해석 개요

장대레일을 사용하는 철도교의 해석에 있어 UIC774-3 기준에 따른 구조해석모델 즉, 도상의 변화(Loaded/Unloaded) 상태에 대한 Bi-Linear 스프링 적용으로 하중단계에 따라 4가지로 변화)를 포함하는 모델을 작성하여 해석을 수행하고자 합니다.

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

온도하중에 의한 휨 발생 등과 같이 장대레일이 부설된 철도교의 거동을 효과적으로 표현하고, 길이가 ‘0’일 때 가장 정확한 결과를 얻어내는 Joint 요소의 특성을 반영하기 위하여 도상의 비선형특성을 반영하는 Joint 요소로 연결되는 레일과 교량 상판은 모두 동일한 좌표에 위치하도록 하되 편심(Eccentricity)값을 명확히 지정하여 그 간격을 수학적으로 모델링에 반영하였습니다. 또한, 교량 상판의 중심축으로부터 교각상면까지의 거리를 표현하는 Rigid Beam을 추가하고 Constraint Equation을 적용함으로써 교좌받침의 위치가 Eccentricity=0 이 되도록 모델을 이상화 하는 가운데 교각과 교량상판의 경계조건이 충분히 반영되도록 하였습니다.

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

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

해석의 흐름

UIC774-3에 따르면 축력해석은 완전해석(Complete Analysis)과 분리해석(Separate Analysis)으로 구분하여 검토할 수 있습니다.

완전해석 (Complete Analysis)

LUSAS는 기본적으로 완전해석(Complete Analysis)을 수행합니다. 해석 수행 절차는 다음과 같습니다.

모델링 입력파일 작성
	Excel 입력파일을 작성합니다. 이때, 온도하중 값을 입력합니다.
모델 생성 Bridge/ Rail Track Analysis/ Build UIC774-3 Model…
	위에서 정의한 Excel 입력파일을 Modeller에서 불러들이면 모델이 자동으로 생성됩니다. 이때, 모델에 반영된 도상 특성과 하중은 다음과 같습니다. 1) 도상특성 : Unloaded 상태를 표현하는 비선형스프링 2) 하 중 : Loadcase 1 온도하중
활하중 재하 입력파일 작성
	활하중 정의를 포함하는 Excel 입력파일을 작성합니다.
하중 재하 및 해석 수행 Bridge/ Rail Track Analysis/ Apply Rail Loads…
	위에서 정의한 Excel 입력파일을 Modeler에서 불러들이면 아래 작업이 순차적으로 수행됩니다. 1) 2단계에서 수행한 모델파일을 모델러 (Modeller)로 읽어 들입니다. 2) 처음 정의한 Excel 입력파일에서 차량하중을 재하합니다. – Loadcase 1 : 온도하중 – Loadcase 2 : 활하중 3) 데이터 파일을 생성합니다. 4) Loadcase 1 온도하중에 대한 해석을 수행합니다. 이때 도상은 Unloaded 상태의 특성이 반영됩니다. 5) 활하중이 재하된 구간의 도상특성을 Unloaded 상태에서 Loaded 상태의 특성으로 변경합니다. 활하중이 재하되지 않은 구간은 Unloaded 상태가 유지됩니다. 6) Loadcase 2 활하중에 대한 해석을 수행합니다. Loadcase 1 온도 하중으로 인해 발생한 내력과 처짐 등은 그대로 계승된 상태에서 해석이 수행됩니다.
결과 검토
	Modeller에서 2가지 Loadcase 결과를 확인할 수 있습니다. 1) Increment 1 (Loadcase 1에 의한 결과) – 온도하중에 의한 결과 2) Increment 2 (Loadcase 2에 의한 결과) – 온도하중결과가 내재한 상태에서 활하중이 추가재하된 결과 (=온도하중 + 활하중 단계별 재하에 의한 완전해석 결과 )
결과 추출 Bridge/ Rail Track Analysis/ Extract Results to Excel…
	Modeler의 Increment 1, Increment 2의 결과를 Excel 파일로 출력하여 정렬합니다. Rail 및 Deck에 대한 처짐/응력 그래프와 이동하중 결과를 취합한 결과도 함께 추출됩니다.

분리해석 (Separate Analysis)

LUSAS는 기본적으로 Complete Analysis를 수행하지만, 온도하중을‘ 0 ’으로 설정한 모델을 사용하여 앞의 과정을 수행하면 Increment 2에서 순수 활하중에 의한 결과를 확인할 수 있습니다.

Increment 1 (Loadcase 1) : 온도하중 0 인 상태의 결과 (아무런 변화 없음)

Increment 2 (Loadcase 2) : 온도하중 0 인 상태의 결과 + 활하중 결과 = 활하중 결과

모델링 입력파일 작성
	Excel 입력파일을 작성합니다. (이때, 온도하중 값을 입력합니다. 생략)
모델생성 Bridge/ Rail Track Analysis/ Build UIC774-3 Model…
	위에서 정의한 Excel 입력파일을 Modeller에서 불러들이면 모델이 생성됩니다. 이때 모델에 반영된 도상 특성과 하중은 다음과 같습니다. 1) 도상특성 : Unloaded 상태를 표현하는 비선형스프링 2) 하 중 : Loadcase 1 온도하중 = 0
활하중재하 입력파일 작성
	활하중 정의를 포함하는 Excel 입력 파일을 작성합니다.