displacements shown in FIGS. 6 and 7.

도 6을 참조하면, 종래에 감쇠장치를 케이블의 타단부, 즉 앵커헤드로부터 그 케이블의 총 길이의 1% 위치에 설치한 경우(①)와 2% 위치에 설치한 경우(②)에 비하여 본 실시예에 따라 모델링된 경우들(③,④,⑤)에 있어서 감쇠율이 더 증가하게 됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, the damping device is conventionally installed at the other end of the cable, that is, at the 1% position of the total length of the cable from the anchor head (①) and at the 2% position (②). It can be seen that the attenuation rate is further increased in the cases (③, ④, ⑤) modeled according to the embodiment.

또한, 도 7을 참조하면, 종래에 감쇠장치를 케이블의 타단부, 즉 앵커헤드로부터 그 케이블의 총 길이의 1% 위치에 설치한 경우(①)와 2% 위치에 설치한 경우(②)에 비하여 본 실시예에 따라 모델링된 경우들(③,④,⑤)에 있어서 RMS 변위가 더 감소함을 알 수 있다. RMS 변위가 작을수록 그 케이블에는 진동이 더 적게 발생하게 되므로, RMS 변위가 더 작은 본 실시예에서는 종래의 경우보다 진동 저감 성능이 더 우수함을 알 수 있다. In addition, referring to Fig. 7, the damping device is conventionally installed at the other end of the cable, i.e., at the position of 1% of the total length of the cable (1) and at the 2% position (2). In comparison, it can be seen that the RMS displacement is further reduced in the cases (③, ④, ⑤) modeled according to the present embodiment. The smaller the RMS displacement, the less vibration occurs in the cable, and thus, in the present embodiment with the smaller RMS displacement, the vibration reduction performance is superior to the conventional case.

상술한 이론적인 고찰을 통해서, 본 실시예에 따른 사장교 케이블의 진동저감유니트는 종래에 비해 그 진동 저감 성능이 더 우수함을 확인할 수 있었다. Through the theoretical considerations described above, it was confirmed that the vibration reduction unit of the cable-stayed bridge cable according to the present embodiment has better vibration reduction performance than the conventional one.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.

예컨대, 본 실시예에서는 베어링장치의 일단부가 케이블의 타단부, 즉 소켓 또는 앵커볼트에 고정되며 그 타단부가 고정부재, 즉 앵커리지에 고정되도록 구성되어 있으나, 교량 상판의 상판 본체에 고정부재가 설치되지 않도록 구성하여 베어링장치의 일단부가 케이블의 타단부, 즉 소켓 또는 앵커볼트에 고정되고 그 타단부가 교량 상판의 하면에 직접 고정되도록 구성할 수도 있다. For example, in this embodiment, one end of the bearing device is fixed to the other end of the cable, that is, the socket or anchor bolt, and the other end is fixed to the fixing member, that is, anchorage, but the fixing member is installed on the upper plate body of the bridge top plate. One end of the bearing device may be fixed to the other end of the cable, that is, the socket or anchor bolt, and the other end thereof may be directly fixed to the lower surface of the bridge top plate.

또한, 본 실시예에서는 유동수단으로서 베어링장치가 사용되도록 구성되어 있으나, 유동수단으로서 건물의 내진 설계에 사용되는 다양한 형태의 면진장치(base isolator)가 사용될 수도 있다. 또한, 유동수단으로서 사용되는 장치가 케이블의 타단부, 즉 앵커헤드에 작용하는 인장력을 지지할 수 있도록 그 케이블의 길이방향으로 충분한 강성을 가지고 있다면 어떠한 것이라도 무방하며, 예컨대 점성, 점탄성, 마찰 댐핑장치 등이라도 사용될 수도 있다. In addition, in the present embodiment, the bearing device is used as the flow means, but various types of base isolators used in the seismic design of the building may be used as the flow means. Further, the device used as the flow means may be any one as long as the cable has sufficient rigidity in the longitudinal direction of the cable to support the tensile force acting on the other end of the cable, that is, the anchor head, for example, viscous, viscoelastic, friction damping. Even an apparatus or the like may be used.

또한, 본 실시예에서는 베어링장치의 각 고무부재가 복수의 고무요소로 이루어지도록 구성되어 있으나, 베어링장치의 각 고무부재가 각 판부재와 동일한 형상을 가지도록 구성할 수도 있다. In addition, in this embodiment, each rubber member of the bearing device is configured to consist of a plurality of rubber elements, but each rubber member of the bearing device may be configured to have the same shape as each plate member.

또한, 본 실시예에서는 고무부재가 고감쇠고무로 이루어지도록 구성되어 있으나, 고무부재가 일반적으로 사용되는 고무로 이루어지도록 구성할 수도 있다. In addition, in this embodiment, the rubber member is configured to be made of high attenuation rubber, but the rubber member may also be configured to be made of rubber that is generally used.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 케이블의 타단부가 그 케이블의 직경 방향으로 유동 가능하도록 구성되어 있으므로, 그 케이블의 타단부에 설치되는 감쇠장치를 통해서 케이블의 진동을 종래에 비해 더 효율적으로 저감할 수 있게 된다. According to the present invention having the above-described configuration, since the other end of the cable is configured to be movable in the radial direction of the cable, the vibration of the cable is reduced more efficiently than in the prior art through an attenuation device provided at the other end of the cable. You can do it.

또한, 감쇠장치가 그 단부들이 각각 앵커리지 및 케이블의 타단부에 고정되도록 구성되어 있으므로, 사장교의 미관을 해치지 않게 된다. In addition, since the damping device is configured such that its ends are fixed to the other end of the anchorage and the cable, respectively, the aesthetics of the cable-stayed bridge are not impaired.

Claims (9)

각각의 일단부가 사장교의 주탑에 고정되며 그 각각의 타단부가 사장교의 교량 상판에 연결되는 다수의 케이블 중 적어도 하나의 케이블에 설치되어 그 케이블에서 발생되는 진동을 저감하는 감쇠장치를 구비하는 사장교 케이블의 진동저감유니트에 있어서,Cable-stayed bridge cable, each end of which is fixed to the pylon of the cable-stayed bridge, the other end of which is installed on at least one cable among a plurality of cables connected to the bridge deck of the cable-stayed bridge, and has a damping device to reduce vibration generated from the cable. Vibration reduction unit of 상기 감쇠장치가 설치되는 케이블의 타단부가 상기 사장교의 교량 상판에 대해 상기 케이블의 직경 방향으로 유동 가능하도록 하는 유동수단을 더 구비하며,It is further provided with a flow means for allowing the other end of the cable on which the damping device is installed to flow in the radial direction of the cable with respect to the bridge top plate of the cable-stayed bridge, 상기 유동수단은, 상기 케이블의 직경 방향으로 유동 가능하며, 그 일단부가 상기 케이블의 타단부에 고정되며 그 타단부가 상기 사장교의 교량 상판에 고정되도록 설치되는 베어링장치를 포함하며, The flow means includes a bearing device which is movable in the radial direction of the cable, one end of which is fixed to the other end of the cable and the other end of which is fixed to the bridge top plate of the cable-stayed bridge, 상기 베어링장치에는, 상기 감쇠장치가 설치되는 케이블이 끼워지도록 그 베어링장치를 관통하는 관통공이 형성되어 있으며, The bearing device is formed with a through hole penetrating the bearing device so that the cable to which the damping device is installed is fitted. 상기 베어링장치는, 상기 케이블의 길이방향으로 상호 일정 간격 이격되도록 적층되며 각각 판 형상의 금속성 소재로 이루어진 복수의 판부재와, 서로 인접하는 상기 판부재들 사이사이 마다 각각 배치되어 그 판부재들과 접착되며 각각 판 형상의 고무로 이루어진 복수의 고무부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 사장교 케이블의 진동저감유니트. The bearing device is stacked in the longitudinal direction of the cable spaced apart from each other by a plurality of plate members each made of a plate-shaped metallic material, and disposed between each of the adjacent plate members and the plate members and The vibration reducing unit of the cable-stayed bridge, characterized in that it comprises a plurality of rubber members each bonded to the plate-shaped rubber. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고무부재는, 상기 케이블에서 발생되는 진동이 저감되도록 고감쇠고무(High Damping Rubber)로 이루어진 것을 특징으로 하는 사장교 케이블의 진동저감유니트. The rubber member, the vibration reduction unit of the cable-stayed bridge, characterized in that made of a high damping rubber (High Damping Rubber) to reduce the vibration generated in the cable. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 판부재는, 강판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 사장교 케이블의 진동저감유니트. The plate member is a vibration reduction unit of the cable-stayed bridge, characterized in that the steel plate. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 관통공은 상기 판부재들 각각에 형성되어 있으며, The through hole is formed in each of the plate members, 상기 각 고무부재는 상기 관통공의 둘레방향으로 등간격을 이루도록 배치된 복수의 고무요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 사장교 케이블의 진동저감유니트. Wherein each of the rubber members includes a plurality of rubber elements arranged at equal intervals in the circumferential direction of the through hole. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 사장교의 교량 상판은 상판 본체와, 상기 교량 본체에 고정되며 상기 케이블들 각각의 타단부가 연결되며 상기 베어링장치의 타단부가 고정되는 다수의 고정부재를 포함하며, The bridge top plate of the cable-stayed bridge includes a top plate body and a plurality of fixing members fixed to the bridge body and connected to the other end of each of the cables and fixed to the other end of the bearing device. 상기 감쇠장치는 그 일단부가 상기 고정부재에 고정되며 그 타단부가 상기 케이블의 타단부에 고정되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 사장교 케이블의 진동저감유니트. The damping device is a vibration reduction unit of the cable-stayed bridge, characterized in that one end is fixed to the fixing member and the other end is fixed to the other end of the cable. 삭제delete
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