UIC774-3의 테스트 케이스 E1-3

교량의 제원

E1-3은 Deck Type 1에 해당하는 것으로 다음과 같은 제원들이 해석에 사용되었습니다.

구 분	항 목	값	비 고
Rail	E	210 x 103 N/mm2
		0.3
		1.14 x 10-5
	A	0.01379182 m2	Track 개념으로 모델링되므로 레일특성의 2배로 가정된 상태
	Iyy	5.7694 x 10-5 m4
	Izz	1.0222 x 10-5 m4
	J	2.5962 x 10-6 m4
	Asy	0.01093138 m2
	Asz	0.00566618 m2
	e	0
Deck	E	210 x 103 N/mm2
		0.3
		1.14 x 10-5
	Dsect	6.0 m	Depth of section from rail to support location
	A	0.74 m2
	Iyy	2.59 m4
	Izz	= Iyy
	J	= Iyy
	Asy	= 1000 x A	No shear deformation
	Asz	= 1000 x A	No shear deformation
	e	1.21 m

레일과 교량상판 사이의 이격 거리는 앞서 지적한 바와 같이 레일이 교량상판 바로 위에 거치되는 상태를 가정한 UIC774-3을 따르기 위해 0.0m 로 지정하였습니다.

단순지지 단경간 교량에 대한 테스트에서 온도하중은 트랙과 교량상판에 모두 적용하도록 명시하고 있으므로, 이를 반영하여 하중 재하 단계별로 해석을 수행하였습니다.

교량상판에 섭씨 35도의 온도하중 재하

교량상판에 적용되는 온도하중은 자동화 모듈 내에서 바로 적용되며, Rail에 정의한 온도하중은 Deassign 시킨 상태에서 아래 그림과 같은 결과를 얻었습니다. 이때, 수정된 내용을 저장하고 버튼을 눌러 해석을 다시 실행해야 합니다.

레일의 축 방향 응력은 -33.6564MPa을 얻었으며, UIC774-3이 제시한 결과값인 -30.67MPa과 잘 일치합니다.

레일에 섭씨50도, 교량상판에 섭씨 35도의 온도하중 재하

자동화로 Rail에 정의한 온도하중을 적용하고 해석을 수행하였으며, 아래와 같은 결과를 얻었습니다.

레일의 축 방향 응력은 -153.356MPa을 얻었으며, 앞서 교량상판의 축 방향 온도하중의 결과를 배제한 레일에 작용한 온도하중의 결과는 –119.70003MPa 로 도출됩니다. 그림 55에 표시한 UIC774-3이 제시한 결과값인 -126 MPa과 잘 일치하고 있습니다.

레일과 교량상판에 온도하중이 재하되어 변형이 발생한 상태에서 철도하중을 다음 단계로 재하

앞서 온도하중 재하를 위해 완성된 모델을 그대로 사용하며, 비선형옵션을 통하여 온도하중의 영향으로 변형과 내력을 가진 상태에서 추가적으로 철도하중을 재하하게 됩니다. 연직하중과 수평방향 제동하중을 가진 철도하중은 좌에서 우로 이동하고, 열차의 선단이 60m 길이의 교량상판의 끝단에서 10m 간격으로 150m를 이동하는 경우에 대하여 해석을 수행합니다. 하중은 아래와 같이 정의 하며, 총 16번의 해석이 자동으로 진행됩니다.

아래의 결과는 여섯 번째 해석 즉, 선단이 60m 길이의 교량상판의 끝단에 위치하는 경우를 대상으로 하며, 이 경우 철도의 나머지 240m 부분은 여전히 좌측 토공구간 위에 있게 됩니다. 해석의 결과는 아래와 같습니다.

레일의 축방향 응력은 -176.305MPa로 UIC774-3이 제시한 -182.4MPa과 3.34%의 오차율을 가지며, 최대 10%까지 허용한 시방의 범위 내에 있으므로 결과는 잘 일치하고 있다고 판단할 수 있습니다.

철도하중의 재하위치에 따라 더 큰 응력이 발생할 수 있는 가능성이 있으므로 이것을 확인하기 위하여 철도 하중을 좌측 교대의 위치로부터 이동시켜 해석을 수행하였습니다. 각 해석에 대한 Enveloping 결과를 확인한 결과, 레일에서 발생하는 축 방향 최대 압축 응력은 -193.29886MPa을 얻을 수 있었으며, UIC774-3이 제시한 -182.4MPa과 5.98%의 오차율을 갖는 것을 확인할 수 있습니다.