유로코드 4에 따른 강합성 라멘 교량 해석 및 설계

• 강재/강합성 라멘 교량의 해석 및 설계 검토
• 강재 단면 및 슬래브 보강철근의 최적화
• 단순 지지 구조물에 비해 상당한 강재 중량 절감

Spea Engineering spa는 LUSAS Bridge와 강교 및 강합성교 설계 소프트웨어 옵션을 사용하여 유로코드에 따른 통합 교량의 설계를 조사하고 최적화 했습니다. 이를 위해 두 가지 주요 스팬 구성을 선택했으며, 각각 최대 주 스팬 길이가 38m 및 45.5m인 1스팬과 3스팬 배열을 특징으로 합니다. 수행된 해석과 설계 검토의 결과, 시간 소모적인 수동 검토를 피할 수 있었고 최적화된 강재 보와 보강철근 크기를 얻어 단순 지지 구조에 대해 약 25%의 구조적 강재 중량 절감 효과를 얻었습니다.

단일 스팬 교량

교량의 주요 구성은 1600mm 깊이의 두 개의 longitudinal 강재 보가 13.5m 너비의 복합재 콘크리트 데크를 지지하는 것으로 이루어져 있습니다. 여덟 개의 균등 간격으로 배치된 횡방향 강재 I형 보가 주요 보에 대한 하단의 측면 저항을 제공합니다. 양 끝에서 longitudinal 보가 기초벽에 삽입되며, 이 기초벽은 1.2m 두께의 기초벽 위에 위치한 말뚝 기초 위에 놓입니다. 전체 시스템은 모든 하중을 흡수하도록 설계된 단일 프레임 시스템을 형성합니다.

단일 스팬 통합 교량을 위한 도면

모델링 및 해석

LUSAS를 사용하여 시공의 모든 단계를 나타내는 단일 3D 모델을 생성하고 지반-구조 상호작용을 모델링했습니다. 비선형 거동을 수용하는 관절 요소가 능동 및 수동 지반 압력을 모델링했습니다. 주요 longitudinal 강재 보를 웹과 플랜지의 두께를 최적화하기 위해 A, B, C, B, A의 다섯 세그먼트로 나누었습니다.

설계 검토

주요 구조 부재 및 연결부에 대한 ULS 휨, 응력, 전단 및 상호작용; SLS 응력, 웹 숨쉬기 및 피로 검사를 수행하기 위해 LUSAS 해석에서 생성된 모멘트 및 전단 데이터를 사용했습니다. 수행된 해석 및 설계 검토의 결과, 시간 소모적인 수동 검토를 피할 수 있었고 단순 지지와 통합 교량 각각에 대해 최대 활용 계수를 0.95로 제한하는 최적화된 강재 보 플랜지, 웹 및 보강철근 크기를 얻을 수 있었습니다. 전체적으로 단순 지지 교량에 비해 합성 라멘 교량 설계에서 약 25%의 구조적 강재 중량 절감 효과를 얻었으며, 데크와 교대 사이의 연결에 의해 발생하는 하중에 대해 슬래브 끝부분의 보강철근이 증가해야 했습니다. 통합 교대는 날씬하게 설계할 수 있지만, 더 많은 강재 보강이 필요합니다. 교대는 일반적인 교대에 비해 약 30%의 큰 절감 효과가 나타났습니다.

단일 스팬 단순 지지 교량	단일 스팬 라멘 교량
정의된 세그먼트에 대한 강재 보 및 보강철근 크기 최적화

구조 체계에 대한 민감도

네 개의 longitudinal 보와 3스팬 교량을 가진 다양한 횡방향 강재 배치도 분석하였고, 결과를 통합 및 단순 지지 교량 유형 간 비교하였습니다. 결과는 약간 다르게 나타났지만, 분석된 모든 사례 연구에서 통합 교량이 비용을 절감하고 또한 품질과 내구성을 높이는 것으로 나타났습니다.

3스팬 통합 교량

L. Ferretti Torricelli, Spea Engineering spa의 교량 설계 부서 :

“LUSAS를 사용하여 능동 및 수동 압력을 모델링한 비선형 조인트 덕분에 데크와 교대의 통합 모델을 가질 수 있었고, 이는 지진 해석을 위해서도 사용될 것입니다. 강재 및 복합재 데크 설계기의 사용은 관련 유로코드에 따라 합리적인 시간 안에 설계를 최적화할 수 있도록 해주는 필수적인 것이었습니다.”