하중 정의

온도하중

첫 단계 하중으로 교량상판에 작용하는 온도하중은 C4~C6 셀, 레일에 작용하는 온도하중은 C7 셀에 입력합니다.

궤도와 교량 상부 구조물에 적용되는 온도하중 모두 섭씨(Celsius) 단위로 입력하고, 온도하중을 고려하지 않는 경우 공백으로 남겨둡니다. 온도 증가는 (+)값으로 온도 감소는(-)값으로 정의합니다. 온도하중은 교량상판과 레일 전체에 적용합니다.

‘Geometric Properties’ 워크시트에서 데크나 스팬에 기하특성을 적용하면 구조적 구성요소를 콘크리트, 강재 또는 사용자 정의 제작 유형으로 모델을 구성할 것인지 선택할 수 있습니다. ‘Loading’ 워크시트의 온도하중 입력 셀에서 이러한 각 유형에 대한 초기 온도로부터 온도변화를 정의할 수 있습니다.

Note.

동일한 Deck 유형에 대해 두 개 이상의 온도하중을 입력해야 하는 해석의 경우, 사용자 정의 유형을 사용하거나 단일 Deck 유형으로 온도로 모델을 정의한 후 온도해석 모델을 구성해야 합니다. 생성된 온도해석 모델에서 Deck의 온도하중을 수동으로 수정한 후, ‘Apply Rail Loads…’ 메뉴를 이용하여 열차 궤도에 차량하중을 재하합니다. 그러나 동일한 Deck 유형에 대한 여러 가지 온도하중을 적용한 해석이 실무 규정을 준수하는 것인지 확인이 필요합니다.

활하중

RTA 모듈은 동일한 장대레일 축력해석 모델 내에서 여러 열차하중의 위치 및 이동을 해석에 반영할 수 있습니다. 이는 열차하중 그룹과 각 열차하중내 차량하중의 위치(parametric positioning)를 지정하여 수행합니다.

차량하중은 첫 단계 온도하중으로 인한 변형과 내력 하에서 2차로 재하되는 활하중을 정의하는 것으로 레일에 작용합니다. 앞에서 설명한 바와 같이, ‘Track’을 모델링 대상으로 가정하기 때문에 하중 역시 2개의 Rail에 재하되는 하중으로 정의하여야 합니다.

Number of train loading groups to analyse

해석에 고려할 열차하중 그룹의 개수를 정의합니다. 단일 열차하중을 고려하는 경우, ‘1’을 입력합니다. 하나 이상의 열차하중 그룹에 대한 해석을 수행하려면, 열차하중 그룹의 개수를 양의 정수로 정의합니다. 이때, 정의한 열차하중 간에는 빈 행이 없이 연속해서 정의합니다.

Number of tack loading locations

열차하중 그룹의 해석에서 열차하중이 이동하며 재하 될 총 개수를 입력합니다. 이동하중을 정의하지 않는 경우는 (하중 재하의 시점과 종점의 위치가 같은 경우는) ‘1’을 입력하며, 이외의 경우는 ‘2’ 이상의 값을 입력합니다.

Loading Type

Vertical(수직하중), Acceleration 또는 Traction (시동하중), Braking(제동하중)에 대하여 정의할 수 있습니다. 각 하중 종류의 앞 글자를 인식하기 때문에 V, B, A 또는 T와 같은 방법으로 입력해도 됩니다. Vertical 1, Vertical 2와 같이 입력하여 하중을 추가로 정의할 수 있으나, 중간에 빈 행(row)이 없도록 해야 합니다.

Track Selection to be loaded

하중이 재하될 궤도의 인식번호를 지정하되, ‘1’ 혹은 ‘2’를 사용할 수 있습니다.

두 개 이상의 궤도를 가진 구조물의 경우, ‘UIC774-3 (Clause 1.4.3)’과 ‘Eurocode 1: Actions on Structures – Part2: Traffic loads on bridges(EN 1991-2:2003)’은 하나의 궤도의 제동력을 다른 궤도의 가속/견인력과 함께 고려해야 한다고 명시합니다. 또한 ‘Eurocode 1: Actions on Structures – Part 2: Traffic loads on bridges (EN 1991-2:2003)’은 두 개 이상의 궤도가 동일한 허용 주행 방향을 갖는 경우 두 궤도의 견인력 또는 제동력을 고려해야 한다고 명시합니다. 다른 실무 규정에는 고려해야 할 다른 조건이 있을 수 있습니다.

위 그림의 예에서는 제동하중(Braking)과 가속하중(Acceleration)은 각각 다른 Track에 적용하여 수평하중에 대한 영향을 극대화 하고자 한 것을 알 수 있습니다. 가속하중의 경우 2개가 정의되어 같은 Track에 적용된 것을 볼 수 있는데, 이것은 한 Track 위 2개 구역에 하중이 분리되어 재하되는 상황을 표시한 것이며, 분리되어 재하되는 하중이 없다면 하중 크기를 ‘0’ 으로 설정하거나 하중을 정의한 내용을 지우면 됩니다. 또한 열차 하중이름을 Braking1과 같이 입력하여 더 많은 하중을 정의할 수 있습니다.

Parametric Starting Position for Loadings

H열에서 정의할 이동 하중 재하 시작 지점을 ‘0’으로 했을 때, 모델링 상 좌측 첫 바퀴의 위치를 지정합니다. (m)

Parametric End Position for Loadings

Parametric Starting Position for Loadings 에서부터 활하중이 재하 되는 구간 (거리)를 입력합니다. (m)

Amount (per unit length)

단위길이 당 하중의 크기를 지정합니다. (kN/m)

시,제동하중의 경우 (+)값은 모델의 우측 토공구간 쪽으로 진행하는 하중을, (-)값은 모델의 좌측 토공구간 쪽으로 진행하는 하중을 의미합니다. 수직방향하중의 경우(Vertical) (-)값은 아래 방향으로 작용하는 하중을 의미합니다.

Loaded Length

하중재하시점으로부터 등분포하중으로 재하되는 하중의 길이로 Parametric Start Position for Loadings와 Parametric End Position for Loadings 간의 차이값으로 자동 지정됩니다.

Starting location of loading for first analysis

하중의 재하가 시작될 기준점의 위치로써 Embankment를 포함한 모델링 좌측 끝에서부터의 거리값을 의미합니다. Parametric Starting Position for Loadings을 0으로 지정한다면, 이 위치가 첫 번째 해석에서 가장 좌측 열차의 바퀴가 위치하는 곳이 됩니다. 좌측 토공구간의 좌측 끝 위치가 0m 지점이 됩니다.

Finishing location of loading for last analysis

하중의 재하가 끝나는 기준점의 위치로써 Embankment를 포함하여 모델링 좌측 끝에서부터의 거리값을 의미합니다. 활화중의 위치를 이동시켜가며 해석을 진행할 때, 활하중 재하되는 기준점의 최종 위치를 의미하며, Parametric End Position for Loadings을 0으로 지정한다면, 이 위치가 이동하중 해석 중 마지막 해석에서 가장 좌측 열차의 바퀴가 위치하는 곳이 됩니다.

Location increment for each analysis

하중을 이동시킬 때 이동 간격을 의미하며 아래의 계산으로 입력값을 구할 수 있습니다.

       Location increment = (Finishing location – Starting location) / (Number of track loading location – 1)

Braking

제동하중으로 수평방향의 하중을 지정합니다. (kN/m)

Vertical1

차량의 하중을 표현하는 연직방향의 하중으로, 복선교량의 경우 2개의 트랙 중 1개를 선택하여 재하 할 수 있습니다. (kN/m)

Vertical2

차량의 하중을 표현하는 연직방향의 하중으로, 복선교량의 경우 2개의 트랙 중 1개를 선택하여 재하 할 수 있습니다. 한쪽 Track에만 하중을 재하 하고자 한다면 ‘모델링을 위한 Loading 입력 탭’ 이미지의 입력값에서 Vertical 2에 해당하는 Amount 값을 0 으로 지정하거나, Vertical 2에 해당하는 내용을 삭제하면 됩니다. (kN/m)

Acceleration

시동하중으로 수평방향의 하중을 지정합니다.

모델링을 위한 Loading 입력 탭 이미지에서와 같이 Location increment for each analysis의 정의를 통해 다른 위치에 재하되는 여러 하중을 동시에 정의 할 수 있습니다. 단, 비선형 해석이 진행되므로 하중위치가 다른 케이스에 대해서는 별도의 모델로 분리되어 해석이 수행됩니다.

모델링을 위한 Loading 입력 탭 이미지 입력값이 표현하는 하중재하를 정리하면 아래와 같습니다.

Braking하중은 토공구간(Embankment)을 포함한 모델의 최 좌측으로부터 290m 떨어진 곳에 길이 400m의 등분포하중으로 첫 번째 케이스의 하중이 재하됩니다. 하중 재하 위치를 우측으로 10m씩 이동하며 총 3개의 다른 위치에 재하되는 3개의 모델이 생성되어 해석이 수행되고 결과가 종합됩니다.

Vertical 1 하중도 Braking 하중과 마찬가지로 하중을 우측으로 10m씩 이동시켜가며, Braking 하중과 동시에 재하되는 3개의 다른 위치에 하중을 재하합니다.

Vertical 2 하중은 트랙2에 재하되는데, 토공구간 포함 모델 좌측에서 735m 떨어진 위치에서 30m 길이의 등분포 하중이 정의되는데, 좌측으로 -73.75m 씩 이동하며 5개의 다른 위치에 하중을 구성하게 됩니다.

Braking, Vertical1, Vertical2, Acceleration 하중 각각의 첫 번째 하중위치만으로 구성된 모델로부터 5번째 하중위치로 구성된 모델까지 5개의 모델이 생성되고 해석이 진행되며, 하중위치 변화에 따른 결과와 이들을 종합한 최대값 결과가 Post-processing 과정에서 정리됩니다.

모델링을 위한 Loading 입력 탭 이미지의 Acceleration 하중 재하 위치를 도시하면 아래와 같습니다.