4축 단일차량에 의한 도로교의 동적응답에 관한 연구

정태주,Chung, Tae-Ju 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.3

본 연구에서는 4축 단일차량에 타이어의 접지폭을 고려한 새로운 3차원 차량모델을 개발하여 도로교의 동적응답을 구할 수 있는 수치해석방법을 개발하였다. 3차원 차량모델에는 타이어의 접지폭과 텐덤 스프링 차륜축의 피칭을 고려하고 4축 단일차량을 10-자유도를 갖는 차량으로 모델링하였다. 차량의 운동방정식은 Lagrange방정식을 사용하여 유도하였으며 Newmark-${\beta}$법을 사용하여 그 해를 계산하였다. 본 연구에서 개발한 3차원 차량모델을 이용하여 구한 수치해석 결과와 실제 교량에서 실시한 실험값을 비교 검토하여 그 타당성을 입증하였다. 수치해석으로 구한 해석값은 실험값과 매우 유사한 경향을 나타내었다. 차량의 동적 해석에서는 4축 단일차량인 24톤 덤프트럭이 여러 가지 스텝 범프를 통과할 때 발생하는 타이어력의 최대 충격계수를 구하였다. In this paper, a research for the dynamic wheel loads of a 3D vehicle model, which relates to a tire-enveloping model, is carried out. A single truck with four axles is modeled as a 10-D.O.F. vehicle by modeling both contact length of tires and pitching of tandem spring axles. The dynamic equations of the vehicle are obtained using the Lagrange's equation, the solution of the equations is calculated by Newmark-${\beta}$ method. The validity of the developed 3D vehicle model is demonstrated by comparing results obtained from the proposed method with those from experimental data. The maximum impact factors of tire force are evaluated according to the various step bumps on which a 24-ton dump truck is running.

타이어 접지폭을 고려한 3차원 차량모델에 의한 동적 차륜하중에 관한 연구

정태주,Chung, Tae Ju 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.1

본 연구에서는 타이어의 접지폭을 고려한 새로운 3차원 차량모델을 개발하여 차량의 동적하중에 대하여 연구하였다. 3차원 차량모델에는 타이어의 접지폭과 텐덤 스프링 차륜축의 피칭을 고려하여 대형차량인 2축 차량과 3축 차량을 각각 7-자유도와 8-자유도로 모델링 하였다. 차량의 운동방정식은 Lagrange 방정식을 사용하여 유도하였으며 IMSL에 내장되어 있는 5차 Runge-Kutter 방법을 사용하여 해를 계산하였다. 본 3차원 차량모델을 이용하여 수치해석한 결과와 Whittemore 등이 실시한 실험값을 비교 검토하여 그 타당성을 입증하였다. 수치해석으로 구한 결과는 실험값과 매우 잘 일치하였다. 차량의 동적 해석에서는 2축 차량인 8톤 덤프트럭과 3축 차량인 15톤 덤프트럭이 스탭 범프를 통과할 때와 여러 가지 종류의 도로를 1.0 km 주행하는 동안 발생하는 타이어력의 최대 충격계수를 구하였다. In this paper, research for dynamic wheel loads of 3-D vehicle model considering tire enveloping model is carried out. Heavy trucks with 2-axles and 3-axles are modeled by 7-d.o.f. and 8-d.o.f., in which contact length of tire and pitching of tandem spring axles is considered. Dynamic equations of vehicle are derived by using the Lagrange's equation and solution of the equation is calculated by 5th Runge-Kutter method. The validity of the developed 3-D vehicle model is demonstrated by comparing the results obtained by the present method and experimental data by Whittemore. The maximum impact factors of tire force are calculated when vehicle models of 8ton and 15ton dump truck are running on the different class roads with 1.0km and on the various step bump.

3차원(次元) 차량(車輛)모델을 사용(使用)한 강도로교(鋼道路橋)의 동적응답(動的應答) 관(關)한 연구(硏究)

정태주,박영석,Chung, Tae Ju,Park, Young Suk 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.5

본 연구에서는 교량과 차량을 3차원으로 모델링하고, 교량의 노면조도 및 교량과 차량 사이의 상호작용력을 고려하여 이동차량이 교량올 통과할 때 교량의 선형 동적해석을 수행할 수 있는 해석방법을 제시하였다. 교량의 노면조도는 평균값이 영인 정상확율분포로 가정한 지수 스팩트럴 밀도(PSD)를 사용하여 생성시켰다. 이 때 지수 스팩트럴 밀도는 양호한 도로에 대하여 C.J. Dodds와 J.D. Robson이 제안한 PSD값을 사용하였다. 차량은 트럭과 트랙터-트레일러를 각각 7-자유도와 12-자유도를 갖는 3차원차량으로 모델링하였고, 차량의 운동방정식은 Lagrange 방정식을 사용하여 유도하였다. 교량은 주형을 보요소로 이상화시키고 콘크리트 바닥판을 쉘요소로 이상화시켰으며 주형과 콘크리트 바닥판을 Rigid Link로 연결하여 3차원으로 모델링하였다. 차량의 운동방정식은 Newmark ${\beta}$법을 사용하고 교량의 운동방정식은 모우드 중첩법을 사용하여 풀었다. 본 연구에서 제시한 해석방법의 타당성을 검토하기 위하여 "AASHO Road Test"에서 실시한 단순 강합성교의 실험결과와 본 연구에서 제시한 해석적인 방법으로 구한 값을 비교하였다. 해석 결과, 본 연구에서 제시한 해석적인 방법으로 구한 값과 실험값이 매우 잘 일치하였다. This paper is presented to perform linear dynamic analysis of bridges due to vehicle moving on bridges. The road surface roughness and bridge/vehicle interaction are also considered. The bridge and vehicle are modeled as 3-D bridge and vehicle model, respectively. The road surface roughness of the roadway and bridge decks are generated from power spectral density(PSD) function for good road. The PSD function proposed by C.J. Dodds and J.D. Robson is used to describe the road surface roughness for good road condition. The vehicles are modeled as two nonlinear vehicle model with 7-D.O.F of truck and 12-D.O.F of tractor-trailer and the equations of motion of the vehicles are derived using Lagrange's equation. The main girder and concrete deck are modeled as beam and shell element, respectively and rigid link is used between main girder and concrete deck. The equations of motion of the vehicles are solved by Newmark ${\beta}$ method and the equations of the motion of the bridges are solved by mode-superposition procedures. The validity of the proposed procedure is demonstrated by comparing the results with the experimental data reported by the AASHO Road Test. The comparison shows that the agreement between experiment and theory is quite satisfactory.

타이어 접지폭을 고려한 3차원 차량모델에 의한 도로교의 동적해석

정태주(Chung Tae Ju) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.6A

본 연구에서는 차량과 교량을 3차원으로 모델링하고, 교량의 노면조도 및 교량과 차량 사이의 상호작용을 고려하여 이동 차량이 교량을 통과할 때 교량의 선형동적해석을 수행할 수 있는 수치해석방법을 제시하였다. 3차원 차량모델에는 타이어의 접지폭을 고려하고 탠덤 다판스프링 차륜축의 피칭을 고려하여 단일차량인 2축과 3축 차량 및 5축 트랙터-트레일러를 각각 7-자유도, 8-자유도 및 14-자유도로 모델링하였다. 차량의 운동방정식은 Lagrange 방정식을 사용하여 유도하였고, 그 해는 Newmark-β법을 사용하여 계산하였다. 교량의 노면조도는 평균값이 영인 정상확율분포로 가정한 지수스팩트럴밀도를 사용하여 생성시켰다, 교량은 주형을 보요소로, 콘크리트 바닥판은 쉘요소로 이상화시켰으며 주형과 콘크리트 바닥판 사이는 Rigid Link를 사용하여 3차원으로 모델링하였다. 교량의 운동방정식은 모우드 중첩법을 사용하여 풀었다. 본 연구에서 제시한 수치해석방법으로 구한 결과와 Whittemore 등과 Fenves 등이 실시한 실험값과 비교 검토하여 본 연구의 타당성을 입증 하였다. In this paper, numerical analysis method to perform linear dynamic analysis of bridge considering the road surface roughness and bridge-vehicle interaction when vehicle is moving on bridge is presented. The vehicle and bridge are modeled as three-dimension where contact length of tire and pitching of tandem spring are considered and single truck with 2-axles and 3-axles, and tractor-trailer with 5-axles are modeled as 7-D.O.F., 8-D.O.F., and 14-D.O.F., respectively. Dynamic equations of vehicle are derived from the Lagrange's equation and solution of the equation is obtained by Newmark-ß, method. The surface roughness of bridge deck for this analysis is generated from power spectral density (PSD) function. Beam element for the main girder, shell element for concrete deck and rigid link between main girder and concrete deck are used. The equations of the motion of bridges are solved by mode-superposition procedures. The proposed procedure is validated by comparing the results with the experimental data by Whittemore and Fenves.

3차원 차량모델에 의한 강판형교의 동적응답에 관한 연구

정태주(Tae Ju Chung),박영석(Young Suk Park) 한국강구조학회 1994 韓國鋼構造學會誌 Vol.6 No.2

This paper is presented to perform linear dynamic analysis of bridges due to vehicle moving on bridges. The road surface roughness and bridge /vehicle interaction are also considered. The bridge and vehicle are modeled as 3-D bridge and vehicle model, respectively. The equations of motion of the vehicles are solved by Nemark β method and the equations of the motion of the bridges are solved by mode-superposition procedures. The validity of the proposed procedure is demonstrated by comparing the results with the experimental data reported by the AASHO Road Test. The comparison shows that the agreement between experiment and theory is quite satisfactory. The simply supported steel plate girger bridge from $quot;The Standard Design Examples of The Highway Bridges Superstructure$quot; published by Ministry of Construction in Korea is used. The span of bridge is 40.0m and the width is 11.0m. The dynamic responses of the bridge is calculated for 15ton dump truck and 53T/C 40T/L tractor-trailer with different vehicle speed.

동적해석에 의한 강판형교의 동적응답

정태주(Chung Tae Ju),신동구(Shin Dong-Ku),박영석(Park Young-Suk) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.1A

본 연구에서는 교량의 노면조도 및 교량과 차량 사이의 상호작용을 고려한 수치해석방법을 사용하여 여러 매개변수에 대한 강판형교의 동적응답을 연구하였다. 대상교량은 건설교통부에서 제정한 “도로교 상부구조 표준도”에 수록되어 있는 지간이 20 m, 30 m와 40 m인 단순 강판형교를 사용하고, 여러 종류의 도로에 대하여 생성시킨 노면조도를 시용하였다. 차량은 2축과 3축 덤프트럭 및 5축 트랙터-트레일러인 표준트럭(DB-24)을 3차원으로 모델링하고, 교량은 주형을 보요소로, 콘크리트 바닥판은 쉘요소로 이상화시켰으며 주형과 콘크리트 바닥판 사이는 Rigid Link를 사용하여 3차원으로 모델링하였다. 이와 같은 차량 및 노면조도를 사용하여 강판형교의 지간별, 통행 차종별 및 노면조도별 충격계수와 DLA를 구하고 각국의 설계기준과 비교 검토하였다. Dynamic responses of steel plate girder bridges considering road surface roughness of bridge and bridge-vehicle interaction are investigated by numerical analysis. Simply supported steel plate girder bridges with span length of 20 m, 30 m, and 40 m from "The Standardized Design of Highway Bridge Superstructure" published by the Korean Ministry of Construction are used for bridge model and the road surface roughness of bridge decks are generated from power spectral density(PSD) function for different road. Three different vehicles of 2-and 3-axle dump trucks, and 5-axle tractor-trailer(DB-24), are modeled three dimensionally. For the bridge superstructure, beam elements for the main girder, shell elements for concrete deck, and rigid links between main girder and concrete deck are used. Impact factor and DLA of steel plate girder bridges for different spans, type of vehicles and road surface roughnesses are calculated by the proposed numerical analysis model and compared with those specified by several bridge design codes.

동적해석에 의한 도로교 동적하중허용계수의 LRFD 보정

정태주(Chung Tae-Ju),이창열(Lee Chang-Ryul),신동구(Shin Dong-Ku),박영석(Park Young-Suk) 대한토목학회 2006 대한토목학회 학술대회 Vol.2006 No.10

LRFD 보정을 위한 동적해석에 의한 도로교의 동적하중허용계수

정태주(Chung Tae Ju),신동구(Shin Dong-Ku),박영석(Park Young-Suk) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.3A

본 연구에서는 교량의 노면조도 및 교량과 차량 사이의 상호작용을 고려한 수치해석방법을 사용하여 구한 도로교의 동적 하중허용계수(DLA)를 LRFD 형식으로 신뢰도이론의 2차 모멘트법을 적용하여 보정하였다. 대상교량은 건설교통부에서 제정한 “도로교 상부구조 표준도”에 수록되어 있는 단순 PSC빔교와 단순 강판형교, 그리고 LRFD로 설계된 개구제형 단변을 갖는 강박스형교를 사용하고 “보통의 도로’에 대하여 생성시킨 10개의 노변조도를 사용하였다. 차량은 5축 트랙터-트레일러인 표준트럭(DB-24)을 3차원 차량모델로 모델링하고, 교량은 주형을 보요소로, 콘크리트 바닥판은 쉘요소로 이상화시켰으며 주형과 콘크리트 바닥판 사이는 Rigid Link를 사용하여 3차원으로 모델링하였다. 3가지 형식에 대한 10개의 교량에 각각 10개의 노면조도를 사용하여 해석적 방법으로 구한 100개의 해석결과와 OHBDC에서 사용한 보정 식을 사용하여 PSC빔교, 강판형교, 강박스형교 및 전체 대상교량에 대한 LRFD 형식의 DLA를 통계적으로 추정하였다. A reliability based calibration of dynamic load allowance (DLA) of highway bridge is performed by numerical dynamic analysis of various types of bridges taking into account of the road surface roughness and bridge-vehicle interaction. A total of 10 simply supported bridges with three girder types in the form of prestressed concrete girder, steel plate girder, and steel box girder is analyzed. The cross sections recommended in "The Standardized Design of Highway Bridge Superstructure" by the Korean Ministry of Construction are used for the prestressed concrete girder bridges and steel plate girder bridges while the box girder bridges are designed by the LRFD method. Ten sets of road surface roughness for each bridge are generated from power spectral density (PSD) function by assuming the roadway as "Average Road". A three dimensionally modeled 5-axle tractor-trailer with its gross weight the same as that of DB-24 design truck is used in the dynamic analysis. For the finite element modeling of superstructure, beam elements for the main girder, shell elements for concrete deck, and rigid links between main girder and concrete deck are used. The statistical mean and coefficient of variation of DLA are obtained from a total of 100 DLA results for 10 different bridges with each having 10 sets of road surface roughness. Applying the DLA statistics obtained, the DLA is finally calibrated in a reliability based LRFD format by using the formula developed in the calibration of OHBDC code.

차량-교량 상호작용을 고려한 동적하중허용계수 해석

정태주(Chung Tae-Ju),이창열(Lee Chang-Ryul),신동구(Shin Dong-Ku),박영석(Park Young-Suk) 대한토목학회 2005 대한토목학회 학술대회 Vol.2005 No.10

노면조도와 단차를 고려한 2경간연속 판형교의 충격계수에 관한 실험 및 해석적 연구

박영석,정태주,Park, Young Suk,Chung, Tae Ju 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.9 No.3

차량이 교량을 통과할 때 교량에 발생하는 충격계수는 교량의 설계시 매우 중요한 인자이다. 본 연구에서는 2연속 강판형교의 지간 중앙점에 발생하는 충격계수에 관한 실험 및 해석적 연구를 수행하였다. 교량의 수치해석시 교량과 차량은 3차원으로 모델링하였으며. 교량의 노면조도는 Intelligent Total Station으로 직접 측정하여 사용하였다. 이때 교량의 주형은 보요소, 콘크리트 바닥판은 쉘요소를 사용하고 주형과 콘크리트 바닥판 사이는 Rigid Link를 사용하여 연결시켰다. 교량과 차량 사이의 상호작용을 고려하여 차량의 운동방정식을 유도하였으며, 차량의 여러 가지 주행속도에 따른 교량의 지간 중앙점에서의 충격계수를 구하여 우리나라 및 외국의 시방서 규정과 비교 검토하였다. The prediction of the dynamic response of a bridge resulting from passing vehicles across the span is a significant problem in bridge design. In this paper. the static and dynamic experiments are performed to understand the dynamic behavior of an actual two-span steel plate girder bridge. The road surface roughness of the roadway and bridge deck is directly measured by Intelligent Total Station. Numerical scheme to obtain the dynamic responses of the bridges in consideration of measuring road surface roughness and 3-D vehicle model is also presented. The bridge and vehicle are modeled as 3-D bridge and vehicle model, respectively. The main girder and concrete deck are modeled as beam and shell elements, respectively and rigid link is used for the structure between main girder and concrete deck. Bridge-vehicle interaction equations are derived and the impact factors of the responses for different vehicle speeds are calculated and compared with those predicted by several foreign specifications.