현수교 주케이블의 2차응력 발생요인 분석 및 신뢰도평가

Abstract

이 논문에서는 현수교의 주케이블에서 발생하는 2차응력의 주요 발생요인을 발생 지점에 따라 제시하고 각 요인에 따라 발생하는 2차응력의 크기와 주케이블에 미치는 영향을 분석한다. 케이블의 파괴확률은 주탑의 새들 부에서 가장 크게, 그리고 새들과 가장 근접해있는 케이블 밴드의 위치에서 두번째로 크게 나타나게 된다. 그러므로 가장 위험한 두 지점에서의 2차응력의 크기를 도출하고 이러한 2차응력의 영향에 의하여 변동하는 파괴확률을 신뢰도평가를 통하여 제시한다. 주탑의 새들 부에서는 새들의 형상에 의하여 발생하는 케이블의 휨과 하중에 의한 새들 출구에서의 케이블 꺾임에 의하여 2차응력이 발생하게 되며 케이블 밴드 부에서는 행어를 통하여 케이블에 발생하는 하중이 유발시키는 밴드 출구에서의 케이블 꺾임과 미끄러짐 방지를 위한 케이블 밴드 자체의 압축에 의하여 2차응력이 발생하게 된다. 케이블의 스트랜드 별 길이 차이에 의하여 발생하는 응력은 케이블의 전 구간에서 발생하게 되므로 이러한 각 요인의 영향을 주탑부와 새들부로 구분하여 해석적으로 구하는 식을 제시하고 각 경우에 현수교 전체의 모델링을 수행하여 응력의 크기를 제시한다. 각 2차응력 발생 요인을 확률변수로 취급하고 그에 따른 2차응력의 분포를 이용한 신뢰도평가를 수행한다. 2차응력의 분포특성을 파악하기 위하여 확률변수의 변동성을 기반으로 Monte-Carlo Simulation을 수행한다. 제안된 2차응력 요인의 해석 기법과 분포특성의 영향을 파악하기 위하여 실교량의 해석모델에 적용하여 예제를 수행한다. 또한 현수교 교량의 형식에 따라 발생하는 2차응력의 특성을 파악하기 위하여 이순신대교, 울산대교, 그리고 새천년대교와 같은 다양한 형식의 교량에 이론을 적용하여 결과를 파악한다. 이러한 예제의 결과를 통하여 2차응력을 포함한 현수교 주케이블의 안전율 관점에서의 분석과 신뢰도평가 결과를 제시하고 그 크기에 대한 타당성을 검증한다. 또한 안전율에 따른 목표 신뢰도지수를 제시하여 한계상태설계법을 반영한 설계지침에서의 하중계수 설정에 필요한 기초자료를 제시한다.