유한요소해석을 이용한 잔교 상부의 풀 박스 부재의 선정

Abstract

관광, 선박의 접안 등의 다양한 목적을 위해 연안에 설치되는 해안잔교의 상부에는 시설물에 필요한 전력공급 및 통신회선 등을 위한 배선연결을 위해 풀 박스(pull box)의 설치가 요구된다. 특히 선박의 대형 적재물 하역작업이 요구되는 경우에는 크레인의 사용이 필수적이며, 잔교상부에 크레인이 진입하여 발생하는 하중으로 인한 잔교 상부 구조물의 안전성평가가 반드시 이루어져야한다. 하역작업을 위한 이동식 크레인의 타이어가 잔교의 풀 박스 덮개에 위치하는 경우 큰 하중으로 인하여 강재 플레이트의 파괴가 발생 가능하며, 발생 시에는 크레인이 전도되는 대형사고로 이어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 풀 박스 상부의 강재 플레이트의 안전성을 확보하기 위해 유한요소해석을 통하여 풀 박스 부재에 작용하는 응력을 산정하고, 강재 플레이트의 항복강도 및 극한강도와 비교하였다. 유한요소해석에는 범용 구조해석 프로그램인 ANSYS Workbench 17.2를 이용하였으며, 풀 박스 상부의 다양한 두께의 정사각 강재 플레이트(shell)와, 직경과 기둥강관 두께를 달리하는 CFT(Concrete Filled Tube) 단주(solid)를 모델링 하였다. 경계조건은 마주보는 두 면에 대한 길이를 단순보로 가정하여 적용하였으며, 하중은 250tonf급 크레인의 타이어와 플레이트의 단면이 맞닿는 면적에 대하여 균등하게 분포하는 조건으로 적용하였다. 해석 결과, 강재 플레이트 단독으로 풀 박스를 보호하기에는 한계가 있는 것으로 나타났으며, 이를 보강하기 위해 CFT 기둥을 30mm 두께의 플레이트의 중앙에 배치하여 플레이트와 CFT 기둥에 발생하는 최대주응력을 산정하였다. 하지만 크레인 타이어의 배치에 따른 몇몇 하중조건에서 강재 사용이 필수적이며, 잔교상부에 크레인이 진입하여 발생하는 하중으로 인한 잔교 상부 구조물의 안전성평가가 반드시 이루어져야한다. 하역작업을 위한 이동식 크레인의 타이어가 잔교의 풀 박스 덮개에 위치하는 경우 큰 하중으로 인하여 강재 플레이트의 파괴가 발생 가능하며, 발생 시에는 크레인이 전도되는 대형사고로 이어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 풀 박스 상부의 강재 플레이트의 안전성을 확보하기 위해 유한요소해석을 통하여 풀 박스 부재에 작용하는 응력을 산정하고, 강재 플레이트의 항복강도 및 극한강도와 비교하였다. 유한요소해석에는 범용 구조해석 프로그램인 ANSYS Workbench 17.2를 이용하였으며, 풀 박스 상부의 다양한 두께의 정사각 강재 플레이트(shell)와, 직경과 기둥강관 두께를 달리하는 CFT(Concrete Filled Tube) 단주(solid)를 모델링 하였다. 경계조건은 마주보는 두 면에 대한 길이를 단순보로 가정하여 적용하였으며, 하중은 250tonf급 크레인의 타이어와 플레이트의 단면이 맞닿는 면적에 대하여 균등하게 분포하는 조건으로 적용하였다. 해석 결과, 강재 플레이트 단독으로 풀 박스를 보호하기에는 한계가 있는 것으로 나타났으며, 이를 보강하기 위해 CFT 기둥을 30mm 두께의 플레이트의 중앙에 배치하여 플레이트와 CFT 기둥에 발생하는 최대주응력을 산정하였다. 하지만 크레인 타이어의 배치에 따른 몇몇 하중조건에서 강재