개요

경부고속철도내 장대레일을 사용하는 철도교의 해석에 있어 UIC774-3에 따른 도상의 변화(Loaded/Unloaded 상태에 대한 Bi-Linear 스프링 적용)으로 하중단계에 따라 4가지로 변화)를 포함하는 구조해석모델을 작성하여 해석을 수행하는 과정을 자동화하여 적용하였다.

모델링 개요

Rail과 Slab를 각각 3차원 보 요소를 사용하여 모델링하며, 도상은 비선형조인트요소(Nonlinear Joint Element)를 사용하여 하중의 크기에 따라 수평방향의 스프링 상수값이 UIC774-3에서 정하는 바와 같이 Loaded/Unloaded 상태에 따라 평상시/항복시에 해당하는 4단계에 걸쳐서 변화되어 적용된다.

온도하중에 의한 휨 발생 등과 같이 장대레일을 가진 철도교의 거동을 효과적으로 표현하고, 길이가 0 인 요소일 때 가장 정확한 결과를 얻어내는 Joint 요소의 특성을 반영하기 위하여, 도상의 비선형특성을 반영하는 Joint 요소로 연결되는 레일과 교량상판은 모두 동일한 좌표에 위치하도록 하되 Eccentricity값을 명확히 지정하여 그 간격을  수학적으로 모델링에 반영하였으며, 교량상판의 중심축으로부터 교각까지의 거리를 표현하는 Rigid Beam을 추가하고 Constraint Equation을 적용함으로써 교좌받침의 위치가 Eccentricity=0 이 되도록 모델을 이상화 하는 가운데 교각과 교량상판의 경계조건이 충분히 반영되도록 하였다.

하중은 온도하중과 활하중(연직,시동,제동)이 순차적으로 재하되며, 온도하중의 영향으로 인한 변형과 내력이 있는 상태에서 활하중이 추가 재하되는 개념의 단계별 비선형 해석이며, 해석 과정 간 도상의 특성은 Unloaded Bilinear 특성에서 활하중 재하구간에 대하여 Loaded Bi-Linear 특성으로 변경되어 반영된다.

정확한 데이터의 입력과, 입력한 데이터의 수정 및 검증이 용이하도록 교량 모델링에 필요한 각 제원과 하중 조건에 대한 모든 내용은 엑셀파일에서 정의하도록 함으로써 대화창을 사용하는 입력방식에서 나타날 수 있는 사용자 오류를 최소화 하고, 모델링과 해석의 속도와 효율을 최대화 하였다.