동적감쇠를 고려한 탄성 현수선 케이블의 비선형 해석에 관한 연구

초록

인장력만을 저항하는 케이블의 부재는 부재 길이에 따른 인장력의 변화가 적고, 단면에 균일한 인장응력이 발생하므로, 긴 스팬을 갖는 현수교, 사장교, 케이블 네트, 스타디움등 대형 구조물에 널리 사용된다. 케이블은 재료적으로 선형거동을 하지만, 전체적인 하중-변위관계는 비선형 거동이 나타나므로, 탄성 현수선 케이블의 구조적 거동을 규명하기 위해서는 반복적인 비선형 해석이 필요하다. 특히 새그(sag)에 의한 케이블의 비선형 축력-축변형 거동 및 하중에 의해 대변위가 발생할 경우에는 이러한 케이블의 비선형에 대한 영향을 충분히 고려해야 한다. O'Brien1)은 단부 절점의 위치가 주어지는 케이블의 절점력을 결정하는데 이용되는 알고리즘을 개발하였고, Argyris와 Sharpf2)는 프리스트레스 케이블 네트의 해석을 위해서 3차원 선요소를 도입하였다. Irvin3)은 라그랑즈 좌표를 이용하여 집중하중을 받는 케이블 부재의 자유진동해석을 수행하였고, Henghold와 Russell4)은 다절점 곡선요소를 이용하였다. Jayaraman과 Knudson6)은 탄성 현수선 케이블요소를 이용한 케이블구조의 정적 비선형 해석을 수행하고, 동적 해석시 집중질량행렬을 사용하였다. Lewis9)는 케이블네트의 초기형상을 결정하기 위하여 동적이완법(dynamic relaxation method)을 제시하였고, 한상을10)은 막구조의 등장력곡면의 형태해석을 위해 동적이완법을 제시하였다. 본 연구의 목적은 탄성 현수선 케이블의 접선강성행렬을 정식화 한 후 동적감쇠(kinetic damping)가 고려된 동적이완법을 이용하여 자중과 하중이 고려된 상태에서의 케이블 처짐 및 거동 특성을 파악하는데 있다. 또한 비선형 해석 기법으로 널리 알려진 뉴튼랩슨법의 해석 결과 및 기존논문의 해석 결과를 비교하여 본 연구의 정확성을 검증한다.