비선형 해석 모델특성이 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 휨거동에 미치는 영향 = Effects of Nonlinear Analysis Model Characteristics on Static Flexural Behavior of Curved Prestressed Concrete Cable-Stayed Bridge under Wind Load

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A parametric study for the effects of nonlinear analysis model characteristics on the prediction of the static flexural behavior of the curved prestressed concrete(PSC) cable-stayed bridge under the wind load is presented. To account for the time-dependent effects of materials at each erection step of the PSC bridge, creep, shrinkage and aging of concrete and the relaxation of tendons and cables are considered. Various case analyses regarding not only the effects of material nonlinearities including nonlinear stress-strain relations of materials, tension crack and tension stiffening effects of concrete but also geometric nonlinearities including geometric stiffness matrix of frame elements and large defflection effect on the static flexural behavior of segmentally erected curved PSC cable-stayed bridge under the wind load are carried out. The numerical results on this bridge show that nonlinear analysis considering the effects of material and geometric nonlinearities is necessary in order to accurately predict the cracking of concrete of the girder section and the excessive deflection of the bridge deck under the static wind load. Tension stiffening effect of concrete and the effect of geometric stiffness matrix due to the axial forces of frame elements are found to have little effect in predicting the static wind load behavior of this bridge. Also the flexural behavior of this bridge under the static wind load is found to be the most disadvantageous just before the closure step of the deck. Finally, the effect of geometric nonlinearities due to large deflections and the change of the topology of the bridge on the flexural behavior of this bridge under the static wind load is found not to be negligible in the erection steps of the bridge decks.

국문 초록 (Abstract)

이 논문에서는 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 횡방향 휨거동 해석에 비선형 해석 모델 특성들이 미치는 영향을 검토하여 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 휨거동을 정당하게 예측할 수 있는 해석방법을 제시하였다. 곡선 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 사장교의 시공단계별 풍하중에 의한 횡방향 휨거동 해석 시 재료의 비선형성은 물론 기하학적 비선형성을 모두 고려하였고 재료의 시간의존적 특성의 영향으로 콘크리트의 크리프, 건조수축, 강도증가와 프리스트레싱(PS) 강재와 케이블의 이완을 고려하였다. 곡선 PSC 사장교의 풍하중에 의한 휨거동을 다양한 비선형 해석 모델 특성들을 조합해서 고려하여 해석을 수행한 결과, 교량 상판의 인장균열 및 이에 따른 처짐의 증가를 정확히 예측하기 위해서는 재료의 비선형 응력-변형률 관계는 물론 콘크리트의 인장균열을 모두 포함한 재료 비선형성과 기하강성도 매트릭스는 물론 대변위에 의한 변형률의 비선형항 및 부재의 위상변화를 모두 포함하는 기하학적 비선형성을 고려한 해석이 반드시 필요함을 확인하였다. 부가적으로, 콘크리트의 인장증강효과 및 뼈대요소의 축력에 의한 기하강성도 매트릭스의 고려여부는 교량의 풍하중에 의한 정적 휨거동을 예측하는 데 영향을 크게 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 풍하중에 의한 곡선 PSC 사장교의 횡방향 휨거동은 상판의 횡방향 변위의 상당한 증가 및 거더 단면의 인장균열로 인해 상판이 폐합되기 직전단계가 폐합된 이후 단계보다 크게 불리함을 확인하였다.

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