06 궤도-교량 종방향 상호작용 해석 (완전해석)

LUSAS for Rail Bridges

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06 궤도-교량 종방향 상호작용 해석 (완전해석)

궤도/교량 자동화 모델 시작

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

완전해석(Complete analyses)

온도변화, 시/제동 하중, 수직 처짐에 대해 동시에 해석하는 것으로 LUSAS는 기본적으로 완전해석을 수행합니다.

모델 생성

Bridge / Rail Track Analysis/ Build UIC774-3 Model…

궤도-교량 상호작용해석 모델 입력 엑셀파일을 준비했으면, UIC774-3 Model Builder를 실행하고, 아래와 같이 Model 파일명을 입력 후 Excel sheet 파일의 경로를 지정합니다.

UIC774-3 Model Builder 작성을 완료한 후 OK 버튼을 클릭하면 UIC774-3 자동화 모듈이 모델을 자동으로 생성하여 온도하중해석까지 수행합니다.
Apply temperature and rail loads in same analysis 옵션을 선택하지 않으면 Unloaded 상태의 도상 스프링을 적용하여 온도하중 해석을 수행하게 되며, 옵션을 선택하면 온도하중 해석결과에 활하중(열차 수직하중 및 시⋅제동하중)을 재하하고 활하중 재하 구간의 도상 스프링의 변화까지 고려하는 해석을 수행하게 됩니다. 모델 구성 후, 활하중 재하는 별도로 수행할 수 있으며, 이때에는 이 옵션을 선택하지 않은 상태에서 진행하면 되는데, 본 예제에서는 온도해석 후 활하중을 별도로 재하하여 해석을 수행하는 방법을 택하였습니다.

자동화 모델의 특성 및 조건 상태 확인

TreeView/ Attribute 탭에 정의되어 있는 기하특성, 재료특성, 구속조건 및 하중이 적용된 부분을 확인합니다.

활하중 (열차의 수직하중 및 시⋅제동하중) 재하 및 해석

시/제동하중의 재하위치는 최대의 레일응력이 발생하도록 설정하여 다음과 같이 열차주행방향에 따라 몇 가지 CASE로 요약할 수 있습니다.

우측통행(Keep Right)

좌측통행 (Keep Left)

본 예제에서는 시⋅제동 및 수직하중을 고려한 Case 1(열차 좌측통행)과 같은 형태의 하중을 정의하였습니다.

모델러에서 다음 경로로 UIC774-3 Rail Loads 대화상자를 실행하여 활하중을 재하하고 해석을 진행합니다.

Bridge / Rail Track Analysis / Apply Rail Loads…

Tip.

교량 상부구조에 온도하중 25가 적용되어 있는 RTA_model.mdl에 위의 활하중을 재하한 RTA_T_ABV1.mdl 모델파일을 완성하며, (온도하중)에 대해서는 increment 1로, (온도하중+활하중)에 대해서는 increment 2로 결과를 표시합니다.

결과 출력

해석이 모두 수행된 상태에서 다음의 경로로 UIC774-3 Post Processor 대화상자를 실행하여 해석결과를 엑셀파일로 출력하면 Rail1 및 Rail2 시트파일에서 레일의 부가응력 그래프를 확인할 수 있습니다.

Bridge / Rail Track Analysis / Extract Results to Excel…

이동하중을 정의하면, 각 하중에 대한 결과의 최대 추출값인 Enveloping 결과를 확인할 수 있습니다. 위의 대화창에서 ‘Generate envelopes and peak result tables in Microsoft Excel when processing groups’ 옵션을 체크합니다.

Tip.

Post Processor는 Track 1, Track 2 및 Decks 등 그룹화된 요소들에 대해서 변위 및 축방향 응력(Stress)을 출력합니다.

온도하중 결과

출력된 결과에서 온도하중 결과는 Track과 Decks 인덱스의 Increment 1에서 확인할 수 있습니다. 하중의 위치에 따라 각 Track과 Deck에서 발생하는 변위 및 축력의 최대 ‧ 최소값을 자동으로 출력합니다.

Deck에 25℃ 온도를 재하했을 때의 Track1의 레일 부가응력은 다음과 같습니다.

온도하중에 대한 레일 최대응력

온도하중에 대한 레일 최대 인장 부가응력 = 22.89125422MPa

온도하중에 대한 레일 최대 압축 부가응력 = −26.61825706MPa

Tip.

온도하중에 대한 레일의 응력은 다음과 같습니다.

레일압축응력 검토는 (+)의 교량온도하중에 대해 음(-)의 레일 최대부가응력값을 조사

레일인장응력 검토는 (-)의 교량온도하중에 대해 양(+)의 레일 최대부가응력값을 조사

온도하중 + 활하중 결과

Track 및 Deck의 결과

출력된 결과에서 활하중 결과는 Track과 Decks 인덱스의 Increment 2에서 확인할 수 있으며 이것은 온도하중과 활하중을 모두 고려하여 해석한 결과입니다. 하중의 위치에 따라 각 Track과 Deck에서 발생하는 변위 및 축력의 최대 ‧ 최소값을 자동으로 출력합니다.

다음은 활하중이 첫 번째 위치에 재하 되었을 때의 Track 2에 대한 결과입니다.