본 논문에서는 혁신적 프리스트레스트 가시설(IPS)에 적용되는 띠장에 대한 휨 강성식을 엄밀히 유도하고, 이를 바탕으로 실제 굴착 설계에 필요한 띠장의 등가 휨강성 설계식을 제시하였다. 횡 토압을 받는 IPS 띠장에 배치된 케이블 장력을 축 변형 효과를 고려한 경우와 무시한 경우에 대하여 각각 엄밀해를 도출하였다. 가상일의 원리를 이용하여 1-Post, 2-Post, 3-Post와 4-Post의 받침대를 갖는 IPS 띠장 중앙부의 수직변위를 유도하였고, 지간장과 케이블 경사각의 변화에 따른 띠장의 휨 거동 특성을 파악하였다. 유도된 중앙부 변위로부터 실제 굴착면 설계시 활용될 수 있는 간략화된 IPS 띠장의 등가 휨강성을 제시하였고, 본 연구에서 도출된 엄밀해 및 범용 유한요소해석 프로그램을 이용한 결과 비교를 통하여 제시된 설계식의 타당성을 입증하였다.
본 논문에서는 혁신적 프리스트레스트 가시설(IPS)에 적용되는 띠장에 대한 휨 강성식을 엄밀히 유도하고, 이를 바탕으로 실제 굴착 설계에 필요한 띠장의 등가 휨강성 설계식을 제시하였다. 횡 토압을 받는 IPS 띠장에 배치된 케이블 장력을 축 변형 효과를 고려한 경우와 무시한 경우에 대하여 각각 엄밀해를 도출하였다. 가상일의 원리를 이용하여 1-Post, 2-Post, 3-Post와 4-Post의 받침대를 갖는 IPS 띠장 중앙부의 수직변위를 유도하였고, 지간장과 케이블 경사각의 변화에 따른 띠장의 휨 거동 특성을 파악하였다. 유도된 중앙부 변위로부터 실제 굴착면 설계시 활용될 수 있는 간략화된 IPS 띠장의 등가 휨강성을 제시하였고, 본 연구에서 도출된 엄밀해 및 범용 유한요소해석 프로그램을 이용한 결과 비교를 통하여 제시된 설계식의 타당성을 입증하였다.
The flexural-stiffness formula of the wale for the innovative prestressed support (IPS) system was precisely derived, and the equivalent beam stiffness was introduced for application in the actual design of the IPS wale. The cable tension forces of the IPS wale were calculated in both cases, and the...
The flexural-stiffness formula of the wale for the innovative prestressed support (IPS) system was precisely derived, and the equivalent beam stiffness was introduced for application in the actual design of the IPS wale. The cable tension forces of the IPS wale were calculated in both cases, and the axial-deformation effects were included and ignored, respectively. The central displacements of the 1-post, 2-post, 3-post, and 4-post IPS wales were calculated based on the principle of virtual work. The effects of the IPS wale length and cable inclination angle were also investigated using the derived central displacements. The simplified equivalent flexural stiffness of the IPS wale is presented herein for design purposes, and the validity of the proposed design formula was verified through its comparison with the FE and analysis solutions.
The flexural-stiffness formula of the wale for the innovative prestressed support (IPS) system was precisely derived, and the equivalent beam stiffness was introduced for application in the actual design of the IPS wale. The cable tension forces of the IPS wale were calculated in both cases, and the axial-deformation effects were included and ignored, respectively. The central displacements of the 1-post, 2-post, 3-post, and 4-post IPS wales were calculated based on the principle of virtual work. The effects of the IPS wale length and cable inclination angle were also investigated using the derived central displacements. The simplified equivalent flexural stiffness of the IPS wale is presented herein for design purposes, and the validity of the proposed design formula was verified through its comparison with the FE and analysis solutions.
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문제 정의
본 논문에서는 받침대 및 외부긴장재가 설치된 강재보의 휘 거동 특성을 등가보 해석을 통하여 분석하였다. 케이블 장력을 부정정력으로 취하여 부재력을 계산하고 이로부터 중앙부 받침대의 수직변위를 계산하였다.
본 논문에서는 혁신적 프리스트레스트 가시설 구조시스템 (IPS)에 적용되는 띠장에 대한 휨 강성식을 엄밀히 유도하고. 이를 바탕으로 실제 굴착 설계에 필요한 띠장의 등가 휩강성식을 제시하였다.
3-Post와 4-Post의 받침대를 갖는 IPS 띠장 중앙부의 수직변위를 유도하였고, 지간장과케이블 경사각의 변화에 따른 띠장의 휩 거동 특성을 파악하였다. 유도된 중앙부 변위로부터 실제 굴착면 설계시 활용될 수 있는 간략화된 IPS 띠장의 등가 휨강성을 제시하고. 제시된 설계식의 타당성을 본 연구에서 도출된 엄밀해 및 범용 유한요소해석 프로그램을 이용한 결과 비교를 통하여 입증하였다.
가설 설정
2-Post. 3-Post와 4-Post의 받침대를 갖는 구조로서 그림 2에서 보인 것과 같이 가정하였다. 한편 IPS의 기본모듈은 IPS띠장, 받침대.
(2) 등분포 토압을 받는 IPS 띠장의 횡변위에 대한 엄밀해를 유도하고 가상일의 원리를 이용하여 설계목적으로 사용하기 위하여 간략화된 근사식을 제시하였다.
2-Post. 3-Post와 4-Post의 받침대를 갖는 IPS 띠장 중앙부의 수직변위를 유도하였고, 지간장과케이블 경사각의 변화에 따른 띠장의 휩 거동 특성을 파악하였다. 유도된 중앙부 변위로부터 실제 굴착면 설계시 활용될 수 있는 간략화된 IPS 띠장의 등가 휨강성을 제시하고.
#도 유도하였으나 모든 항들을 표기하기에는 너무 복잡하고 항들이많기 때문에 본 절에서 나타내지는 않고. 4장의 수치해석에서 전산해석결과 및 본 논문에서 도출한 다른 설계식과 수치적으로 비교하였다.
가시설의 설계에서. 굴착의 진행에 따른 토압을 산정하기 위하여 띠장을 보요소로 모델링하고 버팀보 위치의 횡변위를 구속하여 설계토압을 산정한다. 하지만.
Case A와 Case B는 표 1에서 유도된 바와 같이 각각 보 및 케이블의 축변형 효과를 고려한 경우와 무시한 경우이다. 또한 MIDAS해석은 보와 받침대를 보요소로 모델링하였고 케이블을 인장력전담 트러스요소로 모델링을 하였다. 표 2에서 알 수 있듯이 모든 부재의 죽변형을 고려한 Case A 엄밀해의 이론값과 MIDAS해석 결과 값은 거의 일치함을 보이고, 축변형을 무시한 Case B의 이론값과 MIDAS해석 결과값은 오차가 최대 3%이내의 미소함을 알 수 있다.
괄호안의 숫자는 받침대 개수를 표시한 것이다. 받침대의 부재력은 케이블 장력이 계산이 된 후 케이블과 받침대가 만나는 점에서 절점법을 이용해 구하였다. 전체 받침대의 토압분담율은 대략 1 Post가 61% .
또한. 보와 케이블의 축변형 효과를 무시한 근사적인 케이블 장력 식을 도출하였다.
게산된 케이블 장럭과 받침대의 수직변위로부터 외부긴장 강재보와 등가휘강성을 갖는 등가 보를 제시하였고. 유한요소해석을 통하여 제시된 둥가 휨 강성의 다당성을 검증하였다. 그 과정에서 다음과 같은 결론을 얻었다.
유도하고. 이를 바탕으로 실제 굴착 설계에 필요한 띠장의 등가 휩강성식을 제시하였다. 1-Post.
케이블 장력을 부정정력으로 취하여 부재력을 계산하고 이로부터 중앙부 받침대의 수직변위를 계산하였다. 게산된 케이블 장럭과 받침대의 수직변위로부터 외부긴장 강재보와 등가휘강성을 갖는 등가 보를 제시하였고.
대상 데이터
본 연구에서 연구대상으로 산정한 IPS 띠장의 기본구조는 l-Post. 2-Post.
데이터처리
유도된 중앙부 변위로부터 실제 굴착면 설계시 활용될 수 있는 간략화된 IPS 띠장의 등가 휨강성을 제시하고. 제시된 설계식의 타당성을 본 연구에서 도출된 엄밀해 및 범용 유한요소해석 프로그램을 이용한 결과 비교를 통하여 입증하였다.
이론/모형
본 논문에서는 수치해석 프로그램인 MATHEMATICA를 이용하여 1-Post, 2-Post. 3-Post, 4-Post를 갖는 IPS 띠장의 횡 변위를 엄밀히 유도하였으며.
성능/효과
(1) 외부긴장 강재보에 둥분포 횡하중이 작용할 경우 발생하는 케이블장력에 대한 엄밀해를 유도하였다. 또한.
(3) 외부긴장 강재보의 휨강성과 동일한 휩강성을 갖는 등가 보의 휨강성식을 유도하였다. 유도된 등가 휨강성식을 이용하여 외부긴장 강재보를 한 개의 등가보로 치환하여 중앙부 반침대의 수직번위를 유한요소헤석과 비교결과 1-Post와 2-Post의 경우 3%이내의 차이를 보였고.
4-Post의 경우 전산해석결과와 안전측으로 8% 이내의 차이를 나타내고 있어. IPS 띠장 설계에서 본 논문에서 도출된 설계식의 적용성을 입증하였다.
모든 띠장의 길이에 대하여 케이블의 경사각이 증가함에 따라 횡변위가 급속히 감소함을 알 수 있다. 즉, 케이블 경사각이 2/에서 30° 및 40”로 증가함에 따라 변위의 감소율은 약 40% 및 30%정도로 계산되었다.
Present니과 Present-2는 각각 본 논문에서 유도한 엄밀해 식(4b)와 설계목적으로 도출된 식(5b)를 이용하여 계산한 결과이다. 케이블의 경사각의 전체적인 영역에서 설계 식과 엄밀해와의 오차가 1% 이내로 잘 일치함을 확인하였다.
또한 MIDAS해석은 보와 받침대를 보요소로 모델링하였고 케이블을 인장력전담 트러스요소로 모델링을 하였다. 표 2에서 알 수 있듯이 모든 부재의 죽변형을 고려한 Case A 엄밀해의 이론값과 MIDAS해석 결과 값은 거의 일치함을 보이고, 축변형을 무시한 Case B의 이론값과 MIDAS해석 결과값은 오차가 최대 3%이내의 미소함을 알 수 있다.
참고문헌 (11)
김성보, 한만엽, 김문영, 김낙경, 지태석 (2005) 혁신적 프리스트레스트 가시설(IPS)공법에 적용되는 띠장의 설계 및 해석, 한국전산구조공학회논문집, 제18권 1호, pp.79-91
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