복합재료 교량 바닥판의 주행속도에 따른 동적응답 평가
Estimation of Dynamic Response of Advanced Composite Material Decks for Bridges Application under Various Vehicle Driving Velocities
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초록
복합신소재의 건설분야 적용은 확대되고 있는 추세이고, 높은 비강도비를 지닌 복합신소재 교량바닥판의 개발은 국내외에서 활발히 진행되고 있다. 본 연구의 목적은 이동하중을 받는 비등방성 복합재료 적층판의 동적응답을 정식화하고, 유한요소법을 사용하여 적층에 따른 동적거동특성을 분석하는 것이다. 수치해석 모델에 대해서 이동하중의 속도를 증가시키면서 동적확대계수를 계산하였다. 또한 적층형식 및 순서, 섬유 보강각도 등의 변화에 따른 동적거동특성을 분석하였다. 본 연구 프로그램의 타당성을 확보하기 위해 휨과 자유진동해석에 관한 기존 문헌결과와 비교하여 검증하였다. 또한 이동하중에 의한 동적해석에 대해 모우드 중첩법과 Newmark 직접적분법을 사용하였다. 이러한 이동하중과 적층수, 적층순서 및 섬유 보강각도에 따른 수치해석 결과는 완전 복합신소재 교량 바닥판을 개발하는데 있어서 중요한 기초자료로 제시될 수 있을 것이다.
Abstract
Applications of advanced composite material in construction field are tending upwards and development of all composite material bridges is making progress rapidly in home and abroad due to their high strength to weight ratio. This paper formulated the dynamic responses of the laminated composite structures subjected to moving load and analyzed the various dynamic behaviors using the finite element method. The nondimensionalized natural frequencies of a simply supported square-laminated composite plate are considered for verifications. Mode superposition and Newmark direct integration method are applied for moving load analysis. For structural models, dynamic magnification factor calculated for various velocities of the moving load and displacements characteristics of laminated composite structures due to the moving load are investigated theoretically. Numerical results are presented to study the effects of lamination scheme, stacking sequence, and fiber angle for laminated composite structures during moving load. The various results on moving load and lamination through numerical analysis will present an important basic data for development and grasp the behavior of all composite material bridges.