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활용사례
[Bridge] 노후된 용접부위로 된 박스 거더 격벽에 대한 평가개요
고가교 구조물의 박스거더 횡단 전면부
비선형 yield check 해석
LUSAS를 이용하여 강화작업의 불필요성을 입증
Midland Links 고가교는 Birmingham 부근의 M5, M6 고속도로로 연결되어 있다. 다수의 경간이 스틸박스거더의 횡단 전면부를 지지하고 있었고, 강화를 위한 세부장식을 포함하고 있었으며 이는 Merrison 보고서의 기간간행물에 보강된 내용으로 성문화된 방법을 통한 평가로 쉽사리 다뤄지지 않는 부분이다. Maunsell사는 LUSAS Bridge를 사용하여 극단의 한계상태에서 격벽부의 완전성을 입증하기 위한 상세 비선형 해석을 수행하고 있었다. BS5400 제 3장에서 제시된 방법에 대한 초기의 수 계산에서 이들 박스거더의 받침격벽 내의 판넬은 극단의 한계상태의 하중 아래에 견뎌내지 못할 것이라고 나타났다. 게다가 단순해석에서 격벽사이의 간헐적인 용접부와 수직 보강재 또한 견뎌내기 힘들 것이라고 나타났다.
LUSAS Bridge를 사용한 선형탄성해석은 이것을 뒷받침하였고, 물질적, 기하학적으로 상세한 비선형 해석이 극단의 한계 상태에서 격벽부의 완정성을 입증하기 위해 수행되었다. 격벽부와 구조물의 인근 강판은 4개의 노드 thick shell element로 모델링 되었다. 격벽보강재 용접은 자유도 6으로 탄성력이 있고 완벽하게 가소성이 있는 조인트요소로 모델링 되었다. 탄성력이 있고 가소성이 있고 긴장력을 강화된 특성들이 shell 요소로 지정되었다. 조인트 요소들에 대한 항복응력은 특성화되었다.
인트에 대한 해석결과가 BD21/97 조항의 지표에 의해 기대된 용접부에 대한 항복응력에 대응되는 값이 제한되어 있었다. 조인트의 보강재는 조인트 요소 내에서 연구 자료를 통해 인정되고 있는 값인 0.10mm 보다 용접 변형 결과값에 해당된다. 모멘트, 전단부, 쉘모델 끝단부의 비틀림, critical loadecase에 대한 격벽부 밑단의 반응은 선형 빔해석을 사용하여 결정지었다. 이들 하중은 집중된 노달 하중으로서 모델에 적용되었다. 하중 데이터셑은 변화를 사용하여 특성화되었고, web의 평면을 구부림으로써 야기되는 선형 응력 배치의 투입량을 단순화하였다. 결과적으로 변형된 메쉬는 구조물의 하중과 함께 도표화하였다.
구조물 내에서 항복력의 범위는 plotting yield flags로 표시하여 각각의 하중 증가로 구분하였다. 변형된 mesh의 형태와 연속되는 하중의 증가에 대한 응력콘타 plot의 애니메이션은 격벽자체의 제한된 힘이 접근될 때 어떻게 격벽부에 하중이 재분배되고 있는지를 보여주었다. 조인트요소의 이동은 각각의 하중이 증가되는 경우에 대한 결과물이고, 스프레드 시트는 모든 하중의 증가에 대한 용접라인을 따라서 이동 profile의 플롯그래프에 사용되었다. 이들 그래프는 용접부의 변형이 안전도의 한계로 설정되어 있는 1.0mm의 한계값을 초과하지 않음을 입증하고, 향후 힘든 강화작업이 불필요함을 보여주고 있다. Merrison Report는 많은 사건, 호주의 Westgate 교량과 South Wales의 Milford Haven 을 포함한 1960년대 후반 박스거더의 붕괴로 인한 비극적 재해들 이후에 세워진 Royal Commission의 결과물(보고서)이다.
