두바이 메트로 경전철 프로젝트를 위한 보행교의 해석 및 설계

• 강 트러스 보행교의 3D 모델링

• 모드 형상 및 질량 참여 계수를 도출하기 위한 고유값 해석

• 정확하고 효율적인 방식으로 다수의 보행교 설계를 지원

두바이 메트로 경전철의 적선 및 녹선 노선은 국제 계약자 컨소시엄에 의해 디자인-빌드 계약으로 시공되고 있습니다. 세계적인 엔지니어링 및 설계 컨설팅 업체인 Atkins는 두바이 신속 연결(DURL) 컨소시엄의 주요 시공업체에 대한 주설계자로, 프로젝트의 토목 공사에 대한 전방위 설계 및 프로젝트 관리를 수행하고 있습니다. Atkins는 LUSAS Bridge 해석 소프트웨어를 사용하여 프로젝트의 경전철 고가역에 대한 보행자 접근을 제공하고 도로를 가로지르기 위해 사용되는 다수의 강 트러스 보행교의 해석 및 설계를 지원하였습니다.

각 보행교에 대해, 3D 두꺼운 빔 요소가 강 트러스의 주요 구조 부재, 크로스헤드 및 콘크리트 피어 헤드와 기둥을 모델링하였습니다. 말뚝 기초는 동등한 외팔보 방법을 사용하여 모델링하였습니다. 적절한 강성과 자유도를 지닌 관절 요소를 사용하여 지지구조의 관절 부위를 표현하였습니다. 클레딩 및 마감재의 질량 분포를 모델링하기 위해, 개별 관절 요소를 통해 정적 질량이 모델 곳곳에 적용되었습니다.

질량 참여 계수, 고유값 및 주파수를 면밀히 검토함으로써, 각 LUSAS 해석에서 기본적인 종방향, 수직, 측방향 및 비틀림 모드를 확인할 수 있었습니다. 주파수에 따른 총 질량 참여를 플로팅한 그래프는 특정 구조 질량이 특정 주파수에서 흥분하기 시작할 때를 분명히 보여주었습니다. 또한 선택된 고유 모드의 애니메이션을 통해 구조적 반응을 쉽게 시각화할 수 있었습니다.

설계 및 검토

강 설계는 BS 5400-3:2000 및 BS EN 1993-1-8:2005에 따랐습니다. LUSAS 해석 후에 수행된 주요 보행교 유형에 대한 계산에는 보행자 사용으로 인한 구조가 지나치게 흥분하지 않도록 하기 위한 진동 서비스 가능성 검토(BD 37/01)]과 공기 역학적 검토(BD 49/01)가 포함되었습니다.

프로젝트 엔지니어인 Manuela Chiarello는 “LUSAS를 사용하여 가장 긴 비이동식 보행교 유형을 해석하고 BD 49/01에 따라 공기 역학적 흥분에 대한 취약성을 확인했을때, 구조가 소용돌이 흥분 확인을 통과했지만, 사실상 갤로핑에 대한 발산 진폭 응답 확인에는 부합하지 않는다는 것을 발견했습니다. 이는 내부 구조가 너무 많은 바람 하중을 받고 있기 때문이었습니다. 그래서 바람 터널 테스트를 추가로 수행했습니다. 이 테스트는 구조가 실제로 갤로핑에 취약하지 않음을 증명했습니다.”

Atkins의 지역 교량 공학 책임자인 David A Smith는 “모듈형 설계 접근법을 사용하고 주요 보행교 유형의 상세한 LUSAS 해석을 통해 우리는 이 프로젝트에 필요한 많은 수의 보행교를 매우 신속하고 효율적으로 설계할 수 있었습니다.”라고 말했습니다.

적선 노선은 2009년 9월에 공식 개통되었으며, 녹선 노선은 2010년에 개통되었습니다.

• 교량 기초의 내진 해석를 통한 휨 모멘트를 도출하여 기둥 및 말뚝 설계 및 보강에 사용합니다.
• 철도 트랙/구조 상호작용 해석를 통해 레일의 응력을 도출하고 구조 내의 결과 힘을 확인합니다.
• 수정된 지붕 하중 구성에 대한 아부 바커 역 홀의 재설계 검토.

David A Smith, Atkins 지역 교량 공학 책임자