파세오 교량 철거

• 자기 고정 현수교의 철거 해석

• 기존 구조물의 단계별 시공 모델링 및 모든 개조 사항 포함

• 안전한 해체를 보장하기 위한 글로벌 및 로컬 모델을 활용한 단계별 철거 해석

제니시스 구조 는 파세오 코리더 건설자 조인트 벤처에 의해 캔자스 시티, 미주리에서 파세오 교량의 상세한 철거 해석을 수행하기 위해 임명되었습니다. 제니시스 구조는 LUSAS 교량 해석 소프트웨어를 사용하여, 이 구조물이 생애 동안 수행된 모든 주요 개조 사항을 포함하여 기존 구조물의 모델을 구축했습니다. 이 모델은 모든 제안된 철거/제거 단계를 포함하도록 추가 개발되었습니다. 또한 주 현수 케이블의 하강을 평가하기 위해 추가 모델이 개발되었고, 또 다른 모델은 교각 기초와 앵커 볼트 시스템에 미치는 자세한 응력 및 영향을 조사했습니다. 모든 해석은 의도된 철거 순서가 안전하게 수행될 수 있음을 증명했습니다.

개요

파세오 교량은 1950년대 초 하워드, 니들스, 타멘, 그리고 베르겐도프에 의해 설계되고, 1954년 아메리칸 브리지 컴퍼니에 의해 건설되었습니다. 이 교량은 캔자스 시티, 미주리에서 미주리 강 위에 I-29/35 및 주 도로 71을 횡단하는 4차선 자기 고정 현수교로, 308피트, 616피트, 308피트의 현수 경간과 90피트, 174피트의 남쪽 접근판 거더 경간, 219피트와 110피트의 북쪽 접근판 거더 경간을 보유하고 있었습니다. 교량이 처음 개통될 때, 이는 세계에서 가장 긴 자기 고정 현수교였습니다.

kcICON 프로젝트의 일환으로, 미주리 교통부(MoDOT)에 의해 자금을 지원받아 새로운 상징적인 강 교량인 크리스토퍼 S. 본드 교량이 기존 파세오 교량 옆에 건설되었습니다. 새로운 교량의 설계 및 시공은 클락슨 건설사, 맷스만 건설사, 키위트 건설사의 조인트 벤처인 파세오 코리더 건설자(PCC)에 의해 수행되었습니다. PCC는 제니시스 구조에 기존 교량의 철거 해석을 수행하도록 의뢰했습니다.

교량 시공

136피트 높이의 타워는 판강 구조로, 상부 및 하부 스트럿으로 보강되었습니다. 현수 케이블은 상부 스트럿의 구멍을 통과하여 케이블 안착부에 앉아 있었고, 이는 12개의 6″ 직경과 30″ 길이의 롤러 세트에 의해 지탱되었습니다. 각 케이블을 따라 매달린 연결고리들이 교량의 상부 구조를 지탱했습니다. 교량의 데크는 21″ 깊이의 스트링거 보를 통해 6피트 깊이의 횡 방향 바닥 보를 가로지르며 지탱되는 7″ 비복합 콘크리트 도로 슬래브로 구성되었습니다. 이 바닥 보들은 거대한 10피트 깊이의 판강 보에 의해 지지되었습니다. 이러한 보의 중간 지점과 각 타워 위치에 있는 힌지 연결은 13″ 직경의 스틸 핀을 사용하여 시공 중의 회전 운동 및 압력을 수용했습니다. 콘크리트 바닥 슬래브의 배치가 완료된 후, 이전에 이 힌지 위치에서 이루어진 임시 볼트 연결은 제거되었으며, 연결을 보완하기 위해 덮개 판이 리벳으로 고정되었습니다. 시공 중에 안착부의 이동은 고정 각도를 사용하여 제한되었으며, 특정 단계에서 이들이 제거되어 안착부를 위치하게 하고 타워의 상부를 재배치하도록 하였습니다. 콘크리트 바닥이 시공되고 시공이 완료된 후, 타워의 정점은 마지막으로 조정되었고, 더 이상의 이동을 제한하기 위해 영구 고정 각도가 설치되었습니다.

시공 모델링

철거 해석을 수행하기 전에, 기존 교량의 상세한 단계별 시공 모델을 작성해야 했습니다. 원래의 시공 문서들은 제기된 시공 순서를 제안했으며, 이를 기반으로 초기 철거 요구 사항의 평가가 수행되었습니다. Durante esta evaluación, PCC는 아메리칸 브리지 컴퍼니에 의해 개발된 원래의 시공 계획을 확보할 수 있었습니다. 이로 인해 시공 프로세스에 대한 많은 추가 정보가 제공되었으며, 이에는 주요 현수 케이블의 실제 시공 기하학 및 서스펜션 행어에 사용된 정확한 제작 길이도 포함되었습니다. 

이 모든 시공 정보를 통해 제니시스 구조는 실제 시공 순서를 나타낼뿐만 아니라 교량의 생애 동안 이루어진 모든 개조 사항을 포함한 매우 상세하고 정확한 모델을 개발할 수 있었습니다. 이는 추가적인 마모층 및 주요 보강 거더받침대의 교체를 포함하여 약 3″의 바닥 시스템 하강으로 이어졌습니다. 이 모델링 프로세스의 결과로 시공 중 교량에서 나타나는 변위를 파악할 수 있었고, 주요 케이블과 행어의 하중은 최종 사용 조건에서도 확인되었습니다. 존재하는 구조물에 대한 조사 결과는 LUSAS 모델링 프로세스의 정확성을 확인했습니다. 주요 이정표는 다음과 같은 as-built 해석 모델에 포함되었습니다:

• 시공 중 주요 보강 거더의 인양 및 하강
• 적절한 시점에 현수 행어의 연결
• 주 케이블 롤러 안착부의 모델링 및 잠금/해제
• 받침대 교체를 정확하게 고려한 구조물 하강
• 마모층 오버레이 추가 모델링.

철거 모델링

상세한 철거 순서를 PCC와 함께 개발한 후, 제니시스 구조는 모든 제안된 철거/제거 단계를 시공 모델에 추가하여 구조물에 미치는 영향을 평가했습니다.  마모층, 슬래브, 스트링거 및 선택된 바닥 보가 상부 구조에서 제거되어 최소한의 구조적 구성만 남겨두었습니다. 철거를 지원하기 위해, 각 36″ 직경 파이프가 여섯 개의 말뚝 구성으로 보강된 4개의 가짜 기둥이 중심 경간 아래에 설치되었습니다. 이러한 기둥의 잭과 기존 교량 기둥 위에 설치된 스트랜드 잭 시스템은 장축 거더를 들어올리고 주요 현수 케이블에서 남아있는 상부 구조의 하중을 제거했습니다. 

• 주 케이블 롤러 안착부의 잠금 해제 효과 평가
• 주 타워에서의 고정된 힘 모니터링
• 기존 상부 구조의 단계적 제거
• 주 현수 케이블에서 하중을 제거하기 위한 상부 구조의 인양 해석
• 주 현수 케이블 하강 및 기존 교량 기둥 앵커 볼트 시스템에 대한 상세한 해석

케이블 하강

상부 구조의 하중을 제거한 후, 다른 LUSAS 모델이 개발되어 주 케이블을 제거를 위해 데크 수준으로 하강시키는 평가가 수행되었습니다. 이는 제니시스 구조의 LUSAS 해석 결과에 따라 단계를 지정하여 상부 스트럿을 하강시키기 위해 타워의 상부 스트럿에 고정된 스트랜드 잭을 사용하여 진행되었습니다. 케이블 하강 모델을 위한 추가 하중 케이스가 정의되었으며, 이는 케이블이 프레임, 가짜 기둥, 거더 또는 바닥 보 지지대에 접촉할 때 필요에 따라 핀 또는 롤러 지지대를 삽입하여 지원하였습니다. 이를 통해 케이블의 하강 과정을 모델링하고 각 단계에서의 주요 케이블 변위 및 반작용을 확인할 수 있었습니다.

 

타워 기초 모델링

타워에서의 사망 및 풍하중, 상부 구조 인양, 케이블 하강 작업 및 특정 철거 단계에서의 안착부 해제 또는 잠금 시 기초 시스템에 미치는 영향을 조사하기 위해 또 다른 모델이 사용되었습니다. 이를 위해, 파일럿의 하부 24피트를 쉘 요소로 모델링하고, 나머지 높이는 두꺼운 비선형 빔으로 나타냈습니다. 5″ 두께의 강판 기초는 솔리드 요소로 모델링되었고, 기초판과 콘크리트 기둥 사이의 상호작용을 나타내기 위해 마찰 슬라이딩 라인을 사용했습니다. 비행 요소는 콘크리트 기둥에 캐스팅된 10피트 길이의 2.5″ 직경 앵커 볼트를 모델링했습니다. 고정된 하중 경우에 대해 기초 압축 응력, 기초 판의 굽힘 응력 및 앵커 볼트의 최대 인장 힘을 획득할 수 있었습니다.

 

요약

제니시스 구조는 LUSAS를 사용하여 1954년에 사용된 시공 기술을 정확하게 모델링하여, 철거를 준비하는 동안 이 주요 자기 고정 현수교의 응력과 기하학적 상태를 파악할 수 있었습니다. 구조물의 정확한 응력 상태를 아는 것은 위험한 비대칭 인양 및 하강 작업을 포함한 모든 단계에서 철거 과정에 대한 완전한 이해를 가능하게 했습니다. 제니시스 구조의 대표인 데이비드 바이어스는 “주요 비선형 구조인 파세오 교량을 단일 해석 모델에서 시공하고 해체할 수 있었던 것은 철거의 성공에 매우 중요했다”고 말했습니다.

“주요 비선형 구조인 파세오 교량을 단일 해석 모델에서 시공하고 해체할 수 있었던 것은 철거의 성공에 매우 중요했다.”

데이비드 바이어스, 제니시스 구조 대표

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