온도변화 및 복합재료 Ply Orientation을 고려한 Non-Composite 복합재료 교량 바닥판의 해석적 연구
Analytical Study of Non-Composite FRP Bfidge Deck Plate with Temperature Variation and Composite Ply Orientation
- 주제(키워드) 복합재료 교량 , 열응력 해석 , 진동해석 , 파괴 메커니즘 , Fiber Reinforced Polymer , Thermal Analysis , Frequency Analysis , Failure Mechanism
- 발행기관 江陵大學校 大學院
- 지도교수 鄭雨泳
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 2007. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 土木工學科
- 원문페이지 xii, 68 p.
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 연구는 복합재료 교량시스템의 활성화를 위한 초기 단계 연구로서 실제 설계, 시공되어진 복합재료 교량의 정밀해석과 이를 통한 복합재료교량의 파괴거동 및 설계기준 등을 조사하고자 하였다. 본 연구의 효율적인 여구를 위하여 실제 미국 NEW YORK 주 내에 설계, 시공되어있는 Non Composite 복합재료 교량을 대상으로 해석적 연구를 수행하였으며 본 연구에서 제안된 해석적 모델은 토대로 실제 미국에서 수행되어진 교량거동에 관한 실험하중 평가와 그 결과를 비교하였다. 특히 국내 복합재료 교량의 해석적 설계기준 평가를 위하여 보다 실질적이고 정확한 파괴모드의 조사 및 분석이 요구되어지므로 본 연구에서는 이를 위하여 기준의 해석적 연구에서 가벼운 중량으로 인하여 무시되었던 자중의 영향과 각 적층 layer에 설계된 Fiber의 적층 방향을 고려하여 해석하였다. 그 결과 복합재료 패널들의 제작 결함에 따른 이음부 파괴가 없을 경우 교량 상부 구조중 횡축 보에서의 국부 좌굴 파괴가 교량의 파괴를 지배할 것으로 본 연구 결과가 예측되었다. 이는 복합재료 교량 제작 시 복합재료 상판 패널과 보의 이음부가 Non Composite로 제작되는 경우 실제 제작되어진 복합재료 상판의 고 강성에 의하여 재하 하중에 의한 하부 강재 거더 좌굴이 선행되는 것으로 판단되며, 복잡재료 바닥판이 과다 설계되었음을 의미한다. 또한 매우 높은 주변 온도에서 복합재료 바닥판은 충분한 온도 수용력이 있음이 나타났으며, 화재로 인한 급격한 온도변화가 발생 할 경우 국부적인 지역의 큰 온도 경사로 응력이 크게 증가하여 Top Faceskin에서 복합재료 최초파괴가 예측되었다.
more초록/요약
Finite element static analysis has been performed to study the structural behavior and failure mechanisms of the FRP bridge deck. The numerical results were compared with the load-test results, provided by New York State Department of Transportation(NYSDOT.) The finite element analysis results when compared with field test data show excellent agreement. Two different types of possible structural failure mechanisms were evaluated, i.e FRP deck ans steel floor-beam failure, using the multi-step static analysis and linear bucking analysis. The results indicated that the lateral-torsional buckling failure, due to the lack of compositc action, would dominate and govern the overall structural failure of this bridge. Thermal-stress analysis indicated that FRP deck would have an adequate amount of reserved capacity during an extremely hot day. As the temperature gradient increased at a certain location in the event of a fire, Tsai-Hill failure index for the top faceskin rises more dramatically than the FRP cores and bottom faceskin due to the high temperature gradient of approximately 500℃. The combination of the truck load with the most severe thermal effect could lead the FRP deck to reach its failure.
more목차
제 1 장 서 론 = 1
1.1 연구배경 = 1
1.2 연구목적 및 범위 = 2
1.3 복합재료 바닥판의 연구동향 = 5
1.4 연구 내용 및 개요 = 6
제 2 장 섬유강화 복합재료(FRP) = 8
2.1 복합재료의 정의 = 8
2.2 복합재료의 일반적 특성 = 8
2.2.1 섬유강화 복합재료의 장점 = 8
2.2.2 섬유강화 복합재료의 단점 = 10
2.3 복합재료의 거시 역학적 해석 = 10
제 3 장 대상 구조물의 유한요소 해석 = 15
3.1 Bentley Creek 복합재료 교량 재원 = 15
3.1.1 교량 제원 = 15
3.1.2 복합재료 바닥판의 구조적 특징과 디자인 = 16
3.1.3 재료 성질 = 17
3.2 Finite Element Modeling = 18
3.2.1 기본 가정 = 18
3.2.2 Modeling Method = 19
3.2.3 Geometry and Boundary Condition = 21
3.2.4 Material Modeling = 22
제 4 장 정적 유한요소 해석 = 24
4.1 정적하중에 의한 현장 실험 = 24
4.2 유한요소 정적해석 = 25
제 5 장 파괴 Mechanism = 31
5.1 파괴이론 = 31
5.2 복합재료 파괴 기준 = 32
5.3 정적 부가하중 상태에서의 파괴 예측 = 33
5.3.1 복합재료 바닥판 파괴 예측 = 33
5.3.2 Beam 파괴 예측 = 43
5.4 선형 좌굴해석에 의한 파괴 Mechanism = 45
5.5 Frequency Analysis = 49
제 6 장 온도변화를 고려한 열응력 해석 = 52
6.1 열전달 3요소 = 52
6.2 열응력 해석 = 52
6.3 온도 경계조건 및 온도 증가에 따른 재료 성질 변화 = 53
6.4 극서 기후 아래에서의 복합재료 바닥판의 거동 = 56
6.5 화재 발생 시 복합재료 바닥판의 거동 = 58
제 8장 결 론 = 63
참고 문헌 = 65
