본 연구는 도로 상부에 휴식과 통행이 가능한 공간을 조성하여 녹지 및 휴게 공간을 확보하고 각 구역간의 연결성 및 접근성을 높일 수 있는 장 스팬 구조의 처짐의 거동을 해석하는 것을 목표로 한다. 이러한 장 스팬 구조의 경우, 부재의 크기를 결정할 때 도심 미관과 하부의 차량소통을 고려하여야 한다. 그 결과 부재의 크기가 세장해지는 결과를 가져오게 되며 이는 구조물의 과다 처짐을 유발할 수가 있다, 여기에서는 부재의 크기 제한과 구조물의 과다 처짐을 방지하기 위하여 구조물 하부에 언더텐션을 적용한 후, 그 효과와 처짐 거동에 대하여 비교 분석하였다. 언더텐션이란 상부에서의 하중을 하부 케이블의 인장력을 이용하여 그 하중을 양 단부로 전달하는 시스템을 말하며, 케이블의 크기와 개수, 포스트의 개수와 크기 및 간격에 따라서 효과가 다르게 나타날 수 있다. 따라서 본 연구에서는 케이블의 크기와 개수, 포스트의 개수와 크기 및 간격을 변수로 하여 장 스팬 구조의 처짐 거동을 비교하였다. 하중은 활하중과 고정하중이 평면에 재하되는 것을 기본으로 가정하였으며, 해석결과는 상용 프로그램인 마이더스(MIDAS)를 이용하여 언더텐션의 효과를 처짐에 맞추어 비교 검토하였다.
본 연구는 도로 상부에 휴식과 통행이 가능한 공간을 조성하여 녹지 및 휴게 공간을 확보하고 각 구역간의 연결성 및 접근성을 높일 수 있는 장 스팬 구조의 처짐의 거동을 해석하는 것을 목표로 한다. 이러한 장 스팬 구조의 경우, 부재의 크기를 결정할 때 도심 미관과 하부의 차량소통을 고려하여야 한다. 그 결과 부재의 크기가 세장해지는 결과를 가져오게 되며 이는 구조물의 과다 처짐을 유발할 수가 있다, 여기에서는 부재의 크기 제한과 구조물의 과다 처짐을 방지하기 위하여 구조물 하부에 언더텐션을 적용한 후, 그 효과와 처짐 거동에 대하여 비교 분석하였다. 언더텐션이란 상부에서의 하중을 하부 케이블의 인장력을 이용하여 그 하중을 양 단부로 전달하는 시스템을 말하며, 케이블의 크기와 개수, 포스트의 개수와 크기 및 간격에 따라서 효과가 다르게 나타날 수 있다. 따라서 본 연구에서는 케이블의 크기와 개수, 포스트의 개수와 크기 및 간격을 변수로 하여 장 스팬 구조의 처짐 거동을 비교하였다. 하중은 활하중과 고정하중이 평면에 재하되는 것을 기본으로 가정하였으며, 해석결과는 상용 프로그램인 마이더스(MIDAS)를 이용하여 언더텐션의 효과를 처짐에 맞추어 비교 검토하였다.
This study presents deflection analysis of long span structures for pedestrian bridge on crossroads. For long span structures, the size of structural members should be determined considering the esthetic view and vehicle below the structures. As a result, the slenderness ratio of members is increase...
This study presents deflection analysis of long span structures for pedestrian bridge on crossroads. For long span structures, the size of structural members should be determined considering the esthetic view and vehicle below the structures. As a result, the slenderness ratio of members is increased and the structure may be suffered from significant deflection. The under-tensioned system on lower part of the structure, is applied in order to reduce the deflection and the size of members. In this regard, the under-tensioned system enables the load of upper parts to carη to the end of beam by means of tensional force in cable. In addition, effectiveness of under-tensioned system can be different depending on the size of cable, the number and spacing of posts. This study is performed with conforming the effect by analytical various parameters (size of cable, number and spacing of post). Dead and live loads is supposed to apply in the slab, and the analytical result by MIDAS program are presented addressing the effect of the under-tensioned system.
This study presents deflection analysis of long span structures for pedestrian bridge on crossroads. For long span structures, the size of structural members should be determined considering the esthetic view and vehicle below the structures. As a result, the slenderness ratio of members is increased and the structure may be suffered from significant deflection. The under-tensioned system on lower part of the structure, is applied in order to reduce the deflection and the size of members. In this regard, the under-tensioned system enables the load of upper parts to carη to the end of beam by means of tensional force in cable. In addition, effectiveness of under-tensioned system can be different depending on the size of cable, the number and spacing of posts. This study is performed with conforming the effect by analytical various parameters (size of cable, number and spacing of post). Dead and live loads is supposed to apply in the slab, and the analytical result by MIDAS program are presented addressing the effect of the under-tensioned system.
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문제 정의
도심 내에 설치되는 이러한 장 스팬 구조의 경우, 부재 크기를 결정할 때 도심 미관 및 하부의 원활한 차량소통에 대한 고려가 필요하며, 그 결과 부재의 크기가 세장해지며 그에 따라서 처짐이 과다하게 증가하게 된다. 본 연구에서는 이러한 처짐을 제어하기 위하여 구조물 하부에 언더텐션을 설치하였고, 각 시스템에 있어 각각의 변수 조건의 변화에 따른 구조물의 처짐을 비교하는 것을 목적으로 한다.
언더텐션 시스템에서 케이블의 각도 차이는 시스템의 효율성에 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 캠버가 없는 상태에서 포스트의 길이 변화에 따른 처짐의 차이를 비교하였다.
가설 설정
본 연구에서는 구조물 상부에서 연직 방향으로 고정하중과 활하중이을 기준으로 균등하게 분포되어 있는 것으로 가정하였으며, 기타 구조 재료 특성은와 같다.
이에 본 연구에서는 도심내의 교차로 및 일반 도로 상부에 휴식과 통행이 가능한 공간을 조성하여 녹지 및 휴게공간을 확보하고 각 구역간의 연결성 및 접근성을 높일 수 있는 장 스팬 구조를 가정하였다. 도심 내에 설치되는 이러한 장 스팬 구조의 경우, 부재 크기를 결정할 때 도심 미관 및 하부의 원활한 차량소통에 대한 고려가 필요하며, 그 결과 부재의 크기가 세장해지며 그에 따라서 처짐이 과다하게 증가하게 된다.
제안 방법
본 연구에서 다루고 있는 언더텐션 시스템은 텐세그러티 구조의 특징을 응용한 것으로, 언더텐션시스템에서는 일반 강재를 압축재로 언더텐션 케이블을 인장재로 하여 상부에서의 하중을 양 단부로 전달함으로서 지붕구조 외에 일반 구조체로 사용할 수 있도록 하였다. 언더텐션 시스템의 개략적인 모식도는 다음<그림 1>과 같다.
대상 데이터
본 연구에서 언더텐션의 효과는 단일 변수의 변동에 따른 구조물의 최대 처짐을 대상으로 분석하였다. 해석 결과는 상용프로그램인 MIDAS를 사용하였으며, 기본 모델의 특성은<표 3>과 <그림 2>에, 각각의 모델에 대한 변수 조건은 다음 <표 4>와 같다.
데이터처리
해석 결과는 상용프로그램인 MIDAS를 사용하였으며, 기본 모델의 특성은과 에, 각각의 모델에 대한 변수 조건은 다음 와 같다.
성능/효과
1. 언더텐션 시스템이 적용되는 구조물에 초기 캠버를 준 결과 캠버의 비율이 증가할수록 최대 처짐이 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 다만, 캠버의 높이에 맞추어 포스트의 길이를 변화시킴으로서 언더텐션 케이블의 효율을 높이는 연구가 필요하다.
2. 일반적인 장 스팬 구조의 경우 구조물의 처짐 제어를 위하여 큰 부재를 사용하는 것이 일반적이다. 이 경우 언더텐션 시스템을 사용한다면 비슷한 처짐을 유도하면서 구조물의 물량을 줄일 수 있어서 공사비의 절감을 가져올 수 있을 것으로 사료된다.
3. 언더텐션 시스템에 있어서 케이블의 프리텐션의 크기가 구조물의 처짐을 줄이는데 있어서 가장 효율적이나 과도하게 프리텐션을 줄 경우 시공비가 과다하게 증가할 수 있어 공사비의 상승으로 이어질 수 있으므로 세심한 주의가 요구된다.
캠버를 주지 않았을 때가 가장 처짐이 크게 나타났으나, 캠버비율이 2 %를 넘어가면서 그 처짐이 다시 증가하는 것으로 나타났다. 이는 캠버의 높이가 증가할수록 6 m로 고정되어 있는 포스트의 높이로 인하여 언더텐션 케이블의 효과가 감소한 것으로 사료된다.
조정이다. 케이블의 프리텐션 값이 증가할수록 구조물의 처임은 선형적으로 감소하는 모습을 보여준다. 다만, 프리텐션의 값이 증가할 경우 시공비 및 기타 공사비의 증가로 이어질 수 있는 만큼 효율적인 프리텐션의 값의 결정이 필요하다.
포스트의 개수를 7개에서 15개로 순차적으로 늘려본 결과 물량의 증가량에 비하여 처짐의 감소량은 크게 변하지 않는 것으로 나타났다. 이는 실제 최대 처짐은 훨씬 감소하나, 포스트 개수의 증가에 따른 물량의 증가로 인하여 그 처짐의 감소량이 줄어드는 것으로 판단된다.
후속연구
4. 향후 물량의 감소에 따른 진동에 대한 고찰과 본 연구에서 가정한 제반조건 이외에 기타 조건에서 사용 가능한 일반적인 언더텐션의 효율화 방안에 대한 연구가 필요할 것이다.
언더텐션 시스템이 적용되는 구조물에 초기 캠버를 준 결과 캠버의 비율이 증가할수록 최대 처짐이 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 다만, 캠버의 높이에 맞추어 포스트의 길이를 변화시킴으로서 언더텐션 케이블의 효율을 높이는 연구가 필요하다.
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