개요

다중 경간 석조 아치교
새로운 아치교를 만들기 위한 2차원 모델링
스팬드럴 벽면의 힘을 알아보기 위한 국부적 횡해석

1914년, Kingston Upon Thames에 위치한 Kingston 교각에 수많은 결함이 발견되었고 38톤 이상의 차량 진입의 통행을 금지하며 구조물과 하중에 대한평가가 진행되었다. 교통량 증가에 따른 교량 확장을 위한 확장 계획이 채택되었으며 공사기간 동안 교통의 흐름에 지장을 주지 않고 환경에 영향을 미치지 않도록 하였다. 또한, 버스와 오토바이 같은 상시 편의 수단이 교량을 통과할 수 있게 하였다. 설계사인 Symonds Group Ltd社는 교량 확장을 위한 경간을 모델링하기 위해 LUSAS Bridge를 사용하였다.

이 교량의 너비는 이전 17.5m에 6.6m를 추가한 24.1m이다. 새 교각은 철근콘크리트 캡으로 덮여진 현장타설 콘크리트 말뚝 기초 위에 시공되며 포틀랜드 석재 바닥면과 접해있다. 교각은 포틀랜드 시멘트로 만들어졌다. 프리캐스트 콘크리트 아치는 공사중에 일어날 수 있는 교통량 붕괴를 최소화하기 위해 확장교 경간을 시공하는데 사용되었다. 확장교의 경간을 형성하는 프리캐스트 콘크리트는 철근 이음과 콘크리트 현장 타설을 통해 크라운 위에서 연속화 되었다.이러한 프리캐스트는 기존 아치 종단면과의 조화를 이루도록 석조와 벽돌로 만들어졌다.현장타설 경량 철근콘크리트 새들(saddle)은 기존의 프리캐스트 상부에 현장 타설됨으로써 합성단면이 형성된다. 프리캐스트로부터 사전에 철근이 돌출되어 있으므로 현장 타설된 새들과 프리캐스트의 일체성이 유지된다. 가깝게 재하한 점 하중에 대해 힌지 위치와 순서를 비교함으로써 단일 경간 모델에 대한 기준을 삼았다. 확장된 교각 경간에 대한 해석은 2차원 LUSAS Bridge모델을 사용하여 이루어졌다. 경간은 피어의 양 끝단을 구속함으로써 최적화되었다. 수축작용과 열 영향을 알아보기 위해 이동 조인트를 각 아치의 끝에 넣었다. 아치의 횡방향 강성은 해석에서 무시하기로 함으로써 단위 너비에 대한 평면응력 해석을 평면응력 요소를 사용하여 수행하였다.

또 다른 해석 프로그램을 사용하여 5경간 석조 아치로서의 상부구조에 대한 전반적인 모델링이 이루어졌다. 교각에 실리는 힘의 불균형을 조사하고 공사 단계에서 뿐만 아니라 교량이 완공되었을 때의 안정성을 검사하기 위해 이 해석이 사용되었다. 경량 철근 콘크리트 새들과 벽돌 아치 합성 거동에 대한 해석은 중앙 유로 경간에 대한 비선형 해석에 기초를 두고 있다. 기존 벽돌 아치에 대한 재료 모델은 인장 응력은 없는 것으로 가정하여 모델링 하였다. 철근 콘크리트 새들은 균열이 발생하지 않는다고 가정하여 선형 탄성 속성값들을 사용하여 모델링 되었다. 유한요소 모델로 파악한 구조의 거동은 경간 중앙과 가깝게 재하한 점 하중에 대해 힌지 위치와 순서를 비교함으로써 단일 경간 모델에 대한 기준을 삼았다.

Kingston 교각의 확장과 강화설계 프로젝트에 대한 자세한 사항은 London Bridges Engineering Group 웹사이트를 통해 확인할 수 있다.