05 궤도-교량 종방향 상호작용 해석 (입력파일의 구성)

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05 궤도-교량 종방향 상호작용 해석 (입력파일의 구성)

입력파일의 구성

Deck, Tracks and Embankment

엑셀 No. Decks,Tracks and Embank Lengths 시트(sheet)에서 다음과 같이 스판 개수, 궤도 개수, 토공구간 길이를 입력합니다.

Structure Definition

Structure Definition 시트에서 Deck1~Deck10까지 다음과 같이 교량 상부구조의 경간장(Gap between Pier)과 기하인덱스(Geo. Assign.)값과 재료인덱스(Mat. Assign.) 및 하부구조의 스프링계수(Spring Support)를 입력합니다.

Geometric Properties

Geometric Properties 시트에서 Rail 입력 행에 2개 레일에 해당하는 제원을 그리고 다음의 인덱스 1부터는 교량 상부구조의 제원을 입력합니다.

Tip.

LUSAS Rail Track Analysis는 Track을 기준으로 하기 때문에 하나의 Rail에 대한 특성값이 아닌 실제 Track을 구성하는 2개 Rail에 대한 특성값을 입력해야 합니다. 즉, 단면적의 경우 Rail 단면적의 2배, 단면2차모멘트의 경우 단면합성상태를 방향에 따라 계산하여 입력하여야 합니다. (상행선/하행선 복선 교량의 경우 활하중 방향이 다른 경우를 검토할 수 있으며, 이 때 교량 상판을 통한 상호 간섭은 발생하며 결과에 반영됩니다.)

교량 상부구조와 레일을 나타내는 보 요소의 local 좌표계는 다음과 같습니다. Locaal-x 방향은 교축방향, Local-y방향은 교축 직각방향, Local-z방향은 수직방향을 나타냅니다.

교각을 모델링하는 경우, 교각을 나타내는 보요소의 Local 좌표계는 다음과 같습니다. Local-x방향은 교각의 길이방향, Local-y방향은 교축 직각방향, Local-z방향은 교축방향을 나타냅니다.

‘Depth of Section’은 궤도와 상호작용하는 슬래브/ 표면 상단에서 교량 상부구조의 베어링 지점까지의 거리를 의미합니다. 단면 형상에 따라 단면의 깊이는 그림 21과 같이 정의합니다. 대부분 구조물의 경우 좌측 및 중앙의 이미지와 같이 단면 전체의 깊이를 입력하나, 오른쪽 이미지와 같이 ‘U’자형 단면의 경우 단면 깊이는 바닥 슬래브의 깊이만 입력합니다.

Depth of Section based on cross-section shape

Material Properties

Material Properties 시트에서 레일 및 교량 상부구조(인덱스 1)의 재료 특성값을 입력합니다.

Interaction and Expansion Joint

Interaction and Expansion Joint 시트에 레일과 상판 슬래브의 편심량(Eccentricity between Rail/Slab), Rail을 기준으로 도상까지의 거리(Parametric Distance of Interaction Joint from Rail), Bilinear Spring의 특성값을 Unloaded (온도하중만 있는 위치)와 Loaded (활하중이 재하되는 위치)로 나누어서 입력합니다. 입력값은 레일 단위 길이당 종방향(교축방향)으로 작용하는 스프링상수이며, 단위는 kN/mm/m를 사용하도록 합니다.

Tip.

Parametric Distance of Interaction Joint from Rail은 사용자가 Eccentricity Between Rail/Slab 값을 정의한 경우 Deck 상면과 Rail 사이 도상의 위치를 정확히 모델링하는데 사용됩니다. 도상이 Rail과 동일한 위치에 있는 경우 0을, Deck 상면과 동일한 위치에 이는 경우 1을 입력합니다. Rail과 Deck 상면 사이에 위치한 경우 0~1 사이의 값을 입력하여 적용할 수 있으며, 어떤 값도 입력하지 않으면 Deck 상면과 Rail 중앙에 도상이 위치하는 것으로 간주하여 0.5가 자동으로 적용됩니다.

Elastic Spring Stiffness(kN/mm/m)는 도상을 표현하는 Joint 요소의 스프링 강성을 나타내며, 아래 그래프에서 항복 이전 기울기 즉(k/u₀)를 의미합니다. Yield Force(kN)는 레일 1m당 작용하는 궤도 종저항력(kN/m)을 의미하는데, 교량 상부구조와 레일을 표현하는 보 요소의 길이를 1m 단위로 모델링하는 경우 설계기준에서 제시하는 궤도 유형별 종저항력(kN/m)값을 그대로 입력하면 됩니다. 레일을 2m 단위로 모델링하는 경우 이 값은 모델러에서 자동으로 계산되어 적용됩니다.

Interaction and Expansion Joint 시트에는 총 다섯 가지의 도상특성을 정의할 수 있도록 구성되어 있으나, 필요에 따라 수동으로 입력항을 추가할 수 있습니다. 마지막 도상특성을 정의하는 셀을 복사하고 우측의 빈 셀에 붙여 넣어 추가합니다. 단, 사용자의 오류로 장대레일 축력해석 엑셀 입력파일의 구조가 손상되지 않도록 파일 보호가 설정된 상태이므로, 추가 도상을 정의하기에 앞서 파일 보호를 해제해야 합니다. 입력파일의 수정이 끝나면, 파일 보호를 다시 설정합니다.

Rail Expansion Joints

각 Track에 대한 레일의 신축이음(Expansion Joints)의 위치 및 initial gap을 설정할 수 있습니다. Position은 Embankment를 포함한 좌측 끝 부분으로부터의 위치를 입력합니다. Initial gap은 ‘0’보다 큰 값을 입력해야하며, Rail Expansion Joints에 대한 정의가 필요 없는 경우, 빈칸으로 남겨두면 됩니다.

Expansion Joint의 Initial Gap은 자유단처럼 거동하다가 변형으로 Gap이 닫히면 다시 축력을 전달하도록 모델링 됩니다.

Zero Longitudinal Resistance/ Reduced Longitudinal Resistance은 엑셀 입력파일에 직접 정의할 수 없습니다. ZLR 및 RLR은 보통 장대레일 축력해석을 수행한 후, 궤도의 변위와 축력을 검토한 후, 허용기준을 초과하는 위치에 설치하기 때문에, ZLR 및 RLR을 고려하지 않은 축력해석 모델을 생성하고, 해석 수행하는 과정이 선행되어야 합니다.