레일과 교량상판의 기하특성

교량상판의 기하특성

Excel Spreadsheet에서 정의하는 방법

레일을 포함한 각 교량상판을 표현하는 보 요소에 적용될 기하특성값은 Geometric Properties 탭에서 정의합니다. 레일은 전체 모델에서 균일한 값이 사용되므로 정의만 하면 되나, 각 교량상판의 기하특성값은 Structure Definition 탭의 L5와 같이 해당 구간에 기록하여 단면의 변화를 반영하여야 합니다. ‘모델링을 위한 Structure Definition 입력 탭‘ 이미지의 붉은색 Box의 예는 Span1과 Span2에 1번 기하특성값을 적용시킨다는 의미가 됩니다. 이 경우는 동일한 Span내의 단면 변화를 모델링 할 수 없으므로 평균단면상수를 적용합니다. 기하특성값의 정의에 사용되는 보요소의 Local 좌표축은 아래 그림과 같이 연직방향이 Local-z 가 됩니다.

모델러에서 Wizard를 사용하여 정의하는 방법

엑셀 입력창에서는 Span내의 단면변화를 정의할 수 없습니다. 하지만 ‘Build UIC774-3 Model…’메뉴를 사용하여 모델을 구성한 후, 모델러에서 Span내 단면변화를 정의할 수 있으며 단면의 형상도 함께 확인할 수 있습니다. 단, 모델러에서 변단면을 정의하는 경우에도 Excel Sheet에서 Deck의 Depth of Section의 값은 정확하게 입력해야 하며 다른 기하특성값은 단위값인 1을 입력합니다. Wizard를 사용하여 Deck의 변단면을 정의하는 내용은 뒤에 간단한 예제를 통해 별도로 다룹니다.

레일의 기하특성

레일의 단면특성은 26행에서 Rail 이라는 제목으로 1회 정의할 수 있으나, 교량상판에 대해서는 B(B27~)행에서 일련번호를 나열하여 제목으로 삼고 C~L열까지를 활용하여 Excel 입력항이 허용하는 범위까지 정의할 수 있습니다.

레일과 Deck 상면의 거리를 나타내는 Eccentricity between Rail/Slab (Interaction and Expansion Joint sheet)를 정의하지 않는 경우에는 도상을 표현하는 Joint요소의 길이를 ‘0’으로 정의하기 때문에 Rail과 Deck가 그림 8에서와 같이 모델링 상에서는 하나의 Line처럼 보입니다. 그러나 내부적으로는 아래와 같이 요소가 연결되어 있습니다.

즉, Track (A), Track (B)는 2개의 열로 구성되며, 교량상판(Deck)과 Joint 요소로 연결되어 있습니다.

Tip.

LUSAS RTA는 Track을 기준으로 하므로 실제 Track을 구성하는 2개 Rail에 대한 특성값을 입력해야 합니다. 즉, 단면적의 경우 Rail 단면적의 2배, 단면2차모멘트의 경우 단면합성상태를 방향에 따라 계산하여 입력해야 합니다. (상행선/하행선 복선 교량의 경우 활하중 방향이 다른 경우를 검토할 수 있으며, 이때 교량 상판을 통한 상호 간섭은 발생하며 결과에 반영됩니다.)

C26에 있는 Depth of Section은 교량상판 단면의 높이를 표시하는 것으로 레일과 관련이 없으므로 무시합니다.

J26에 있는 Eccentricity 값은 레일의 중립축을 기준으로 하므로 레일의 Eccentricity 값은 0 으로 합니다.

Depth of Section to the Support

슬래브 상단에서 Deck 교좌받침 까지의 거리를 정의하며, 전체 상호작용 해석 모델과 함께 정확한 경계조건이 유지되도록 하는데 필요합니다. 다양한 교량 유형에서 단면 깊이는 다음 그림에서 표시된 대로 다르게 정의 합니다. 대부분의 교량의 경우 왼쪽과 중앙 이미지에서 표시된 대로 단면 전체의 깊이를 정의하지만, 오른쪽 이미지와 같은 ‘U’형 단면의 경우 단면 깊이는 하단 슬래브의 깊이로 정의합니다.

Component Type

단면 속성의 구성 요소 유형을 정의합니다. ‘Loading’ 워크시트에 정의된 적절한 데크 온도 하중을 적용하는 데 사용됩니다. 구성 요소의 유형은 일반적으로 콘크리트 데크, 스틸 데크 또는 교각입니다. 또한 ‘User Deck’를 입력하면 사용자가 정의한 데크 유형을 사용할 수 있습니다.

요소 방향

단면 속성값의 방향은 워크시트 내 이미지에 표시된 축과 다음 이미지에 표시된 요소 로컬 좌표계를 따라야 합니다. 여기서 두 개의 화살촉이 있는 화살표는 요소 로컬 x축을 나타내고, 하나의 화살촉이 있는 화살표는 요소 로컬 y축을, 화살촉이 없는 선은 요소 로컬 z축을 나타냅니다. 경간과 교각 모두 요소 로컬 y축은 교량의 경우 측면 방향으로, 로컬 z축은 Span에서는 수직방향으로, Pier에서는 종방향으로 정의됩니다.

Deck와 레일의 단면 속성 정의를 위한 단면 축은 다음과 같습니다.

Eccentricity

RTA 모델의 모든 편심(Eccentricity)은 궤도 또는 레일의 nodal line을 기준으로 정의되기 때문에 편심을 양수(+)로 정의하면 그림 20에서 표시된 대로 레일 nodal line 하단에 단면이 위치하게 됩니다. 레일의 편심값을 입력하면, 레일의 중립축은 nodal line에서 일정 거리 떨어진 곳에 위치하게 됩니다. 이러한 이유로 레일의 편심값은 모든 경우에 대해 0으로 입력합니다.

J27에 있는 Eccentricity 값은 레일의 중립축과 교량상판 단면의 중립축 사이의 거리를 표시하는 것입니다.