배글리 거리 보행자 교량

• 미시간 주 최초의 케이블 지지 보행자 교량

• 두 개의 주요 평면에서 비대칭 디자인

• 시공 매뉴얼 개발을 위한 시공 해석

디트로이트의 멕시칸타운 배글리 거리 보행자 교량은 미시간 주에 건설된 최초의 케이블 지지 교량입니다. 이 교량은 미시간 교통부를 위해 HNTB가 설계하였으며, URS Corporation은 시공 검사 엔지니어로 임명되었습니다. 고유한 하중 해석, 시공 해석 및 모든 시공 단계를 설명하는 자세한 시공 매뉴얼은 Genesis Structures라는 전문 시공 해석 컨설턴트에 의해 Walter Toebe Construction의 클라이언트를 위해 수행되었으며, LUSAS Bridge 해석 소프트웨어를 사용하였습니다.

개요

배글리 거리 보행자 교량은 2억 3천만 달러 규모의 I-75 게이트웨이 프로젝트의 일환으로 건설되었으며, 10개의 램프와 도로를 가로지르는 2스팬 비대칭 케이블 지지 구조입니다. 이 교량은 미시간의 디트로이트 멕시칸타운 지역의 동쪽과 서쪽을 다시 연결하기 위해 건설되었으며, I-75가 1970년대 후반에 건설된 이후 이 지역은 분리되었습니다. 이 교량의 총 길이는 417피트이며, 276피트였던 주요(서쪽) 스팬과 141피트의 후면(동쪽) 스팬으로 구성되어 있습니다. 하나의 155피트 높이의 기울어진 콘크리트 및 강철 파일론이 주요 스팬을 가지며, 10개의 포레스트레이가 팬 형태로 배열되어 지지하고 있습니다. 후면 스팬은 완전히 데드맨 교각에 의해 지지되며, 파일론 지지 스트럿에 의해 지지됩니다. 교량 상부 구조는 일정 깊이와 변동 폭을 가진 단면의 사다리꼴 단일 셀 강철 보로 구성되어 있으며, 길이에 따라 15피트 3인치에서 34피트까지 변하는 콘크리트 슬래브로 덮여 있습니다. Deck에 주조된 콘크리트 배리어는 Deck을 강화하고 유리 보행자 배리어에 대한 고정성을 제공합니다. 다섯 개의 조정 질량 감쇠기가 바람 또는 보행자 트래픽에 의한 진동을 제한합니다.

단계적 시공 해석

Genesis Structures는 LUSAS Bridge를 사용하여 교량의 복잡한 기하학, 부재 및 관련 재료 특성을 모델링하였습니다. 모든 임시 및 영구 구조적 구성 요소를 나타내는 상세한 빔 및 쉘 요소 모델이 설계되었으며, 62개의 정의된 시공 단계가 정확하게 해석될 수 있었습니다.

파일론

파일론 기초의 독특한 기하학으로 인해 별도의 3D 솔리드 모델이 사용되어 기초 강성과 주 모델링 방법이 조정되었습니다. 주 모델의 경우, 파일론 자체의 단면 특성은 3D CAD 모델에서 얻어진 것입니다. 시공 중 파일론은 두 개의 수직 레벨에서 네 개의 가이 케이블을 사용하여 임시로 지지되었으며, 이는 시공 중 지원 역할을 할 뿐만 아니라, 스테이 케이블의 설치 및 다음 포스트 텐셔닝 전에 파일론의 정렬을 유지하고 움직임을 제한하는 데 도움이 되었습니다. 임시 가이, 케이블 하중 편심, 포스트 텐셔닝 및 CEB-FIP 1990에 따른 시간 의존적인 효과가 모든 시공 단계에서 포함되어 평가되었습니다.

상부 구조 및 지지대

상부 구조의 강판, 보강재, 복합 콘크리트 슬래브 및 콘크리트 배리어는 모두 3D 셸로 모델링되었습니다. 내부 거더 브레이싱은 빔 요소로 모델링되었습니다. 콘크리트 슬래브에 대한 시간 의존성(크리프 및 수축) 효과도 포함되었습니다. 콘크리트 Deck의 타설 작업은 초기 보의 회전을 허용하기 위해 임시 지지대가 사용될 필요가 있었습니다. 이후, 일체형 교각 연결이 이루어진 후, 모델된 지지대가 그에 맞게 업데이트되었습니다. 박스 거더 시스템에 대한 불균일 케이블 하중은 교각의 위쪽, 아래쪽 및 측면 지지를 통해 저항됩니다. 이는 텐션 링크와 파일론 지지 스트럿에서의 수직 및 측면 지지로 보완됩니다. 서쪽 스팬을 지지하는 세 개의 가설 타워는 케이블 텐션으로 인한 리프트 오프 거동의 정확한 모델링을 허용하는 압축 전용 지지대로 모델링되었습니다.

 

강철 박스 거더 모델링

케이블 설치 및 포스트 텐셔닝

케이블 설치 및 텐션을 균형적으로 수행하였으며, 이는 제안된 시공 순서에 의해 정의된 하중으로 진행되었습니다. 일부 스테이는 단일 잭킹 작업이 필요했으나, 다른 스테이는 서로 다른 시공 단계에서 두 번의 잭킹 작업이 필요했습니다. 영구 스테이의 설치 및 텐션이 진행됨에 따라 임시 파일론 가이들이 제거되었습니다. 케이블의 점진적인 설치와 파일론의 포스트 텐셔닝은 지지대의 반응을 점진적으로 감소시키고 결국 가설 지지대에서 리프트 오프를 초래했습니다. 시공 과정의 마지막에 수행된 30년 크리프 해석이 구조물에 대한 장기적인 영향을 평가했습니다.

설계 제한 사항

계약 문서에서는 파일론의 설계 제한이 설정되어 있으며, 이는 파일론의 최상단에서 수평 변위가 2인치를 초과하지 않도록 하였고, 시공 중 특정 수준에서 약한 축에 대한 최대 처짐 모멘트를 800 kip-ft로 제한했습니다. 이러한 값을 초과하는 경우에는 안전성을 입증할 수 있어야 했습니다. 제네시스 구조의 구조 엔지니어인 존 보슈어트는 “이러한 값을 제한하는 목적은 크리프 및 수축 효과를 최소화하고 더 나은 기하학적 제어를 달성하기 위함이었다.”라고 설명하며, “우리는 모든 시공 단계에서 파일론의 자세한 LUSAS 해석을 수행함으로써 실제 파일론 처짐이 미치는 영향을 수용 가능하다는 것을 보여줄 수 있었다.”라고 덧붙였습니다.

해석 결과

LUSAS로 수행된 해석에서는 구조물의 주요 구성 요소에 대한 시간-히스토리 효과를 보여주는 수많은 그래프 및 다이어그램이 생성되었습니다. 이러한 그래프에는 다음이 포함됩니다:

• 파일론 최상단의 변위 시간-히스토리

• 시공 중 파일론 약한 축에 대한 처짐 모멘트 다이어그램

• 임시 및 영구 케이블에 대한 케이블 텐션 시간-히스토리

• 모든 교각, 지지대 및 가설 지지대에 대한 반응 시간-히스토리

• 모든 시공 단계와 서비스 조건 시작 및 종료에 대한 강철 박스의 최상단과 하단에 대한 수직 변위 및 응력 플롯

케이블 스테이에 대한 서비스 시작 및 종료 응력 및 콘크리트 Deck 슬래브의 서비스 시작 응력도 얻어졌습니다. 아래에 나타난 LUSAS 해석 결과로 생성된 대표 그래프가 포함됩니다:

 

 

 

요약

단계적 시공 해석을 통해 Genesis Structures는 제안된 시공 순서를 시뮬레이션하고, Walter Toebe Construction을 위한 자세한 시공 매뉴얼과 관련된 기하학적 제어 계획을 준비할 수 있었습니다. 파일론 스테이 하우징, 임시 지지대, 박스 거더 이음부, 박스 거더 Deck 및 모든 스테이 케이블 연결 지점에 대한 3차원 목표 좌표 및 고도가 제공되었습니다. 

이 프로젝트에 대한 자세한 내용은 Modern Steel Construction magazine July 2010.를 참조하시기 바랍니다.

“LUSAS에서 각 시공 단계를 모델링하는 것은 정확한 기하학적 제어를 가능하게 하였으며, 우리는 파일론 응력 요구를 confidently 모니터링할 수 있었습니다.“

존 보슈어트, 제네시스 구조 구조 엔지니어

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