시공단계를 고려한 PSC 사장교의 풍하중 거동 해석
Wind Load Analysis of Segmentally Erected PSC Cable-Stayed Bridge
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초록
이 논문에서는 PSC(Prestressed concrete) 사장교의 시공단계를 고려한 비선형 해석을 통하여 PSC 사장교의 시공 중과 시공 후에 발생할 수 있는 풍하중에 의한 주탑과 상판의 횡방향 거동을 검토하였다. PSC 사장교의 시간의존적 비선형 거동을 해석하기 위해 재료의 비선형성과 기하학적 비선형성은 물론 재료의 시간의존적 특성으로서 콘크리트의 크리프(creep), 강도증가(aging), 건조수축(shrinkage)과 PS 강재(Prestressing Steel)와 케이블의 이완(relaxation)을 고려하였다. PSC 사장교의 상판과 주탑은 콘크리트와 철근 화이버로 이상화한 화이버 모델 뼈대요소와 뼈대요소에 연결된 PS 강재요소로 이상화하였고, 케이블은 곡선 케이블요소로 이상화하였다. 정적 풍하중이 작용하는 PSC 사장교를 대상으로 시공단계를 고려한 비선형 해석을 수행한 결과, 시공 중에 발생하는 풍하중에 의한 PSC 사장교의 횡방향 거동이 시공이 완료된 후보다 큰 경우가 있으므로 각 시공단계마다 풍하중에 의한 PSC 사장교의 정적 거동에 대한 검토가 필요함을 확인하였다. 또한 풍하중이 작용하는 PSC 사장교의 횡방향 거동을 정확히 예측하기 위해서는 재료의 시간의존적 특성의 영향이 고려되어야 함을 알 수 있었다.
Abstract
A study for the transverse behavior of segmentally erected PSC cable-stayed bridge under static wind loads is presented. To account for the nonlinear behavior of PSC cable-stayed bridge under static wind load, the geometric nonlinearity such as the cable sag and the change of the configuration of the structure, the material nonlinearity and the time-dependent properties of materials are considered. For the time-dependent properties of materials, creep, shrinkage, aging of concrete and relaxation of prestressing steel and cable are considered. A cable-stayed bridge is modeled as an assemblage of the frame elements consisting of concrete and reinforcing steel fibers, prestressing tendon segments and three-dimensional curved cable elements. At each erection step of the PSC cable-stayed bridge, time-dependent nonlinear analysis on the transverse behavior of the bridge under static wind load is carried out. The numerical results show that the transverse deflections and bending moments of the deck and the tower of the bridge under construction can be greater than those of the bridge after completion. And the time-dependent properties of material are found not to be negligible in considering the transverse behavior of PSC cable-stayed bridge under wind load.
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