SAP2000®

Basic Manual

GRAPHIC USER INTERFACE & EXAMPLE

2000.3.20

목차 1. SAP2000 FULL DOWN MENU 구성 2. 예제 교량의 모델링

2.1 기본 모델링 FLOW CHART 2.2 2경간 라멘교

2.2.1 MESH 그리기 2.2.2 재료 및 단면의 정의(DEFINE)와 할당(ASSIGN) 2.2.3 지점조건의 할당 2.2.4 하중의 정의 및 할당 2.2.5 OUTPUT CONTROL 2.2.6 POST PROCESSING – OUPUT DISPLAY

2.3 곡선 격자형교 상부구조 모델링 2.3.1 MESH 그리기 2.3.2 재료 및 단면의 정의와 할당 2.3.3 지점조건의 할당 2.3.4 하중의 정의 및 할당 2.3.5 OUPUT DISPLAY

1. SAP 2000의 메뉴 구성

SAP2000의 기본적인 Modeling 방법은 Draw Menu를 이용해 Mesh를 구성한 후 Define Menu에서 정의된 재료와 단면의 특성을 Assign Menu를 통해 각 부재나 절점에 할당하는 것이다.

1.1 File Menu

New Model from Template… : Sap2000상에 이미 Modeling되어 있는 구조물을 기반으로 하여 쉽게 Mesh를 구성할 수 있도록 한다.

Print Output Tables… : 선택된(혹은 전체) 요소(절점) 의 해석결과를 Printer 나 File 로 출력시킨다. 일부 요소의 Output만을 .txt file로 저장하는데 효과적이다.

1.2 EDIT MENU

Copy And Paste… : 절점이나 요소를 선택하여 복사한 후 원위치에서 dx,dy,dz만큼 이동시켜 붙여넣는다.

복사할 요소와 절점을 선택한 후에 Control+C로 Copy 한 후 Control+V 를 누르면 그림과 같이 복사될 위치를 선택할 수 있는 창이 뜨게 된다.

Merge Joints… : Merge Tolerance를 정의하도록 되어 있으며, 선택된 절점들이 Tolerance

내에 있을 경우 한 개의 절점으로 간주한다. Option Menu > Preferences >Dimension > Auto Merge Tolerance 참고

Replicate…: Cad의 Array나 Mirror와 같은 역할을 하며, Linear와 Radial Array를 지원한다. Copy와는 달리 요소만을 복사할 수 있다.

Linear : 복사할 요소를 선택한 후 Control+R(Replicate)를 누르면 그림과 같은 option 창이 뜨며, 요소를 X 방향으로 5m간격씩 10 개 복사할 경우 그림과 같이 입력하면 된다. (요소의 총개수는 11개)

Radial : 정의되어 있는 좌표계의 한축을 기준으로 일정각도만큼 회전시키며 요소를 복사한다. 그림에서는 Z 축을 기준으로 –3도 간격의 요소를 10 개 생성하도록 하고 있다. Option Menu > Set Coordinate System… 참고

Move… : 선택된 요소나 절점을 원위치에서 dx,dy,dz만큼 이동시킨다. 단축키 : Control+M

Divide Frames… : 한 개의 Frame 요소를 등분할 및 비율분할 수 있으며, Frame 내에 Joint를 추가하여 분할할 수도 있다.

한 개의 Frame 요소를 두개의

Frame 요소로 등분할 하는 경우 : 분할하고자 하는 요소를 선택한 후 MENU 의 Edit > Divide Frame…을 선택하여 그림과 같이 입력하면 절점이 한 개 추가되면서 두개의 Frame 요소로 변환된다.

절점을 추가하여 Frame 요소를 분할할 경우 : 분할하고자 하는 위치에 Joint를 추가하고 Frame과 Joint를 선택한 후 MENU 의 Edit > Divide Frame...을 선택하면, 그림과 같이 추가된 Joint 위치에 따라 3 개의 Frame으로 분할할 수 있다.

Join Frames : 분할되어 있는 Frame 요소를 한 개의 요소로 변환시킨다.

Disconnect And Connect : 서로 연결되어 있는 요소를 분리시키거나, 분리되어 있는 요소를 연결시킨다. (내진해석시 POT SHOE를 모델링할 때 사용할 수 있다.)

Frame 요소 1 과 2 는 절점 2 를 공유하면서 서로 연결되어 있는 상태이다. 요소를 서로 분리시켜 절점을 공유하지 않도록 하기 위해서는 절점 2 를 선택한 후에 MENU 의 Edit > Disconnect 을 선택하면 그림과 같이 같은 위치에 절점 6이 추가 되면서 Frame 1과 2는 서로 분리된다. (Frame 1은 절점 1과 2로 구성되며, Frame 2는 절점 6과 3으로 구성된다.)

Change Labels… : 요소나 절점의 Label을 sort시킨다. 오른쪽 그림과 같이 절점과 요소의 번호가 불규칙적으로 생성되었을 경우, 각 부재와 절점을 선택한 후에 Change Labels Menu에서 첨두어, 시작 절점 및 요소의 번호, 번호의 증가량 등을 입력하고, 절점과 요소의 번호 정렬 순서를 Relabel Order 에서 결정해주면 왼쪽 그림과 같이 절점과 요소의 Label이 순차적으로 정렬된다. (그림에서는 Y축과 X축 방향을 기준으로 Label을 정렬하고 있다.)

<참고> 변경하고자 하는 절점이나 요소에 마우스를 데고 오른쪽 버튼을 클릭하면 절점과 요소에 대한 정보창이 뜨므로, 절점의 좌표와 번호, 요소의 번호 등을 변경할 수 있으며, 요소를 구성하는 절점번호와 단면할당 상태 등을 점검할 수 있다.

1.3 View Menu Set Elements : 요소나 절점을 화면상에 Display하는 Option을 정의한다.

- Shrink Elements : 요소의 절 점구성 상태를 화면상에서 쉽게 확인하기 위해 절점간

요소의 크기를 축소시킨다. - Show Extrusions : 정의한 단면의 치수대로 화면에 표시한다. - Fill Elements : Shell, Solid 요소에 색을 채워 화면에 표시한다. - Show Edges : 요소의 외곽선의 화면에 표시한다.

1.4 Define Menu

Materials… : 재료의 특성의 정의, 수정하는 곳으로 탄성계수, 포아슨비, 열팽창계수, 단위중량, 단위질량을 입력한다.

Frame Sections.. :

- Import ~ : AISC등에서 기존에 정의해둔 단면을 불러들여 사용한다. - Add 단면형태 : 단면의 치수를 입력하여 단면을 정의한다. 이때 모델링된 요소의

Local Axis와 단면 정의시 Local Axis방향을 확인하여 일치하도록 하여야 한다. - Add General : 단면 상수를 계산하여 직접 입력할 때 사용한다. - Add Nonprismatic : 길이 방향으로 단며치수가 변하는 부등단면을 정의할 때 사용하며, 두개 이상의 단면이 정의되어 있을 때만 메뉴상에 나타난다.

< Add Rectangular > < Add General >

- Length Type

Variable : 부재의 길이를 1로 할때의 상대 거리 Absolute : 부재의 실제길이를 사용한 거리

- EI Variation Linear, Parabolic, Cubic

< Add Nonprismatic > <Example> 한 부재의 단면이 Sec1에서 Sec3로 선형적으로 변하는 경우.

i j

L/2 L/2

Section : Sec1 Sec2 Sec3

NLLink Properties … : NLLink 는 절점간을 Damper 나 Hook 등으로 연결하는 요소로 비선형 재료특성을 정의할 수 있다. 탄성받침이나 기초분리장치 등을 모델링할 수 있다.

Static Load Cases … : 하중 Case를 정의하는 Menu로 Type은 해석상 중요한 의미를 갖지 않으며, Self Weight Multiplier 는 Material Properties 에서 단위중량을 입력했을 경우 모든 하중 Case 에 정의된 downward 방향의 자중이 더해지게 되므로, 이에 대한 Scale Factor역할을 한다.

Moving Load Cases … : 차선, 차량 등 이동하중과 관련된 Data를 정의하는 메뉴로, 여기서 정의된 이동하중에 의한 부재의 최대 단면력은 영향선 해석을 통해 결정된어 진다.

- Lanes … : 이동하중이 재하될 차선을 정의한다. 차선을 구성한는 Frame 요소(Lane

Element)의 번호와 편심을 순차적으로 입력한다. 이때 Frame 요소의 입력 순서에 따라 차선이 방향이 결정되고, 차량이 차선을 정의하는 Frame 요소를 따라 이동한다고 가정할 경우 실제 차선이 Frame 요소의 왼쪽에 있을 때 (+)편심을 갖게 된다.

- Vehicles … : 이동하중을 정의한다. - Add Standard Vehicles : AASHTO등에서 정의해둔 HS, H Type 등의 표준 차량, 차선하중을 사용한다. KHBDC 에서 정의한 표준차량,차선하중 (DB,DL)이 정의되어 있지 않으므로 General Vehicle을 이용해야한다.

- Add General Vehicle :

Floating Load는 DL하중의 Pm과 Ps를 표현하기 위한 것으로 Double Valued에 체크한 후, Lane Moment에는 Pm을 Other Response에는 Ps를 각각 입력하면 된다. <Example> VEHICLE NAME=GEN1 TYPE=GEN P=4.8 D=4.2,4.2 P=19.6 D=4.2,4.2 P=19.6 VEHICLE NAME=GEN1 TYPE=GEN P=5 D=1,1

4.8ton 19.6ton 19.6ton

4.2~9m4.2m

20ton/m 5ton

1m 3m

W=20 D=3,3 Vehicle Classes… : 정의한 차량 및 차선하중의 Group을 정의한다.

Bridge Responses … : 이동하중에 의해 결정될 교량의 응답을 선택한다.

- Select Group : 응답을 얻고자 하는 요소가 Group으로 정의 되어 있을 경우, 해당 Group 에 대한 영향선 해석만을 수행하므로 해석시간이 단축되고, Output이 간결해 진다. - Method of Caculation : Refinement Level을 크게할수록 정확도가 높아지나 해석시간이 늘어난다. 일반적인 교량이 경우 Exact 로 하여도 해석시간엔 무리가 없다.

Moving Load Cases … :

- Moving Load Case Name : 이동하중 Case의 이름 정의 - MutiLane Scale Factors : 각 Lane마다 Scale Factor 할당(3차선 이상 재하시 0.9, 4차선 이상 재하시 0.75등 차선에 따른 Factor 정의시에 사용할 수 있다.) - Vehicle Class-Lane Assignments : 정의된 이동하중그룹을 차선에 할당한다. 필요한 만큼 할당수를 증가시킬 수 있으며, 기존 데이터를 수정하거나 삭제한다. - Add, Modify Assign 단추를 누르면 아래와 같은 창이 뜨게 된다. - Assignment Data : Assignment Number : Vehicle Class-Lane Assignments의 순서에 따라 순차적으로 증가한다. Vehicle Class에서 사용할 이동하중 그룹을 선택하고 Scale Factor 를 결정한다. 그리고 그 그룹이 재하될 수 있는 최소 차선수와 최대 차선수를 입력한다. 만약 최소 차선수가 1 이고 최대차선수가 3 이면, 이 이동하중 그룹은 할당된 차선중 1~3 개의 차선에 임의로 재하될수 있음을 나타낸다. 최대차선수를 0 으로 하면 할당된 모든 차선에 재하된다.

<Example> 1) 1~4차선 재하시에 해당하는 차선이 4개가 정의 되어 있고, DB24하중과 DL24하중을 각각 나누어 재하하는 경우 MOVING LOAD NAME=DB24 RF=1,1,0.9,0.75 CLASS=DB24 LANE=* LMIN=1 LMAX=4

NAME=DL24 RF=1,1,0.9,0.75 CLASS=DB24 LANE=* LMIN=1 LMAX=4

2) 정의된 4 개의 차선중 DB-24 하중은 3,4 번 차선중 한 개 차선에만 재하하고, DL-24 하중은 나머지 차선중 1개 차선 이하로 재하 될 경우 MOVING LOAD NAME=XXX CLASS=DB24 LANE=3,4 LMIN=1 LMAX=1 CLASS=DL24 LANE=* LMIN=0 LMAX=1

2. 2경간 연속 라멘교의 해석

2.1 교량의 제원

- 콘크리트 단위중량 3/5.2 mt=γ

- 콘트리트 탄성계수 2/65.2 mteE = , 선팽창 계수 50.1 −= eα

- 교 폭 : 5.853m

27.916

12.574 12.574 0.958 0.958 0.852

0.400X1.200 0.400X1.200

0.90

0 3.

634

1.00

0 5.

534

x

y z

5.73

4

26.958

1.679 5.087 5.087 1.626 1.626 5.087 5.087 1.679

4.08

4

2.04

22.

042

3.29

23.

292

6.58

4

x

y z

2.2 Mesh 그리기

프로그램 시작… ① File > New Model … > Cartesian Coordinate 선택 , Grid Space의 개수를 0으로 하여

Grid Line이 Global 좌표축에만 생기도록 한다. ② 우측 하단에서 해석에 사용할 단위계를 Ton-m로 바꿔준다.

(모델링 도중 바꾸게 되면, 길이나 하중의 값이 바뀐 단위계로 환산되므로 주의!) ③ 2D의 X-Z좌표계로 화면을 변환시킨다.

Frame Mesh형성…

① Draw > Add Special Joint 로 원점에 절점을 그린후 Edit > Copy, Paset를 이용해 절점을 Z축으로 4.084만큼 이동시켜 복사한다.

② Draw > Draw Frame Element 로 좌측 Frame 요소를 그리되, 그리는 방향에 따라 Element의 Local Axis를 결정하므로 주의해야 한다. (이 예제에선 아래에서 위로 그리기로 한다.)

③ 벽체요소 2 개 복사하기 : 생성된 Frame 요소를 선택한 후, Ctrl+R 키를 눌러 Edit>Replicate menu를 불러내어 X축 방향으로 13.479간격으로 2개를 복사한다.

④ 벽체의 상단 절점을 이어 슬래브를 나타내는 Frame 요소를 생성한다.

①

②

③

<벽체 Frame요소의 복사>

⑤ 중앙 벽체 하단의 절점을 선택하여 Ctrl+M으로 Z축으로 –2.5만큼 이동시킨다. ⑥ 벽체요소의 등분할 : 3 개의 벽체 Frame 을 선택하고 Edit > Divide Frame 에 Divide

into 2 Frame, 분할비율을 1로 정의한다. ⑦ 헌치부 Frame 요소 형성 : 좌우측 벽체상단의 절점을 선택하여 X 축으로 각각

1.679,-1.679 만큼 이동하여 복사하고, 중앙벽체 상단의 절점도 이와 같이 헌치부 까지 복사해둔다. 복사한 절점들과 상부 슬래브의 Frame을 선택하고, Edit > Divide Frame에서 Break at Intersections with selected Frames and Joints를 선택하여 헌치부 Frame요소를 생성한다.

⑧ 지간중앙의 슬래브 요소(2개)를 선택하고 ⑤와 같이 등분할 한다. ⑨ View > Set Elements 의 Shrink Elements로 부재의 연결상황을 확인한다.

[Shrink Element]

[벽체 요소 등분할]

[절점에 의한 요소분할]

2.3 재료성질 및 단면 정의

재료성질 정의…

① Define > Materials > Add New Material 을 선택하여 Material Name을 RC로 하고 재료성질을 입력한다. 이때 구체자중은 Frame Load 로 입력할 것이므로 단위중량과 단위질량을 입력할 필요는 없으며, Design은 Other로 선택한다. (단면설계 옵션을 사용치 않음.)

단면 정의…

① Define > Frame Sections > Add Rectangular을 선택한다. Section Name을 Wall로 하고

Material 은 앞서 정의해둔 RC 를 선택한다. 양단 벽체의 단면의 폭과 높이를 입력하되, 반드시 부재의 Local Axis 를 확인한다. 중간 벽체의 단면이름은 Pier 로 하고 마찬가지로 단면의 치수를 입력한다.

② 다시 Add Rectangular 를 선택하고, ①과 같이 슬래브 중앙부와 지점부의 단면을 입력하고 각각 Section Name을 Slab과 Supp로 정의한다.

③ Add Nonprismatic 을 선택하여 길이방향으로 단면이 변하는 헌치부의 부등단면을 정의한다. Var1 은 단면이 Supp 에서 Slab 으로 변하는 것으로 하고, Var2 는 Slab 에서 Supp로 변하는 것으로 정의한다. 이때 EI의 Variation은 Linear로 한다. (Length Type은 Variable로 하였으므로 Length엔 1을 입력한다.)

< Slab 단면의 입력> <부등단면의 정의 - Var1>

☞ Frame 및 Joint Label 의 수정 Edit > Change Label과 Joint, Frame Information Window상에서 수정할 수 있다.

2.4 지점조건 할당 및 Load Cases 정의

지점조건의 할당 ① 지점조건을 할당할 Joint를 선택하고 Assign > Joint > Restraints > Restraint in Local

Directions창에서 지점 조건에 따라 자유도를 구속하고 OK를 누르면 된다. ② Joint의 Local Axis는 기본적으로 Global Axis와 같지만, Assign > Joint > Local Axis에서 축을 회전할 수 있다. (사교나 곡선교의 지점조건을 구성할 때 사용한다.)

Load Cases 정의

① 본 예제에서는 사하중, 활하중, 온도하중, 토압만을 고려하기로 한다. 따라서 Moving Load Case로 따로 정의 되는 활하중을 제외하고, 3개의 Load Case를 정의해 두어야 한다.

② Define > Static Load Cases > Add New Load 로 Load Case를 추가한다. Material에 단위중량을 입력하지 않았으므로 Self Weight Multiplier는 의미가 없다.

☞ 지점조건을 Spring으로 Modeling 하는 경우

Assign > Joint > Springs…에서 절점의 Local 방향의 자유도에 해당하는 Spring Stiffness 를 입력할 수 있다. 변위가 Coupling 되는 경우(Stiffness Matrix 의 Non-diagonal 항이 있을 경우) Advanced에서 Stiffness Matrix를 직접 정의할 수 도 있다.

2.5 단면의 할당

Frame Section의 할당

① 벽체 Frame을 선택하고 Assign > Frame > Sections 에서 Wall을 선택한다. 슬래브와 헌치의 Frame 요소도 벽체와 마찬가지로 해당 요소를 선택하고 단면을 할당한다.

2.6 Static Load의 정의 및 할당

구체자중의 정의 및 할당 단면이 실제 치수대로 입력되어 있으므로 Material 정의시 단위 질량을 입력하고 Assign

> Frame Static Loads > Gravity 에서 중력이 작용하는 방향에 중력가속도를 입력하여 자중을 재하할 수도 있지만, 본 예제에서는 Uniform Load 와 Trapezoidal Load 을 이용하여 Frame에 직접 재하하기로 한다

① 벽체의 등분포 하중 입력 : 하중을 재하할 양단 벽체 Frame 을 선택하고 Assign > Frame Static Loads > Point and Uniform 에서 Load Case Name 은 이미 정의 해둔 Static Load Case 중 Dead 를 선택하고, Load Type 은 Force 로 선택한다. 하중방향은 Global 이나 Local Axis 방향으로 재하할 수 있으나 본 예제에서는 Grobal Axis 의 방향을 사용하기로 한다. 따라서 Direction 은 Grobal Z 로 선택 해야 하며, 부재 전 길이에 재하되는 등분포 하중이므로 Uniform Load 에 –14.018 을 입력한다. 중간 벽체도 위와 같은 방법으로 자중을 재하한다.

② Slab 의 등분포 하중 입력 : 15.722t/m2 이 재하될 Frame 요소를 선택하고 Assign > Frame Static Loads > Point and Uniform 에서 Load Case Name : Dead, Load Type : Force, Direction : Global Z , Uniform Load : -15.722를 입력한다.

③ 헌치부 자중 입력 : 하중이 등분포 형태가 아니므로 Assign > Frame Static Loads > Trapezoidal 을 이용해 하중을 입력한다. 먼저 하중이 21.575 에서 15.722 로 변하는 요소 A를 선택하고 Assign > Frame Static Loads > Trapezoidal에서 Load Case Name: Dead, Load Type : Force, Direction : Global Z 를 입력한다. 부재의 전체 길이를 1로 보는 Relative Distance From I 를 선택하고 Trapezoidal Loads항의 3,4 항목은 전부 0으로 바꿔준다. 1 번 항목에 Distance: 0 , Load : -21.575, 2 번 항목에 Distance : 1, Load : -15.722를 입력한다. Frame B경우는 1,2항목의 Load값을 바꾸어 입력하면 된다. ④ Display > Show Loads > Frame 에서 Load Name : Dead를 선택하고 Show Loading Value를 체크하면 하중재하 상태를 화면 상에서 확인할 수 있다. ☞ Sap2000 의 Pre-processor 상에서 정의된 하중은 단면이나 재료와 같이 그 Data 가 남아 있지 않으므로 하중의 위치나 값만을 수정할 경우에는 Text Input File (.s2k)을 직접 수정하는 것이 편리하다.

21.575t/m 15.722t/m

21.575t/m 15.722t/m

21.575t/m

14.018t/m 14.018t/m 12.467t/m

A AB B

<Slab의 등분포하중 입력> <헌치부 분포하중 입력> ◈ .s2k Input File에서의 구체자중 입력 LOAD NAME=DEAD SW=1 TYPE=DISTRIBUTED SPAN ADD=F1 RD=0,1 UZ=-14.018,-14.018 ADD=F2 RD=0,1 UZ=-14.018,-14.018 ADD=F12 RD=0,1 UZ=-14.018,-14.018 ADD=F11 RD=0,1 UZ=-14.018,-14.018 ADD=F4 RD=0,1 UZ=-15.722,-15.722 ADD=F5 RD=0,1 UZ=-15.722,-15.722 ADD=F8 RD=0,1 UZ=-15.722,-15.722 ADD=F9 RD=0,1 UZ=-15.722,-15.722 ADD=F6 RD=0,1 UZ=-15.722,-21.575 ADD=F10 RD=0,1 UZ=-15.722,-21.575 ADD=F3 RD=0,1 UZ=-21.575,-15.722 ADD=F7 RD=0,1 UZ=-21.575,-15.722

- RD는 Relative Distance를 나타낸다. 부재의 실제 길이를 이용할 경우 : D - 하중 분포의 변화는 Local 1축을 기준으로 한다. - UZ 는 Global Z 축으로의 병진자유도를 나타내며, 회전자유도일 경우 RZ 등으로 표현한다. 또한 Local 축을 사용할 경우에는 U1,U2,U3,R1,R2,R3 등으로 나타낸다.

토압의 정의 및 할당 구체자중의 입력과 같이 Trapezoidal Load 을 이용해 하중을 입력하며, Load Direction 은 Global X, Load Case Name은 Static Load Case에서 정의해둔 Lateral을 선택한다.

온도하중 정의 및 할당

전체 온도 증가량 : 10 o C , 바닥판 상하연 온도차 : 5 o C ① 전체 온도 증가에 의한 하중 : 구조물 전체를 선택하고 Assign > Frame Static Loads

> Temperature 에서 Load Case Name : Temper, Type : Temperature (전체온도 승강을 나타낸다.) , Temperature : By element Temperature를 선택하고 온도 증가량 10 o C을 입력한다.

② 바닥판 상하연 온도차에 의한 하중 : 슬래브의 Frame 요소를 선택하고 Assign > Frame Static Loads > Temperature 에서 Load Case Name : Temper, Type : Temperature Gradient 2-2 (단면의 2 축방향에 따른 온도변화율을 나타낸다.) , Temperature : By element Temperature를 선택하고 온도 변화율 5/0.9=5.556 o C/L을 입력한다. 전체 오도 증가에 온도차에 의한 영향이 한 하중 Case에 더해지는 것이므로 Option 은 반드

5.196t/m

15.379t/m

25.562t/m

시 Add to existing loads를 선택한다. ☞ Temperature의 By Joint Pattern 부재의 길이 방향(1 축 방향)에 따라 온도변화의 분포가 다를 때 사용하는 Option으로 절점간 온도변화의 형태를 Joint Pattern 으로 미리 정의해 두어야만 사용한 수 있다.

<전체 온도증가> <상하연 온도차> ◈ .s2k Input File 에서의 온도하중 입력 NAME=TEMPER SW=1 TYPE=TEMPERATURE ELEM=FRAME ADD=F1 T=10 ADD=F2 T=10 ADD=F14 T=10 ADD=F13 T=10 ADD=F12 T=10 ADD=F11 T=10 ADD=F3 T=10, T2=5.556 ADD=F6 T=10, T2=5.556 ADD=F7 T=10, T2=5.556 ADD=F10 T=10, T2=5.556 ADD=F4 T=10, T2=5.556 ADD=F5 T=10, T2=5.556 ADD=F8 T=10, T2=5.556 ADD=F9 T=10, T2=5.556

Pr Pr Pf

Pr = 37.778 ton Pf = 9.445 ton

4.2m 4.2~9m

2.7 이동하중의 정의

DB / DL 하중의 정의 ① View > Set Elements > Frames > Label을 체크하여 화면상에 Frame의 Label이 나타나

도록 한다. ② 차선의 정의 : Define > Moving Load Cases > Lanes > Add New Lanes 에서 Lane Name :

Lane1 을 입력하고 차선을 구성하는 Frame 의 Label 을 순차적으로 입력한다. (벽체의 강성이 크므로 편심의 영향은 크지 않으므로 편심은 0으로 한다.)

③ DB-24하중의 정의 : Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles 에서 Vehicle Name : DB24로 입력하고, Leading and Trailing Loads 항의 First Axle Load에 Pf에 해당하는 값을 입력한다. 차량하중이므로 Floating Axle Load는 사용치 않으며 Intermediate Loads 의 첫번째 항에 Pr 에 해당하는 하중을 입력하고 Min Distance 와 Max Distance 에 4.2m 를 입력하고 Add 를 누른다. 두번째 항에도 마찬가지로 Pr하중을 입력하고 Min Distance에는 4.2m, Max Distance에는 9m를 입력한다.

<Lane의 정의> < DB-24하중의 정의>

④ DL-24하중의 정의 : Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles 에서 Vehicle Name : DL24로 입력하고, Leading Uniform Load나 Trailing Uniform Load에 W 에 해당하는 하중을 입력한다. Floating Axle Load 의 Double Valued 에 체크하고 for Lane Moment에는 Pm에 해당하는 하중을, for Other Responses에는 Ps에 해당하는 Ps에 해당하는 하중을 입력한다.

군용 차량하중의 정의

① 군용궤도 차량하중의 정의 : Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles 에서 Vehicle Name : Tank로 입력하고, Intermediate Load의 Uniform에 Pt에 해당하는 하중을 입력하고 Min Distance와 Max Distance에는 각각 4.5m를 입력한다.

② 군용차륜 하중의 정의 : Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles Vehicle Name : Trailor 로 입력하고 P1 에 해당하는 하중을 입력하고 Intermediate Loads의 Axle Load에 P2~P5에 해당하는 하중과 하중간격을 입력한다.

Pm, Ps w

W=1.626 t/m Pm=13.829ton Ps=19.976ton

4.5m

Pt

이동하중 그룹의 정의

① Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles > Add New Class 에서 Vehicle Class Name : General을 입력하고, Vehicle Name에서 DB24와 DL24를 ADD시킨다. (본 예제에서는 이동하중 그룹을 일반하중과 군용하중으로 구분할 것이며, 이중 큰 응답을 발생시키는 하중그룹을 활하중으로 사용할 것이다.)

② Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles > Add New Class 에서 Vehicle Class Name : Military을 입력하고, Vehicle Name에서 Tank와 Trailor를 ADD시킨다.

Bridge Response의 정의

① Define > Moving Load Cases > Bridge Responses 에서 Reaction과 Frame Force만 체크하고 계산 방법은 Exact로 한다.

P1 P2 P3 P4 P5

3.6 1.5 4.5 4.5

P1 = 23.49 ton P2 = 46.98 ton P3 = 46.98 ton P4 = 33.93 ton P5 = 33.93 ton

Moving Load Case의 정의 일반차량하중 그룹인 General 과 군용하중 그룹인 Military 가 각각 Lane 1 에 재하 되는 2가지 Case를 정의한다.

① Define > Moving Load Cases > Moving Load Cases > Add New Load 에서 Moving Load

Case Name : General로 입력하고, Multi Lane Scale Factor 는 Lane 1에 1로 할당한다. Vehicle Class – Lane Assignments 항목에서 Add New Assign을 클릭하면 이동하중 그룹을 재하할 차선을 선택하게 된다. Assignment Data 항목에서 Vehicle Class는 일반차량하중 그룹인 General을 선택하고 이 하중에 대한 Scale Factor를 1로 입력한다. General 이라는 하중그룹이 재하될 차선은 1 개 밖에 없으므로 Min. Number of Loaded Lane과 Max. Number of Loaded Lane은 1로 입력한다. Assignment Lane 항목에서는 하중그룹에 차선을 할당하는 것으로 Lane1 을 선택하고 Add시킨다.

② Define > Moving Load Cases > Moving Load Cases > Add New Load 에서 Moving Load Case Name : Military 로 입력하고, ①과 같은 순서로 입력하되 차량하중 그룹은 Military로 선택한다.

◈ .s2k Input File을 통한 Moving Load Case의 정의

General 과 Military중 선택

VEHICLE NAME=DB24 TYPE=GEN P=9.445 D=4.2,4.2 P=37.778 D=4.2,9 P=37.778 NAME=DL24 TYPE=GEN W=1.626 PM=13.829 PXM=19.976 NAME=TANK TYPE=GEN W=23.186 D=4.5,4.5 NAME=TRAILOR TYPE=GEN P=23.49 D=3.6,3.6 P=46.98 D=1.5,1.5 P=46.98

D=4.5,4.5 P=33.93 D=4.5,4.5 P=33.93 VEHICLE CLASS NAME=GENERAL VEHI=DB24 VEHI=DL24 NAME=MILITARY VEHI=TANK VEHI=TRAILOR BRIDGE RESPONSE ELEM=JOINT TYPE=REAC ADD=*

ELEM=FRAME ADD=* MOVING LOAD QUICK=0 CORR=N TOL=.0001 NAME=GENERAL RF=1 CLASS=GENERAL LANE=* LMIN=1 LMAX=1 NAME=MILITARY RF=1 CLASS=MILITARY LANE=* LMIN=1 LMAX=1

2.8 해석수행 및 해석 결과 보기

Ouput Option정의 ① Analyze > Set Options 의 Available Dof항목에서 모델링한 구조물의 가능한 자유도를

Check 해준다. X-Z평면상의 2-D Frame이므로 자유도는 UX,UZ,RY이지만, 단순한 구조물이므로 모든 자유도를 check해도 해석 시간에는 차이가 없다.

② Generate Output 을 check 하고 Select Output Option 버튼을 클릭하면, Select Output Result 창을 열수 있다. 여기서 Text Output File (.OUT )에 출력시킬 결과치와 Load Case를 선택할 수 있다.

③ .S2K Input File 생성 : File > Export > Sap2000 . S2K 를 선택하여 File Name을 입력하

고 Input File을 저장한다. Input File 을 보고 마지막으로 Data를 체크한다. (.S2K File을 반드시 만들어야 해석이 가능한 것은 아니다.) Element 를 선택하여 Output 을 출력하는 기능은 없다.

④ 해석 : Analyze > Run

Output Display

① Deformed Shape : Display > Show Deformed Shape 에서 Load Case에 따라 처짐형상을 나타내며, Wire Shadow를 선택하면 변형전 형상이 겹쳐 출력된다.

우측 하단의 Start Animation 단추를 누르면 변형형상을 동적으로 표현할 수 있으며, 좌우측 화살표에 따라 Load Case 를 바꿔가면서 표현할 수 있다. 또한 Animation 은 File > Create Video 에서 .AVI File로 저장할 수 있다. 마우스 화살표를 절점에 대고 오른쪽 버튼을 클릭하면 절점의 변위값을 화면상에서 얻을 수 있다.

② Frame Force : Display > Show Element Forces/Stresses > Frame 에서 Load Case를 선택

하고 Force Component 를 선택하면, 이에 대한 Diagram 을 화면상에 나타낸다. Fill Diagram을 선택 해제하고 Show Values on Diagram을 선택하면 Diagram에 값을 같이 나타낸다. 마우스 화살표를 Frame 에 대고 오른쪽 버튼을 클릭하면 부재내의 정확한 내력값이 부재의 위치별로 나타난다.

③ Reaction & Spring Force : Display > Show Element Forces/Stresses > Joints

④ Display > Set Output Table Mode : Output을 Text형태로 보고자 하는 경우 이 메뉴에서 화면상에 출력할 Load Case 를 선택하고, 절점이나 요소에 마우스 화살표를 놓고 클릭하면, 선택된 Load Case에 대하여 해석결과를 Text형태로 화면상에 출력한다.

☞ 일부요소나 절점에 대한 Output만을 Text File형태로 저장하기

- 요소와 절점을 선택한다. (요소나 절점이 많은 경우에는 미리 Group 으로 정의해두고 Select > Group에서 한꺼번에 선택할 수 있다.

- File > Print Output Tables 에서 Reaction, Force 등의 결과치와 Load Case 를 선택하고 Print to File에서 File Name을 정의한다. ☞ Group정의하기

- Define > Groups > Add New Group 에서 새로운 Group을 추가한다. - 요소와 절점을 선택한 후 Assign > Group Name 에서 정의한 Group을 할당한다.