연결부의 기하학적인 형상이 반영된 전체해석과 국부해석의 조합에 의한 교량의 응력이력해석 = Stress history analysis for bridges by global-local analysis reflecting geometric properties of connections

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 전체 구조체는 프레임 요소에 의한 해석을 수행하고 응력분포가 복잡한 국부 상세부분은 쉘 요소에 의한 해석을 수행한 후 두 결과를 조합함으로써 교량의 연결부처럼 응력분포가 복잡한 부분에서 이동하중에 따른 응력이력을 손쉽게 산정하는 방법론을 제시하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 연구에서는 단위하중을 전체 프레임 해석에 적용하여 변위영향선을 산정하고 단위변위를 국부 쉘 해석에 적용하여 응력값을 산정한 후 두 결과를 중첩의 원리로 조합함으로써 단위하중에 따른 응력영향선을 얻고 여기에 이동하중을 재하시켜 하중변화에 따른 교량의 연결부에서의 응력이력을 산정하는 방법론을 제안하였다. 방법론에 따라 연결부의 실제 형상과 유사한 국부 쉘 모델과 국부 프레임 모델의 변위 비교를 통해 프레임 모델의 단면계수를 수정하여 해의 정도를 향상시켰다. 제안된 방법의 정확성과 타당성을 검증하기 위하여 실제 실험값과 비교 검토하였다.
결과적으로 본 연구에서 제안한 방법론의 적용을 통해 연결부의 기하학적인 형상을 반영하여 결함을 가진 연결부의 응력이력을 산정함으로써 차량하중이 이동함에 따라 국부모델의 경계값을 변화시켜가면서 해석을 반복해야 하는 번거로움을 피할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Analysis using the beam or truss model cannot consider the rigidity of gusset plate and the interaction of structural members because stress distributions are complex owing to the geometry of truss connection. To analyze truss connection precisely, shell modeling of the whole bridge needs burdensomely computational effort, therefore this study proposes a methodology to combine global analysis results with local analysis results. That is, the 3D frame of the bridge is combined with the local shell model of selected details.
The methodology has following steps. First, global beam analysis calculates displacement influence line subjected to moving loads on connection nodes. Second, local shell analysis calculates the stress caused by imposed unit displacement. Third, the stress in local model is multiplied by the ordinate of deflection influence line, and summated using the superposition principle. Then stress influence line is created. Finally, numerical stress histories are created by applying vehicle loads to stress influence line. The methodology is verified by load test results of an existing bridge.
As a result, this study can accomplish precise bridge analysis to reduce computational time and effort. In addition, this study applies the methodology to the cracked truss connection, then can generate stress history reflecting the geometry of connection.

목차 (Table of Contents)

• 차례
• 차례 = ⅰ
• 그림차례 = ⅲ
• 표 차례 = ⅴ
• 기호 = ⅵ
• 국문요약 = ⅷ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구목적 = 2
• 1.2 연구동향 = 3
• 1.3 연구방법 = 5
• 1.4 연구범위 및 제한사항 = 6
• 제2장 전체와 국부의 경계를 나누기 위한 국부화 기법 = 7
• 2.1 등고선도에 의한 방법 = 8
• 2.2 오차추정법(Z-Z 방법) = 8
• 2.3 객관적 탐색기법 = 10
• 제3장 전체해석과 국부해석을 조합하기 위한 방법론 = 14
• 3.1 전체해석 = 16
• 3.2 국부해석 = 19
• 3.3 단면수정계수 산정 = 26
• 3.4 중첩원리를 이용한 전체해석과 국부해석의 수치적 조합 = 27
• 제4장 전체해석과 국부해석의 조합을 이용한 연결부의 응력검토 = 31
• 4.1 지간 중앙부분 연결부에서의 응력비교 = 31
• 4.2 지점부분 연결부에서의 응력비교 = 34
• 4.3 프레임 해석에 의한 연결부의 응력비교 = 37
• 4.4 단면수정계수 적용에 의한 연결부의 응력검토 = 41
• 4.4.1 단면수정계수 산정 = 41
• 4.4.2 지간 중앙부분 = 45
• 4.4.3 지점부분 = 47
• 4.4.4 고유진동수 비교 = 49
• 제5장 국부결함이 있는 연결부의 응력검토 = 51
• 5.1 균열이 있는 연결부 웨브 부분의 응력이력 = 52
• 5.2 균열이 있는 연결부 플랜지 부분의 응력이력 = 55
• 5.3 전체지간에 대한 연결부의 응력이력 = 57
• 5.3.1 트럭하중 재하시 응력이력 = 57
• 5.3.2 열차하중 재하시 응력이력 = 58
• 제6장 결론 = 63
• 참고문헌 = 64
• ABSTRACT = 67