활용사례

[Bridge] Hungerford 보도교량에 대한 동적해석 (영국)
[Bridge] Hungerford 보도교량에 대한 동적해석 (영국)

키워드 및 개요

Westerminster시는 1996년 템즈강을 잇기 위한 재단/사단법인들로 구성된 Cross River Partnership 단체를 대표하여 국제 설계 경진대회를 개최하였으며 최초 계획안은 2개의 신규 도보교로 구성되었으며, 교량의 동적 응답과 Wind tunnel test를 위한 계수들을 결정하는데 LUSAS Bridge가 사용되었다.

* Cable stay footbridge
* Dynamic analysis
* Assessment for deliberate vandalism

프로젝트 상세

 두 개의 다경간 도보교는 경간장 320m, 폭원  4.7m로, 슬라브 구조와 하측 리브에 Prestressed Concrete 보가 연결된 구조이며 상판은 경사진 강재 주탑에 이어져있는 케이블에 의해 지지되며, 케이블은 기초 말뚝에 연결되어 적정한 경사를 이룬 25m의 높이의 주탑에 정착되어 있는 구조다.

 우선 고유치해석이 수행되었으며, 여러 방향에 대한 Mode Shape을 얻어내었는데 0.82Hz에서 가장 영향력이 큰 것으로 확인되었다. 이것은 지나치게 작은 값이므로 시간이력 동해석을 통해 정밀검토의 수행을 결정하였다.

 먼저 영국 Transport Standard BD37/88에서 명시된 바에 따라 Sign 함수의 동적하중 재하에 따른 가속도 허용한계에 대해 검토를 하였고, 신중을 기하기 위하여 교량의 가장 낮은 진동수 하에서 뛰어다니는 사람들에 의한 가속도에 대한 검토도 수행하였다. Sign 함수 형태의 동적하중에 의한 가속도 허용값으로 비교하였으며, 운동중인 사람으로부터 가장 가까운 위치에서의 값을 비교대상으로 하였다. 이 과정에서 한 사람이 다른 사람들이 느낄 만큼 큰 가속도를 유발하지 않는다면, 다른 사람들에 의한 가속도의 영향도 없을 것이라는 가정을 두었다.

 두가지 해석 모두를 통해 시방에서 규정한 조건을 벗어나지 않으며, 보행자의 안정감을 해치지 않는 수준의 결과를 얻어낼 수 있었다. 고유치 해석을 통해 얻어진 데이터들은 Wind Tunnel Test를 위한 계수산정에 사용되었다.

 이러한 테스트는 공기역학적인 환경에 대한 교량 상판의 민감도를 분석하기 위해 필요한데, 교량을 2차원으로 효과적으로 표현한 ‘Sectional mode1’이 사용되었다. 이러한 단순화는 교량의 복잡한 거동 중 일부를 잘 표현하기에는 부족하지만, 3차원 모델링은 가용한 터널의 크기의 제약으로 인해 2경간 혹은 3경간까지로 한계를 갖게 된다. 게다가 해석결과는 3경간 모델은 전체모델과는 상당히 다른 양상의 거동을 보여주는 것으로 나타났다.

 Wind Tennel Test 는 그 지역에서 발생할 수 있는 풍속을 훨씬 초과하는 단계의 한 계 풍속을 나타내는 것으로 긍정적인 결과를 보였다. 즉 바람에 의해 교량의 공진을 유발하는 상황은 일어나지 않을 것이라는 결론이었다.

 Hungerford footbridge는 현재 런던의 새천년을 기념하는 아주 매력적인 하상교량이다.

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