• 길이 방향으로 프리스트레스트된 외부 교각 교량의 설계 및 시공
• 구조물의 하중 효과를 해석하기 위한 3D 모델링
• 정적 및 동적 하중 테스트와의 좋은 상관관계 확보

Pontex Consulting Engineers Ltd.는 체코 공화국 도로 및 고속도로 본부를 위해 슬림한 케이블 스테이 교량의 설계를 지원하기 위해 LUSAS Bridge를 사용했습니다. 이 교량은 몇 가지 독창적인 구조 요소와 기술을 통합하여 리바라베 강을 건너는 현대적이고 경량이며 미학적으로 우수한 솔루션을 제공합니다. 이 교량은 체코 공화국에서 두 개의 스테이 평면과 낮은 교각을 가진 최초의 케이블 스테이 교량으로, 외부 프리스트레싱 도체의 특성을 가진 구조입니다.

개요

체코 공화국 니움부르크(Nymburk) 북동쪽에 위치한 이 교량은 교통 혼잡을 완화하기 위한 우회도로의 일환으로 리바라베 강(I/38 도로)을 통해 교통을 단절합니다. 리바라베 수문청의 요구에 따라, 132m의 주경간과 매우 얕은 구조 깊이를 요구했습니다. 결과적으로 “외부 프리스트레싱” 전형의 낮은 교각 구조가 개발되어 전통적인 케이블 스테이 교량과 외부 프리스트레싱 도체를 가진 교량 사이의 전환을 나타냅니다.

교량 설계

교량은 연속적인 530m 길이의 상부 구조를 가지고 있으며, 확장 조인트는 오직 교각에만 위치합니다. 주 콘크리트 교량 상부 구조는 리바라베 강 위로 132m의 경간과 접근 경간에 직접 연결된 두 개의 41m 경간으로 이루어져 있습니다.주경간의 콘크리트 데크 섹션은 대칭적인 이중 거더 형태로 변화하는 깊이와 너비를 가지고 있으며, 16m 높이의 교각에 고정된 3개의 평행 스테이 세트에 의해 지지됩니다. 주경간의 중간 부분은 상대적으로 경량의 복합 강-콘크리트_DROP (drop-in) 구조물로 설계되었습니다. 이 52m 경간은 두 개의 주요 강 상자 거더로 구성되어 있으며, 3.0m 센터마다 스틸 I형 단면의 교차 빔으로 고정되어 있습니다. 주요 강 거더의 하부 및 상부 플랜지 두께와 웹은 내부 응력의 크기에 따라 다르게 설계되었습니다. 바지선으로 현장에서 배송된 상자 거더는 제자리에 설치되어 700mm 길이의 강재부재에 용접되어 콘크리트 구조에 주입된 긴 프리스트레싱 앵커를 통해 연결되었습니다. 전단 스터드는 245mm 두께의 철근 콘크리트 슬래브를 강 거더 구조에 결합합니다.

스테이 잭킹	바지선에서 강재 거더를 들어올리는 모습

교각

16m 높이의 철근 콘크리트 교각은 케이블 스테이를 고정하기 위해 빈 강판 상자로 덮여 있습니다. 앵커 플레이트는 구조물의 가장 스트레스를 받는 부분 중 하나로 150mm 두께 강판으로 제작되었습니다. 각 앵커 플레이트의 앞면에는 6개, 377mm 직경의 16mm 두께 강관이 용접되어 있으며, 이를 통해 스테이가 지나가고 고정됩니다. 상자의 하단 플랜지는 50mm 두께의 강판으로 형성되어 있으며 응력을 균일하게 분포시키기 위해 강도 보강재가 추가되었습니다. 상자의 측면 벽은 40mm 두께서 있으며, 앵커 플레이트 위치에는 50mm 두께의 수직 보강재가 있습니다. 상자의 측면과 상단에 균등하게 용접된 강 스터드는 자가 압축 콘크리트에 단단히 결합됩니다. 교각의 상단에는 유지 관리를 위한 600mm 정사각형의 점검구가 있습니다.

내장 강재 작업 준비	강판 교각 상자 조립
교각과 록킹 스트럿 교각 위치에서 교량 데크에는 부재들의 하중을 교량 베어링으로 분산하는 데 도움을 주는 대형 교차 빔이 있습니다. 케이블 스테이를 교량 상부 구조에 고정하는 데에도 프리스트레싱 앵커 교차 빔이 사용됩니다. 백 행거의 앵커리지가 있는 곳에 있는 말뚝들은 장비에 질량이 걸린 강관으로 설계되어 응력과 압축력을 저항하며 구조의 팽창을 허용합니다. 록킹 스트럿은 610mm 외경의 강관 튜브로 만들어집니다. 각 스트럿의 양쪽 끝에서 정확한 4-전단 핀 조인트가 형성됩니다. 핀 조인트 앵커 플레이트는 교량 데크와 교량 하부 구조 요소에 프리스트레싱 바를 통해 부착됩니다.
	백 케이블 행거 앵커 아래의 록킹 스트럿

LUSAS를 통한 해석

완전한 교량 구조와 접근 교량이 포함된 상세한 3D 모델이 LUSAS에서 생성되었습니다. 고체 육면체 요소는 콘크리트 데크와 교각을 모델링했습니다. 두꺼운 쉘 요소는 드롭 인 경간 및 교각 앵커 상자의 강 부재를 모델링했습니다. 강재 상자 조립체의 지역 응력을 조사하기 위해 별도의 3D 고체 요소 모델도 생성되었습니다.

고유값 해석은 처음 15개의 모드 형태를 얻었고 구조의 잠재적 응답에 대한 좋은 지표를 제공했습니다.

정적 해석은 횡방향 하중 효과를 조사하고, 교량 및 케이블 스테이에 유도되는 종방향 응력을 조사했습니다. Pontex에게는 오프센터 차량 하중으로 인한 데크 변위를 조사하는 것이 흥미로웠으므로 다양한 적용된 하중 및 하중 조합으로 인해 발생한 변위 플롯이 몇 가지 생성되었습니다.

교량의 완료 후에는 정적 및 동적 하중 테스트가 실시되어 LUSAS 예측 결과와 매우 우수한 상관관계를 나타내어 사용된 해석 모형이 효과적으로 검증되었습니다.

현재 운영 중

이 교량은 2007년 5월에 교통 개방되었습니다. Pontex Consulting Engineers Ltd.는 이 위치와 여러 독창적인 구조 요소와 기술의 도입으로 이 교량이 지역에서 현대적인 경량 케이블 스테이 구조물의 발전과 활용에 기여하고, 결국 체코 공화국에서 가장 뛰어난 교량 구조물 중 하나가 될 것이라고 믿고 있습니다. 

"이 프로젝트에서 LUSAS를 사용함으로써 우리는 정적 및 데드 하중에 의해 발생하는 데크 변위에 대한 정확한 평가를 얻었습니다. 사용하기 쉬운 모델링 기능과 이전에 정의된 하중 패턴의 재사용은 많은 도움을 주었습니다."

V�clav Kvasnička, Pontex Consulting Engineers Ltd의 상담 엔지니어.

• 클라이언트: 체코 공화국 도로 및 고속도로 본부 � 프라하 지부

• 디자이너: PONTEX Consulting Engineers Ltd. 

• 주 계약자: SMP CZ, a.s. + Metrostav, a.s., D.4 + PSVS, a.s.의 공동 벤처

• 주 교량 계약자: SMP CZ, a.s. 

• 접근 교량 계약자: Metrostav, a.s., D.4, 및 하도급업체 JHP mosty, s.r.o. 
• 강재 작업 하도급업체: MCE Slan�, s.r.o.

이 사례 연구는 체코의 PONTEX Consulting Engineers Ltd.의 Milan Kalny가 IABSE 심포지엄에서 발표한 기술 논문을 참고하여 작성되었습니다. 너무나 많은 기술 구현으로 인해 전세계적으로 더 나은 인프라를 만들기 위한 노력, 독일 바일마르, 2007년 9월 17-21일.