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문제 정의
- 따라서 기존의 연구들은 해석편의를 위해 포장체를 생략하고 온도를 일정하게 고정하는 방법을 사용하였지만 주변온도나 풍속의 차이가 심하거나 연결 부재가 많은 경우 심각한 오차를 가져올 수 있으며 해석결과에 대한 신뢰를 떨어뜨리는 요인이 된다. 본 연구에서는 강교량의 아스팔트 시공시 강바닥판에 미치는 열영향을 기존의 구조해석모델의 변경없이 정확하고 편리하게 평가하기 위하여 강바닥 판에 직접 등가열원을 부여하는 방법을 제안하였다.
- 본 연구에서는 구스아스팔트 시공시 강바닥판에 미치는 열 영향을 보다 정확히 평가하기 위하여 먼저 실측자료와 포장 체를 모델링한 해석결과를 비교하여 사용된 과도열전달해석기법(transient heat transfer analysis)과 수치해석 과정에서 적용된 물성치의 타당성을 검증하였다. 그리고 시험모델의 엄밀해석을 통해서, 교량의 구조해석모델에 쉽게 적용되고 구스아스팔트의 온도하중 상태를 구현할 수 있는 등가 열원을 산정하고 수치해석을 통하여 검증하였다.
- 이러한 요소들은 일반적으로 요소의 표면이나 절점 이외의 부분에서 발생하는 열에너지의 이동을 구현하기가 매우 복잡하며 많은 요소를 사용하는 3차원 교량 모델에서는 거의 불가능하다고 할 수 있다(그림 4 참조) . 본 연구에서는 기존의 강교량 3차원모델을 그대로 사용하면서 고온의 포장체에 의한 열영향해석이 가능할 수 있도록 등가열원 (EHS, equivalent heat source)를 제안하였다.
- 본 연구에서는 실측자료와 포장체를 모델링한 해석 결과를 비교하여 사용된 과도열전달 해석기법과 수치해석 과정에서 적용된 물성치의 타당성을 검증하였다. 그리고 시험모델의엄밀해석을 통해서, 교량의 구조해석모델에 쉽게 적용되고 구스 아스팔트의 온도하중 상태를 구현할 수 있는 등 가열 원의 개념을 제안하고 수치해석을 통하여 검증하였다.
- 열전달, 열응력 해석에 사용할 물성치는 해석 결과에 크게 영향을 미치는 중요한 인자이나, 기존에 구스 아스팔트의 열전달 해석은 이루어지지 않아 적합한 물성치를 산정할 필요가 있으며, 따라서 사용할 계수의 결정을 위해 실측 실험과 산정한 계수를 이용한 열전달 해석의 결과를 비교하여 계수를 최종 선정하고자 하였다.
- 필요하다. 열전달에 대한 지배미분방정식을 유도하기 위하여 .다음과 같은 임의의 체적(Control Volume) /에 대한 열에너지 변화식을 얻었다(Petr Krysl, 2005).
가설 설정
- 강판의 해석에 사용한 구스 아스팔트의 물성치는 주요 성분인 아스팔트, 골재(화강암)의 물성치를 중량비를 고려하여 가중평균한 것이다. 대기 온도는 실험 시와 같은 16℃를 사용하였고, 바람에 따라 대류계수가 달라지지만 실내실험이었으므로 바람은 영향은 없는 상태로 가정하여 실험식 ha = 9.6 + 1.12v (kcal/m . hr . ℃) (포항산업과학연구원, 1997)을 이용하였으며, 이때 V는 풍속으로 단위는 (m/sec)이고, 실험식을 단위환산하여 대류계수를 11.0( w /m℃)로 결정하였다. 사용한 물성치는 표 1에 정리하였다.
- 대류효과를 고려하였다. 주변 부재로의 전도에 대한 영향을 배제하기 위해 측면은 단열조건으로 가정하였다. 해석에 사용한 계수는 표 1에서의 값을 이용하였으며 강바닥 판의 온도가 원래의 온도로 회복 될 것으로 예상되는 210분 동안 해석하였다.
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