본 연구에서는 기하학적 비선형 해석을 통해 완성계 사장교의 주요한 좌굴 거동 특성을 규명하였다. 본 해석 연구에서는 케이블의 자중에 의한 새그효과, 주탑 및 거더의 보-기둥 효과, 그리고 대변위 효과 등의 주요한 기하학적 비선형성이 직접적인 비선형 해석을 통해 고려되었다. 주탑과 거더는 비선형 프레임 요소로 모델링 되었고, 케이블은 비선형 등가 트러스 요소로 모델링 되었다. 차량하중으로 가정된 활하중이 고려되었는데, 활하중 해석 전에 고정하중을 합리적으로 고려하기 위해 초기 형상 해석이 수행되었다. 작용하는 활하중 형태에 따른 주요한 비선형 반응을 케이블 배치 형식에 따라 비교 하였고, 이 후 좌굴 안정성에 큰 영향을 미치는 활하중 형태에 대해 케이블의 배치 형식, 주탑과 거더 간 강성비, 케이블의 단면적, 케이블의 단수 등의 기하학적 특성이 좌굴 모드 및 임계 하중 계수의 변화에 미치는 영향을 규명하였다.
This paper presents an investigation of the structural stability of cable-stayed bridges, using geometric nonlinear finite-element analysis and considering various geometric nonlinearities, such as the sag effect of the cables, the beam-column effect of the girder and mast, and the large displacement effect. In this analytic research, a nonlinear frame element and a nonlinear equivalent truss element were used to model the girder, mast, and cable member. The live-load cases that were considered in this research were assumed based on the traffic loads. To perform reasonable analytic research, initial shape analyses in the dead-load case were performed before live-load analysis. In this study, the geometric nonlinear responses of the cable-stayed bridges with different cable arrangement types were compared. After that, parametric studies on the characteristics of the structural stability in critical live-load cases were performed considering various geometric parameters, such as the cable arrangement type, the stiffness ratios of the girder and mast, the area of the cables, and the number of cables. Through this parametric study, the effect of geometric shapes on the structural stability of cable-stayed bridges was investigated.
