Vibration control and monitoring of cables, the main structural component of cable-stayed bridges, are becoming more important as their span length increases. Especially, stay cables are susceptible to vibrations because of a relatively small damping ratio and their flexibility. Among the various methods to solve this problem, the installation of the cable damper was noted as the most effective vibration control method. In addition, tension estimation of cables plays an important role in evaluating the structural integrity of cable-stayed bridge. However, existing methods have a limitation that requires a separate power source and sensor. In this study, the vibration control system which can measure the dynamic characteristics of cable and energy harvesting based on an electromagnetic (EM) damper was proposed. The proposed system operates in energy harvesting mode and vibration control mode. In an energy harvesting mode, the EM damper produces and stores energy and estimates the cable tension through the measured dynamic characteristics. In the vibration control mode, the vibration of the cable is controlled by the maximum control force. As an experimental measure, a numerical simulation and lab-scale experiments were performed.
케이블교량의 장경간화에 따라 케이블교량의 주요 부재인 케이블의 진동제어와 모니터링 시스템의 중요성이 증가하고 있다. 특히, 케이블은 큰 유연성과 작은 감쇠비 때문에 진동하중에 취약함을 보이고 있다. 이를 위해 다양한 진동제어 시스템이 제안되었고 감쇠기의 설치는 가장 효과적인 진동제어 방식으로 주목 받았다. 또한, 케이블의 장력은 해당 부재의 건전성을 평가하는데 중요한 지표로써 활용되어 왔다. 하지만 기존의 방식들은 독립적이며 별도의 전력원과 센서를 필요로 하는 한계점이 존재했다. 이에 본 연구에서는 전자기 감쇠기를 기반으로 동특성 측정과 에너지 수확이 가능한 진동제어 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 에너지 수확 모드와 집중 진동제어 모드로 구분되어 작동한다. 별다른 진동제어가 필요 없는 상황에서 작동하는 에너지 수확 모드에서는 전자기 감쇠기에서 에너지를 생산하고 저장하며 측정된 동특성을 통해 케이블의 장력을 추정한다. 집중 진동제어 모드에서는 감쇠기에서 생성할 수 있는 최대 제어력으로 케이블의 진동을 제어한다. 제안된 시스템의 각각의 기능에 대해 성능평가를 진행하였고 그 방법으로 수치 해석과 실험실 규모의 실험을 실시하였다.
