Microsoft PowerPoint - Part5_강교.pptx

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1 5-1. 개요 본예제에서는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에의한단경간아치교의설계방법에대해 설명합니다. 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 은하중과구조적성능에관한현시점에서의통계적지식에근거한신뢰도이론으로부터개발된 ' 하중저항계수설계법 (LRFD)' 이적용되었으며기존의허용응력설계법과비교하여설계개념과계산과정이상이하므로실무적용시설계기준에대한충분한이해가필요합니다. 본예제에서는비합성거더단면 / 가로보단면 / 연결부의설계를주제로하며, 모델링에관한사항은 ' 단경간아치교 ' 또는 ' 단경간아치교의설계 기술자료를참고하기바랍니다. Civil LSD+ 에서는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에명시된활하중조건, 자동하중조합, 재료 Data 등이지원되므로해석단계에서부터변경된기준을적용할수있습니다. Civil il LSD+ 를활용한구조해석 차량활하중 (KL-510 ) 자동하중조합 수평보강재를 SPC 에서정의한임의형상단면으로적용할경우단면강성에보강재가고려되지만, UMD에서 DB단면을추가적으로고려할경우에는보강재는단면강성에포함되지않습니다. 도로교설계기준한계상태설계법에의한보강재검토수행에필요한종방향보강재에대한고려를간편하게지정할수있습니다. 특히, DB단면에대해서도보강재에대한제원을추가로고려하여설계할수있습니다. UMD를활용한단면설계 수평보강재정의 수직보강재정의 5-1

2 5-. 대상구조물 1. 구조물제원및일반도 교량형식 지간구성 : 단경간아치교 : 90 m 교폭 : 11.9 m (3 차선 ) 횡단면도 평면도 종단면도 Civil LSD+ 에는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에추가된강종에대한 DB가수록되어있습니다.. 사용재료및강도 주부재 ( 주거더, 아치리브, 행어 ) 보강재 ( 가로보, 브레이싱 ) : HSB500, F y =380MPa : SM400, F y =35MPa 5-

3 5-3. 구조물모델링및해석 1. 재료및단면정의 1) 재료정의 주거더, 아치리브, 행어 가로보, 브레이싱 : HSB500 : SM400 ID Name Type 단면치수 비고 1 Arch부가로보 DB/User H600X400X1/1 H형강 가로보 DB/User H000X500X4/4 H형강 3 교문부브레이싱 DB/User H600X500X1/14 H형강 4 Hanger DB/User H597X400X10/14 H형강 5 수평브레이싱 DB/User H400X400X10/1 H형강 6 아치리브 Value - SPC단면 7 주거더 Value - SPC단면 본예제에적용된기본적인모델링과정은 단경간아치교 기술자료를참고하기바랍니다. ) 재료속성정의 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에서는이전의도로교설계기준과비교하여강재설계에적용되는강종이일부추가되었습니다. 추가된강종은 Civil LSD+ 의 Steel Material DB 에서 'KSCE-LSD1' 를선택하면적용할수있습니다. Steel Material DB 의 "KSCE-LSD1' 에는아래와같은강종을선택할수있습니다. Main Menu의 Properties 탭에서 Material Properties 1. Material 탭에서 클릭. Type o Design 선택란에서 Steel 선택 3. Standard 선택란에서 'KSCE-LSD1' 선택 4. DB 선택란에서 SM400 확인 5. 클릭 6. Material 탭에서 클릭 7. Type o Design 선택란에서 Steel 선택 8. Standard d 선택란에서 'KSCE-LSD1' 선택 9. DB 선택란에서 HSB500 선택 10. 클릭 부재재질입력 5-3

4 5-3. 구조물모델링및해석 3) 적용단면 아치부가로보 가로보 교문부브레이싱 Hanger 수평브레이싱 아치리브 (SPC 단면 ) 주거더 (SPC 단면 ) 4) 임의형상단면정의 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에의한강재단면검토에서는수평및수직보강재에대한 제원도단면설계에고려되므로, SPC를활용한임의형상단면정의시보강재에대한그룹도 추가로고려되어야합니다. Main Menu 의 Tools 탭에서 Section Property Calculator 1. SPC 실행시 Setting 대화상자에서 Length를 cm 선택. File > Import > AutoCAD DXF 클릭 3. Import AutoCAD DXF 대화상자 > DXF File Name의 버튼클릭 SPC에서는 Polyline과 Block형태의 Line은 Import가불가합니다. 4. ' 보강거더.dx' ile 선택후클릭 'Check the intersection and/or duplication o the imported DXF model data?' 라는물음이나올때 예 버튼을클릭하면모델에서교차하는부분을노란색으로표시합니다. Section Property Calculator (SPC) 5-4

5 5-3. 구조물모델링및해석 단면상수계산을위한부재두께를정의합니다. 1. Model > Curve > Change Width 클릭. Width에 Check On, 상 / 하부플랜지.4cm, 좌 / 우측복부판.4cm, 수평보강재 Ctrl키를사용하면여러부재를한번에선택할수있습니다..4cm' 입력후 버튼클릭 3. Model > Curve > Closed Loop >Register 클릭 4. 수평보강재와돌출부를제외한플랜지와복부판선택후 클릭 5. Model > Section > Generate 클릭 6. 모든부재를선택 7. Name : 아치리브 입력 Calculate Properties Now 에 Check On 8. 버튼클릭 Tip. Closed Loop 폐합단면은전단류 (Shear Flow) 및전단응력 (Shear Stress) 산정시사용되며 SPC에서계산한전단류 (Shear Flow) 및전단응력 (shear Stress) 은단위힘에대한값입니다. 이때자유돌출판및보강재는제외되며하나의폐합단면에대해서만정의합니다. 또한폐합단면을정의하면그부분이분홍색으로변하는것을확인할수있습니다. 5-5

6 5-3. 구조물모델링및해석 보강거더단면의부재별그룹을지정합니다. 1. Model > Section > Steel Design Group > Generate 선택. Section : 보강거더선택 3. Type/Number o Groups에서 Top-Flange x, Bott.-Flange x 4, Let-Web x 3 입력, Right-Web x 3 입력 4. 버튼클릭 5. Model > Section > Steel Design Group > Add 선택 6. Design Group Type에서 Top-Flange, Group ID 1 선택 7. 상부플랜지부재선택후 버튼클릭 8. 6~7의순서를따라서나머지부재도그룹정의 선택한부재가올바르게 9. Tool>Setting>Display>Curve>Label>D-Group > > > > D-Group 선택 정의되어있는지확인하기위해 D-Group을선택합니다. 10. File > Save 클릭 11. Model > Section > Export > Midas Section File 선택 1. File Name 입력란우측의 버튼클릭 13. File Name을 보강거더 로저장 14. 전체부재선택후 버튼클릭 수평보강재로고려되어야할부재는 Stiener 에 Check On 한후그룹정의를실행해야합니다. Stiener로고려된부재는 UMD에서단면검토시수평보강재로자동고려됩니다. 5-6

7 5-3. 구조물모델링및해석 SPC 에서생성한보강거더단면을해석모델에적용합니다. 메인메뉴에서 [Properties] 탭 > [Section] 그룹 > 1. ' 주거더 ' Section 더블클릭. 버튼클릭 Section Properties 3. 보강거더.sec 선택후, 버튼클릭 4. Import Section 대화상자에서 1: 보강거더 선택 5. 버튼클릭 보강거더 Section Data 5-7

8 5-3. 구조물모델링및해석 본예제에적용된고정하중및풍하중재하방법은 단경간아치교 기술자료를참고하시기바랍니다.. 하중정의 1) 이동하중코드설정 이동하중해석을수행하기위해이동하중코드를설정합니다. 본따라하기에서는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 전용이동하중인 "KSCE-LSD1" 를선택합니다. 메인메뉴에서 [Load] 탭 > [Moving Load Code] 그룹 > Moving Load Code 1. Moving Load Code 선택란에서 KSCE-LSD1 선택 이동하중코드설정 해당내용은도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 의 3.7.1에설명되어있습니다. Tip. 변경된 LSD Moving Load_ 충격하중 * 기존도로교설계기준 (010) 에서의충격하중은지간의함수로써고려되었지만 ( I=15/(40+L) ), 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에서는부재성분별로충격하중계수를별도로적용하게됩니다. 따라서기존의차선정의대화상자의충격계수입력란은삭제되었으며, 기존차선정의 변경된차선정의 충격하중은새롭게생성된 Dynamic Load Allowance 기능을활용하여입력합니다. 충격하중을고려할부재는별도로 Structure Group 을지정하고, Dynamic Load Allowance 대화상자에서설정된그룹에해당하는충격계수를정의하여구조해석에고려할수있습니다. 5-8

9 5-3. 구조물모델링및해석 ) 차선정의이동하중해석을수행하기위해차선을정의합니다. 입력되어있는차량이동하중은다음과같습니다. 연석간의교폭이 11.9m이며아래그림과같이 3차선으로재하합니다. ( 차선폭 : m) 메인메뉴에서 [Load] 탭 > [Moving Load Analysis Data] 그룹 > Traic Line Lanes 1. Iso View, Node Numbers (toggle on). 버튼클릭 3. Lane Name 입력란에 lane 1 입력 4. Eccentricity 입력란에.5 입력 5. Vehicle Load Distribution 선택란에서 Cross Beam 선택 6. Cross Beam Group 선택란에서 cross beam1 선택 7. Selection by 선택란에서 Points 선택후입력란을클릭하여, 절점 43, 61 지정 8. 버튼클릭 9. 버튼클릭 10. Lane Name 입력란에 lane 입력 11. Eccentricity 입력란에 5.5 입력 1. Vehicle Load Distribution 선택란에서 Cross Beam 선택 13. Cross Beam Group 선택란에서 cross beam1 선택 14. Selection by 입력란을클릭하여, 절점 43, 61 지정 15. 버튼클릭 16. 버튼클릭 17. Lane Name 입력란에 lane 3 입력 18. Eccentricity 입력란에 -4.4 입력 19. Vehicle Load Distribution ibti 선택란에서 Cross Beam 선택 0. Cross Beam Group 선택란에서 cross beam 선택 1. Selection by 입력란을클릭하여, 절점 1, 19 지정. 버튼클릭 3. 버튼클릭 5-9

10 5-3. 구조물모델링및해석 3) 설계차량하중정의 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 참고 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에새롭게제시된표준트럭하중 (KL-510) 및표준차로하중을정의합니다. 참고로주거더를설계하는경우의설계차량활하중은 " 표준트럭하중의영향 " 과 " 표준트럭하중의영향의 75% + 표준차로하중의영향 " 중큰값을적용해야합니다. 이때충격하중은피로한계상태를제외한모든한계상태에대해서신축이음장치를제외한모든다른부재는충격계수를 5% 로고려합니다. ( 바닥판신축이음장치에대한충격계수 70% 는 Moving Load Analysis Data > Dynamic Load Allowance에서별도로정의합니다.) 메인메뉴에서 [Load] 탭 > [Moving Load Analysis Data] 그룹 > 1. 버튼클릭. Standard d 선택란에서 KSCE-LSD1 선택 3. Vehicular Load Name 선택란에서 KL-510TRK 선택 4. 버튼클릭 5. Vehicular Load Name 선택란에서 KL-510LNE 선택 6. 버튼클릭 7. 버튼클릭 Vehicles 표준트럭하중정의 표준트럭하중 + 표준차로하중정의 Tip. 처짐평가를위한하중재하 도로교설계기준 ( 한계상처짐평가를위한이동하중재하는 " 표준트럭하중만으로얻어진처짐결과" 와 " 표준트럭하중의 5% 태설계법 ) 참고와표준차로하중이조합된처짐결과 " 중큰값을적용해야합니다. Civil LSD+ 의 Deine Standard Vehicular Load에서는주거더설계시와처짐평가시에대한설계차량활하중조합을선택하여간편하게적용할수있습니다. 5-10

11 5-3. 구조물모델링및해석 4) 피로설계트럭하중정의 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에서는피로이동하중에대하여별도의피로설계트럭하중모델을적용합니다. Civil LSD+ 에서는 Vehicular Load Type 중 'KL-510FTG' 를선택하여피로이동하중을적용할수있습니다. 메인메뉴에서 [Load] 탭 >[MovingLoadAnalysis Data] 그룹 > 1. 버튼클릭. Standard 선택란에서 KSCE-LSD1 선택 3. Vehicle Load Name 선택란에서 KL-510FTG 선택 4. 버튼클릭 Vehicles 피로설계트럭하중정의 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 참고 Tip. 피로검토피로설계트럭하중에의해산정된피로하중결과는강교에서 ' 복부판피로설계 ' 에적용됩니다. 휨피로검토에적용되는 c 는설계피로하중의두배와하중계수가고려되지않은영구사용하중에의한압축플랜지의탄성휨응력으로서 Civil LSD+ 의 Load Combination > 기능을사용할경우아래와같이 Live Load Case 에는피로설계트럭하중이적용된이동하중 Case 를선택하고영구사하중에해당하는 Dead Load Case를선택하면 ' x 0.75 MVL_FTG DC DW' 로하중조합이정의되고, UMD LSD의복부판휨피로설계에적용됩니다. 5-11

12 5-3. 구조물모델링및해석 Loading Eect 에서 5) 이동하중조건정의 메인메뉴에서 [Load] 탭 > [Moving Load Analysis Data] 그룹 > Moving Load Cases 1. 버튼클릭. Moving Load Case 대화상자에서 Load Case Name 입력란에 MVL 입력 3. Sub-Load Cases의 Loading Eect 선택란에서 Independent 선택 Independent d 를선택하여 4. Sub-Load Cases 선택란에서 버튼클릭 Sub-Load Case를여러개 5. Load Case Data의 Vehicle Class 선택란에서 VL :KL-510TRK 선택지정할경우, 각각의 Sub- 6. Scale Factor 입력란에서 1 입력 Load Case 결과중최대 / 최소값을산출하여나타 7. Min. Number o Loaded Lanes 입력란에 1 입력 냅니다. 따라서본예제의 8. Max. Number o Loaded Lanes 입력란에 3 입력 경우차량하중과차선하중에의한결과값의 9. Assignment Lanes 의 List o Lanes 선택란에서 lane 1, lane, lane3 선택 Envelope 결과를쉽게확 10. 버튼클릭후 버튼클릭 인할수있습니다. 11. 버튼클릭 1. 위와동일한방법으로 KL-510LNE 입력 13. 버튼클릭 차량하중그룹정의 Tip. 활하중의동시재하 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에적용된활하중의동시재하에따른다차로재하계수는 5 차로이상까지로확대되었으며, 재하계수도변동되었으므로이동하중조건정의시주의해야합니다. Civil LSD+ 에서는 'KSCE-LSD1' 에의한이동하중코드를적용할경우변경된다차로재하계수가기본으로적용됩니다. 5-1

13 5-3. 구조물모델링및해석 6) 피로이동하중조건정의 메인메뉴에서 [Load] 탭 > [Moving Load Analysis Data] 그룹 > Moving Load Cases 1. 버튼클릭. Moving Load Case 대화상자에서 Load Case Name 입력란에 MVL_FTG 입력 3. Sub-Load Cases의 Loading Eect 선택란에서 Independent 선택 4. Sub-Load Cases 선택란에서버튼클릭 5. Load Case Data의 Vehicle Class 선택란에서 VL :KL-510FTG 선택 6. Scale Factor 입력란에서 1 입력 7. Min. Number o Loaded Lanes 입력란에 1 입력 8. Max. Number o Loaded Lanes 입력란에 3 입력 9. Assignment Lanes 의 List o Lanes 선택란에서 lane 1, lane, lane3 선택 10. 버튼클릭후버튼클릭 피로차량하중그룹정의 5-13

14 5-3. 구조물모델링및해석 7) 한계상태설계법하중조합자동생성 Auto Generation o Load Combination 기능을활용하여도로교설계기준 ( 한계상 태설계법 ) 에의한하중조합을생성합니다. 강재설계를위해서는반드시 Steel Design Tab 에서하중조합이정의되어야합니다. Main Menu에서 Results > Load Combinations 1. Steel Design Tab 선택후클릭. 버튼클릭 3. Design Code에서 KSCE-LSD1 선택 4. Select Load Combination 대화상자에서 'Ultimate-Ⅱ, Ⅳ' Check O 5. Load Factors or Permanent Loads 의 Component and Attachments Load Fator와 Wearing Suraces and Utilities는 Both 로선택 ( 최대하중계수 1.5와최소하중계수 0.9가모두적용됩니다.) 6. Fatigue Load Combination의 Live Case는 MVL_FTG 선택 7. Dead Load Case는 DC, DW 선택후 버튼클릭 피로하중조합은피로활하중으로만구성되지만피로한계상태검토시하중계수를곱하지않은지속하중도고려되어야하므로이에해당하는사하중 Case 를선택하여하중조합에포함합니다. Load Combinations Auto Generation o Load Combinations 5-14

15 5-3. 구조물모델링및해석 * 설계하중및하중조합 고정하중 설계하중 구조부재의중량 포장과설비의고정하중 Load Case Type DC DW Civil LSD+ 에서는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에명시된차량활하중인 KL-510에대한하중DB를적용할수있습니다. 활하중 KL-510 MV(LL+IM) 피로활하중 풍하중 30m/s WS Civil LSD+ 에서는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에대한자동하중조합기능이제공되므로 Load Case Type이지정되어있을경우간편하게하중조합을구성할수있습니다. 극한한계상태조합 Ⅰ 하중조합 1.5DC+1.50DW+1.80MV 1.5DC+0.65DW+1.80MV 0.90DC+1.50DW+1.80MV 비고 LCB1 LCB LCB3 0.90DC+0.65DW+1.80MV LCB4 극한한계상태조합 Ⅲ 1.5DC+1.50DW+1.40WS 1.5DC+0.65DW+1.40WS 0.90DC+1.50DW+1.40WS LCB5 LCB6 LCB7 0.90DC+0.65DW+1.40WS 0 LCB8 1.5DC+1.50DW+1.40MV+0.40WS LCB9 피로한계상태조합은도 한 복부판피로설계조건에의하여표 3.4.1의피로하중조합의 배와하중계수를곱하지않은지속하중으로고려합니다. 1.5DC+0.65DW+1.40MV+0.40WS LCB10 극한한계상태조합 Ⅴ 0.90DC+1.50DW+1.40MV+0.40WS LCB DC+0.65DW+1.40MV+0.40WS WS LCB1 사용한계상태조합 Ⅱ 1.00DC+1.00DW+1.30MV LCB13 피로한계상태조합 x 0.75MV(FTG) DC DW LCB14 3. 구조해석수행 하중조건과경계조건이입력되어완성된구조물에대한구조해석을수행합니다. 메인메뉴에서 [Analysis] 탭 > [Perorm] 그룹 > Perorm Analysis 5-15

16 5-4. 주거더단면설계 (Box) 전문가칼럼은구조기술전문가들의깊이있는기술정보와기술자료를더많은분들과함께나누기위한기술서비스입니다. * 한계상태설계법의이해 한계상태설계법은허용응력설계법과비교하여설계개념과계산방법에대해차이가있고설계사례가많지않으므로기준에대한충분한이해가필요합니다. 아래의설명은마이다스토목구조분야홈페이지의전문가칼럼에등재된 이승우의 LRFD에의한강교의설계 에서발췌한내용입니다. 1 한계상태설계법의주요특징 LRFD설계기준은강구조설계를위한또다른방법입니다. 콘크리트설계시다양한하중계수와저항계수를사용하면서강구조설계에서만허용응력설계법을고집할이유가없습니다. 구조물에작용하는하중은구조물의재료와무관하므로하중계수가다를이유가없기때문입니다. LRFD는개념적으로보다합리적이며, 구조물형태와하중조합에따라서재료를경제적으로이용할수있습니다. 사하중과활하중에대해서동일한하중계수를적용하는허용응력설계법에비해서보다신뢰할수있는안전율을제공합니다. 시방서에규정되지않은새로운하중을설계에고려하기가쉬우며설계시발생하는불확실성이하중에대한것이면하중계수를조정하면되고, 저항계수에대한것이면저항계수를조정하면됩니다. 허용응력설계법에비해서활하중비가낮을경우에는경제적인결과를주지만, 활하중비가높을경우에는오히려공사비가증가할수도있습니다. 설계방법비교 (ASD VS LFD & LRFD) 허용응력설계법 (Allowable Stress Design) 은구조물에발생하는응력을허용응력이하로제한하는설계법이며, 하중계수설계법 (Load Factor Design) 은확률론에이론적근거를둔설계법입니다. 안전율 1.8 보다는 75 년간파괴확률 1/1000 이더이해하기쉬움 허용응력설계법 (ASD) 의단점 탄성거동만고려 안전율이항복응력에대한것임 극한하중에대한저항능력의안전율을고려할수없음 안전율은저항측에서만고려가능 상이한하중에대한안전율이동일 안전율이주관적임 하중계수설계법 (LFD) 의단점 안전율은하중측에서만고려 안전율로표현한모든구조요소의신뢰성이일정하지않음 구조물의파괴확률을알수없음 하중저항계수설계법 (Load and Resistance Factor Design) 은위의두설계방법의단점을개선한설계법으로서안전율을하중과저항양측에모두고려할수있으므로보다합리적이고경제적인설계가가능합니다.( 예 :1.5t(D)+1.75t(L) 0.95y) 하중계수를고려한발생응력을항복응력이하로제한하는개념은발생응력을항복응력에안전율을고려한허용응력이하로제한하는허용응력설계법과이론적으로는동일합니다. 5-16

17 5-4. 주거더단면설계 (Box) 3 한계상태설계법을적용한강교설계의개요 강교단면의저항능력은단면의형상과관계가있습니다. 휨의경우 Compact 단면의저항능력은소성모멘트 M p, Slender 단면의저항능력은항복모멘트 M r 이하, Noncompact의저항능력은항복모멘트 M r 과소성모멘트 M p 사이입니다. 소성모멘트 M p 와항복모멘트 M y 를설명하기위해서중앙점에집중하중을받는단순보를고려하면, 하중이증가함에따라단면의응력 는선형 ( 단면의중립축에서최외단까지직선형태로분포 ) 으로증가하게되고아래단계와같이응력상태가변화됩니다. (a) 어떤특정하중에서최외단의응력이재료 실제로는 (b) 에서강재단면에잔류응력 Fr이존재 의항복응력 F y 에도달 (b) 이때단면의모멘트를항복모멘트라고 하므로 소성 모멘트 정의하며하중이계속증가하면단면은소성 My=FyㆍSx보다는잔류응 변형 (Plastic deormation) 을시작하게되고 력의 영향을 고려한 단면내의응력의변화는비선형으로변함 Mr=(Fy-Fr)*Sx을적용함 (c) 단면의항복영역은단면의최외단에서점 소성영역은 (c) 와 (d) 에서검은색부분에해당됨 점중립축쪽으로확장되며동시에단순보의종방향으로도항복영역이단면의중앙점에 서점점지점쪽으로확장 하중증가에따른단면응력상태변화 하중이계속증가하게되면중앙단면의전영역에걸쳐소성변형이발생하게되고이단면은더이상하중을지지할수없는소성힌지 (plastic hinge) 가됩니다. 이때단면의모멘트를소성모멘트 M p 라고정의합니다. 4 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에명시된강교설계의제약사항 이규정은복부판중심선의수직축에대하여대칭인플레이트거더의휨설계에적용한다. (6.10.1) 박스거더단면에서복부판은하부플랜지에수직하거나경사지게설계할수있다. 이때, 복부판의경사도는 1/4을넘어서는안된다. (6.11.1) 지간 100m 이내인다중박스합성거더단순교나연속교에적용가능하며지간중앙에서의인접박스간플랜지의중심간격 α 는각박스단면의플랜지중심간격 W 의 80% 보다크고 10% 보다작아야한다. ( (1)) 이규정을다실단일박스거더단면에적용해서는안된다. 박스거더단면은전체단면의중심에위치해야하며, 고정하중의무게중심은가능한한박스의전단중심에가까워야한다.( (1)) 5-17

18 Part 5. 강교 설계 5-4. 주거더 단면 설계(Box) * 강교의 설계 (비합성 아치교량 상부구조) ① 아치교량의 상부구조 설계범위 비합성 아치교량의 상부구조설계는 일반적으로 아래와 같은 단면설계를 수행합 니다. 단면설계 주거더, 아치리브, 가로보, HANGER, 브레이싱 기타설계 다이아프램, 연결부, 전단연결재, 지점부 및 Jack Up 보강재, 처짐, 솟음량 ② Civil LSD+의 Steel Design 지원범위 Steel DB/General 축+휨부재 (축 검토) 축부재 종류 브레이싱 주부재 휨부재 종류 휨거더 및 아치부재설계 는 축부재 종류가 주부재 거더부재 아치부재 기타부재 DB/User : H H-Section Section, Box, Box Pipe General : H-Section, Box, Pipe DB/User : H H-Section Section, Box General : H-Section, Box DB/User : H H-Section Section, Box, Box Pipe Pipe, Channel, Angle, Tee 인 경우에 선택이 가능합 니다. Stiener Bolts 플랜지와 웨브의 보강재 보강재 검토 Bolts 연결부 검토 검토 단면검토의 전단강 도 검토항목으로 적용됩 니다. 플랜지 웨브 리브 지점부 보강재 Jack Up 보강재 Civil LSD+에서는 도로교설계기준(한계상태설계법)의 강교편에 대한 다양한 단면 형태와 부재유형의 설계와 연결부 및 보강재 등의 기타설계가 지원되므로 강교량 의 상부구조 설계검토에 유용합니다. 5-18

19 5-4. 주거더단면설계 (Box) 1. 설계개요 ( 주거더 Box) 1) Box 단면의거더부재설계순서 1 전체설계순서 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에의해비합성단면의거더부재는다음과같은순서로설계를수행합니다. Box 단면의거더부재설계 극한한계상태사용한계상태피로한계상태 축강도 휨강도 전단강도 검토 검토 검토 복부판의공칭휨저항검토 하중유발피로검토 변형유발피로검토 조합강도검토 플랜지의응력제한검토 극한한계상태 휨강도검토 축강도검토 전단강도검토 NO( 압축부재 ) P u 0 YES( 인장부재 ) 세장비의제한 (6.9.3) 1 주부재 : Kl / r 10 브레이싱부재 : Kl / r 140 OK 세장비의제한 (6.8.4) 1 교번응력을받는주부재 : l 교번응력을받지않는주부재 : l 3 브레이싱부재 : l / r 40 OK / r 140 / r 00 개이하 수평보강재설치 3 개이상 인장강도 (6.8..1) P = min( i( φ A, A U ) r y y g φu u n 폭 - 두께비제한 (6.9.4.) b k t E F y YES 폭 - 두께비제한 (FHWA (E)) λ PL w / t = 1.9 Fy 1.3 E 도 한 의규정을만족시키지못하는부재는세장부재로분류되며 AISC(005) 를참고합니다.( 강구조설계기준009 는해당검토에대하여 AISC(005) 를근거하였으므로 5.7항에의해공칭압축강도를산정합니다.) 공칭압축강도 ( ) 공칭압축강도 ( 강 설 ) P = F n cr NO( 세장부재 ) A g r c n u Kl λ = ( ) r π λ.5 : s Fy, E P n OK λ = 0.66 F A 0.88 Fy As λ >.5 : Pn = λ P = φ P P Pr Pu y s 5-19

20 5-4. 주거더단면설계 (Box) 축강도검토 휨강도검토 전단강도검토 비합성단면은강재만의강성으로하중에저항하므로부모멘트구간에적용하여검토합니다. 압축플랜지검토 OK 복부판세장비 (6.10..) 1 수평보강재가없는경우 : 수평보강재가있는경우 : D t w c 6.77 E Dc E t w c c OK 인장플랜지검토공칭휨강도 ( (3)) F = R R F n b h yt AASHTO LRFD 해설에는수평보강재가 개를초과할경우 'ψ' ψ 값산정에의해종방향보강재의단면 차모멘트가비현실적으로증가되므로, 개이하로설계할것으로제시되어있습니다. AASHTO LRFD 해설에서는박스거더의압축플랜지설계에대한상세한내용은 FHWA(1980) 을참고할것으로명시되어있습니다. 3 개이상 수평보강재설치 1 3 w 0.57 t 0.57 ke F yc ke F < 개이하 l 압축플랜지보강재 ( ) b E t p, Il ψ wt Fyc 부모멘트구간공칭휨강도 ( (3)) yc : w 1.3 t F = R R F n b ke F yc h : yc F = 0.59R R F n OK w 1 ke t.3 : 181,000 > Fn = Rb Rhk t Fyc w 개단면보강재 (FHWA (A)) 압축플랜지보강재 (FHWA ) b h yc cπ ( sin ) 폐단면보강재 (FHWA (B)) F = φ F Flat : d w w / t y Cs = + λpl = 1.5t0 1t 1.9 E Tee : d w Cs = t ry 1t 1 λ pl < 0.65 y : us = y 0.65 λpl < 1.5 : us = y[ ( λpl 1.73) ] λ pl < 1.5 : us = y (0.8 0.λ pl ) max 0.5Fy : Cs Fy / E [FIG (A) 에서 F u 산정 ] max < 0.5Fy : Cs 0.65 Fy / E F us > F u OK r n t FHWA(1980) FIG (A) 에명시된도표는 UMD>Tool의설계도우미에서확인할수있습니다. v = 1 max[ 3 공칭휨강도 (FHWA ) 4, (1 ) n + 1 v, max v max 1 v 0.175Fy : F' u ] w/ t Fy 1 Fy L λpl =, λcol = 1.9 E π E r [FIG (A) 에서 Fu산정 ] = Fu = Fn 3 v v > Fy : F ' u = 1.05 Fu (1 ) = F y n Fr = φfn c 5-0

21 5-4. 주거더단면설계 (Box) Box 단면의전단강도검토는복부판 1면에대하여수행되며경사복부는경사길이를적용합니다. 조합강도검토조합강도 ( 인장 : / 압축 : 6.9..) Pu Pu M 1 < 0. : + ( P.0P M r r r r uy Pu Pu 8.0 M 0. : + ( P P 9.0 M ry uy ry M + M uz rz M + M ) 1.0 uz rz ) 1.0 전단강도검토 설계요구조건 ( ()) D t 60 D / > 150, d 0 D [ ] w tw 전단좌굴응력비산정 ( (3) 1) AASHTO LRFD a-7 참고 D ke 5 1 < 1.10 : C = 1.0, k = 5 + tw Fyw ( d 0 / D) 1.10 ke Fyw D 1.38 tw ke Fyw 1.10 : C = D / tw D ke 1.5 ke 3 > 1.38 : C = ( ) tw Fyw ( D / tw) Fyw ke Fyw YES ( 수직보강재설치 ) NO ( 수직보강재필요없음 ) 조밀단면여부는조밀단면의복부판세장비검토 ( ()) 에대한결과를적용합니다. 보강된복부판의공칭강도 비보강복부판의공칭강도 ( ) ( ) 조밀 조밀단면의중간패널 ( (3)1) Mr Mu R = [ ( )] 1. 0 Mr 0.75φM y Vp = 0.58FywDt w 비조밀 V Vn = CVp 비조밀단면의중간패널 ( (3)) Fr u R = [ ( )] 1. 0, Fr 0.75φ Fy Vp = 0.58FywD t w p = 0.58FywD tw, 1 M u 0.5 φ M 0.87(1 C) Vn = Vp[ C + ] d 0 1+ ( ) D Mu > 0.5φ Mp : p : 0.87(1 C) Vn = RVp[ C + ] CVp d 0 1+ ( ) D 1 u 0.75 φ Fy : 0.87(1 C) Vn = Vp[ C + ] d 0 1+ ( ) D u > 0.75φ Fy : 0.87(1 C) Vn = RVp[ C + ] CVp d 0 1+ ( ) D Vr = φvvn Vu Civil LSD+ 에서는균질단면에대한설계검토가지원됩니다.( 복합단면에대해서는지원하지않습니다.) 전단저항강도검토에적용되는수직및수평보강재에대한정의는 SPC또는 UMD의 Section Manager를이용하면간편하게입력할수있습니다. UMD에서는보강재검토에대하여 Flat, T, U-Rib 3가지의형태가지원됩니다. 5-1

22 5-4. 주거더단면설계 (Box) 3 사용한계상태 사용한계상태검토 복부판의공칭휨저항검토 ( ()) 0.9Eαk F D ( ) tw cw Fyw 플랜지의응력제한 ( ) Fy 4 피로한계상태 피로한계상태검토 도 한 에적용된 C값에대한산정과정은극한한계상태의전단강도검토를참고합니다. 하중유발피로검토 (6.6.1.) N = (365)(100) n( ADTT ) ( ΔF) n A = ( ) N ( ΔF) ( ΔF ) n γ ( Δ ) TH SL, D tw D > 0.95 tw 변형유발피로검토 ( ) 휨조건 ( ) 전단조건 ( ) ke : Fyw ke Fyw c : c F yw tw 0.9kE( ) D Vc 0. 58CFyw UMD 에서는검토조건에사용한계상태와피로한계상태에대한설계검토가가능합니다. 단면정보의검토조건에서사용및피로한계상태에 Check On할경우해당검토에대한부재력입력이활성화됩니다. 피로한계상태검토에필요한하중유발피로에대한상세범주설정은 Section Manager의 Fatigue 탭에서입력합니다. 검토조건선택 피로에대한상세범주설정 피로한계상태부재력은최대 / 최소 개의하중조합 Case 에대하여입력할수있습니다 5-

23 5-4. 주거더단면설계 (Box) ) Box단면의아치부재설계순서 1 극한한계상태 아치부재의휨강도검토는 ' 기타부재 ' 로고려하여수행합니다. 아치부재의압축강도검토는압축력이작용하는 (F x <0) 부재에대해서만적용할수있습니다. 휨강도검토 압축강도검토 세장비의제한 (6.9.3) 1 주부재 : Kl / r 10 브레이싱부재 : Kl / r 140 OK 복부판의세장비검토 ( ) 전단강도검토 아치부재의사용및피로 한계상태검토는앞에서설명된거더부재의내용과동일하게적용됩니다. k NO = 1.5 수평보강재 YES 설치 1 수평보강재 1단설치 : k = = , Is, req 0.75 Dt w 수평보강재 단이상설치 : k = = 3.51, Ιs, req.dtw 보강재폭 - 두께비검토 ( 식 ) D k t E w a OK t b 1 < 3 s I s = Is, req b t s E b a + 3 OK 플랜지폭 - 두께비검토 ( ) 1 복부판사이에있는플랜지의경우 : a 는축방향응력을의미하고, b 는모멘트확대계수를고려한설계하중에의한최대응력을의미합니다. b ts E a + b 복부판외측플랜지의경우 : b E ts a + b OK 공칭압축강도 ( ) Kl Fy λ = ( ), r π E s λ.5 λ >.5 : : P n = 0.66 λ F 0.88Fy As Pn = λ y A s P = φ P P r c n u 조합강도검토 5-3

24 5-4. 주거더단면설계 (Box) 3) Box단면의기타부재설계순서 1 극한한계상태 기타부재의축강도및전단강도검토는앞에서설명된거더부재의내용과동일하게적용됩니다. 축강도검토 휨강도검토 박스형부재의공칭휨강도 (6.1..()) ()) 0.064FySz1z Mn = FySz[1 ( AE ( b / t) ) Iy 0.5 전단강도검토 ] M r = φ Mn Mu 조합강도검토 기타휨부재의경우극한한계상태만검토합니다. ( 도 한 참고 ) 휨부재종류는 UMD 의설계조건 > 부재조건에서선택하여적용할수있습니다. 5-4

25 5-4. 주거더단면설계 (Box). 설계수행및구조계산서생성 1) 하중조합유형정의 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에대한강재설계를수행하기위해서는정의된하중조합에대한극한한계상태, 사용한계상태, 피로한계상태에따른구분이필요합니다. Main Menu 에서 MODS Module > Common Parameters > Load Combination Type 1. 'Auto Generation o Load Combination' 으로하중조합을정의한경우각각 의한계상태검토에해당하는하중조합은 'Load Combination Type' 에자동 으로입력됩니다.. 수동으로하중조합을정의할경우 Load Combination i List 에서직접구분해야 하며, UMD 와연동시하중조합 Type 이정의된하중조합만설계에반영됩니다. Load Combination Type Tip. 하중조합분류 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에의한강재설계에는극한한계상태, 사용한계상태, 피로한계상태에대한검토가고려됩니다. 따라서해석모델에서산정된하중조합이각각의한계상태설계종류에맞게구별되어야합니다. Civil LSD+ 에는이와같은한계상태설계법의특성을반영하기위하여, Results 탭 > Load Combinations Steel Design 에정의된하중조합의 Active 유형이 'Strength/Stress' 이면극한한계상태하중조합으로, 'Serviceability' 이면사용한계상태하중조합으로자동지정됩니다. 참고로피로한계상태하중조합은 'Auto Generation o Load Combination' 기능을사용하여하중조합을생성할경우에만자동으로하중조합 Type 이구분됩니다. 구분된하중조합은 UMD 로설계부재력연동시 UMD 의부재력탭으로각각분리되어입력됩니다. 5-5

26 5-4. 주거더단면설계 (Box) ) 설계단면불러오기 해석이수행된모델에서부재에대한설계정보를연동할경우해당부재의단면정보와부재력정보가 UMD로자동입력됩니다. 1. Civil LSD+ 에서설계를수행할주거더요소를선택합니다. (Works Tree에서 ' 주거더 ' Section 선택 ) 설계할부재선택한후 Context Menu 에서 Unit Member Design을클릭하면 Steel Design이실행됨과동시에선택부재의설계정보가자동으로 UMD에연동됩니다.. Main Menu에서 MODS 탭 > Steel Design > 'Perorm Steel Design' 클릭 3. 활성화된 UMD Select Position대화상자의 Select Steel Design에서 Design Position선택상자중 I 에 Check On합니다. 4. 버튼클릭 UMD의 Checking Section List에검토항목이추가됩니다. 이때선택된부재의재료정보와부재방향을인식하여선택부재에적합한설계모듈을자동으로선택하여 UMD가실행됩니다. Tip. UMD의 Window Mode Perorm Steel Design을실행할경우, UMD는 List Mode( 최소화모드 ) 형태로시작됩니다. List Mode는설계단면의리스트와설계결과만을표시하여전체설계단면의결과를간편하게확인하기에유용한화면형태입니다. UMD 는 List / Edit / Optimum 의 3 가지화면형태로실행이가능하며, 설계에필요한각종단면정보를입력하기위해서는 Optimum Mode로변환해야합니다. (Option > Customize toolbar의 Keyboards탭에서 Optimum Mode 실행에대한빠른실행명령을지정할수있습니다.) 5-6

27 5-4. 주거더단면설계 (Box) 3) 설계환경설정확인 단면검토에적용되는설계기준을확인하고, 계산서출력옵션을선택합니다. 1. Home Tab 의설계환경설정에서 Window Mode > Optimum Mode 클릭 프로그램좌측의 Work Tree 상단의 Design Option>Steel을더블클릭해도설계환경설정대화상자가활성화됩니다.. Home Tab의설계환경설정에서 Design Option 클릭 3. Design Code 선택란에 KSCE-LSD 1 확인 (Civil의 MODS > Steel Design에서설정된설계기준에의해변경될수있습니다.) 4. Steel Material Selection 선택란에 KSCE-LSD 1(S) 확인 5. 계산서출력옵션에서계산서출력항목체크 - 단면력집계 : 입력된하중조합의강도한계상태, 사용한계상태, 피로한계상태에대한단면력집계를출력합니다. - 단면입력정보 : 검토에사용된모든단면의정보를출력합니다. - 요약계산서 : 검토단면에대한결과가간략히정리된계산서를출력합니다. Design Option_Steel Tip. 강구조설계기준적용 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 강교편에는축강도검토시세장단면에대한검토과정은명시되어있지않으므로, AASHTO LRFD 00의 해설에따라세장부재로분류된부재에대해서는 AISC 기준에따라설계를수행해야합니다. UMD에서는 AISC기준을참조한 ' 강구조설계기준 009' 에명시된강도저항계수에의해공칭압축강도검토를수행합니다. 5-7

28 5-4. 주거더단면설계 (Box) 4) 단면설계조건설정 단면설계를위한설계조건및검토조건을변경합니다. 1) 설계조건 -' 축 + 휨부재 '/' 교번응력을받는주부재 '/' 거더부재 ' 를설정합니다. ( 기본설정사항 ) ) 축설정 y 축으로설정할경우, 조합응력산정시 My만휨응력으로고려됩니다. -'yy 축' 으로설정을변경합니다. 3) 검토조건 -' 사용한계상태 ' / ' 피로한계상태 ' 에모두 Check On 합니다. 4) 설계변수 - 버튼을클릭하여수직보강재설계정보를입력합니다. -F ys = 35MPa, d o =1500mm, b t =150mm, t p =14mm 로입력합니다. ys o t p 입력합니다 수평보강재가정의되었을경우반드시수직보강재를정의해야합니다. 설계변수설정 Tip. 설계변수설정참고사항 비지지길이 L y, L z, L b 은 Civil 에서의모델링조건을인식하여자동입력됩니다. 단, Member Assignment 기능을이용하여여러개의요소를하나의멤버로정의할경우전체 멤버에대한비지지길이가입력됩니다. ( 중간에횡지지부재가있을경우자동고려됩니다.) 유효길이계수 K y, K z 또한 Civil 에서의모델링조건을인식하여자동입력됩니다. 인장강도검토에적용되는감소계수 U 는기본값으로 1.0 이입력되며, 부재조건에따라서수정이 가능합니다. ( 도 한 참고 ) 인장강도검토에적용되는순단면적 A n 은별도로입력하지않을경우전단면적으로고려됩니다. 5-8

29 5-4. 주거더단면설계 (Box) SPC에서정의된그룹정보를확인합니다. 사전에부재그룹이정의되지않았을경우에는 UMD의 Section Manager에서도부재그룹및보강재를정의할수있습니다. 버튼을클릭하여추가적인단면설계조건을정의합니다. 1 Group & Part - 설계에적용할부재의그룹을정의합니다. - SPC에서 Steel Design Group이지정되었을경우해당정보는자동으로입력됩니다. - Group Name에서는 Deine Group에서정의된그룹종류를선택할수있습니다. - Group Type은강재단면설계에필요한 Top-Flange, Bottom-Flange, Web에서선택할수있습니다. - Part Type은양연지지판 (Internal) 과자유돌출판 (Outstand) 중에서선택할수있습니다. * DB/User 단면의경우부재의그룹정의는자동으로고려되므로 'Group & Part' 는비활성화됩니다. 그룹정의를위한부재를선택하려면, 아이콘을클릭해야합니다. Section Manager 5-9

30 5-4. 주거더단면설계 (Box) Stieners - 설계에적용되는수평보강재의제원을정의합니다. - SPC에서보강재가지정되지않았을경우에도보강재를그려서추가할수있습니다. - 추가할수있는보강재의형태는 Stiener Type에서선택할수있으며, 'Flat' / 'Tee' / 'U-Rib' 가지원됩니다. Flat Tee U-Rib - SPC 에서보강재가정의되었을경우보강재의형태와제원까지자동으로입력됩니다. 보강재정의를위한부재를선택하려면, 아이콘을클릭해야합니다. Section Manager_Stieners Tip. 보강재정의시참고사항 SPC 에서보강재형상이정의되었을경우, 단면강성에보강재가반영됩니다. UMD의 Section Manager에서보강재를추가로그려서정의했을경우에는단면강성에보강재에대한제원은고려되지않습니다. DB/User 단면을사용한경우에도해당기능을활용하면자유롭게수평보강재를설치하여설계에고려할수있습니다. 5-30

31 5-4. 주거더단면설계 (Box) 피로한계상태검토의공칭피로강도산정에필요한설계정보를입력합니다. 3Fatigue - Point : 단면에서피로강도검토를수행할위치를선택합니다. ( 좌표는화면에서선택한위치에따라자동으로입력됩니다.) - Parameter > 상세범주에서 C' C 를선택합니다. ( 도 한표 참고 ) - Parameter > ADTT SL 에 '5000' 을입력합니다. ( 도 한 참고 ) - Parameter > n( 반복회수 ) 에 1 을입력한후 ( 도 한표 참고 ) 클릭 Section Manager_Fatigue Tip. 피로한계상태검토시참고사항 단면정보탭의검토조건에서피로한계상태를 Check On 했을경우, Section Manager 의 Fatigue 에서피로하중조건을반드시정의해야피로한계상태설계를수행할수있습니다. 5-31

32 5-4. 주거더단면설계 (Box) 5) 단면조건공통적용대표되는한단면의단면정보를전체단면에공통으로적용합니다. 여러단면을한번에선택할경우을활용하면편리합니다. 1. 프로그램좌측의 Dialog의 'Checking Section List' 에서단면정보가정의되어있지않은단면에 Sel. 에모두 Check On합니다.. 원본이되는단면이선택된상태에서 Design Data Control의을클릭합니다. Design Data Control Tip. 단면정보공통적용 Design Data Control의 ' 단면정보공통적용 ' 은기본적인부재조건과설계변수를포함하여 Section Manager에서의모든설정과보강재입력제원까지공통으로적용되므로복잡한변수가고려되는한계상태설계법에의한강교단면설계에서반복작업을최소화할수있습니다. 5-3

33 5-4. 주거더단면설계 (Box) 6) 설계부재력설정 설계단면력산정조건을설정하고설계부재력을입력합니다. ' 전체선택하중 ' 은선택된하중조합중조합과전단검토별로가장불리한 Case를설계에적용합니다. 1. 설계단면력산정조건에서 전체선택하중 을확인합니다. 설계부재력설정 Tip. 설계부재력입력시참고사항 사용한계상태및피로한계상태의부재력은단면정보의검토조건에서 Check On되어있어야만활성화됩니다. 피로한계상태에대한하중조합은 Civil과연동될경우지속하중과피로활하중조합에의해산정된최대 / 최소의가장불리한 개의 Case가자동으로산정되어입력됩니다. 5-33

34 5-4. 주거더단면설계 (Box) 7) 단면검토 선택한단면에대한단면검토를수행합니다. Dialog>Checking Section List에서검토가필요한단면을선택하고, 을클릭하면선택된단면의검토가한번에수행됩니다. 1. 을클릭하여 'E15-I' 단면의계산을수행합니다.. Dialog 대화창의 Checking Section List에서 CHK항목에단면검토결과를확인합니다. 3. Result View 창에서해당단면의세부검토결과를확인합니다. Checking Section List의 'CHK' 열에서는전체단면의검토결과를한번에확인할수있습니다. 단면검토수행 Tip. Result View Result View 에서는설계항목에의한검토결과를실시간으로표시되므로,NG 발생시계산서를출력하여확인하지않고도어떤설계항목에서불만족되었는지를확인할수있습니다. 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에서는강재단면설계에대하여, 아래와같이다양한검토가수행되지만 Result View를활용하면전체의설계 Flow에서불만족되는설계변수를빠르게찾을수있고, 수정한설계변수에대한검토결과또한실시간으로확인이가능하므로단면검토수행시간을획기적으로단축시킬수있습니다. - [ 단면검토 ] 세장비검토 ( 축부재 ), 복부판세장비검토 ( 휨부재 ) - [ 강도한계상태검토 ] 인장 / 압축강도검토, 휨강도검토, 전단강도검토, 조합강도검토 - [ 사용한계상태검토 ] 복부판휨강도검토, 플랜지응력검토 - [ 피로한계상태검토 ] 하중유발피로검토, 변형유발피로검토 ( 휨 / 전단 ) 5-34

35 5-4. 주거더단면설계 (Box) 8) 구조계산서생성 선택한단면에대한엑셀계산서를생성합니다. 1. 를클릭하여 'E15-I' 단면에대한구조계산서를생성합니다. ' 단면입력정보 ' 에는선택 되어진모든단면의정보 가 Table로정리되며, ' 요약계산서 ' 에서는전체검토항목에대한계산결과가 Table로정리됩니다.. 설계환경설정의계산서출력옵션에서 Check On 된 ' 단면력집계 ', ' 단면입력정보 ', ' 요약계산서 ' 가상세구조계산서와함께생성됩니다. 'Dialog의버튼을통하여구조계산서를생성할경우 Checking Section List에선택된단면에대한구조계산서가한번에하나의엑셀파일로정리되어생성됩니다. 구조계산서출력 5-35

36 5-4. 주거더단면설계 (Box) 3. 구조계산서검토 1) 단면력집계 설계환경설정의계산서옵션에서 단면력집계 에 Check On 할경우극한한계상태, 사용한계상태, 피로한계상태에대한각각의하중조합에대해정리된부재력집계표가생성됩니다. Excel Report ) 단면정보설계환경설정의계산서옵션에서 단면입력정보 에 Check On 할경우검토된단면에대한이름, 형상, 보강재, 단면상수, 비지지길이, 단면회전반경, 세장비등의정보가하나의표로정리되어생성됩니다. Excel Report 5-36

37 5-4. 주거더단면설계 (Box) 3) 요약계산서 설계환경설정의계산서옵션에서 요약계산서 에 Check On 할경우전체단면검토결과에대한요약사항이정리된표가생성됩니다. Excel Report 5-37

38 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 5-38

39 5-4. 주거더단면설계 (Box) 4) 상세구조계산서 부재조건에서선택된사항에따라 축 + 휨 ( 거더 ) 부재 에대한전체의단면설계과정이출력됩니다. 본예제에서는주거더단면중가장큰조합응력이발생된 E1-I에대해서설명합니다. Excel Report 부재의두께에따른강종별항복강도와인장강도정보가자동적용됩니다. 5-39

40 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 전단면을항복시키는데필요한하중보다작은하중에서순단면이파단에이를수도있으므로, 인장부재의강도는전단면의항복과순단면의파단을모두고려하여결정해야합니다. 전단지연을고려하기위한감소계수 'U' 및 ' 순단면적 ' 은 UMD의설계변수에서변경할수있습니다. 축강도검토 NO( 압축부재 ) P 0 P u YES( 인장부재 ) 세장비의제한 (6.9.3) 세장비의제한 (6.8.4) 개이하 수평보강재설치 3 개이상 1 교번응력을받는주부재 : 교번응력을받지않는주부재 : 3 브레이싱부재 : l / r 40 l / r 140 l / r 00 폭 - 두께비제한 (6.9.4.) NO( 세장부재 ) 공칭압축강도 ( 강 설 ) 폭 - 두께비제한 (FHWA (E)) OK 공칭압축강도 ( ) OK 인장강도 (6.8..1) Pr = min( φ y y Ag, φu u A U ) n P r P P = φc Pn Pu r u 5-40

41 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 상세계산서 Excel 에서는 Box단면의 Right-Web 도검토하게됩니다. 여기서, c 는 ' 휨모멘트 ' 에의한압축플랜지의발생응력을의미합니다. 해당검토에서의 'NG' 는단면안정성검토에대한결과가아닌복부판이조밀단면인지에대한판단결과입니다. 'NG' 발생시복부판은비 조밀단면으로고려되어 설계를계속진행합니다. Tip. 조밀복부단면 비합성단면이나부모멘트가작용하는합성단면에서는콘크리트바닥판이없 OK 1) 단면비검토복부판세장비 (6.10..) OK 기때문에압축플랜지의국부좌굴이나단면의횡비틂좌굴이억제되지않습니다. 압축플랜지검토 수평보강재가있는경우 : D t w c E c 400 인장플랜지검토 따라서이러한경우에조밀단면이되려면복부의세장 ) 단면의분류 비가충분히작아서복부에 대해서는소성모멘트에도달하는단면이되어야합니다. 복부판세장비 ( ()) D tw cp 3.76 E F yc NO 비조밀단면 이와같은조밀복부단면 (compact web section) 은복부의세장비가복부휨좌 YES 압축플랜지세장비 ( (3)) YES 세장비상관관계 ( (6)1) NO NO NO 세장비상관관계 ( (6)) 굴이발생하기전에소성모멘트에대응하는최대휨저 YES 압축플랜지비지지길이 ( (7)) 1(7)) YES 항을발휘할수있는단면의 YES 세장비보다작아하므로많 조밀단면 이이용되지는않습니다. 5-41

42 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 비합성주형의연구에서하나의종방향보강재의최적위치는휨에대해서는 0.4Dc, 전단에대해서는 0.5D로알려져있습니다. 전단은거의모두모멘트와같이발생하며적절히배치된종방향보강재는휨과전단이동시에작용하는경우에횡방향복부처짐을효과적으로제어할수있으므로최적위치로서거리 0.4Dc가권장됩니다. 휨강도산정을위한플랜지응력감소계수결정 하이브리드단면의플랜지응력감소계수 (1) R h =1.0 OK k 값산정 d s 0.4 D c 복부판국부좌굴을고려한압축플랜지응력감소계수 () 1 No 복부판국부좌굴을고려한인장플랜지응력감소계수 () R b =1.0 D k = 5.17 d 식 ( ) D 9.0 s D c 7. D k = Dc d 식 ( ) s 9.0 D D c 7. ar 값산정 식 ( ) or 식 ( ) Dc E D E λ λ c b or λ λ b t w t w c R b OK =1.0 c No Dc tw ar = A c 식 (6.10.6) a r D c R = b 1 λb ar tw E c 5-4

43 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 압축플랜지수평보강재의단면차모멘트검토는수평보강재의길이가무한히길며, 수직보강재의영향을무시하는것으로가정합니다. 또한 n이 를초과할경우요구되는단면차모멘트는비현실적으로증가되므로주의해야합니다. 'W' 는보강재사이의간격또는복부와보강재사이의간격중가장큰값으로적용합니다. w 압축플랜지검토 수평보강재설치 3 개이상 개이하 b b w1 b w b 압축플랜지보강재 (FHWA ) 압축플랜지수평보강재폭검토 ( (1)) b 0. 48t l p E F yc 압축플랜지수평보강재폭검토 ( (1)) I l ψ w t 3 부모멘트구간공칭휨강도 ( (3)) 1 3 w ke 0.57 : Fn = Rb RhF t F 0.57 w > 1.3 t yc ke w < 1.3 F t yc ke F yc : ke F yc : yc F = 0.59R R F t Fn = 181,000Rb Rhk w n b h yc c π ( sin ) 5-43

44 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 압축플랜지휨강도검토 ( (3)) 인장플랜지휨강도검토 ( (3)) n = 1 n = ~5 식 식 I s k = 14.3 I s 3 k = wt wt n 1 3 부모멘트구간공칭휨강도산정 F = R R F n b h yt 부모멘트구간공칭휨강도산정 w ke 0.57 : t F yc F = R R F n b h yc F F = φ F r = φ Fn c r n t 5-44

45 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 수직보강재의간격검토 는수평보강재가이미고 려된복부판에대해서는 생략합니다. Box 형단면에서는복부한 개에작용하는전단력에대 하여검토하며경사진복부 에대해서는경사길이를고 려합니다. C = C = D / Ek F tw Fyw 1.5 C = D / tw F Ek Fyw 1.10 Ek Fyw 1.38 Ek Fyw 전단강도검토 전단좌굴응력비산정 ( (3) 1) D < 1.10 tw ke : C = 1.0, Fyw k = 5 + ( d 5 / D 0 ) YES ( 수직보강재설치 ) NO ( 수직보강재필요없음 ) 보강된복부판의공칭강도 ( ) 비보강복부판의공칭강도 ( ) 5-45

46 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 전단강도검토 전단좌굴응력비산정 ( (3) 1) D < 1.10 tw ke Fyw : C = 1.0, 5 k = 5 + ( d D 0 / ) YES ( 수직보강재설치 ) NO ( 수직보강재필요없음 ) 보강된복부판의공칭강도 ( ) 비보강복부판의공칭강도 ( ) 조밀단면의중간패널 ( (3)1) Mr Mu R = [ ( )] 1.0 Mr 0.75φM y Vp = 0.58FywDt 1 Mu 0.5 V φ 0.87(1 C) Vn = Vp[ C + ] d 0 1+ ( ) D Mu > 0.5φ Mp : w Mp : 0.87(1 C) n = RV p [ C + ] d 0 1+ ( ) D CV p 비조밀단면의중간패널 ( (3)) V p = 0. 58FywD tw u 0.75φ F y : 0.87(1 C ) Vn = Vp[ C + ] d 0 1+ ( ) D Vr = φvvn Vu 5-46

47 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 돌출폭검토는수직보강재의국부좌굴을방지하기위해수행됩니다. 단면 차모멘트검토는복부판에인장력장이적절히형성되도록수직보강재의강성을확보하기위해수행되며, 검토에적용되는복부판의높이 (D') 는수평보강재에의해분할된부패널의높이가적용됩니다. AASHTO LRFD 참고 d 0 = transverse stiener spacing 5-47

48 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 수직보강재의양면배치는설계변수의 ' 보강재입력 ' 에서적용할수있습니다. 중간수직보강재검토 수직보강재의돌출폭검토 ( ()) 수직보강재의단면 차모멘트검토 ( (3)) d b t t b 0. 5b p t 3 D I t d 0 t w J J = d 0 식 bt I t b l 3 D d 0 I l 수직보강재의면적검토 ( (4)) A s D F u yw [ 0.15 B (1 C) 18] t w t w V r F cr V F 0.311EE F b t t p cr = ys 5-48

49 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 조합강도검토 Pu <0. P r 조합강도 ( 인장 : / 압축 : 6.9..) 조합강도 ( 인장 : / 압축 : 6.9..) Pu.0P r M + ( M uy ry M + M uz rz ) 1.0 P P u r ( 9.0 M M uy ry M + M uz rz )

50 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 사용한계상태검토 복부판의공칭휨저항검토 ( ()) 플랜지의응력제한 ( ) 0.9Eα k Fy ( ) tw cw Fyw D 5-50

51 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 피로활하중응력범위는입력받은최대 / 최소피로한계상태하중조합에대한부재력에대하여 Section Manager에서정의된피로검토위치에서의응력을산정하여자동계산됩니다. 피로한계상태검토 하중유발피로검토 (6.6.1.) N = (365)(100) n( ADTT ) ( ΔF ) n A = ( ) N ( ΔF ) ( ΔF ) n γ ( Δ ) TH SL, D tw D > 0.95 tw 변형유발피로검토 ( ) 휨조건 ( ) 전단조건 ( ) ke : Fyw ke Fyw c : c F yw tw 0.9kE( ) D Vc 0. 58CFyw 5-51

52 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 피로한계상태검토 변형유발피로검토 ( ) k 값산정 d s 0.4 D c 전단조건 ( ) Vc 0. 58CFyw 식 ( ) 식 ( ) D D D D k = k = d s D c Dc d s Dc 휨조건 ( ) D ke 0.95 : tw Fyw c F yw 5-5

53 5-4. 주거더단면설계 (Box) Excel Report 피로한계상태검토 변형유발피로검토 ( ) 전단좌굴응력비산정 ( (3) 1) D < 1.10 tw ke Fyw : C = 1.0, 5 k = 5 + ( d 0 / D) 전단조건 ( ) Vc 0. 58C Fyw 5-53

54 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) 1. 설계개요 ( 기타단면 ) 본예제에서는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에의한기타부재설계를수행합니다. 설계단면으로는 ' 단경간아치교 ' 모델의 H-Section 가로보단면을적용합니다. 1) H-Section 의기타부재설계순서 축강도검토는거더부재 1 극한한계상태 ( 축강도검토 ) 와기타부재에대해동일 한방법으로수행됩니다. 아치부재의압축강도검토는박스단면의아치부재설계순서를참고하기바랍니다. 휨강도검토 NO( 압축부재 ) 축강도검토 P u 0 전단강도검토 YES( 인장부재 ) 세장비의제한 (6.9.3) 세장비의제한 (6.8.4) 1 주부재 : Kl / r 10 브레이싱부재 : Kl / r 교번응력을받는주부재 : l / r 140 교번응력을받지않는주부재 : l / r 00 3 브레이싱부재 : l / r 40 OK 폭 - 두께비제한 (6.9.4.) 인장강도 (6.8..1) b k t E F y P = min( φ A, r y y g φu A U ) u n AASHTO LRFD 해설에는폭-두께비규정을만족시키지못할경우세장부재로분류되고, AISC기준을참고하여설계할것을명시하고있습니다. (UMD에서는 AISC기준을참고한강구조설계기준 항에의해공칭압축강도를산정합니다.) NO( 세장부재 ) YES 공칭압축강도 ( 강 설 ) 공칭압축강도 ( ) P = F n cr A g P = φ P P r c n Kl λ = ( ) r π s Fy, E λ λ.5 : Pn = 0.66 Fy As 0.88Fy As λ >.5 : Pn = λ u 조합강도검토 5-54

55 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) 극한한계상태 ( 휨강도검토 ) 전단강도검토는 H-Section과 Box에대해동일한설계순서를적용합니다. 단면비의제한은단면비 / 복부판세장비 / 플랜지단면비를모두만족해야합니다. 축강도검토 휨강도검토 단면비의제한 (6.10.) 전단강도검토 단면비 ( ) 복부판세장비 (6.10..) 플랜지단면비 ( ) Iyc Iy 1 수평보강재가없는경우 : 수평보강재가있는경우 : D t w D t w c c E c E c 압축플랜지 : b 0. 3Dc bt 인장플랜지 : t 1.0 t OK 아직까지는강재의항복 1 y 460MPa, 강도가 460MPa를초과하 거더의높이가일정, 는경우에서의연성에관 3 복부판에수평보강재없음, 한연구자료가많지않기 4 인장플랜지에구멍이없음. 때문에소성모멘트를적 YES( 조밀단면 ) 휨강도의분류 NO( 비조밀단면 ) 용한조밀단면설계를수 ( (1)) 행하지못하고있습니다. 복부판세장비 ( ()) 거더단면의높이가변하 NO( 비조밀단면 ) Dcp E 는경우, 수평보강재가설 3.76 tw Fyc 치된경우, 인장플랜지에 구멍이있는경우에도연 YES 구자료가부족한상태이 압축플랜지세장비 ( (3)) 므로역시소성모멘트를압축플랜지세장비 ( (4)) 1(4)) NO( ( 비조밀단면 ) 적용할수없습니다. b E 0.38 t b 0 Fyc t 1. NO YES OK 세장비상관관계 ( (6)1) 세장비상관관계 ( (6)) Dcp E 0.75(3.76) 76) tw Fyc b E NO D t 0.75(0.38) t w yc Fyc cp b ( ) 6.5 t E F YES 압축플랜지비지지길이 ( (7)) M l rye Lb [ ( )][ ] Mp Fyc NO YES 압축플랜지비지지길이 ( (9)) Lb Lp = 1. 76rt E F yc YES 휨강도 ( (1)) A M n = M p M = φ M r n M u 5-55

56 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) 압축플랜지휨강도 ( (4)) F = R R F n b h cr YES A NO 인장플랜지휨강도 ( (4)) F = R R F n b h yt 횡비틂좌굴을고려한압축플랜지휨강도 ( (6)) 복부판에수평보강재가있거나, Dc E λb t F w yc YES NO M n I J d = 87 yc 3.14 ECb Rh 87 Rh M y L b I yc L b L L = b r I S yc d xc E F yc YES NO 도 한 (5)1에규정된모멘트변화에대한보정계수 'C b ' 는 Civil에서설계단면연동시자동고려되며, 하중조합 Case 별로다르게적용할수있습니다. M n L L = CbRbRhM 5 = C R R L b p y r y 1 0. RbRhM y n b b h b h y Lr L L p b M F n = min( Fn, S n xc M 압축플랜지공칭휨강도 ) M R R M F = φ F F r n u 조합강도검토 사용한계상태및피로한계상태에대한설계순서는 Box와동일하게적용됩니다. 기타휨부재의휨강도검토의경우도 한 의규정은복부판에수직한축에대해적용하며, 복부판과평행한축에대한공칭휨강도검토는아래와같이적용합니다. M = M n p M u 여기서, 복부판에수직한축은 UMD 에서의 'y 축검토 ' 로적용됩니다. 5-56

57 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)). 설계수행및구조계산서생성 ( 가로보 (H-Section)) 1) 설계단면불러오기 해석이수행된모델에서부재에대한설계정보를연동할경우해당부재의단면정보와부재력정보가 UMD로자동입력됩니다. 1. Civil LSD+ 에서설계를수행할주거더요소를선택합니다. (Works Tree 에서 ' 가로보' Section 선택 ) 설계할부재선택한후 Context Menu 에서 Unit Member Design을클릭하면 Steel Design이실행됨과동시에선택부재의설계정보가자동으로 UMD에연동됩니다.. Main Menu에서 MODS 탭 > Steel Design > 'Perorm Steel Design' 클릭 3. 활성화된 UMD Select Position대화상자의 Select Steel Design에서 Design Position선택상자중 I 와 J 에 Check On합니다. 4. 버튼클릭 UMD의 Checking Section List에검토항목이추가됩니다. 이때선택된부재의재료정보와부재방향을인식하여선택부재에적합한설계모듈을자동으로선택하여 UMD 가실행됩니다. 5-57

58 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) ) 단면설계조건설정단면설계를위한설계조건및검토조건을변경합니다. 1 설계조건 -' 축 + 휨부재 '/' 교번응력을받는주부재 '/' 기타부재 ' 를설정합니다. 축설정 기타부재로설계시 y 축검토는거더단면으로, z축검토는기타단면으로적용합니다. -'y+z 축' 으로설정합니다. 3 단면조건공통적용 - 프로그램좌측의 Dialog의 'Checking Section List' 에서단면정보가정의되어있지않은단면에 Sel. 에모두 Check On합니다. - 원본이되는단면이선택된상태에서 Design Data Control의을클릭합니다. Steel / H-Section 5-58

59 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) 3) 설계부재력설정 설계단면력산정조건을설정하고설계부재력을입력합니다. ' 전체선택하중 ' 은선택된하중조합중축 / 휨 / 조합 / 전단검토별로가장불리한 Case를설계에적용합니다. 1. 설계단면력산정조건에서 전체선택하중 을확인합니다. 설계부재력설정 Tip. 설계부재력입력시참고사항 조밀단면의압축플랜지비지지길이검토 ( 도 한 ) 에사용되는설계하중은비지지지간의양단에발생하는모멘트중작은값 M l 로고려됩니다. Civil LSD+ 에서부재력연동시요소또는멤버의양단모멘트가 M 1, M 로구분되어입력됩니다. C b 의기본값은 1.0으로설정되어있습니다. 모멘트변화를고려한보정계수인 CC b ( 도 한 61049) ) 는 Civil 과연동될경우자동으로계산되며, 하중조합 Case에따라수정이가능합니다. -'C b ' 값은비조밀단면의횡비틂좌굴을고려한합성단면플랜지의휨강도 ( 도 한 (5)) 산정에필요한상수로써, I형과 Box형단면에대해서는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에근거하여계산됩니다. - 기타단면에적용되는횡좌굴모멘트수정계수 'C b ' 값은비지지구간에대한최대모멘트와 1/4지점, 중앙부, 3/4 지점모멘트절대값이모두필요하며이에대한계산은강구조설계기준 009 ( ) 에의해근거하여계산됩니다. 5-59

60 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) 4) 단면검토및구조계산서생성 선택한단면에대한단면검토를수행하고구조계산서를생성합니다. Dialog>Checking Section List에서검토가필요한단면을선택하고, 을클릭하 면선택된단면의검토가한번에수행됩니다. Checking Section List의 'CHK' 열에서는전체단면의검토결과를한눈에확인할수있습니다. 1. 을클릭하여 'E30-I' 단면의계산을수행합니다.. Dialog 대화창의 Checking Section List에서 CHK항목에단면검토결과를확인합니다. 3. Result view 창에서해당단면의세부검토결과를확인합니다. 4. 를클릭하여 'E30-I' 단면에대한구조계산서를생성합니다. 5. 설계환경설정의계산서출력옵션에서 Check On 된 ' 단면력집계 ', ' 단면입력정보 ', ' 요약계산서 ' 가구조계산서와함께생성됩니다. 단면검토결과확인 5-60

61 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) 3. 구조계산서검토 1) 단면력집계 설계환경설정의계산서옵션에서 단면력집계 에 Check On 할경우설계에적용된하중조합에대해정리된부재력집계표가생성됩니다. Excel Report ) 단면정보설계환경설정의계산서옵션에서 단면입력정보 에 Check On 할경우검토된단면에대한이름, 형상, 보강재, 단면상수, 비지지길이, 단면회전반경, 세장비등의정보가하나의표로정리되어생성됩니다. Excel Report 5-61

62 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) 3) 요약계산서설계환경설정의계산서옵션에서 요약계산서 에 Check On 할경우전체단면검토결과에대한요약사항이정리된표가생성됩니다. Excel Report 5-6

63 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) 4) 상세구조계산서부재조건에서선택된사항에따라 축 + 휨 ( 기타 ) 부재 에대한전체의단면설계과정이출력됩니다. 본예제에서는 E30-I 단면으로계산과정을설명합니다. Excel Report 부재의두께에따른강종별항복강도와인장강도정보가자동적용됩니다. 5-63

64 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) Excel Report 축강도검토 NO( 압축부재 ) P u 0 YES( 인장부재 ) 1 주부재 : 세장비의제한 (693) (6.9.3) 브레이싱부재 : Kl / r 10 Kl / r 140 폭 - 두께비제한 (6.9.4.) 세장비의제한 (684) (6.8.4) 1 교번응력을받는주부재 : 교번응력을받지않는주부재 : 3 브레이싱부재 : l / r 40 OK 인장강도 (6.8..1) l / r 140 l / r 00 b k t E F y Pr = min( φy y Ag, φu u A U ) n NO( 세장부재 ) YES 공칭압축강도 ( 강 설 ) 공칭압축강도 (6941) ( ) P = F n cr A g 5-64

65 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) Excel Report 공칭압축강도의계수산정 ( 강 설 ) 세장한자유돌출판의저감계수산정 ( 강 설 ) 세장한양연지지판의저감계수산정 ( 강 설 (1)) 탄성휨 - 비틀림좌굴응력산정 ( 강 설 ) b / t 0.64 E k c / Fy 일경우 Q s = 1.0 E 0.34 b = e 1.9t 1 ( b / t ) Ae Qa = A E b π E Cw Fe = ( K z L) + GJ I yy 1 + I zz 5-65

66 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) Excel Report 공칭압축강도산정 ( 강설 ) Fcr 산정 ( 식 5.7-) KL E 4.71 or Fe 0.44QFy : r QFy Fcr 산정 ( 식 5.7-3) KL E > 4.71 or Fe < 0.44QFy : r QFy F QFy Fe cr = Q[ ] Fy Fcr = Fe P n = Fcr A g Pr =φ c Pn P u 5-66

67 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) Excel Report 단면비에의하여전단중심의위치가결정되며, 제한값을초과할경우플랜지와복부판과의교차점이전단중심이되는 T형단면이되므로설계기준에서제시하는횡-비틂좌굴공식을적용할수없게됩니다. 압축플랜지의단면비검토는조립단면압축플랜지의최소폭이복부판의휨좌굴을방지할수있도록플랜지에의한복부판구속효과를확보하기위하여규정된사항입니다. 인장플랜지단면비검토는플랜지와복부를용접할때플랜지가지나치게뒤틀리지않도록하기위한현실적인상한치로서허용응력설계에서부터적용된사항입니다. 휨강도검토 단면비의제한 (6.10.) 단면비 ( ) 복부판세장비 (6.10..) 플랜지단면비 ( ) Iyc Iy D 1 수평보강재가없는경우 : 00 1 압축플랜지 : Dc E 6.77 t w c 인장플랜지 : b 0. 3Dc bt t 1.0 t 5-67 OK

68 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) Excel Report 5-68

69 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) Excel Report M l 의값을산정하기위해서 UMD에서는시작단에서의모멘트 (M y1 ), 끝단에 서의모멘트 (M y ) 를별도 로입력받습니다. 조밀 / 비조밀판단기준 1 y 460MPa, 거더의높이가일정, 3 복부판에수평보강재없음, 4 인장플랜지에구멍이없음. YES( 조밀단면 ) 휨강도의분류 NO( 비조밀단면 ) ( (1)) 복부판세장비 ( ()) D tw cp 3.76 E F yc NO( 비조밀단면 ) YES 압축플랜지세장비 ( (3)) NO( 비조밀단면 ) b E 압축플랜지세장비 ( (4)) 0.38 t 0 Fyc t 1. NO OK YES b 세장비상관관계 ( (6)1) 세장비상관관계 ( (6)) D tw b cp 0.75(3.76) E F yc E NO D t 0.75(0.38) t w yc Fyc YES cp b ( ) 6.5 t E F 압축플랜지비지지길이 ( (7)) YES 압축플랜지비지지길이 ( (9)) M l rye Lb [ ( )][ ] Mp Fyc NO Lb Lp = 1. 76rt E F yc YES 휨강도 ( (1)) M n = M p M r = φ M n M u 5-69

70 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) Excel Report 전단강도검토는 H-Section과 Box에대해동일한설계순서를적용합니다. 5-70

71 5-5. 기타단면설계 ( 가로보 (H-Section)) Excel Report 조합하중검토는 H-Section과 Box에대해동일한설계순서를적용합니다. 5-71

72 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) 1. 설계개요 ( 연결부 ) 본예제에서는도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에의한박스거더의인장 / 압축플랜지및웨브연결부에대한검토를수행합니다. 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에서는이음판과연결볼트에대하여기존의허용응력설계와는다르게아래와같은극한 / 사용 / 피로한계상태에대한별도의검토항목이적용됩니다. 플랜지연결부 이음판검토 연결볼트검토 UMD에서는설계조건에입력되는 ' 제어플랜지발생응력 ( c )' 이양수일경우인장플랜지로적용됩니다. 극한한계상태 YES 인장 NO 플랜지 인장강도검토 압축강도검토 볼트간격검토 전단강도검토 블록전단파괴강도검토 볼트구멍지압강도검토 사용한계상태 영구처짐검토 마찰강도검토 피로한계상태 피로검토 웨브연결부 극한한계상태 이음판검토전단항복검토 연결볼트검토볼트간격검토 이음판파단및블록전단파괴강도검토 전단강도검토 이음판휨항복검토 볼트구멍지압강도검토 사용한계상태 영구처짐검토 마찰강도검토 피로한계상태 피로검토 5-7

73 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) 1) 플랜지연결부설계순서 플랜지연결부설계시압축응력이발생할경우와인장응력이발생할경우에대한이음판검토방법이상이하므로주의해야합니다. 사용한계상태 극한한계상태 피로한계상태 비제어플랜지의경우, 제어플랜지의설계하중과비교하여큰값을설계에적용합니다. 제어플랜지 F c c + Rn = αφ F y 설계하중산정 ( (4).3) 0.75α φ F y 비제어플랜지 F nc = R c Rh nc 0.75α φ F yt 이음판검토 연결볼트검토 YES( 인장 ) NO( 압축 ) > 0 c 볼트간격검토 ( ) 1 최소간격검토 S min 3d bolt 압축플랜지의경우유효단면적은전단면적으로고려되며, 블록전단파괴강도검토는생략됩니다. 유효단면적산정 ( ) 1 구멍지름 3mm An ϕufu β = Ag ϕyfyt 구멍지름 > 3mm 유효단면적산정 ( ) A e = Ag 최대간격검토 S ( t) max 3 최소연단거리검토 * 표 참고 β = 0.0 A = A + βa e n g 4 최대연간거리검토 e = min(8t,15mm) max OK 인장강도검토 (6.8..1) 압축강도검토 (6.9..1) 전단강도검토 ( ) P r1 P r = = φy φu y Ag P u AnU OK cu P cu Pr = φcfy As Rn = 0.48AbFubNs, Pcu N req = < N R r R r = φ R used s n OK 블록전단파괴강도검토 (6.13.4) 볼트구멍지압강도검토 ( ) Atn 0. 58Avn Atn < 0. 58Avn : R = φ (0.58FyAvg FuAtn) r bs + : R = φ (0.58FuAvn FyAtg) r bs + Case 1 Case Rn = 1. Lc tf u Rn =. 4dtFu R = φ R r bb n Rr P cu 5-73

74 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) 도 한표 최소연단거리 볼트의호칭 전단전단연수동가스절단연 압연연, 다듬질연자동가스절단연 16 8mm mm 0 34mm 6mm 38mm 8mm 4 4mm 30mm 7 48mm 34mm 30 5mm 38mm 극한한계상태 사용한계상태 피로한계상태 설계하중산정 ( (4).3) s F s =, Rh P s = Fs Ag UMD의설계조건에서사용한계상태발생응력입력시단면의합성상태를선택할수있습니다. 이음판영구처짐검토 ( ) 합성비합성 Fy F y 연결볼트마찰강도검토 ( ) R n = KhKsNs Ps = R Nreq < r Pt N used 극한한계상태 피로한계상태 사용한계상태 이음판피로검토 (6.6.1) N = (365)(100 ) n( ADTT ) 1 A 3 1 = ΔF N SL ( ΔF ) n ( ) TH OK ( ) ( ΔF) n γ Δ 5-74

75 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) ) 복부판연결부설계순서 복부판연결부는수직보강재의설치유무에따라전단강도산정방법이달라지므로주의해야합니다. 이음판피로검토에적용되는피로응력범위는정모멘트와부모멘트에대한상 하부플랜지의응력으로계산됩니다. 사용한계상태 극한한계상태 피로한계상태 YES( 비보강 ) 수직보강재 NO( 보강 ) 설치 복부판조밀상태에대한판단은 UMD의 Steel단면검토결과를참고하기바랍니다. 공칭전단강도 ( ) V p = 0.58FywD tw, V n = CVp 보강된복부판의공칭강도 ( ) 조밀 비조밀 조밀단면의중간패널 ( (3)1) 비조밀단면의중간패널 ( (3)) Mr M R = [ ( Mr 0.75 Vp = 0.58F yw D t w u )] 1.0 Fr u φ My R = [ ( )] r y F 0.75φ F 1 M u 0.5 φ M 0.87(1 C) Vn = Vp[ C + ] d 0 1+ ( ) D Mu > 0.5φ Mp : V p : 0.87(1 C) n = RVp[ C + ] d0 1+ ( ) D CV p 1 u 0.75 φ Fy : 0.87(1 C) Vn = Vp[ C + ] d 0 1+ ( ) D u > 0.75φ Fy : V 0.87(1 C) n = p[ + ] RV C d 0 1+ ( ) D CV p 설계전단력산정 ( (4) ) 1 V < 0.5φ V u u v v n V 0.5φ V n : : V V uw uw = 1.5V ( V = u u + φvvn ) 설계응력산정 ( (4).3) 제어플랜지비제어플랜지 c + α φ Fy Rn F F c 0.75α φ Fy Fnc = Rc R nc = yt h 0.75α φ F AASHTO LRFD b 해설을참고하여복부판에작용하는모멘트와수평력을산정합니다. 복부판작용모멘트및수평력산정 (AASHTO LRFD b) M H uw uw tw D = RhFc Rc nc, M tot = M uw + Vuwe 1 A twd = ( RhFc + Rc nc ) 5-75

76 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) A 이음판검토 연결볼트검토 1 전단항복검토 ( ) Rn = 0.58AgFy, R = φ R V r v OK 이음판파단, 블록전단파괴강도검토 (6.13.4) A A tn tn 0.58A vn < 0.58A vn r r n bs bs uw : R = φ (0.58FyAvg + FuAtn) V uw : R = φ (0.58FuAvn + FyAtg) V OK uw 볼트간격검토 ( ) 1 최소간격검토 S min 3d bolt 최대간격검토 S ( t) max 3 최소연단거리검토 * 표 참고 AASHTO LRFD b 해설을참고하여이음판휨항복검토에필요한작용하중을산정합니다. 이음판휨항복검토 (AASHTO LRFD b) M = S tot pl H + A uw g wp φ F ys 4 최대연간거리검토 e = min(8t,15mm) max OK 전단강도검토 ( ) Rn = 0.48AbFubNs, R r = φ R s n Pcu N req = < N R r used OK 볼트구멍지압강도검토 ( ) Case 1 Case Rn = 1. Lc tf u Rn =. 4dtF dtfu R = φ R > P r bb n u 극한한계상태 사용한계상태 피로한계상태 복부판작용모멘트및수평력산정 (AASHTO LRFD b) M M w ser tot ser twd = 1 = M t D w ser s + V os ser e ( ) w H w ser = s + os 연결볼트마찰강도검토 ( ) R n = KhKsNs r n Pt R = R > P u M = S tot ser + pl H A w ser g wp 이음판영구처짐검토 ( ) 합성 0. 95Fys 비합성 0. 80Fys 5-76

77 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ). 설계수행및구조계산서생성 ( 플랜지연결부 ) 1) 설계조건입력 ( 인장부재 ) ' 단경간아치교 ' 예제모델에서 'E17-I' 위치에서의하부플랜지연결부를설계하기위한설계조건을입력합니다. 1. UMD의 Main Menu > Design 탭에서 'Bolts' 클릭. Main Menu > Home 탭에서 'Design Option' 클릭 - 설계환경설정의 Steel 탭에서 Design Code를 'KSCE-LSD1' 로선택 3. Dialog의 Steel 탭에서신규단면입력하기의 Name 입력란에 ' 하부플랜지 ( 인장 )' 입력 후 버튼클릭 4. 설계조건 c 는극한한계상태하중조합의 Envelope 하중조합에대한휨응력 (Sbz) 결과에서하부플랜지에대한발생응력이므로 Bend(-z) 값으로적용합니다. - 극한한계상태 : ' 제어 ' 선택, c = MPa 708MP 입력 - 사용한계상태 : ' 비합성 ' 선택, s =77.650MPa 입력 - 피로한계상태 : C' 등급선택, γ(δ)=36.594mpa, (ADTT) sl =5000, n=1 입력 단, 해당예제는정모멘트부설계이므로 Envelope 결과중 max응력을적용합니다. 피로한계상태의 'γ(δ)' 는 피로활하중에 0.75 의하중 조합계수를고려한피로활하중조합의발생응력범위로서 Bend(-z) 값의최대 (max) 응력과최소 (min) 응력의차이를계산하여입력합니다. Steel / Connection_Flange Tip. 설계조건변수정의 제어 / 비제어플랜지 : 설계하중에의한플랜지두께중앙에서의탄성휨응력과설계강도의비가최대가되는플랜지이고다른쪽의플랜지는비제어플랜지가됩니다. c 는제어플랜지의발생응력이며, nc 는비제어플랜지의발생응력을의미합니다. 합성 / 비합성 : 사용한계상태하중에의해서발생하는플랜지의탄성응력은합성단면의경우플랜지항복강도의 95%, 비합성단면의경우플랜지항복강도의 80% 이하로설계되어야합니다. γ(δ) : 표 3.4.1에규정된피로한계상태조합에대한하중계수가고려된피로하중통과시발생되는활하중의응력범위를의미합니다. 5-77

78 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) ) 단면및재료정보입력 하부플랜지연결부를설계하기위한단면 / 재료정보를입력합니다. 중앙에배치된수평보강재에의해내측이음판은 개로분리되므로구역수는 로입력합니다. 1. 공통정보 - 플랜지단면제원 : B =600mm, t =4mm - 이음판단면제원 ( 공통정보 ) : H s =600mm, t s_in =1mm, t s_out =1mm. 이음판상세정보 - 이음판분할구역수 : '' 선택 - No 1 : n=1, e=0mm, Bs=80mm, 볼트배치 Pos.=50, 5@100) 입력 - No : n=1, e=40mm, Bs=80mm, 볼트배치 입력 3. 재료제원 - 재료정보 : 사용강종=HSB500 선택 - 볼트제원 : 볼트등급 =M (F10T), Ks= 등급B (0.40) 선택 4. 버튼클릭후, 실행 t s_in 은내측이음판두께를의미하며, t sout _ 은외측이음판두께를의미합니다. Steel/Connection_Flange 볼트배치정보 Tip. 재료정보변수정의 모재제원 : 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에추가된신강종을선택하여적용할수있으며, 'Fy Fu 직접입력 ' 에 Check On하여항복강도와인장강도를수정할수있습니다. 볼트제원 : 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에추가된볼트등급을선택하여적용할수있으며, 선택된볼트등급에따라볼트의허용인장력과극한강도는자동변경됩니다. 구멍크기계수 (Kh) 는표준구멍으로만적용가능하며, 표면상태계수 (ks) 는표6.13.5에명시된등급에따라선택할수있습니다. 5-78

79 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) 3) 연결부검토인장플랜지연결부의검토결과를확인하고구조계산서를생성합니다. 1. Dialog 대화창의 Checking Section List에서 CHK항목에단면검토결과를확인합니다.. Result view 창에서해당단면의세부검토결과를확인합니다. 3. 버튼을클릭하여구조계산서를생성합니다. Result Check Tip. Result View Result View에서는설계항목에의한검토결과가실시간으로표시되므로, NG 발생시계산서를출력하여확인하지않고도어떤설계항목에서불만족되었는지를확인할수있습니다. 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에서는앞에서설명한바와같이이음판과연결볼트에대하여극한 / 사용 / 피로한계상태에따른별도의검토가수행되어야하므로전체의검토결과를한번에확인해야하는어려움이있지만, Result View를활용하면전체의설계 Flow에서불만족되는설계변수를빠르게찾을수있고, 수정한설계변수에대한검토결과또한실시간으로확인이가능하므로단면검토수행시간을획기적으로단축시킬수있습니다. 5-79

80 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) 3. 구조계산서검토 ( 플랜지연결부 ) 1) 요약계산서확인 설계환경설정의계산서옵션에서 요약계산서 에 Check On 할경우전체검토결과에대한요약사항이정리된표가생성됩니다. Excel Report 5-80

81 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) ) 상세구조계산서확인 생성된구조계산서를통하여 Result View에서확인된검토항목에대하여상세한계산사항을확인합니다. Excel Report 5-81

82 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 구멍의지름이 3mm를초과할경우 'β=0' 으로고려됩니다. 인장부의유효단면적이전단면적보다클경우 'NG' 를출력하지만, 나머지계산은산정된유효단면적으로진행됩니다. 내외측이음판의단면적차이가 10% 이상일경우, 이음판의단면적비로배분하여설계하중을적용합니다. 5-8

83 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 블록전단파괴강도검토는발생가능한 가지파괴모드에대하여모두검토합니다. 5-83

84 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 5-84

85 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 연결부의합성단면여부는사용한계상태설계조건에서선택할수있습니다. 내외측이음판의단면적차 이가 10% 이상일경우 1면마찰로적용됩니다. 5-85

86 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 마찰강도검토는이음판의단면적비와관계없이 면마찰로고려합니다. 볼트구멍과부재의순연단거리와각볼트구멍의순간격을각각산정하여계산에적용합니다. 5-86

87 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 5-87

88 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) 4. 설계수행및구조계산서생성 ( 복부판연결부 ) 1) 설계조건입력 ' 단경간아치교 ' 예제모델에서 'E17-I' 위치의복부판연결부를설계하기위한설계조건을입력합니다. 1. UMD의 Main Menu > Design 탭에서 'Bolts' 클릭. Main Menu > Home 탭에서 'Design i Option' 클릭 - 설계환경설정의 Steel 탭에서 Design Code를 'KSCE-LSD1' 로선택 3. Dialog의 Steel 탭에서신규단면입력하기의 Name 입력란에 ' 복부판 ' 입력후버튼클릭 복부판작용모멘트및수평력산정에필요한제어플랜지와비제어플랜지의발생응력을모두입력합니다. 4. 단면종류를 ' 웨브 (Web)' 로변경 5. 설계조건 - 극한한계상태 : c = MPa, nc =68.047MPa, V u =37867N 입력 - 사용한계상태 : ' 비합성 ' 선택, s =77.650MPa, os =46.04MPa, V ser =160815N 입력 피로활하중부재력에하중조합계수 0.75를고려한하중조합에서의정 (max), 부 (min) 의휨응력결과를입력합니다. b 는하부플랜지발생휨응력이므로 Bend(-z), t 는상부플랜지발생휨응력이므로 Bend(+z) 결과를입력합니다. - 피로한계상태 : C' 등급선택, 정 ) b =3.749MPa, t =13.59MPa, V at =156009N 입력, 부 ) b =-1.845MPa, t =-5.014MPa, V at =-14168N 입력, (ADTT) sl =5000, n=1 입력 6. 전체단면정보 - 보강복부판적용 / ' 비조밀 ' 선택 -F r =380MPa, d o =1500mm 입력 F r 은부재의설계휨강도로서박스단면의경우도 한 (1) 을참고합니다. d o 는복부판에배치된수직보강재의간격을입력합니다. Tip. 설계조건변수정의 Steel / Connection_Web s : 이음점에서사용한계상태하중조합작용에의해단면의크기가작은쪽의플랜지두께중앙에발생하는최대휨응력 os : 이음점에서사용한계상태하중조합작용에의해 s 와동시에발생하는다른쪽플랜지두께중앙에발생하는최대휨응력 5-88

89 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) ) 단면및재료정보입력 복부판연결부를설계하기위한단면 / 재료정보를입력합니다. 1. 공통정보 - 웨브단면제원 : H w =500mm, t w =4mm 입력 - 이음판단면제원 ( 공통정보 ) : t s =1mm 입력 복부판중앙에수평보강재가고려되어있으므로내측이음판은 개로분할합니다.. 이음판상세정보 - 이음판분할구역수 : '' 선택 -No 1 : B s =600mm, H s =1170mm, e s =55mm, 볼트배치 (Pos.1=50, 5@100, Pos.=45, 1@90) 입력 -No : B s =600mm, H s =1170mm, e s =175mm, 볼트배치 (Pos.1=50, 5@100, Pos.=45, 1@90) 입력 3. 재료제원 - 재료정보 : 사용강종 =HSB500 선택 - 볼트제원 : 볼트등급 =M (F10T), Ks= 등급B (0.40) 선택 4. 버튼클릭후, 실행 Steel/Connection_Web 볼트배치정보 5-89

90 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) 3) 연결부검토 복부판연결부의검토결과를확인하고구조계산서를생성합니다. 1. Dialog 대화창의 Checking Section List에서 CHK항목에단면검토결과를확인합니다.. Result view 창에서해당단면의세부검토결과를확인합니다. 3. 버튼을클릭하여구조계산서를생성합니다. Result Check Tip. Result View Result View에서는설계항목에의한검토결과가실시간으로표시되므로, NG 발생시계산서를출력하여확인하지않고도어떤설계항목에서불만족되었는지를확인할수있습니다. 도로교설계기준 ( 한계상태설계법 ) 에서는앞에서설명한바와같이이음판과연결볼트에대하여극한 / 사용 / 피로한계상태에따른별도의검토가수행되어야하므로전체의검토결과를한번에확인해야하는어려움이있지만, Result View를활용하면전체의설계 Flow에서불만족되는설계변수를빠르게찾을수있고, 수정한설계변수에대한검토결과또한실시간으로확인이가능하므로단면검토수행시간을획기적으로단축시킬수있습니다. 5-90

91 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) 5. 구조계산서검토 ( 복부판연결부 ) 1) 요약계산서확인 설계환경설정의계산서옵션에서 요약계산서 에 Check On 할경우전체검토결과에대한요약사항이정리된표가생성됩니다. Excel Report 5-91

92 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) ) 상세구조계산서확인 생성된구조계산서를통하여 Result View에서확인된검토항목에대하여상세한계산사항을확인합니다. Excel Report 5-9

93 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report e값은볼트배치에따라자동으로산정됩니다. C L 현장이음 e 5-93

94 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 볼트구멍의직경은 ' 볼트직경 + 3mm' 로고려됩니다. 5-94

95 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 5-95

96 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 5-96

97 5-6. 연결부설계 ( 플랜지 / 복부판연결부 ) Excel Report 지압강도검토는복부판과이음판의두께를비교하여얇은쪽을적용하고, 최외측볼트에대하여검토하므로앞에서산정된최외측볼트에작용하는작용력과비교하여설계합니다. 5-97