Basic Manual SAP2000

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 2 경간 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 2000 의 메뉴 구성

¾ SAP2000 의 기본적인 Modeling 방법은 Draw Menu 를 이용해 Mesh 를 구성한 후 Define Menu 에서 정의된 재료와 단면의 특성을 Assign Menu 를 통해 각 부재나 절점에 할당하는 것이다.

1.1 File Menu

9 New Model from Template… : Sap2000 상에 이미 Modeling 되어 있는 구조물을 기반으로 하여 쉽게 Mesh 를 구성할 수 있도록 한다.

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

1.2 EDIT MENU

9 Copy And Paste… : 절점이나 요소를 선택하여 복사한 후 원위치에서 dx,dy,dz 만큼 이동 시켜 붙여넣는다.

복사할 요소와 절점을 선택한 후에 Control+C 로 Copy 한 후 Control+V 를 누르면 그림과 같이 복사될 위치를 선택할 수 있는 창이 뜨 게 된다.

9 Merge Joints… : Merge Tolerance 를 정의하도록 되어 있으며, 선택된 절점들이 Tolerance

내에 있을 경우 한 개의 절점으로 간주한다.

Option Menu > Preferences >Dimension > Auto Merge Tolerance 참고

9 Replicate…: Cad 의 Array 나 Mirror 와 같은 역할을 하며, Linear 와 Radial Array 를 지원한 다. Copy 와는 달리 요소만을 복사할 수 있다.

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

Radial : 정의되어 있는 좌표계의 한축을 기준으로 일정각도만큼 회전시키며 요소를 복사한다.

그림에서는 Z 축을 기준으로 –3 도 간격의 요소를 10 개 생성하도 록 하고 있다.

Option Menu > Set Coordinate System… 참고

9 Move… : 선택된 요소나 절점을 원위치에서 dx,dy,dz 만큼 이동시킨다.

단축키 : Control+M

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

한 개의 Frame 요소를 두개의 Frame 요소로 등분할 하는 경우 : 분 할하고자 하는 요소를 선택한 후 MENU 의 Edit > Divide Frame…을 선 택하여 그림과 같이 입력하면 절점이 한 개 추가되면서 두개의 Frame 요소 로 변환된다.

절점을 추가하여 Frame 요소를 분할 할 경우 : 분할하고자 하는 위치에 Joint 를 추가하고 Frame 과 Joint 를 선 택한 후 MENU 의 Edit > Divide Frame...을 선택하면, 그림과 같이 추 가된 Joint 위치에 따라 3 개의 Frame 으로 분할할 수 있다.

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

9 Disconnect And Connect : 서로 연결되어 있는 요소를 분리시키거나, 분리되어 있는 요소를 연결시킨다. (내진해석시 POT SHOE 를 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 6 이 추가 되면서 Frame 1 과 2 는 서로 분리된다. (Frame 1 은 절점 1 과 2 로 구성되며, Frame 2 는 절점 6 과 3 으로 구 성된다.)

9 Change Labels… : 요소나 절점의 Label 을 sort 시킨다.

오른쪽 그림과 같이 절점과 요소의 번호가 불규칙적으로 생성되었을 경우, 각 부재와 절점을 선택한 후에 Change Labels Menu 에서 첨두어, 시작 절점 및 요소의 번호, 번호 의 증가량 등을 입력하고, 절점과 요소의 번호 정렬 순서를 Relabel Order 에서 결정해 주면 왼쪽 그림과 같이 절점과 요소의 Label 이 순차적으로 정렬된다. (그림에서는 Y 축 과 X 축 방향을 기준으로 Label 을 정렬하고 있다.)

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

1.3 View Menu

9 Set Elements : 요소나 절점을 화면상에 Display 하는 Option 을 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

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

9 Frame Sections.. :

- Import ~ : AISC 등에서 기존에 정의해둔 단면을 불러들여 사용한다.

- Add 단면형태 : 단면의 치수를 입력하여 단면을 정의한다. 이때 모델링된 요소의 Local Axis 와 단면 정의시 Local Axis 방향을 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 1 로 할때의 상대 거리

Absolute : 부재의 실제길이를 사용한 거리

- EI Variation

Linear, Parabolic, Cubic

< Add Nonprismatic >

<Example> 한 부재의 단면이 Sec1 에서 Sec3 로 선형적으로 변하는 경우.

i j

L/2 L/2

Section : Sec1 Sec2 Sec3

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

9 Static Load Cases … : 하중 Case 를 정의하는 Menu 로 Type 은 해석상 중요한 의미를 갖 지 않으며, Self Weight Multiplier 는 Material Properties 에서 단위중량을 입력했을 경우 모든 하중 Case 에 정의된 downward 방향의 자중이 더해지게 되므로, 이에 대한 Scale Factor 역할을 한다.

9 Moving Load Cases … : 차선, 차량 등 이동하중과 관련된 Data 를 정의하는 메뉴로, 여기 서 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 방향 이 결정되고, 차량이 차선을 정의하는 Frame 요 소를 따라 이동한다고 가정할 경우 실제 차선이 Frame 요소의 왼쪽에 있을 때 (+)편심을 갖게 된 다.

- Vehicles … : 이동하중을 정의한다.

- Add Standard Vehicles : AASHTO 등에서 정의해 둔 HS, H Type 등의 표준 차량, 차선하중을 사 용한다. KHBDC 에서 정의한 표준차량,차선하 중 (DB,DL)이 정의되어 있지 않으므로 General Vehicle 을 이용해야한다.

- Add General Vehicle :

Floating Load 는 DL 하중의 Pm 과 Ps 를 표현하기 위한 것으로 Double Valued 에 체크한 후, Lane Moment 에는 Pm 을 Other Response 에는 Ps 를 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

4.2~9m 4.2m

20ton/m 5ton

1m 3m

W=20 D=3,3

9 Vehicle Classes… : 정의한 차량 및 차선하중의 Group 을 정의한다.

9 Bridge Responses … : 이동하중에 의해 결정될 교량의 응답을 선택한다.

- Select Group : 응답을 얻고자 하는 요소가 Group 으로 정의 되어 있을 경우, 해당 Group 에 대한 영향선 해 석만을 수행하므로 해석시간이 단축되고, Output 이 간 결해 진다.

- Method of Caculation : Refinement Level 을 크게할수 록 정확도가 높아지나 해석시간이 늘어난다. 일반적 인 교량이 경우 Exact 로 하여도 해석시간엔 무리가 없다.

9 Moving Load Cases … :

- Moving Load Case Name : 이동하중 Case 의 이름 정의 - MutiLane Scale Factors : 각 Lane 마다 Scale Factor 할 당(3 차선 이상 재하시 0.9, 4 차선 이상 재하시 0.75 등 차선에 따른 Factor 정의시에 사용할 수 있다.)

- Vehicle Class-Lane Assignments : 정의된 이동하중그룹 을 차선에 할당한다. 필요한 만큼 할당수를 증가시 킬 수 있으며, 기존 데이터를 수정하거나 삭제한다.

- Add, Modify Assign 단추를 누르면 아래와 같은 창 이 뜨게 된다.

- Assignment Data :

Assignment Number : Vehicle Class-Lane Assignments 의 순서에 따라 순차적으로 증가한다.

Vehicle Class 에서 사용할 이동하중 그룹을 선택하고 Scale Factor 를 결정한다. 그리고 그 그룹이 재하될 수 있는 최소 차선수와 최대 차선수를 입력한다. 만 약 최소 차선수가 1 이고 최대차선수가 3 이면, 이 이 동하중 그룹은 할당된 차선중 1~3 개의 차선에 임의 로 재하될수 있음을 나타낸다.

최대차선수를 0 으로 하면 할당된 모든 차선에 재하 된다.

<Example>

1) 1~4 차선 재하시에 해당하는 차선이 4 개가 정의 되어 있고, DB24 하중과 DL24 하중을 각 각 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 하중 은 나머지 차선중 1 개 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. 2 경간 연속 라멘교의 해석

2.1

교량의 제원

- 콘크리트 단위중량

γ

- 콘트리트 탄성계수 E=2.5e6t/m², 선팽창 계수 α =1.0e−5 - 교 폭 : 5.853m

27.916

12.574 12.574

0.958 0.958 0.852

0.400X1.200 0.400X1.200

0.900 3.634 1.000 5.534

x z y

5.734

26.958

1.679 5.087 5.087 1.626 1.626 5.087 5.087 1.679

4.084 2.0422.042 3.2923.292 6.584

x z y

2.2 Mesh

그리기

9 프로그램 시작…

① File > New Model … > Cartesian Coordinate 선택 , Grid Space 의 개수를 0 으로 하여 Grid Line 이 Global 좌표축에만 생기도록 한다.

② 우측 하단에서 해석에 사용할 단위계를 Ton-m 로 바꿔준다.

(모델링 도중 바꾸게 되면, 길이나 하중의 값이 바뀐 단위계로 환산되므로 주의!)

③ 2D 의 X-Z 좌표계로 화면을 변환시킨다.

9 Frame Mesh 형성…

① Draw > Add Special Joint 로 원점에 절점을 그린후 Edit > Copy, Paset 를 이용해 절점 을 Z 축으로 4.084 만큼 이동시켜 복사한다.

② Draw > Draw Frame Element 로 좌측 Frame 요소를 그리되, 그리는 방향에 따라 Element 의 Local Axis 를 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 menu 를 불러내어 X 축 방향으로 13.479 간격으로 2 개를 복사한다.

④ 벽체의 상단 절점을 이어 슬래브를 나타내는 Frame 요소를 생성한다.

①

②

③

<벽체 Frame 요소의 복사>

⑤ 중앙 벽체 하단의 절점을 선택하여 Ctrl+M 으로 Z 축으로 –2.5 만큼 이동시킨다.

⑥ 벽체요소의 등분할 : 3 개의 벽체 Frame 을 선택하고 Edit > Divide Frame 에 Divide into 2 Frame, 분할비율을 1 로 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 Frame 을 선택하고, Edit > Divide Frame 에서 Break at Intersections with selected Frames and Joints 를 선택하여 헌치부 Frame 요소를 생성한다.

⑧ 지간중앙의 슬래브 요소(2 개)를 선택하고 ⑤와 같이 등분할 한다.

⑨ View > Set Elements 의 Shrink Elements 로 부재의 연결상황을 확인한다.

[Shrink Element]

[벽체 요소 등분할]

[절점에 의한 요소분할]

2.3

재료성질 및 단면 정의

9 재료성질 정의…

① Define > Materials > Add New Material 을 선택하여 Material Name 을 RC 로 하고 재료 성질을 입력한다.

이때 구체자중은 Frame Load 로 입력할 것이므로 단위중량과 단위질량을 입력할 필 요는 없으며, Design 은 Other 로 선택한다. (단면설계 옵션을 사용치 않음.)

9 단면 정의…

① Define > Frame Sections > Add Rectangular 을 선택한다. Section Name 을 Wall 로 하고 Material 은 앞서 정의해둔 RC 를 선택한다. 양단 벽체의 단면의 폭과 높이를 입력하 되, 반드시 부재의 Local Axis 를 확인한다. 중간 벽체의 단면이름은 Pier 로 하고 마 찬가지로 단면의 치수를 입력한다.

② 다시 Add Rectangular 를 선택하고, ①과 같이 슬래브 중앙부와 지점부의 단면을 입 력하고 각각 Section Name 을 Slab 과 Supp 로 정의한다.

③ Add Nonprismatic 을 선택하여 길이방향으로 단면이 변하는 헌치부의 부등단면을 정 의한다. Var1 은 단면이 Supp 에서 Slab 으로 변하는 것으로 하고, Var2 는 Slab 에서 Supp 로 변하는 것으로 정의한다. 이때 EI 의 Variation 은 Linear 로 한다. (Length Type 은 Variable 로 하였으므로 Length 엔 1 을 입력한다.)

< Slab 단면의 입력> <부등단면의 정의 - Var1>

☞ Frame 및 Joint Label 의 수정

Edit > Change Label 과 Joint, Frame Information Window 상에서 수정할 수 있다.

2.4

지점조건 할당

및

정의

9 지점조건의 할당

① 지점조건을 할당할 Joint 를 선택하고 Assign > Joint > Restraints > Restraint in Local Directions 창에서 지점 조건에 따라 자유도를 구속하고 OK 를 누르면 된다.

② Joint 의 Local Axis 는 기본적으로 Global Axis 와 같지만, Assign > Joint > Local Axis 에 서 축을 회전할 수 있다. (사교나 곡선교의 지점조건을 구성할 때 사용한다.)

9 Load Cases 정의

① 본 예제에서는 사하중, 활하중, 온도하중, 토압만을 고려하기로 한다. 따라서 Moving Load Case 로 따로 정의 되는 활하중을 제외하고, 3 개의 Load Case 를 정의 해 두어야 한다.

② Define > Static Load Cases > Add New Load 로 Load Case 를 추가한다. Material 에 단 위중량을 입력하지 않았으므로 Self Weight Multiplier 는 의미가 없다.

☞ 지점조건을 Spring 으로 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) Advanced 에서 Stiffness Matrix 를 직접 정의할 수 도 있다.

2.5

단면의 할당

9 Frame Section 의 할당

① 벽체 Frame 을 선택하고 Assign > Frame > Sections 에서 Wall 을 선택한다. 슬래브 와 헌치의 Frame 요소도 벽체와 마찬가지로 해당 요소를 선택하고 단면을 할당 한다.

2.6 Static Load

의 정의

및 할당

9 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 자중 을 재하할 수도 있지만, 본 예제에서는 Uniform Load 와 Trapezoidal Load 을 이용하여 Frame 에 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 방 향을 사용하기로 한다. 따라서 Direction 은 Grobal Z 로 선택 해야 하며, 부재 전 길 이에 재하되는 등분포 하중이므로 Uniform Load 에 –14.018 을 입력한다. 중간 벽체 도 위와 같은 방법으로 자중을 재하한다.

② Slab 의 등분포 하중 입력 : 15.722t/m²이 재하될 Frame 요소를 선택하고 Assign >

Frame Static Loads > Point and Uniform 에서 Load Case Name : Dead, Load Type : Force, Direction : Global Z , Uniform Load : -15.722 를 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 A 를 선택하고 Assign > Frame Static Loads > Trapezoidal 에서 Load Case Name:

Dead, Load Type : Force, Direction : Global Z 를 입력한다. 부재의 전체 길이를 1 로 보는 Relative Distance From I 를 선택하고 Trapezoidal Loads 항의 3,4 항목은 전부 0 으로 바꿔준다. 1 번 항목에 Distance: 0 , Load : -21.575, 2 번 항목에 Distance : 1, Load : -15.722 를 입력한다.

Frame B 경우는 1,2 항목의 Load 값을 바꾸어 입력하면 된다.

④ Display > Show Loads > Frame 에서 Load Name : Dead 를 선택하고 Show Loading Value 를 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 12.467t/m 14.018t/m

A B A B

<Slab 의 등분포하중 입력> <헌치부 분포하중 입력>

◈ .s2k Input File 에서의 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

- RD 는 Relative Distance 를 나타낸다. 부재의 실제 길이를 이용할 경우 : D - 하중 분포의 변화는 Local 1 축을 기준으로 한다.

- UZ 는 Global Z 축으로의 병진자유도를 나타내며, 회전자유도일 경우 RZ 등으로 표현 한다. 또한 Local 축을 사용할 경우에는 U1,U2,U3,R1,R2,R3 등으로 나타낸다.

9 토압의 정의 및 할당

구체자중의 입력과 같이 Trapezoidal Load 을 이용해 하중을 입력하며, Load Direction 은 Global X, Load Case Name 은 Static Load Case 에서 정의해둔 Lateral 을 선택한다.

9 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 나 타낸다.) , Temperature : By element Temperature 를 선택하고 온도 증가량 10 ^o C 을 입력 한다.

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 Temperature 를 선택하고 온도 변화율 5/0.9=5.556 ^o C/L 을 입력한다. 전체 오 도 증가에 온도차에 의한 영향이 한 하중 Case 에 더해지는 것이므로 Option 은 반드

5.196t/m

15.379t/m

25.562t/m

시 Add to existing loads 를 선택한다.

☞ Temperature 의 By Joint Pattern

부재의 길이 방향(1 축 방향)에 따라 온도변화의 분포가 다를 때 사용하는 Option 으로 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

9 DB / DL 하중의 정의

① View > Set Elements > Frames > Label 을 체크하여 화면상에 Frame 의 Label 이 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. (벽체 의 강성이 크므로 편심의 영향은 크지 않으므로 편심은 0 으로 한다.)

③ DB-24 하중의 정의 : Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles 에 서 Vehicle Name : DB24 로 입력하고, Leading and Trailing Loads 항의 First Axle Load 에 Pf 에 해당하는 값을 입력한다. 차량하중이므로 Floating Axle Load 는 사용치 않 으며 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 마찬 가지로 Pr 하중을 입력하고 Min Distance 에는 4.2m, Max Distance 에는 9m 를 입력한 다.

<Lane 의 정의> < DB-24 하중의 정의>

④ DL-24 하중의 정의 : Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles 에 서 Vehicle Name : DL24 로 입력하고, Leading Uniform Load 나 Trailing Uniform Load 에 W 에 해당하는 하중을 입력한다. Floating Axle Load 의 Double Valued 에 체크하고 for Lane Moment 에는 Pm 에 해당하는 하중을, for Other Responses 에는 Ps 에 해당하 는 Ps 에 해당하는 하중을 입력한다.

9 군용 차량하중의 정의

① 군용궤도 차량하중의 정의 : Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles 에서 Vehicle Name : Tank 로 입력하고, Intermediate Load 의 Uniform 에 Pt 에 해당하는 하중을 입력하고 Min Distance 와 Max Distance 에는 각각 4.5m 를 입력 한다.

② 군용차륜 하중의 정의 : Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles Vehicle Name : Trailor 로 입력하고 P1 에 해당하는 하중을 입력하고 Intermediate Loads 의 Axle Load 에 P2~P5 에 해당하는 하중과 하중간격을 입력한다.

Pm, Ps w

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

4.5m Pt

9 이동하중 그룹의 정의

① Define > Moving Load Cases > Vehicles > Add General Vehicles > Add New Class 에서 Vehicle Class Name : General 을 입력하고, Vehicle Name 에서 DB24 와 DL24 를 ADD 시킨다. (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 : Military 을 입력하고, Vehicle Name 에서 Tank 와 Trailor 를 ADD 시킨다.

9 Bridge Response 의 정의

① Define > Moving Load Cases > Bridge Responses 에서 Reaction 과 Frame Force 만 체크 하고 계산 방법은 Exact 로 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

9 Moving Load Case 의 정의

일반차량하중 그룹인 General 과 군용하중 그룹인 Military 가 각각 Lane 1 에 재하 되는 2 가지 Case 를 정의한다.

① Define > Moving Load Cases > Moving Load Cases > Add New Load 에서 Moving Load Case Name : General 로 입력하고, Multi Lane Scale Factor 는 Lane 1 에 1 로 할당한다.

Vehicle Class – Lane Assignments 항목에서 Add New Assign 을 클릭하면 이동하중 그 룹을 재하할 차선을 선택하게 된다. Assignment Data 항목에서 Vehicle Class 는 일반 차량하중 그룹인 General 을 선택하고 이 하중에 대한 Scale Factor 를 1 로 입력한다.

General 이라는 하중그룹이 재하될 차선은 1 개 밖에 없으므로 Min. Number of Loaded Lane 과 Max. Number of Loaded Lane 은 1 로 입력한다.

Assignment Lane 항목에서는 하중그룹에 차선을 할당하는 것으로 Lane1 을 선택하 고 Add 시킨다.

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 Military 로 선택한다.

◈ .s2k Input File 을 통한 Moving Load Case 의 정의

General 과 Military 중 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

9 Ouput Option 정의

① Analyze > Set Options 의 Available Dof 항목에서 모델링한 구조물의 가능한 자유도를 Check 해준다. X-Z 평면상의 2-D Frame 이므로 자유도는 UX,UZ,RY 이지만, 단순한 구조물이므로 모든 자유도를 check 해도 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 Case 를 선택할 수 있다.

③ .S2K Input File 생성 : File > Export > Sap2000 . S2K 를 선택하여 File Name 을 입력하 고 Input File 을 저장한다. Input File 을 보고 마지막으로 Data 를 체크한다. (.S2K File 을 반드시 만들어야 해석이 가능한 것은 아니다.) Element 를 선택하여 Output 을 출력하는 기능은 없다.

④ 해석 : Analyze > Run

9 Output Display

① Deformed Shape : Display > Show Deformed Shape 에서 Load Case 에 따라 처짐형상을 나타내며, Wire Shadow 를 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 File 로 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 Case 를 선택 하고 Force Component 를 선택하면, 이에 대한 Diagram 을 화면상에 나타낸다. Fill Diagram 을 선택 해제하고 Show Values on Diagram 을 선택하면 Diagram 에 값을 같 이 나타낸다.

마우스 화살표를 Frame 에 대고 오른쪽 버튼을 클릭하면 부재내의 정확한 내력값 이 부재의 위치별로 나타난다.

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

④ Display > Set Output Table Mode : Output 을 Text 형태로 보고자 하는 경우 이 메뉴 에서 화면상에 출력할 Load Case 를 선택하고, 절점이나 요소에 마우스 화살표를 놓고 클릭하면, 선택된 Load Case 에 대하여 해석결과를 Text 형태로 화면상에 출력 한다.

☞ 일부요소나 절점에 대한 Output 만을 Text File 형태로 저장하기

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

- File > Print Output Tables 에서 Reaction, Force 등의 결과치와 Load Case 를 선택하고 Print to File 에서 File Name 을 정의한다.

☞ Group 정의하기

- Define > Groups > Add New Group 에서 새로운 Group 을 추가한다.

- 요소와 절점을 선택한 후 Assign > Group Name 에서 정의한 Group 을 할당한다.