| 연구개발개요 |
◎ 연구개발 배경 일반적인 해상교통시설물의 특성 및 기술적 한계.일반적으로 일정한 폭원 이상의 강이나 바다 및 협만 등을 건너기 위한 교통 시설물로써 해상장대교량이나 해저터널이 주로 적용됨.해저 터널을 건설하기 위해서는 기본적으로 계획 노선을 따라 일정 크기 이상 구경에 대한 대규모 해저 지반 굴착 작업이 선행되어야 함.해저 지반 굴착 작업에 막대한 비용과 시간이 소요되고, 굴착 시 발생하는 토사의 처리와 관련한 방안이 필수적.해상 교량은 선박의 주행항로의 확보 및 해상교각공사의 비용과 시간적 부담을 줄이기 위해 장경간 교량이 설계되는 것이 일반적.이러한 목적 하에 해상장대교량은 주로 현수교 또는 사장교 등 지간장을 길게 확보 가능한 교량 형식이 적용되어 옴.케이블지지교량의 구조적 특성에 따라 주탑과 주탑 사이의 거리가 길어질수록 주탑 및 기초구조물 그리고 지반이 부담해야 하는 하중이 급격히 증가.케이블지지교량의 기술적으로 설계 및 시공 가능한 최대 중앙경간장에 대해서는 거더 및 주탑의 전체적 또는 국부적 좌굴 문제나 케이블 정착구에서의 응력집중문제 등 여러 영향인자들이 존재.기본적인 구조 역학적 개념에서 볼 때 주탑 및 기초, 지반이 부담할 수 있는 압축력 및 지압력이 상부구조물에 의해 전달되는 하중의 범위를 결정하고, 이에 따라 설계 가능한 지간장 범위가 결정됨. 즉, 거더의 지간장이 늘어나면 늘어날수록 이에 따른 주탑 및 기초의 규모는 커질 수 밖에 없고, 이는 결국 주탑 및 기초의 설계 및 시공에 매우 큰 부담으로 작용.또한, 깊은 수심의 해역에서의 해상교량공사 시 해상교각공사는 전체 공사비 및 공사기간에 큰 부담을 가중. 1,000 m 이상의 수심에 대해서 일반적인 교각 또는 주탑의 건설은 높은 수심과 해상환경의 영향 등에 의해 명확한 기술적 한계가 따름.정리하면, 종래의 고정식 주탑을 갖는 해상교량은 기본적으로 주탑 및 기초의 시공한계에 따라 경간장 증가에 한계가 따르고, 근본적으로 일정 수심 이상의 해역에 대해서는 해상교량의 건설 자체가 매우 어려움!◎ 초장대교량으로써의 부유식 초장대케이블지지교량의 효용성부유식 교량은 구조물의 부력을 이용하여 구조물의 사하중과 부력이 힘의 평형을 이루어 해저 지반에 거치된 교각 없이 상부구조물이 자연의 힘에 의해 지지되는 형식을 의미.주탑에 가중되는 압축력을 상쇄할 수 있고, 해저지반까지 주탑을 고정시킬 필요가 없어서 해상교각공사 및 해저지반굴착공사를 혁신적으로 줄일 수 있음!부유식 교량에 대해서는 복잡하고 깊은 수심의 협만 (피오르드)으로 구성된 노르웨이 및 미국/캐나다 등에서 실제 설계 및 시공이 시도되었으나, 지간장 1.0 km 이상의 초장대 해상교량으로써의 부유식 교량은 아직까지 건설된 바는 없음.◎ 연구과제 최종목표 본 연구과제 목표 : 부유식 주탑을 갖는 초장대 해상 교량의 핵심 해석 기술을 개발 및 2.0km 이상 부유식 초장대교량의 주요 구조거동 특성 규명과 그 실효성 분석 부유식 초장대케이블지지교량의 초기형상해석기법 부유식 초장대케이블지지교량의 전체계 유체-동역학적 해석기법 부유식 초대형 주탑의 안정성 및 운동성능 해석기법 부유식 초장대케이블지지교량 극한해석기법 케이블 단선 해석기법 계류계 단선 해석기법 계류계 피로해석기법 (Floater excitation / Vortex Induced Vibration에 의한) 계류계 지지구조물-해저지반 간 상호작용해석기법 개발
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| 최종목표 |
◎ 부유식 초장대 케이블지지교량 핵심 해석기술 개발 부유식 초장대케이블지지교량의 초기형상해석기법 부유식 초장대케이블지지교량의 전체계 유체-구조동역학 해석기법 부유식 초대형 주탑의 안정성 및 운동성능 해석기법 부유식 초장대케이블지지교량 극한해석기법 부유식 초장대케이블지지교량 케이블 단선 해석기법 부유식 초장대케이블지지교량 계류계 단선 해석기법 계류계 피로해석기법 (Floater excitation / Vortex Induced Vibration에 의한) 계류계 지지구조물-해저지반 간 상호작용해석기법 개발◎ 2.0km 지간장을 갖는 부유식 초장대교량의 실효성 분석 케이블배치 및 장력분포에 따른 부유식 초장대케이블지지교량 정적 거동특성 분석 주요환경하중이 부유식 초장대케이블지지교량의 동적거동에 미치는 영향 분석 부유식 초대형 주탑의 안전성 특성 분석 부유식 초장대케이블지지교량 극한거동특성 분석 케이블단선이 부유식 초장대케이블지지교량의 거동 특성 변화에 미치는 영향분석 계류선단선이 부유식 초장대케이블지지교량의 거동 특성 변화에 미치는 영향분석 정동적 하중을 받는 특수구조 주탑의 전체적/국부적 거동 특성 분석 2.0km 지간장을 갖는 부유식 초장대케이블지지교량 전체계 및 주요부재 구조거동특성 및 성능 분석을 통한 실효성 분석
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| 연구내용 및 범위 |
최종 연구 목표 : 부유식 주탑을 갖는 초장대교량의 핵심 설계기술 개발, 2.0km 이상 부유식 초장대교량의 주요 구조거동 분석 및 실효성 평가연구 세부 목표 : ◎ 부유식 초장대 케이블지지교량 핵심 해석기술 개발 부유식 초장대케이블지지교량의 초기형상해석기법 부유식 초장대케이블지지교량의 전체계 유체-구조동역학 해석기법 부유식 초대형 주탑의 안정성 및 운동성능 해석기법 부유식 초장대케이블지지교량 극한해석기법 부유식 초장대케이블지지교량 케이블 단선 해석기법 부유식 초장대케이블지지교량 계류계 단선 해석기법 계류계 피로해석기법 (Floater excitation / Vortex Induced Vibration에 의한) 계류계 지지구조물-해저지반 간 상호작용해석기법 개발◎ 2.0km 지간장을 갖는 부유식 초장대교량의 실효성 분석 케이블배치 및 장력분포에 따른 부유식 초장대케이블지지교량 정적 거동특성 분석 주요환경하중이 부유식 초장대케이블지지교량의 동적거동에 미치는 영향 분석 부유식 초대형 주탑의 안전성 특성 분석 부유식 초장대케이블지지교량 극한거동특성 분석 케이블단선이 부유식 초장대케이블지지교량의 거동 특성 변화에 미치는 영향분석 계류선단선이 부유식 초장대케이블지지교량의 거동 특성 변화에 미치는 영향분석 정동적 하중을 받는 특수구조 주탑의 전체적/국부적 거동 특성 분석 2.0km 지간장을 갖는 부유식 초장대케이블지지교량 전체계 및 주요부재 구조거동특성 및 성능 분석을 통한 실효성 분석 연구목표 및 범위의 설정근거 부유식 초장대케이블 지지교량의 기본 설계를 위해서는 설계하중에 대한 구조물의 명확한 거동 분석이 필수적 부유식 초장대케이블 지지교량은 고정식 케이블 지지교량의 설계 시 고려하는 하중 이외에 바람, 조류, 파랑 등 구조물의 극심한 동적 거동을 유발하는 하중에 의한 구조 반응을 명확히 분석할 수 있어야 구조물을 이루는 주요 부재의 강도 및 피로설계가 가능 케이블지지 교량의 특성에 의해, 다양한 정/동적 설계하중인자에 의해 나타나는 주탑의 구조 거동은 결과적으로 구조물 전체에 대한 정/동적 상호작용을 일으키게 되므로 주요 부재의 상호작용을 고려한 전체계 해석기법의 개발은 필수적. 따라서 본 연구에서는 최적의 초기 케이블장력을 결정할 수 있는 초기형상해석, 활하중에 대한 구조물의 극한거동 및 내하력 평가를 위한 극한해석, 다양한 환경하중에 의해 부유식 초장대교량의 동적거동을 평가할 수 있는 전체계해석, 케이블 및 계류계 단선해석, 부유식 주탑의 안정성해석기법을 개발하는 것을 목표로 함.
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