시공 단계별 모델링

시공  단계별 모델링은 다양한 형태의 교량 설계 및 시공에 필수적입니다.

예를 들어, Incremental Launching Method(ILM) 이 적용된 분절식 박스 거더 교량의 상세 해석, 사장교 및 현수교에서의 케이블 또는 행어 교체 모델링, 또는 구조물 해체(demolition) 과정의 모델링 등에서 중요하게 활용됩니다.

LUSAS는 구조물의 시공, 재시공 또는 해체 과정을 시간에 따라 모델링할 수 있는 기능을 제공하며, 이 과정에서 발생하는 구조적 변화, 하중의 적용, 그리고 시간 의존 재료 특성의 변화가 구조 거동에 미치는 영향을 평가할 수 있습니다.

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모델링 과정

LUSAS Bridge에서는 단 하나의 모델 파일만 생성하면 모든 시공 단계에 대한 해석에 필요한 정보를 포함할 수 있습니다.
기하학적 비선형성, 재료 비선형성, 크리프 및 수축과 같은 시간 의존 재료 효과도 모두 포함할 수 있습니다.

• LUSAS 트리뷰(Treeview)의 Analyses 패널에서 전체 단계별 시공 모델링 프로세스를 제어

• Branched Analysis를 사용하여 선택한 시공 단계에서의 구조 응답을 개별적으로 검토

• 모델의 특정 부분과 그에 연관된 요소 및 속성을 활성화 또는 비활성화

• 하중케이스 간에 경계조건(Support)을 유지, 또는 단계별 시공 상황을 정확히 반영하기 위해 추가 또는 제거

• 변위 이력 및 단계별 증분 변위를 포함하는 시공 이력 테이블 생성

시간 관리

시간 관리 기능을 사용하여 단순한 시공 일정을 관리하고,
단계별 시공 해석에서 사전에 정의된 시공 단계의 기간을 쉽게 조정할 수 있습니다.

이미 각 하중케이스에 대해 지정된 비선형 및 시간이력(Transient) 제어 설정의 전체 응답 시간 값을
자동으로 업데이트할 수 있어, 시공 일정 변경에 따른 해석 조건 수정이 매우 효율적입니다.

LUSAS를 활용한 단계별 시공 해석

• 빔, 쉘, 솔리드 요소를 사용한 완전한 단계별 시공 모델링
  (일부 소프트웨어는 빔 요소만 허용)

• 요소의 완전한 활성화 및 비활성화 지원

• 모든 형태의 경계조건 모델링 가능, 시공 단계에 따라 경계조건 추가/제거 가능

• 비선형 접촉(slideline)을 이용한 슬라이딩 받침 모델링

• 임시 하중, 트래블러 하중을 포함한 다양한 지지 및 하중 모델링 기능

• 모델 내 어느 위치에도 하중 적용 가능

• 시간에 따른 하중/응력/변형률 변화 및 단계 간 응력 고정(lock-in)

• 경간 완성 시 Prescribed displacement 또는 잭킹 하중(jacking load) 적용 가능

• 시간 의존 재료 특성:

  • CEB-FIP Model Code 1990(및 기타 기준)에 따른 콘크리트 크리프 및 수축

  • 크리프 회복(creep recovery) 포함

• 특정 재료 특성 및 설계 기준에 대한 사용자 정의 시간 곡선

• 단일 또는 다중 텐던 마법사를 이용한 텐던 특성 및 시간 단계 정의 및 할당

• 강재 릴랙세이션, 탄성계수의 시간 효과,
  크리프·수축·중첩 하중에 따른 포스트텐션 손실 고려

• 포스트텐션 효과, 또는 크리프·수축 효과만을 하중케이스별 누적 효과로 개별 보고

• 단계 간 구조물의 순 변화량(net change) 을 평가할 수 있도록 증분 효과 지정 가능

적용 분야 (Use For)

다음과 같은 모든 유형의 단계별 시공 방식 및 교량 형식에 적용할 수 있습니다:

• 연속 구조물에서의 보 및 슬래브 단계별 시공

• 현장타설(span-by-span) 연속 보 시공

• 프리캐스트 분절식(span-by-span) 가설

• 현장타설 Balanced Cantilever 시공

• 프리캐스트 분절식 Balanced Cantilever 시공

• 프리캐스트 분절 데크의 점진적 가설

• Incremental Launching Method (ILM)

• 사장교의 균형 가설

• 합성 데크

• Extradosed 교량

• 현수교

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경간별 예제

한 세트의 경간에 포함된 모든 세그먼트를 가설한 후,
정렬·접합하고 일반적으로는 종방향 포스트텐션을 적용하여 하나의 완전한 경간을 구성하는 방식입니다.

LUSAS에서는 이를 라인 빔 모델로 표현할 수 있으며,
결과 등고선(contour) 표시를 위해 데크 단면을 시각적으로 확장(fleshing)할 수도 있습니다.

아래 애니메이션은 제시된 쌍리브(span-by-span) 예제의 시공 순서를 보여줍니다
(하부 구조는 포함되지 않음).
필요에 따라 단계 간 포스트텐션 및 시공 진행에 따른 크리프 효과를 해석에 포함할 수 있습니다.

Balanced Cantilever

교각을 기준으로 양측으로 저울처럼 구조물을 구축해 나가는 시공 방식입니다.

LUSAS를 사용하면 프리캐스트 요소의 연령(age) 속성을 포함한 크리프/수축 해석이 가능하며,
예를 들어 세그먼트가 크레인에서 실수로 낙하하는 경우와 같이
동적 효과(충격) 가 중요한 상황에 대한 구조 안전성 검토도 수행할 수 있습니다.
또한 2차 효과(P-Delta 효과) 도 함께 고려할 수 있습니다.

아래는 단순화된 노즈(nose)를 가진 박스 거더 교량에 대한 예제입니다

Curved Deck Launching

단계별 시공 모델링 : 사례 연구

초기 제안된 I-95 미시시피강 교량은
미국 일리노이주와 미주리주를 연결하는 기록적인 규모의 사장교 구조로 설계되었으며,
강을 가로지르는 기존 교량의 교통량을 완화하기 위한 목적이었습니다.

Modjeski & Masters가 미주리 및 일리노이 교통국을 위해 설계한 이 교량은,
LUSAS Bridge의 단계별 시공 모델링 기능을 활용하여
800일의 시공 기간, 그리고 그 이후 10,000일에 걸친 크리프 효과를 고려한 해석이 수행되었습니다.