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Analytical Study of Ultimate Behavior of Steel Cable-stayed Bridges

완성계 강사장교의 극한 거동의 해석적 연구

  • 김승준 (고려대학교 초고층초장대기술연구소) ;
  • 임석빈 (삼성물산(주) 건설부문 토목ENG센터 도로/철도팀) ;
  • 이기세 (고려대학교 건축사회환경공학과) ;
  • 강영종 (고려대학교 건축사회환경공학과)
  • Received : 2011.10.26
  • Accepted : 2012.01.24
  • Published : 2012.04.30

Abstract

This paper presents an investigation on the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges using nonlinear finite element analysis method. Cable-stayed bridges exhibit various geometric nonlinearities as well as material nonlinearities, so rational nonlinear finite element analysis should be performed for investigation of the ultimate behavior. In this study, ultimate behavior of steel cable-stayed bridges was studied using rational ultimate analysis method. Nonlinear equivalent truss element and nonlinear frame element were used for modeling the cable, girder and mast. Moreover, refined plastic hinge method was adopted for considering the material nonlinearity of steel members. In this study, the 2-step analysis method was used. Before live load analysis, initial shape analysis was performed in order to consider the dead load condition. For investigation of the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges, analysis models which span length is 920.0 m were used. Radiating type and fan type were considered as the cable-arrangement types. With various quantitative evidences such as load-displacement curves, deformed shapes, locations of the yield point or region, bending moment distribution and so on, the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges was investigated and described in this paper.

본 논문은 비선형 해석을 통한 완성계 강사장교의 극한 거동에 대해 다룬다. 사장교는 재료적 비선형성과 함께 다양한 기하학적 비선형성을 나타내므로 극한 거동을 명확히 규명하려면 반드시 합리적인 비선형해석이 수행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 합리적인 극한 해석기법을 통해 활하중에 대한 강사장교의 주요한 극한거동을 규명하고자 하였다. 강사장교의 비선형 해석을 위하여 비선형 트러스 요소 및 비선형 프레임 요소를 이용하였고, 강재의 재료적 비선형성을 효율적으로 고려하기 위해 개선소성힌지법을 이용하였다. 활하중에 대한 극한 거동을 합리적으로 분석하기 위해 본 연구에서는 초기형상해석-활하중 해석으로 이어지는 2단계 해석기법을 통해 극한 해석을 수행하였다. 해석 모델은 총 지간장이 920.0 m 사장교를 이용하였고, 방사형 및 팬 형 사장교를 해석에 이용하였다. 극한해석결과를 통해 얻은 하중-변위 곡선, 구조물 변형형상, 소성단면, 휨모멘트분포도 등을 분석하여 활하중에 대한 완성계 사장교의 주요한 극한 거동을 규명하였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 국토해양부

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