케이블 풍우진동

풍우진동이란

케이블 풍우진동은 비와 바람이 동시에 작용할 때 생기는 대진폭 진동이다.

교량 안전과 유지관리에 직접 영향을 주며, 발생조건과 제진대책이 반복해서 출제된다.

시험에서는 이 현상의 원리와 조건을 정확히 익혀 두어야 한다.

발생 원리

강우가 케이블 표면에 빗물 막을 만들고, 이것이 상부 물줄기가 된다.

상부 물줄기가 움직이면 공기역학 계수가 달라져 양력이 주기적으로 변한다.

변동 양력이 케이블 고유 모드와 맞물리면 진동 에너지가 계속 들어온다.

구조감쇠가 이 유입을 이기지 못하면 진폭이 커진다.

비가 없으면 같은 바람에서도 케이블이 크게 흔들리지 않는다.

유형 비교

풍우진동은 비와 바람이 함께 작용할 때 생기며, 와류진동과 원인이 다르다.

와류진동은 교번 와류 방출이 원인이고, 풍우진동은 강우와 바람의 결합이 원인이다.

가장 큰 진폭을 만드는 것은 풍우진동이므로 강우 조건을 빠뜨리면 안 된다.

환산속도 계산

환산속도는 풍속을 고유진동수와 직경의 곱으로 나눈 값이다.

가상 조건으로, 케이블 길이 150 m, 구조감쇠비 0.001, 직경 0.16 m, 1차 고유진동수 0.9 Hz이다.

풍속 10 m/s를 대입하면 분모는 0.9 × 0.16 = 0.144이다.

따라서 환산속도는 10 / 0.144 = 약 69.4이다.

계산 단계를 생략하면 결과가 맞아도 감점 요인이 된다.

직접 풀기

앞의 계산을 이용해 직접 풀어 보자.

풍속은 10 m/s이고 분모 f × D는 0.144이다.

정리

정답은 약 69.4이다.

답안은 정의, 발생조건, 특징, 대책 순으로 정리한다.

발생조건은 강우, 풍속, 풍향각 세 가지를 함께 쓴다.

풍우진동은 와류진동과 다른 현상이므로 구분해 적는다.