세그먼트 교량 기술 발전 

• 후장식 프리캐스트 콘크리트 교량 부재의 해석 및 최적화

• 프리캐스팅 세부 사항 단순화

• 더 빠른 시공 및 향상된 내구성

Finley Engineering Group, Inc. (FEG)은 이스라엘 로드 431 프로젝트의 세 개의 세그먼트 교량에 대해 최종 설계 및 시공 엔지니어링 서비스를 제공합니다. 이는 외부 텐던을 사용하는 이스라엘 교량 시공 역사상 첫 번째 사례입니다. FEG는 LUSAS Bridge를 사용하여 지지 기둥 및 편향 세그먼트 다이어프램을 해석하고 최적화하여 시공업체의 장비가 65톤의 리프팅 용량을 초과하지 않도록 하였습니다. FEG의 설계 결과, 소유자 및 시공업체는 단순화된 프리캐스팅 세부 사항, 얇은 단면, 신속한 시공 프로세스 및 향상된 장기 내구성에서 큰 이점을 제공받았습니다.

이스라엘은 지난 20년 동안 25개 이상의 세그먼트 교량 구조물을 건설하였습니다. 그러나 이스라엘의 세그먼트 교량에 대한 상당한 경험에도 불구하고 FEG가 설계한 이 여섯 개의 교량은 21km 길이의 설계-시공-운영-이양 사업의 교차로에서 최초로 외부 텐던을 사용할 것입니다. 이 12.5m 너비의 교량은 30m에서 66m까지의 경간 길이를 가지며, 501개의 프리캐스트 세그먼트로 구성되어 있으며 총 덱 면적은 18,000제곱미터가 넘습니다.

시공업체인 Danya Cebus, Ltd.는 양허 계약 요구 사항 및 프로젝트 자금 목표를 충족하기 위해 긴급한 시공 일정에 직면하였습니다. 그 결과, FEG는 세그먼트의 프리캐스팅을 단순화하고 세그먼트 단면적과 기초 하중을 줄이며, 더 적은 텐던 장력을 진행하고 설계 일정을 줄이기 위해 외부 텐던을 사용하자고 제안했습니다. FEG는 2006년 2월에 시작된 신속한 최종 설계 프로세스 동안 시공업체와 협력하여 같은 해 7월에 첫 번째 세그먼트를 주조하게 되었습니다. 이 프로젝트는 점점 증가하는 시공 환경에서 흔히 볼 수 있는 도전 과제가 포함되어 있습니다. 즉, 급속한 시공 일정과 예산 제약 등이 있습니다.

시공업체는 또한 이 구조물의 장기 내구성을 높이기 위한 세부 사항을 요구했습니다. 왜냐하면 이들은 정부에게 소유권이 이전되기 전 30년 동안 만족스러운 상태로 유지해야 하기 때문입니다. 세그먼트의 크기와 경간 길이로 인해 FEG의 기술 이사인 Jacques Combault는 이 프리캐스트 박스 거더 교량의 효율성을 극대화하기 위해 내부 및 외부 텐던의 조합을 제안하였습니다. 내부 텐던은 크레인이 기반한 균형 잡힌 캔틸레버 시공을 지원하는 상부 슬래브에서 사용되며, 외부 텐던은 모든 연속적 후장식을 위해 사용됩니다. 이 시스템은 더 일관된 세그먼트 프리캐스팅 구성, 신속한 연속 텐던 설치 및 더 적은 텐던 장력을 통해 개발되었습니다.

설계 프로세스는 이스라엘 종합 자문 엔지니어들에 의해 기술 검토를 포함하여, 외부 텐던 시스템이 프로젝트 요구 사항을 충분히 충족하고 있는지 확인하였습니다. 이스라엘 엔지니어들이 외부 텐던 후장식 시스템을 평가하는 데 도움을 주기 위해 FEG는 이전 프로젝트에 대한 세부 사항, 기술 문서의 발췌 및 외부 텐던의 이점 목록을 포함한 기술 백서를 생산했습니다. 또한, FEG는 엄격한 교량 안전 요구 사항을 충족하기 위해 텐던 손실 시나리오에 대한 분석과 외부 텐던 설계를 위한 서비스 및 궁극적 한계 상태 설계 방법론을 제시하였습니다.

외부 텐던의 사용은 또한 교량 설계에서 기술적 이점을 제공하였습니다. 예를 들면, 휨 모멘트 저항을 위한 연성 증가 및 박스 거더 웹에서의 주요 인장 응력의 상당한 감소가 포함됩니다. 이러한 이점들은 교량의 교차로 설계 요구 사항을 충족하면서도 더 긴, 일정한 깊이의 경간 길이를 허용하였습니다. “외부 텐던을 위한 큰 앵커링 존은 시공업체의 장비가 65톤의 리프팅 용량을 초과하지 않도록 하기 위해 도전과제를 제시했습니다.”라고 Finley Engineering Group의 회장인 Craig Finley이 말했습니다. “하지만 LUSAS를 사용하여 복잡한 형상을 쉽게 수정하고 내부 기둥 세그먼트 치수를 효율적으로 최적화할 수 있었습니다.” 

외부 텐던의 도입과 함께 FEG는 이 프로젝트에서 틀림없이 더 많은 혁신을 통합하였습니다. 여기에는 편향 부재와 편향기둥 내에서 텐던 세부 사항을 단순화하기 위한 다이아볼로의 사용이 포함됩니다. 이러한 후장 식 세부 사항은 미래에 필요할 경우 외부 텐던을 교체할 수 있도록 합니다. FEG는 또한 포장된 그라우트를 사용하고, 여러 보호 수준과 향상된 덕트 시스템을 지정하여 후장식 시스템 성능을 향상시켰습니다.

FEG의 수석 엔지니어인 Jerry Pfuntner는 다음과 같이 말했습니다: “LUSAS Bridge로 생성된 세그먼트 모델은 이스라엘 설계 검토자들이 외부 텐던 세부 사항에 대해 확신을 가질 수 있도록 도와주었습니다. 모델은 외부 편향 응력에 기인하여 발생한 박스 거더 웹, 하부 및 상부 슬래브의 응력 수준을 보여주었습니다. 이로 인해 FEG는 승인 받을 수 있었으며 이러한 세부 사항이 서비스 하중 조건에서 잘 작동할 것이라고 모든 당사자에게 보장할 수 있었습니다.”

요약하자면

세그먼트 교량 프로젝트에서 외부 텐던의 사용은 혁신적인 개념은 아닙니다. 그러나 시공업체의 요구 사항을 평가하고 이스라엘 건설 실무에 입증된 세그먼트 교량 기술을 도입함으로써, FEG의 이러한 접근은 주최자와 시공업체에 단순화된 프리캐스팅 세부 사항, 신속한 시공 프로세스 및 향상된 장기 내구성이라는 공인된 이점을 제공했습니다. 이 로드 431 프로젝트의 교차로에 있는 교량 설계는 표준 실무와 “관습적인 지혜”를 넘어선 것을 통한 도전 과제를 해결하는 혜안을 보여주는 또 다른 사례 연구를 제공합니다.

Craig Finley, 회장, Finley Engineering Group Inc.