비용 효율적인 강교량 평가

• 강거더 교량
• 40 톤 화물차에 대한 좌굴 해석
• 구조물의 강도는 LUSAS에 의해 입증됨

영국의 모든 교량은 새로운 유럽 법규를 준수하기 위해 40 톤 하중 제한에 대한 평가가 필요했습니다. Railtrack plc의 교량 평가 프로그램의 일환으로, 런던 로드 해크브리지의 3스팬 비스듬한 구조에 대한 평가가 필요했습니다. 많은 강교량이 설계 코드 BS5400 3부에 대한 평가에서 실패한 것으로 나타났습니다. 두 개의 컨설팅 회사는 LUSAS Bridge를 사용하여, 해당 구조물이 충분한 측면 지지력이 없다는 코드에 따라 40 톤의 적재 능력을 입증했으며, 이는 심각한 중량 제한이 필요했습니다.

이 교량은 해크브리지 역 남쪽의 두 개 철도 선로 위에 A237 도로를 가로지르고 있으며, 두 개의 벽돌 아치 접근 경간과 중앙에 12m 경간이 있는 강거더로 구성됩니다. 이러한 거더는 벽돌 난간과 함께 조적 기둥 위에 있는 주요 강트로프를 지탱합니다. 초기 간단한 평가에서 가능성 있는 결점을 식별했으며, Railtrack의 검토 엔지니어인 Pell Frischmann과의 논의 후, 보다 엄격한 해석이 의뢰되었습니다.

LUSAS Bridge를 사용하여 Robert West Consulting은 엣지 거더의 모델을 구축했습니다. 간단한 모델링 접근 방식으로 QSL8 쉘 요소를 사용하여 웹과 플랜지의 변형을 고려하고, 필요에 따라 좌굴 해석을 위해 고유값 추출이 가능하도록 하였습니다. BSL3 빔 요소는 플랜지와 웹 각도 연결 및 횡 방향 웹 보강재를 모델링하는 데 사용되었습니다. 40 톤 데크 평가 해석은 거더에 대한 수직 하중을 제공하며, 데크 트로핑의 삼각 하중을 시뮬레이션하기 위해 일련의 점 하중으로 적용되었습니다. UDL은 거더의 자중과 상단 플랜지에 의해 지지되는 난간 하중이 포함됩니다.

고유값 좌굴 해석에서 첫 7개의 기본 좌굴 모드(또는 고유모드)가 조사되었습니다. 얻어진 고유값 또는 하중 계수는 초기 해석 모델에 적용되어 좌굴 직전 상단 플랜지의 응력을 구하는 데 사용되었습니다. 이러한 응력은 BS 5400 3부 Cl. 9.7.5에 따라 상단 플랜지에서의 한계 압축 응력을 결정하는 데 사용되었습니다. 추가 계산을 통해 Cl. 9.12.4에 따라 측면 전도 모멘트와 미끄러짐 힘에 대한 거더의 안정성을 확인했습니다.

교량 적합성 3 체크를 수행하는 Sheffield City Council의 설계 및 건축 서비스는 이러한 유형의 교량 평가를 다수 수행하고 있으며, 약간 더 상세한 모델링 접근 방식을 채택했습니다. QTS4 두꺼운 쉘 요소는 엣지 빔 거더의 모든 부분과 웹 보강재에 사용되었습니다. 교각에서 강체 지지대를 사용하고, 횡 방향 엣지 빔의 위치에서 스프링 지지대를 제공하며, 약간 더 세밀한 메쉬를 사용함으로써 엣지 빔이 적절한 강도를 가짐을 보여주어 원래의 교량 평가를 확인했습니다. 최소 하중 계수는 2.55로 얻어져, 스프링 지지를 모델링하여 데크와 보강재가 제공하는 저항을 고려하는 것이 중요하다는 것을 나타냈습니다.

BS5400 코드를 사용한 교량 평가는 유한 요소 해석을 통해 유효 길이를 계산할 수 있도록 허용하며, 표준 코드 조항에 대한 명백한 대안이 되지는 않습니다. Eurocode 3 Part 2 – 교량 및 판 구조물의 초안에서는 구조물의 좌굴 특성을 파악하기 위해 유한 요소 방법을 사용한 고유값 해석이 수행될 수 있다고 명시하고 있습니다. 이는 LUSAS Bridge와 같은 해석 소프트웨어가 평가를 수행할 때 명백한 대안이 됨을 의미합니다.

LUSAS Bridge는 BS 5400 또는 기타 설계 코드에 대한 초기 평가에서 실패한 모든 유형의 교량 구조의 무결성을 입증하는 매우 실용적이고 비용 효율적인 방법을 제공합니다. 이는 잠재적으로 비용이 많이 드는 보강 공사, 보수 작업 및 교통 관리의 필요성을 제거하는 데 도움을 줍니다.