하중 분리해석(Simplified separate analyses)

하중 분리해석은 온도하중에 의한 결과와 순수 활하중에 의한 해석 결과값을 단순 조합하는 방법입니다.

LUSAS는 기본적으로 완전해석을 수행하지만 순수 활하중에 의한 결과가 필요한 하중 분리해석의 경우에는 온도하중을 ‘0’으로 설정한 모델을 사용하여 해석을 수행합니다.

Increment 1 (Loadcase 1) : 온도하중 0인 상태의 결과

Increment 2 (Loadcase 2) : 온도하중이 0인 상태의 결과 + 활하중 결과 = 활하중 결과

완전해석과 동일하게 시/제동 및 수직하중을 고려한 Case R1(열차우측통행)과 같은 형태의 하중을 정의합니다.

• 이미 정의된 입력파일(RTA_Input.xls)을 사용하여 해석을 진행합니다.

Tip.

해석의 안정성을 위해 열차의 수직하중 및 시⋅제동하중 재하 전, 총 교량 상부구조물의 길이, 경계조건 등을 검토하도록 되어있기 때문에 Apply Rail Loads…에 사용하는 열차하중 재하용 Excel 파일은 모델을 생성을 위해 정의했던 Excel 파일과 동일하게 구성해야 합니다. LUSAS는 기본적으로 [완전한 해석]의 방식으로 구성되어 있으므로, 이렇게 온도하중을 0 으로 바꾸어 저장한 RTA_T0.mdl 모델에 활하중을 추가 재하하게 함으로써 온도의 영향이 배제된 활하중의 결과만을 도출하게 됩니다.

• 온도하중 해석 모델중 교량의 온도하중이 0으로 적용된 RTA_T0.mdl 모델에 활하중을 재하합니다.

Tip.

온도 하중값이 0인 모델 생성은 Excel을 이용해서 새로이 모델을 구성하는 대신, 앞서 생성된 모델 중 온도하중만 재하된 모델을 열어 온도하중값을 0 으로 수정해서 사용하면 됩니다.

• 다음과 같은 경로로 UIC774-3 Rail Loads 대화상자를 실행하여 입력사항을 입력한 후 OK버튼을 클릭합니다.

모델러가 자동으로 RTA_T0.mdl 모델을 열고 ①에서 지정한 활하중을 추가 재하하여 RTA_T0_ABV1_SEP.mdl 파일을 생성한 후 해석을 수행합니다.

Bridge / Rail Track Analysis / Apply Rail Loads…

• 해석이 모두 수행된 상태에서 다음의 경로로 UIC774-3 Post Processor 대화상자를 실행, 해석결과를 엑셀파일로 출력한 후 Track 1과 Track 2에 발생하는 부가응력을 확인할 수 있습니다.

Bridge / Rail Track Analysis / Extract Results to Excel…

온도하중해석 결과(Deck = 25℃재하)

교량에 25℃의 온도하중을 재하한 결과는 완전해석의 온도해석 결과와 동일하므로 해석내용은 생략하도록 합니다.

• 온도하중에 대한 레일 최대응력

온도하중에 대한 레일 최대 인장 부가응력 = 22.89125422MPa

온도하중에 대한 레일 최대 압축 부가응력 = −26.61825706MPa

온도하중 + 활하중 해석 결과

분리해석에서는 교량에 온도하중 0을 재하하였기 때문에 실재 활하중 해석결과는 온도하중에 대한 영향을 고려하지 않은 순수 활하중에 대한 결과로 이해할 수 있습니다.

Track 및 Deck의 결과

출력된 결과에서 활하중 결과는 Track과 Decks sheet의 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 재하되었을 때 Track 1의 변위 및 축력 결과입니다.

활하중이 첫 번째 위치에 재하되었을 때의 온도하중(0℃)+활하중에 대한 레일 최대응력은 다음과 같습니다.

• 활하중의 첫 번째 위치에서의 온도하중(0℃)+활하중에 대한 레일 최대응력

온도+제동/수직하중에 대한 레일 인장 부가응력 (Track1) = 17.7345218MPa (660m 지점)

온도+시동/수직하중에 대한 레일 압축 부가응력 (Track1) = -21.61906361MPa (690m 지점)

다음은 활하중이 첫 번째 위치에 재하되었을 때 Track 2의 변위 및 축력 결과입니다.

활하중이 첫 번째 위치에 재하되었을 때의 온도하중(0℃)+활하중에 대한 레일 최대응력은 다음과 같습니다.

• 활하중의 첫 번째 위치에서의 온도하중(0℃)+활하중에 대한 레일 최대응력

온도+제동/수직하중에 대한 레일 인장 부가응력 (Track 2) = 15.9186648MPa (660m 지점)

온도+시동/수직하중에 대한 레일 압축 부가응력 (Track 2) = -17.09213009MPa (690m 지점)

Enveloping 결과

이동하중을 정의한 경우, 각 Track 및 Deck에 대한 Enveloping결과도 함께 출력됩니다.

다음은 온도하중(0℃)과 활하중에 대한 Track 1의 Enveloping (Max)결과입니다.

전체 이동하중에 대한 최대‧최소 부가응력값은 Enveloping결과에서 확인할 수 있습니다. Enveloping(Max) 결과에서 최대 인장 부가응력값을, Enveloping(Min)결과에서는 최대 압축 부가응력값을 확인할 수 있습니다.

• 전체 이동하중에 대한 온도하중+활하중에 대한 레일 최대응력

온도+제동/수직하중에 대한 레일 인장 부가응력 (Track1) = 17.7345218MPa (619m 지점)

온도+제동/수직하중에 대한 레일 압축 부가응력 (Track1) = -21.61906361MPa (642m 지점)

다음은 온도하중(0℃)과 활하중에 대한 Track 2의 Enveloping (Max)결과입니다.

전체 이동하중에 대한 최대‧최소 부가응력값은 Enveloping결과에서 확인할 수 있습니다. Enveloping(Max) 결과에서 최대 인장 부가응력값을, Enveloping(Min)결과에서는 최대 압축 부가응력값을 확인할 수 있습니다.

• 전체 이동하중에 대한 온도하중+활하중에 대한 레일 최대응력

온도+제동/수직하중에 대한 레일 인장 부가응력 (Track2) = 18.20442135MPa (619m 지점)

온도+제동/수직하중에 대한 레일 압축 부가응력 (Track2) = -17.09213009MPa (642m 지점)

하중분리해석과 완전한 해석의 레일부가응력 결과 비교

두 가지 해석 방법은 다음의 결과 비교와 같이 활하중 해석 결과에서 차이가 발생합니다. 이러한 차이는 해석모델의 다양한 경우에 따라서 각각 다르게 나타날 수 있으므로 각 설계지침 및 프로그램의 능력에 대한 충분한 숙지가 필요합니다.

단위:MPa

구  분	하중분리해석			완전해석	허용응력 판정
	온도하중	열차하중	계	온도+열차하중
인장부가응력	22.8913	18.2044	41.0957	32.6289	O.K
압축부가응력	-26.6183	-21.6191	-48.2374	-48.4054	O.K