하중 유형 및 조합

LUSAS Bridge는 대부분의 상황을 충족할 수 있도록 폭넓은 일반 하중 유형을 제공합니다. 차량 하중 유형, 기차 하중, 그리고 다양한 국제 설계 기준에 따른 프리스트레스 및 포스트텐션 하중도 지원됩니다.
차량 하중 최적화 기능은 가장 불리한 교통 패턴을 찾는 데 도움을 주며, 하중 포락(Envelopes), 기본(Basic) 및 스마트(Smart) 하중 조합 기능은 주요(primary) 및 동시(coincident) 영향의 최대·최소 값을 평가하는 데 유용합니다.

일반 하중

구조 하중(Structural), 정해진 하중(Prescribed), 열 하중(Thermal)은 모두 Feature 기반(Feature-based) 하중으로,
요소망에 직접 적용되는 것이 아니라 모델의 기하학적 Feature(점, 선, 면, 체적)에 할당되며, 해당 Feature 전체에서 유효합니다.

• 자중(중력), 집중 하중, 분포 하중, 면(Face) 하중, 온도 하중, 응력/변형률 하중, 보 하중 등을 Feature에 적용할 수 있습니다.

• Prescribed Load 옵션을 이용하여 초기 변위, 속도, 가속도를 Feature에 지정할 수 있습니다.

• 이산 하중(Discrete Loads)을 사용하면 모델 기하에 독립적으로, 전체 또는 특정 영역에 하중 패턴을 분포시킬 수 있습니다.

• 복합 하중(Compound Loads)을 사용하여 미리 정의한 이산 하중 세트로 하중열(load train) 을 구성하고 하나의 하중으로 Feature에 할당할 수 있습니다.

• 열 하중은 단독 열 해석 또는 구조–열 결합 해석에서 온도나 열 입력을 정의하는 데 사용됩니다.

• 정의된 Feature에 따라 모든 Feature 기반 하중 유형에 하중 변화를 적용할 수 있습니다.

프리스트레스 및 포스트텐션 하중

LUSAS의 프리스트레스/포스트텐션 기능은 보, 슬래브, 3D 체적 요소(Volume) 에 모두 적용할 수 있으며, 일부 설계 기준에서는 크리프 및 수축을 포함한 시간 단계(Time-Stage) 고려도 가능합니다.

LUSAS는 정의된 텐던에 대해 발생하는 동등한 절점 하중(Equivalent Nodal Loads) 을 계산하고, 선택된 하중 케이스 또는 하중 케이스 세트에 따라 해당 힘을 빔, 쉘, 고체 요소에 자동으로 배분합니다.

지원되는 시공 단계 방식은 다음과 같습니다:

• Span-by-span (경간별 시공)

• Progressive placement (점진적 배치 시공)

• Balanced cantilever (균형 캔틸레버 시공)

• Incremental launching (점진적 발사 시공)

지원되는 설계 규정에는 다음이 포함됩니다:

지원 설계 기준

• AASHTO LRFD 2nd Edition

• AASHTO LRFD 5th ~ 7th Edition

• BS 5400-4:1990

• DD EN 1992-1-1:1992 Eurocode 2

• EN 1992-1-1:2004 Eurocode 2

• JTG D62-2004

프리스트레스 하중은 보(선형), 쉘(면) 및 고체(부피) 모델에 모두 적용됩니다.

프리스트레스 하중의 특징

텐던 프로파일을 정의하면, 입력하는 동안 실시간으로 형상이 변화하는 모습을 확인할 수 있으며, 스프레드시트에서 데이터를 복사하여 붙여넣는 것도 가능합니다. 또한, LUSAS Modeller에 정의되거나 외부에서 가져온 선(Line), 호(Arc), 스플라인(Spline) 을 선택해 텐던을 자동 생성할 수도 있습니다..

• 텐던은 3D 좌표를 직접 입력하거나, 두 개의 2D 평면 상에 좌표를 정의하는 방식으로도 만들 수 있습니다.

• 로컬(Local)하게 정의된 텐던 프로파일은 모델의 어느 위치에서든, 필요한 횟수만큼 반복 사용할 수 있습니다.

• 텐던의 재료/단면 특성, 즉시 손실과 시간 의존 손실(Time-dependent losses)에 대한 값과 설정을 정의할 수 있습니다.

• 선택된 설계 기준에 따른 다른 텐던의 긴장에 의한 탄성 단축(Elastic Shortening) 이 자동으로 반영되며, 사용자가 직접 입력한 퍼센트 손실(percentage loss) 값을 적용할 수도 있습니다.
  크리프·수축 등 시간 의존 효과(Time-dependent effects)도 고려할 수 있습니다.

• 정의된 텐던 하중은 모델의 선(Line), 면(Surface), 체적(Volume) Feature에
  드래그 앤 드롭 방식으로 간단히 할당할 수 있으며, 단일 하중 케이스 또는 여러 하중 케이스 범위에 적용할 수 있습니다.

• 시간 의존 손실 이후 텐던 프리스트레스력을 그래프로 출력할 수 있습니다.

• 모델에 사용된 모든 텐던의
  재료·단면 특성, 프로파일, 하중, 손실, 설계 배치(setting-out) 정보를
  모델 보고서(Model Report)에 자동으로 포함시킬 수 있습니다

차량 하중

LUSAS Bridge의 차량 하중 기능은 교량 상판에 작용하는 활하중(Live Load)을 매우 간편하게 생성할 수 있도록 설계되어, 하중 정의 작업을 크게 단축시켜 줍니다. 제공되는 기능은 다음과 같습니다.

• 정적 차량 하중(Static vehicle loading)

• 철도 하중(Train loading)

• 하중열(Load trains)

• 비정상 하중(Abnormal loading)

• 이동 하중 생성기(Moving load generators)

• 차량 하중 최적화(Vehicle load optimisation)

정적 차량 하중

정적 차량 하중, 차선(Lane) 하중, 선 하중(Knife-edge load)은 다양한 국제 교량 설계 기준에 대해 제공됩니다. 현재 지원되는 기준은 다음과 같습니다:

• AUSTROADS Bridge Design Code HB77.2, AS 5100.2-2004, AS 5100.7-2004. (Australia)
• Canadian Highway Bridge Design Code (CHBDC.)
• JTG D60-2004 General Code for Design of Highway Bridges and Culverts. Peoples Republic of China)
• Special vehicles defined as Load Model 3 (LM3) in the Danish National Annex to EN1991-2 (Denmark)
• EN1991-2:2003 Eurocode 1: (Eurocode) including any country-specific load models as part of a country’s National Annex to the code.
• TIEL 2172072-99 and the National Annex EN1991-2 (Finland)
• IRC:6-2000 Section: II Loads and Stresses. (India)
• Israeli loading design code.
• 한국 도로교 시방서 (Korean loading code)
• NATO vehicle loading defined in annex A of STANAG 2021
• New Zealand loading code
• Norwegian loading design code
• Poland loading code
• TMH7 Code of Practice for the Design of Bridges and Culverts
• BRO Classification loads (Sweden
• BS5400, BD37/88, BD37/01, BD21/97, BD21/01, BD 86/11 and EN1991-2 National Annex 2.16 (United Kingdom)
• AASHTO LFD and LFRD loading, and selected state dependent design loading
• Additional loading types are being added all the time.

철도 하중(Train Loading)

AASHTO와 Eurocode를 포함한 다양한 국제 교량 설계 기준에 따른 철도 하중 옵션이 제공됩니다.

하중열(Load Trains)

하중열(Load Trains)은 복합 하중(Compound Load) 기능을 사용해 생성할 수 있습니다.

특수 하중(Abnormal Loading)

특수 하중을 위한 하중 생성 기능(Abnormal load generators)이 포함되어 있습니다.

이동 하중 생성기(Moving Load Generators)

정적 차량 하중 및 철도 하중은 단독으로 사용할 수도 있고,
이동 하중 생성기(Moving Load Generator)와 함께 사용하여
하중이 교량을 횡단함에 따라 자동으로 필요한 하중 케이스 세트(loadcases)를 생성할 수도 있습니다.

차량 하중 최적화(Vehicle Load Optimisation)

Vehicle Load Optimisation 옵션은 도로 차량 하중(여러 차선) 또는 철도 하중(여러 개의 선로)에 대해 가장 불리한 활하중 패턴을 자동으로 생성할 수 있어, 상당한 해석 시간을 절감할 수 있습니다. 이 기능은 다양한 국제 설계 기준에 따라 최적의 하중 패턴을 산출하도록 설계되어 있습니다.

몇 가지 기본 매개변수만 입력하면, 쉘/판(Shell/Plate) 요소 모델, 선형 보(Line Beam) 모델(차량 하중에 한함) 에 대해 최적화된 하중 패턴을 자동으로 생성할 수 있습니다.

차량 하중 최적화
철도 하중 최적화

차량 하중 최적화 기능은 모델에 활하중을 재현하기 위해 개별 하중 케이스를 생성하는 데 소요되는 시간을 크게 줄여 줍니다. 이를 통해 교량 구조물의 설계, 평가, 하중 등급(load rating) 업무를 더욱 효율적이고 경제적으로 수행할 수 있습니다.

응답 스펙트럼(Response Spectra)

현재 다음 설계 기준에 대한 응답 스펙트럼(Response Spectrum) 데이터가 지원됩니다.

• ASCE 7-10 (2010)
• ATC-40 (1996)
• 중국 GB 50011-2010
• EN1998-1:2004 디자인 (수평)
• EN1998-1:2004 탄성 (수평)
• FEMA 356 (2000)

포락(Envelopes) 및 하중 조합(Load Combinations)

LUSAS Bridge의 핵심 기능 중 하나는 기본(Basic), 스마트(Smart), 설계 기준(Code-specific) 하중 조합 기능으로, 설계 하중 조합을 수동 또는 자동 방식으로 손쉽게 구성할 수 있습니다.
이러한 조합으로부터 포락(Envelopes), 등고선(Contour) 및 변형 형상(Deflected Shape) 도식, 결과 그래프 등을 원하는 하중 케이스에 대해 쉽게 확인할 수 있습니다.

기본 하중 조합(Basic Load Combinations)

기본 조합 기능을 사용하면 하중 케이스와 하중 계수(load factors)를 수동으로 정의할 수 있습니다.

스마트 조합(Smart Combinations)

Smart Combinations 기능은 적용된 하중을 기반으로 가장 불리한 효과(adverse)와 가장 유리한 효과(relieving)를 자동으로 고려하여, 구조물의 최대 및 최소 하중 조합을 자동 생성합니다.

이를 통해 교량 모델에 필요한 조합 및 포락의 수를 대폭 줄일 수 있으며, 절대 최대 포락(Absolute Maximum Envelopes) 도 포함됩니다.

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설계 기준 기반 하중 조합(Design Code Load Combinations)

지원되는 설계 기준에 대해, Design Combination Wizard를 사용하면 특정 하중 유형을 하중 케이스, 포락, 기본 조합에 손쉽게 할당할 수 있습니다.

설정한 배치 및 옵션을 기반으로, LUSAS Modeller는 해당 하중 유형에 대한 설계 기준 하중 조합을 자동으로 생성합니다.

하중 케이스/하중 유형 정의	조합 옵션