[3-2] 구성요소 및 교량시스템 모델화
1) 상부구조
...1. 단위길이 당 중량과 각 방향으로의 단면2차모멘트를 갖는 요소로 간략하게 모델화할 수 있다.
2)교량받침
...1. 교량의 지진 시 거동은 받침부의 거동 특성에 따라 많은 차이를 보이므로,
받침 위치와 교축 및 교축직각방향에 대한 정확한 거동 특성(가동 유무, 전단강성 등) 등을 고려하여 모델화하여야 한다.
이때 받침의 높이 및 상부구조의 높이까지 고려하여 실 교량의 지진거동을 나타낼 수 있도록 하여야 한다.
...2. 강재받침은 구속조건을 정하여 모델화한다.
...3. 탄성받침은 적절한 스프링 강성을 정하여 모델화한다.
...4. 지진격리받침은 비선형 이력특성을 모델화한다.
...5. 지진격리받침을 등가의 선형요소로 모델화하는 경우에는 지진격리받침의
최종 응답범위에 대한 유효강성(\( k_{eff} \))과 등가감쇠비(\( \beta_i \))로 설정하여야 한다.
3) 교각
...1. 교각은 적정한 휨강성을 갖는 보요소로 모델화할 수 있다.
...2. 고정하중에 대한 해석 시 교각의 휨강성은 전단면강성(\( EI_g \))를 적용한다.
...3. 지진해석 시 교각의 휨강성은 내진성능평가지진에 대한 교각의 균열발생 및 축방향철근의 항복 여부를 고려하여 산정하여야 한다.
...4. 내진성능평가지진에 대해 교각 단면에 균열이 발생하지 않는다면 전단면강성(\( EI_g \))를 적용한다.
...5. 교각의 단면에 균열이 발생하고 철근까지 항복한다면 교각은 탄성거동 한계를 초과하여
소성거동을 하게 되므로 선형해석을 적용하는 경우 항복강성(\( EI_{y,eff} \))를 적용한다.
...6. 교각의 단면에 균열은 발생하지만 철근이 항복하지 않는 상태라면 교각의 강성은
전단면강성(\( EI_g \))과 항복강성(\( EI_{y,eff} \))의 사이값인 유효강성(\( EI_e \))을 사용한다.
4) 교대
...1. 교대는 강성과 상부구조와의 연결상태를 고려하여 모델화한다.
5) 연결부
① 상부구조간 연결부
...1. 진동단위 내에 있는 상부구조 간의 연결부는 역학적 특성을 반영하여
모델화하여야 한다. 다만 연결부의 특성이 교량의 지진거동에 미치는
영향이 크지 않은 경우에는 이를 무시 또는 강체로 모델화할 수 있다.
② 상하부구조간 연결부
...1. 진동단위 내에 있는 상하부 구조간 연결부는 받침이 있는 경우 받침으로
모델화하고, 라멘교 또는 박스교와 같이 일체화된 경우에는 강결로
모델화할 수 있다.
6) 기초 및 지반
...1. 기초의 모델링은 관련 기준 및 지침 등에 따른다.
7) 지진보호장치 등
...1. 지진보호장치 등은 이로 인한 교량의 지진거동이 실제와 유사하게 모사되도록 모델화하여야 한다.
...2. 전단키는 전단키와 교각 사이의 갭에 의한 접촉 및 비접촉 특성을 반영하여 모델화하여야 한다. 본체는 강성을 갖는 탄성요소로 모델화할 수 있으며, 전단키의 변형이 교량의 내진성능에 미치는 영향이 크지 않다면 강체로 모델화할 수 있다.
...3. 케이블과 같은 변위구속장치는 인장에만 저항하므로 이러한 거동특성을 반영하여야 한다.
8) 배면토
...1. 배면토가 구조체의 지진거동에 영향을 미치는 경우 이를 모델화하여야 한다.
9) 물(수압)
...1. 물에 의한 지진 발생 시의 수압은 부가질량으로 고려할 수 있다.
10) 교량시스템 해석모델
...1. 교량은 지진 시 함께 진동하는 진동단위에 구성요소가 모두 포함되도록 모델화하여야 한다. 다만, 교량시스템의 내진성능평가에 크게 영향이 없다고 판단되는 구성요소는 생략할 수 있다.
...2. 교량의 지진해석모델은 지진에 따른 실제 거동과 유사한 결과를 얻을 수 있도록 구조물의 강성 및 관성효과를 고려하여 절점과 부재, 연결부(경계조건)로 구성된 3차원 뼈대구조 이상의 자유도와 정밀도를 가진 요소로 모델화하여야 한다. 다만, RC 슬래브교와 같이 바닥판이 주부재 역할을 수행하는 상부구조는 평면요소로 모델화하여도 무방하다.
...3. 보수∙보강 등에 의한 구조특성의 변화가 있는 경우에는 이를 반영하여야 하며 해석모델의 불확실성을 고려하여 지진응답이 보수적으로 산정되도록 모델화하여야 한다.
...4. 내진설계 시 활하중의 관성효과가 고려되었다면 이를 반영한다.
...5. 교량의 기초 및 지반이 구조거동에 미치는 영향이 클 것으로 예상되는 경우에는 기초 및 지반의 등가강성을 교각 끝단에 적용하여 해석할 수 있다.
...6. 물 또는 수압이 교량의 구조거동에 영향을 미치면 이를 반영한다.
[3-2] 구성요소 및 교량시스템 모델화
1) 상부구조
...1. 지진해석 모델에서 상부구조는 형상 그대로 모델화하지 않고 단위길이 당 중량과 각 방향으로의 단면2차모멘트를 갖는 요소로 간략하게 모델화할 수 있다. ...
2)교량받침
...2. 강재받침은 강체로 가정하여 강성을 무한대로 할 수 있다. 고정받침과 가동받침의 구속 조건을 고려하여 모델화한다.
...3. 탄성받침은 상부구조의 관성력(지진력)을 모든 교각으로 분산시키기 위하여 적용하므로 특정한 강성을 갖는 스프링(탄성요소)로 모델화하여 모든 교각에 동일하게 적용한다.
...4. ...이 때문에 사용되는 조건 및 역학적 특성의 차이를 고려한 에너지 흡수의 관점에서 안전한 평가가 되도록 모델화할 필요가 있다. ...
...5. 유효강성 및 등가감쇠비
\[
k_{eff} = \frac{F_p - F_n}{d_p - d_n}
\]
해설식 (3.2-1)
\[
\beta_i = \frac{1}{2\pi} \frac{\text{전체 } EDC \text{ 면적}}{\sum (k_{eff} d_i^2)} \times 100 \ (\%)
\]
해설식 (3.2-2)
여기서,
\( F_n \) : 지진격리장치의 원형시험 시, 한 사이클 동안의 최대부분위량 발생 시의 수평력
\( F_p \) : 지진격리장치의 원형시험 시, 한 사이클 동안의 최대양변위량 발생 시의 수평력
\( d_n \) : 지진격리장치의 원형시험 시, 한 사이클 동안의 최대부분위
\( d_p \) : 지진격리장치의 원형시험 시, 한 사이클 동안의 최대양변위
\( d_i \) : 고려하고 있는 방향에 대한 강성중심에서의 등가지진력에 의한 지진 시 설계변위
\( EDC \) : 한 사이클 당 소산된 에너지이다.
3) 교각
...3.
...6. 교각의 유효강성 (EI
c) 산정방법은 “[5-3] 교각 유효강성”을 참조한다.
10) 교량시스템 해석모델
