케이블 교체·파단 검토

케이블 교체·파단이란

케이블 교체·파단 검토는 케이블을 제거한 뒤 구조계의 안전성을 해석으로 확인하는 절차다.

교체는 계획된 제거와 재설치이고, 파단은 부식·피로·사고로 케이블이 끊어지는 돌발 사건이다.

두 경우 모두 구조계의 강성과 축력 분포가 바뀌므로 해석으로 확인해야 한다.

구조와 하중 재분배

케이블 교량은 주탑에서 케이블을 늘어뜨려 거더를 매다는 구조다.

케이블 한 본이 빠지면 그 힘은 남은 케이블, 거더, 주탑으로 다시 나뉘어 흐른다.

케이블은 인장만 받으므로 재분배 크기는 잔존 케이블의 강성 비에 따라 달라진다.

해석 방법 비교

해석 방법은 대상 구조에 따라 선형, 비선형, 시간이력 해석으로 나뉜다.

선형 해석은 계산이 빠르지만 케이블 처짐 효과를 놓칠 수 있다.

그래서 장경간에서는 비선형 해석을 기본으로 하고, 파단 충격이 문제될 때만 시간이력 해석을 더한다.

분담 계산 예제

가상의 예로 사장교 한 면에서 케이블 1개가 파단되고, 장력 2,000 kN이 빠진다고 하자.

잔존 케이블 4개가 균등하게 분담하면 케이블당 증분은 500 kN이다.

이 값은 파단 케이블 장력의 25% 수준으로, 상식 범위 안의 결과다.

다만 실제 판정은 한계상태 검토 기준과 해석 결과에 따른다.

흔한 실수

답안에서 흔한 실수는 교체와 파단을 같은 상황으로 묶어 설명하는 것이다.

교체는 계획된 제거·재설치이고 파단은 돌발 제거이므로 하중 조건이 다르다.

또 한계상태 조합 없이 허용응력으로만 쓰는 경우도 자주 빠진다.

케이블 부식 원인도 빠뜨리지 않도록 한다.

직접 풀어 보기

방금 배운 분담 계산을 직접 적용해 보자.

파단 장력 2,000 kN을 잔존 케이블 4개가 균등하게 나눈다고 하자.

정답은 500 kN이다. 2,000을 4로 나눈 값이다.

정리

정리하면, 케이블 교체와 파단은 별도의 시나리오로 해석한다.

정적 잔존 구조 해석과 동적 충격 해석을 나누고, 한계상태설계법으로 하중을 조합한다.

답안에서는 교체 순서와 케이블 부식 원인을 빠뜨리지 않도록 한다.