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활용사례
[Bridge] Newark Dyke 철도교 상세 동해석개요
Newark Dyke 철도교는 77m길이에 11.25m의 폭을 가진 교량으로 시속 225km의 차세대 열차를 위한 스틸 아치교로써 영국에서는 처음 시도되는 형식으로 아래와 같이 요약할 수 있다.
Steel Arch 고속 철도교
Interactive Modal Dynamic 기법 사용
상세 동해석 수행
이 교량은 Nottinghamshire에 있는 Trent강을 가로지르는 동해안 라인과 수명연한이 다한 2개의 교량을 대체하는 역할을 하였다. Cass Hayward & Partner사가 Railtrack London North Easetern사의 의뢰에 따라 상세 동해석을 수행하기 위해서 LUSAS Bridge를 사용하였다.
여기에서 사용된 Interactive Modal Dynamics(IMD) 기법은 이동하는 여러 종류의 열차하중과 속도의 수없이 많은 조합에 따라 각각의 동적 응답을 얻어내는데 소요되는 막대한 시간을 단축시켰다. 12가지의 다른 기본형 열차 하중과 이를 따르는 수송 열차의 변화에 따른 하중 경우를 고려해야 했으며,검토 결과 이 중 3개의 고속전철이 움직일 때 가장 위험한 동적 영향력을 가지는 것으로 판단이 되었으며,그것은 Eurocode ENV 1991-3 Type 3,the Class 373 Eurostar Capital Sets,그리고 ECML GNER GEC Alsthom/FIAT 160mph tilting train (Pendolino)이었다. 주요 검토 대상은 힘과 모멘트의 동적 증폭과, 열차가 통과하는 동안에 불안정 상태를 막기 위해 0.35g를 초과해서는 안되는 상판 부분에서의 연직 가속도값이었다. 게다가, Structural Damping값이나 질량값 등의 매개변수의 변화에 따른 해석의 민감도가 분석이 되어야만 하였다.
이를 수행하기 위해서는 빠르게 수행할 수 있는 해석 절차가 절대적으로 필요하였다. 교량은 상판을 표현하는 Beam과 Shell 요소를 사용한 보강된 Shell 구조 형태로 이상화 되었다. Beam 요소는 트러스 구조에 사용되었으며, 각 트러스 부재는 1개의 Beam요소로 모델링함으로써 트러스 부재 내의 휨 응력의 변화는 고려하지 않기로 하였다. 진동수와 eigenvector, 그리고 기여도 등을 얻어내기 위해 일반적인 고유진동해석을 먼저 수행하였고,단위 하중이 교량을 통화하는 동안의 Modal force 변화데이터가 생성되었다. 각 열차 형태에 따라 각각의 바퀴 하중을 모두 표현하는 하중을 정의하여 적용함으로써 완전한 열차가 통과하는 동안의 Modal force 변화를 나타내는 데이터를 얻어내었다. LUSAS의 IMD 기능을 사용함으로써 시속 150Km로부터 288Km까지 시속 3.6Km (1m/s) 간격으로 자동으로 해석함으로써 각 속도에 대한 최대 동적 응답을 얻어낼 수 있었다.
해석결과는 선택된 지점을 대상으로 하는 열차의 이동속도 대 최대 동적 응답을 나타내는 그래프로 표현되었고, 또한 특정 속도로 이동하는 경우에 있어서의 시간이력변화도 표현되었다. 해석의 결과와 설계 요구 사항의 비교를 통해 Cass Hayward는 본 교량에 대한 동적 거동에 대한 평가를 완료할 수 있었다.
