연구목적: 본 연구는 I-Shape 단면형상을 가지고 있는 곡선교량의 지진파 불확실성에 따른 안전성 분석을 위해 확률론적 기반 취약도 평가를 목적으로 한다 연구방법: 상용유한요소해석 프로그램(ABAQUS, ANSYS)구축된 모델의 검증을 위해 토크와 집중하중을 적용하여 정적해석에 따른 해석결과와 이론해를 곡선 보의 1/4L, 2/4L, 3/4L 지점에서 휨 모멘트를 비교한 결과 모든 지점에서 1%내로 오차가 발생하는 것으로 나타나 3차원 유한요소 모델에 대한 신뢰성을 확보 하였다. 곡선교량 구조물의 지진파의 불확실성을 위해 경주 및 포항 지진을 포함하여 세계각지에서 발생한 20개의 지진파를 0.2g부터 1.5g까지 5개의 Scale로 변화시켜 시간이력해석을 수행하였으며, Monte-Carlo Simulation을 기반으로 지진 취약도 평가를 수행하였다. 연구결과: 지진 취약도 분석결과 한계상태를 190MPa로 하였을 때 0.2g를 넘어가면서 파괴가 발생하나 한계상태를 315MPa로 하였을 경우 0.6g를 넘어서면서 파괴가 발생하는 것으로 나타났다. 결론: 본 연구에서 이론해와 수치해석 모델을 비교함으로써 유한요소 모델을 검증하였으며 구축된 I-Shape 곡선 보 모델의 경우 고주파수 영역에 민감성을 보이며, 추후 연구에서 곡선 보의 주요 매개변수인 단면형상에 따른 지진 취약도 평가를 수행하고자 한다.
연구목적: 본 연구는 I-Shape 단면형상을 가지고 있는 곡선교량의 지진파 불확실성에 따른 안전성 분석을 위해 확률론적 기반 취약도 평가를 목적으로 한다 연구방법: 상용유한요소해석 프로그램(ABAQUS, ANSYS)구축된 모델의 검증을 위해 토크와 집중하중을 적용하여 정적해석에 따른 해석결과와 이론해를 곡선 보의 1/4L, 2/4L, 3/4L 지점에서 휨 모멘트를 비교한 결과 모든 지점에서 1%내로 오차가 발생하는 것으로 나타나 3차원 유한요소 모델에 대한 신뢰성을 확보 하였다. 곡선교량 구조물의 지진파의 불확실성을 위해 경주 및 포항 지진을 포함하여 세계각지에서 발생한 20개의 지진파를 0.2g부터 1.5g까지 5개의 Scale로 변화시켜 시간이력해석을 수행하였으며, Monte-Carlo Simulation을 기반으로 지진 취약도 평가를 수행하였다. 연구결과: 지진 취약도 분석결과 한계상태를 190MPa로 하였을 때 0.2g를 넘어가면서 파괴가 발생하나 한계상태를 315MPa로 하였을 경우 0.6g를 넘어서면서 파괴가 발생하는 것으로 나타났다. 결론: 본 연구에서 이론해와 수치해석 모델을 비교함으로써 유한요소 모델을 검증하였으며 구축된 I-Shape 곡선 보 모델의 경우 고주파수 영역에 민감성을 보이며, 추후 연구에서 곡선 보의 주요 매개변수인 단면형상에 따른 지진 취약도 평가를 수행하고자 한다.
Purpose: This study was to the fragility evaluation of I-shape curved beam structure subjected to strong ground motions including Gyeongju and Pohang earthquakes Method: In particular, to conduct the analytical model, ABAQUS and ANSYS platform was used in this study. Furthermore, the analytical mode...
Purpose: This study was to the fragility evaluation of I-shape curved beam structure subjected to strong ground motions including Gyeongju and Pohang earthquakes Method: In particular, to conduct the analytical model, ABAQUS and ANSYS platform was used in this study. Furthermore, the analytical model using 3D Finite Element Model (FEM) was validated, in comparison to the theoretical solutions at the location of 025L, 05L, and 0.75L in static loading condition. In addition, in order to evaluate the seismic fragility of the curved beam structure, 20 seismic ground motions were selected and Monte-Carlo Simulation was used for the empirical fragility evaluation from 0.2g to 1.5g. Result: It was interesting to find that the probability of the system failure was found at 0.2g, as using 190 MPa limit state and the probability of the failure using 390 MPa limit state was starting from 0.6g. Conclusion: This study showed the comparison of the theoretical solution with analytical solution on I-shaped curved beam structures and it was interesting to note that the system subjected to strong ground motions was sensitive to high frequency earthquake. Further, the seismic fragility corresponding to the curved beam shapes must be evaluated.
Purpose: This study was to the fragility evaluation of I-shape curved beam structure subjected to strong ground motions including Gyeongju and Pohang earthquakes Method: In particular, to conduct the analytical model, ABAQUS and ANSYS platform was used in this study. Furthermore, the analytical model using 3D Finite Element Model (FEM) was validated, in comparison to the theoretical solutions at the location of 025L, 05L, and 0.75L in static loading condition. In addition, in order to evaluate the seismic fragility of the curved beam structure, 20 seismic ground motions were selected and Monte-Carlo Simulation was used for the empirical fragility evaluation from 0.2g to 1.5g. Result: It was interesting to find that the probability of the system failure was found at 0.2g, as using 190 MPa limit state and the probability of the failure using 390 MPa limit state was starting from 0.6g. Conclusion: This study showed the comparison of the theoretical solution with analytical solution on I-shaped curved beam structures and it was interesting to note that the system subjected to strong ground motions was sensitive to high frequency earthquake. Further, the seismic fragility corresponding to the curved beam shapes must be evaluated.
본 연구에는 지진파의 불확실성에 대한 곡선교량의 안전성을 평가하기 위해 Monte-Carlo Simulation을 적용하여 지진 취약도 분석을 실시하였으며, 또한 곡선교량의 취약도 분석시 교량의 한계상태에 따라 파괴확률이 달라지기 때문에 한계상태의 결정은 매우 중요한 단계이다. 본 연구에서는 곡선형 교량의 거더 즉, 곡선형 보의 거동에 초점을 맞추어 지진 취약도 분석을 적용하고자 도로교 설계기준(2010, 2012)에서 제시하고 있는 강재의 허용응력 및 항복응력을 한계상태로 정의하였다.
본 연구에서는 I-Shape 단면을 갖는 곡선형 보의 선형탄성 유한요소 모델을 구축하였으며 유한요소 해석결과와 이론해를 비교함으로써 구축된 유한요소 모델을 검증하였다. 또한 Eigenvalue 해석을 통해 곡선형 보의 진동특성을 분석하였으며 경주 및 포항 지진을 포함한 20개의 지진파를 적용하여 지진 취약도 평가를 수행하였다.
제안 방법
본 연구에서는 I-Shape 단면을 갖는 곡선형 보의 상용유한요소구조해석 프로그램을 이용하여 선형 탄성 유한요소 모델을 구축 하였으며 정적 해석결과와 이론해를 비교하여 구축된 유한요소 모델을 검증하였다. 또한 고유치 해석을 통해 곡선형 보의 진동 특성을 분석하였고 경주 지진 및 포항 지진을 포함한 20개의 지진파를 0.2g, 0.5g, 0.8g, 1.2g, 1.5g로 스케일을 변화 시켜 시간이력해석을 수행하였다. 마지막으로 해석결과를 이용하여 Monte-Carlo Simulation 기반 지진 취약도 평가를 수행하였다.
5g로 스케일을 변화 시켜 시간이력해석을 수행하였다. 마지막으로 해석결과를 이용하여 Monte-Carlo Simulation 기반 지진 취약도 평가를 수행하였다.
본 연구에서는 I-Shape 단면을 갖는 곡선형 보의 상용유한요소구조해석 프로그램을 이용하여 선형 탄성 유한요소 모델을 구축 하였으며 정적 해석결과와 이론해를 비교하여 구축된 유한요소 모델을 검증하였다. 또한 고유치 해석을 통해 곡선형 보의 진동 특성을 분석하였고 경주 지진 및 포항 지진을 포함한 20개의 지진파를 0.
대상 데이터
본 연구에서는 곡선 보의 해석적 지진 취약도 분석을 위해 상용구조해석 프로그램인 ABAQUS와 ANSYS를 이용하여 W10X49단면에 R=6.096m, θ=42.97인 곡선형 보의 유한요소 모델을 구축하였다. 유한요소 모델은 3D Shell 요소를 사용 하여 구축되었으며 사용된 재료 및 요소의 특성은 Table 1.
이론/모형
Eigenvalue 해석은 ABAQUS, ANSYS Platform 모두 Lanczos 방법을 이용하여 50차 모드까지 수행하였다. 해석결과 X-축 방향의 경우 4차 모드에서 가장 큰 질량참여율을 보이며 이때 고유진동수는 105.
성능/효과
(1) ABAQUS 및 ANSYS Platform을 이용한 유한요소 해석 결과와 이론해를 비교하였을 때 L/4 지점 및 2L/4 지점에서의 휨 모멘트 결과가 1%내외의 오차가 발생하여 구축된 유한요소 모델이 적합하다고 판단된다.
(2) Eigenvalue 해석 결과 1차 모드의 고유진동수가 8.101Hz로 나타났고 X-Direction의 질량 참여율은 4차 모드에서 약 64%로 가장 지배적인 것으로 판단되며 Y-Direction의 경우 1차 모드에서 약 72%의 질량참여율을 보이므로 가장 지배 적인 것으로 판단된다.
(3) 20개의 지진파를 0.2g로 스케일 다운시켜 시간이력해석을 수행한 결과 Manjul 지진에서 129.572MPa로 가장 큰결과가 발생하였는데 이는 8Hz 부근과 그 이상의 영역에서 많은 진동특성이 분포되어 있기 때문이라고 판단된다.
(4) 경주 지진파의 경우 122.096MPa로 비교적 큰 결과가 발생하였는데 이는 경주 지진파가 고주파 성분을 많이 갖고 있는 지진파고 탁월주기가 5~10Hz이고 곡선형 보의 고유진동수 또한 8Hz 이상의 영역이기 때문에 큰 결과가 발생한 것으로 판단된다.
(5) 지진 취약도는 도로교설계기준 2010에서 제시하고 있는 SM490 강재의 허용응력 190MPa와 2012에서 제시하고 있는 항복응력 315MPa를 한계상태로 분석을 수행하였으며 한계상태가 190MPa일 때 0.2g를 초과하면서 파괴가 발생하는 반면 315MPa일 때는 0.6g를 초과하면서 파괴가 발생하는 것으로 나타났다.
후속연구
(6) 곡선형 보의 경우 단면의 형상에 따라 비틀림 저항이 변화하기 때문에 단면형상은 중요한 변수이므로 추후 연구에서는 동일한 곡률반경과 중심각을 갖고 단면형상의 변화에 따른 곡선형 보의 거동을 비교하고 지진 취약도 분석을 수행하고자 한다. 또한 교각의 유한요소 모델을 추가하여 다양한 한계상태에 대해 지진 취약도 분석을 수행하고자 한다.
(6) 곡선형 보의 경우 단면의 형상에 따라 비틀림 저항이 변화하기 때문에 단면형상은 중요한 변수이므로 추후 연구에서는 동일한 곡률반경과 중심각을 갖고 단면형상의 변화에 따른 곡선형 보의 거동을 비교하고 지진 취약도 분석을 수행하고자 한다. 또한 교각의 유한요소 모델을 추가하여 다양한 한계상태에 대해 지진 취약도 분석을 수행하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교량은 무엇인가?
교량은 교통을 이어주는 중요한 구조물 중에 하나이며 사회가 발전함에 따라 빠른 물류의 이동을 위해 필수적인 요소이다. 이러한 교량은 산악지역 등으로 인해 교량의 직선성이 보장되지 않은 곳에서 곡선 거더를 이용하여 교량이 설치되고 있다.
Eigenvalue 해석은 ABAQUS, ANSYS Platform 모두 무엇을 이용하여 이용하여 50차 모드까지 수행
Eigenvalue 해석은 ABAQUS, ANSYS Platform 모두 Lanczos 방법을 이용하여 50차 모드까지 수행하였다. 해석결과 X-축 방향의 경우 4차 모드에서 가장 큰 질량참여율을 보이며 이때 고유진동수는 105.
I-Shape 단면을 갖는 곡선형 보의 선형탄성 유한요소 모델을 구축하였으며 유한요소 해석결과와 이론해를 비교함으로써 구축된 유한요소 모델을 검증한 결과는?
(1) ABAQUS 및 ANSYS Platform을 이용한 유한요소 해석 결과와 이론해를 비교하였을 때 L/4 지점 및 2L/4 지점에서의 휨 모멘트 결과가 1%내외의 오차가 발생하여 구축된 유한요소 모델이 적합하다고 판단된다.
(2) Eigenvalue 해석 결과 1차 모드의 고유진동수가 8.101Hz로 나타났고 X-Direction의 질량 참여율은 4차 모드에서 약 64%로 가장 지배적인 것으로 판단되며 Y-Direction의 경우 1차 모드에서 약 72%의 질량참여율을 보이므로 가장 지배 적인 것으로 판단된다.
(3) 20개의 지진파를 0.2g로 스케일 다운시켜 시간이력해석을 수행한 결과 Manjul 지진에서 129.572MPa로 가장 큰결과가 발생하였는데 이는 8Hz 부근과 그 이상의 영역에서 많은 진동특성이 분포되어 있기 때문이라고 판단된다.
(4) 경주 지진파의 경우 122.096MPa로 비교적 큰 결과가 발생하였는데 이는 경주 지진파가 고주파 성분을 많이 갖고 있는 지진파고 탁월주기가 5~10Hz이고 곡선형 보의 고유진동수 또한 8Hz 이상의 영역이기 때문에 큰 결과가 발생한 것으로 판단된다.
(5) 지진 취약도는 도로교설계기준 2010에서 제시하고 있는 SM490 강재의 허용응력 190MPa와 2012에서 제시하고 있는 항복응력 315MPa를 한계상태로 분석을 수행하였으며 한계상태가 190MPa일 때 0.2g를 초과하면서 파괴가 발생하는 반면 315MPa일 때는 0.6g를 초과하면서 파괴가 발생하는 것으로 나타났다.
(6) 곡선형 보의 경우 단면의 형상에 따라 비틀림 저항이 변화하기 때문에 단면형상은 중요한 변수이므로 추후 연구에서는 동일한 곡률반경과 중심각을 갖고 단면형상의 변화에 따른 곡선형 보의 거동을 비교하고 지진 취약도 분석을 수행하고자 한다. 또한 교각의 유한요소 모델을 추가하여 다양한 한계상태에 대해 지진 취약도 분석을 수행하고자 한다.
참고문헌 (15)
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