그린사이드 플레이스 링크 교량

활용사례

그린사이드 플레이스 링크 교량

Greenside Place Link Bridge, Edinburgh

튜브형 강철 격자 교량
비선형 좌굴 해석
자연 진동수 검사

Greenside Place Link Bridge는 스코틀랜드 에든버러에 위치한 50m를 넘는 독특한 S자형 나선형 강철 격자 구조물입니다. Buro Happold Consulting Engineers는 이 혁신적인 구조물에 대한 정적 해석, 비선형 좌굴 해석 및 자연 진동수 검사를 수행하기 위해 LUSAS Bridge를 활용했습니다.

개요

Greenside Place Link Bridge는 Leith Street를 가로지르는 이전의 연결교를 대체하고 St. James Centre와 Greenside Place 지하주차장의 Nottingham Place 터미널을 연결합니다. 이 구조물은 139.7 x 10 원형 강관(부재)으로 된 곡선형 강철 튜브가 위아래에 위치한 193.7 x 16 원형 강관(부재) 여섯 개 주위를 나선형으로 감싸고 있는 독립 구조물입니다. 이 헬릭스는 5m 너비와 4m 높이를 가지며, 콘크리트 플린트에서 시작되는 457 x 25 원형 강관(부재)으로 지지됩니다. 데크에는 알루미늄 판넬이 사용됐으며, 유리 패널이 보행자의 보호를 위해 구조물의 측면을 감싸고 있습니다.

모델링

구조물에 대한 CAD 모델이 이미 존재했으므로, DXF 파일을 사용하여 교량의 기하학적 형태를 가져왔습니다. LUSAS에서 기하학적 및 재료 속성과 같은 속성을 할당하는 데 도움을 주기 위해 이름이 지정된 그룹을 사용했습니다. 이 유용한 기능을 통해 모델의 공통 부분을 분리하여 볼 수 있어 결과 처리에 대한 더 큰 제어력을 제공합니다. 두꺼운 기둥 요소들이 주요 강철 부재를 나타내는 선형 특징에 배정됐습니다. 관절 요소들은 지지대와 나선형 튜브 사이의 핀 연결을 모델링하는 데 사용되었습니다. 콘크리트 기초와의 연결부에서는 고정된 지지대를 사용했습니다. 장기 하중(안정적인 침하 등)과 단기 하중(보행자, 바람, 온도 등)을 평가했습니다. 또한 콘크리트 기둥과의 차량 충돌로 인한 우발적인 하중도 고려되었습니다.

해석 및 결과

제안된 구조물에 대한 정적 해석 결과, 경량 교량의 기초부재에 대한 응력이 과도하게 나타났으며, 최종 구조에 대한 수정이나 보강이 필요했습니다. Buro Happold의 구조 엔지니어 이바 트리프코비치(Iva Trifkovich)는 “이 헬리컬 구조물은 상부와 하부 힘의 전달 역할을 하는데 전반적으로 매우 강성이 있었지만 지지대 주위에서는 국부적인 문제가 있었습니다. 우리는 다양한 보강 전략을 고려했는데, 강철 판재 보강 옵션이 수정 문제를 해결하지 못했습니다.” 최종적으로는 각 지지대 위치에 193.7 x 20 원형 강관(부재) 다이어프램 링이 사용됐습니다. 이후 해석 결과, 이러한 링의 삽입으로 교량의 지지대 주변에 있는 헬릭스의 응력이 수용 가능한 수준으로 낮아졌습니다. 이바 트리프코비치는 “구조의 복잡한 특성과 그 S자형 형태로 인해, LUSAS가 없었다면 헬리컬 부재에서의 정확한 응력과 힘을 확신할 수 없었을 것입니다.”라고 말했습니다.

비선형 좌굴 해석을 통해 구조물이 비선형적으로 행동하기 시작하는 임계(람다) 계수를 결정했습니다. 초기 불완전성을 적용하여 좌굴 형태로의 변형을 시작하였고, 구조물은 설계 하중 범위 내에서 선형성을 유지하는 것으로 나타났습니다.

보행자 하중에 대한 동적 반응이 일부 교량에는 문제로 작용할 수 있지만, 간단한 자연 진동수 해석 결과, 첫 번째 수평 모드 형태는 2.55Hz이며 첫 번째 수직 모드 형태는 6.32Hz로, 모두 영국 BD37/01 설계 코드에 따른 보행자 편안함을 위한 임계 진동수 범위 이상이었습니다. 진동 주파수 또한 보행 시 범주를 벗어났습니다. 이바 트리프코비치는 “우리는 교량의 수직 및 수평 움직임에 대한 보행자 빈도와 점핑 빈도를 비교하여 만족스러운 결과를 얻었습니다. 이는 보행자들이 교량을 건널 때 불편함을 느끼지 않을 것임을 보여줍니다.”라고 설명했습니다.

나선형 하부 섹션의 응력