PSC 교량의 3차원 시공 중 해석기법을 위한 준적합 쉘 요소 개발

Development of Quasi-Conforming Shell Element for the Three Dimensional Construction Stage Analysis of PSC Bridge

  • 김기두 (건국대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 변윤주 (㈜동호 특수사업본부) ;
  • 김현기 (㈜동호 전산개발실) ;
  • 롬보이 ;
  • 송삭 (건국대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 김영회 (건국대학교 사회환경시스템공학과)
  • 발행 : 2007.06.30

초록

PSC 박스 교량은 콘크리트, 철근과 텐던으로 구성된 구조물로서 콘크리트의 인장 균열, 철근의 비선형 거동 등 재료의 비선형성 거동 특성 및 콘크리트의 시간 의존적 특성을 가지고 있는 복합 구조물이다. PSC 박스 교량의 시공 중 거동 특성을 고려하기 위하여 뼈대 요소(프레임 요소)를 이용한 시공단계의 설계가 수행되고 있다. 그러나 PSC 박스 교량 중 곡선램프교 등의 경우는 교량의 외측 및 내측의 변위 및 응력 값이 현저히 다르다. 따라서 PSC 박스 교량의 텐던량 및 시공 중 긴장력이 외측 및 내측에서 다르게 산정되어야 함에도 불구하고 현실적으로는 계산이 불가능하여 같은 양의 텐던과 부적절한 긴장력을 사용하고 있어 시공 중 항상 안전사고에 노출되고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 3차원 해석이 필수적으로 요구되고 있으며 본 연구에서는 PSC 박스 교량의 해석 기법에 필요한 준 적합 쉘 요소를 제안하고자 한다.

The PSC box bridge constructed of concrete, reinforcing bar and tendon is a complex structure that exhibits tension cracks, nonlinear behaviour of steel and time dependent behaviour of concrete. The frame element is commonly used for construction stage analysis PSC bridges. However, the frame element does not show sufficient information when in the curved PSC box bridges. For the case of curved PSC bridges, the deformations in the inner and outer web are different. In this case, different jacking forces are required in the inner and outer webs. However, it is impossible to calculate different jacking forces if we use the frame element for construction stage analysis. In order to overcome this problem, the use of the shell element is essential for a three-dimensional construction stage analysis of PSC bridges. In the following, the formulation of a Quasi-conforming shell element and its application of PSC box girder bridge analysis are presented.

키워드

참고문헌

  1. 곽효경, 서영재(1999) 시공단계를 고려한 콘크리트 프레임 구조물의 해석, 한국전산구조공학회 논문집, 12(2), pp.171-184
  2. 윤영수, 이만섭, 최한태(1998) FCM 공법으로 시공중인 PS 콘크리트 박스거더 교량의 크리프 및 건조수축에 관한 실험적 연구, 대한토목학회 정기학술대회 논문집
  3. 이계호, 최정호, 신현목(1994) 시공단계를 고려한 프리스트레스트 콘크리트 교량의 해석 및 설계에 관한 연구, 대한토목학회 정기학술대회 논문집
  4. 이재석, 강영진(1992) PC 사장교의 시공단계를 고려한 해석, 대한토목학회 정기학술대회 논문집
  5. 이재석, 최규천(2007) 순차적으로 시공되는 곡선 PSC 사장교의 비선형 해석, 대한토목학회 정기학술대회 논문집, 27(1A), pp.45-57
  6. ACI Committee 209(1992) Prediction of Creep. Shrinkage. and Temperature Effects in Concrete Structures
  7. Ahmad S., Irons B. M., Zienkiewicz O. C.(1970) Analysis of Thick and Thin Shell Structures by Curved Finite Elements, Int. J. Numer. Meth. Engng., 2, pp.419-451 https://doi.org/10.1002/nme.1620020310
  8. Bathe, K. J., Dvorkin, E. N.(1986) A Formulation of General Shell Elements-The use of Mixed Interpolation of Tensorial Components, Int. J. Numer. Meth. Engng., 22, pp.697-722 https://doi.org/10.1002/nme.1620220312
  9. Choudhury, D.(1986) Analysis of Curved Nonprismatic Reinforced and Prestressed Concrete Box Girder Bridges. University of California, Berkeley UCB/SEMM-86/13
  10. Comite Euro-International Du Beton(1990) CEB-FIP Model Code 1990, Design Code
  11. GID 8.0(2006) Pre-postprocessor Software, International Center for Numerical Methods in Engineering. Barcelona, Spain, http://gid.cimne.upc.es/
  12. Huang, H. C., Hinton, E.(1986) A New Nine Node Degenerated Shell Element with Enhanced Membrane and Shear Interpolation, Int. J. Numer. Meth. Engng., 22, pp.73-92 https://doi.org/10.1002/nme.1620220107
  13. Ketchum, M. A. (1986) Redistribution of Stresses in Segmentally Erected Prestressed Concrete Bridges, Report No. UCB/SESM-86-07. Department of Civil Engineering. University of California, Berkeley, California
  14. Kim, K. D. Lomboy G. R., .Voyiadjis G. Z,(2003) A 4-Node Assumed Strain Quasi-Conforming Shell Element with 6 D.O.F., International Journal for Numerical Methods in Engineering, 58(14), pp.2177-2200 https://doi.org/10.1002/nme.854
  15. Kim. K. D., Lomboy G.R.(2006) A Co-rotational Quasi-Conforming 4-Node Assumed Strain Shell Element for Large Displacement of Elasto-plastic Analysis, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 195, pp.6502-6522 https://doi.org/10.1016/j.cma.2006.02.004
  16. XFINAS 2.0(2006) Konkuk University, Korea, http:// www.xfinas.com/
  17. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Too J. M.(1971) Reduced Integration techniques in general analysis of plates and shells, Int. J. Numer. Meth. Engng., 2, pp.419-451 https://doi.org/10.1002/nme.1620020310