해석 배경

이전 해석 중 첫 번째는 구조가 ‘실패’했으며, 석재의 허용된 인장력이 초과되어 보행 하중에 대해 불충분하다고 결론지었습니다. 다음으로 링컨셔 카운티는 인하우스 해석을 수행하여 명목 하중에 대해 서비스 가능성 한계 상태 점검을 진행했고, 이때 ‘힘의 선’ 방법을 사용했습니다. 첫 번째 해석과는 달리, 이 접근법은 실패 기준으로 경첩의 형성을 사용하여 인장력의 발생을 수용했습니다. 이 해석은 구조가 ‘합격’했다고 판단했습니다. 링컨셔의 접근법은 인장의 시작보다는 ‘실패’를 판단하는 더 합리적인 기준으로 여겨졌습니다. 많은 석조 아치가 인장을 경험하고도 완전히 유효한 구조로 남기 때문입니다. 이런 이유로 셰필드 시청은 LUSAS에서 평면 응력이 ‘콘크리트 모델’을 사용하여 석재의 거동을 모방했습니다. 분석은 서비스 가능성 상태가 아닌 궁극적인 한계 상태 해석이 적용되었으며, 이는 주로 구조적 안전성 문제가 고려된 결과입니다.

LUSAS에서의 모델링

이 기법은 명목 하중이 점진적으로 적용될 때 균열 형성을 추적하는 것이었습니다. 각 해석 사이에 모델의 수동 조정이 필요했습니다. 구조의 강성이 반복적으로 재평가되었으며, 모델은 하중이 증가함에 따라 균열이 발생하고 전개될 수 있도록 했습니다. 모델이 발전함에 따라 달성된 하중 계수가 증가했습니다. 이 절차는 수용 가능한 값을 도달하기 위해 지속되었습니다. 처리 시간을 줄이기 위해, 전체 비선형 해석 이전에 일련의 선형 해석이 수행되었습니다.

초기 선형 해석 결과, 보행 하중을 구조의 4분의 1에 적용할 경우 ‘불균형’ 효과가 미미한 것으로 나타났습니다. 가장 나쁜 하중 사례는 전체 구조 면적에 대한 보행 하중 5kN/m2로 확인되었습니다. 이렇게 하여 더 간단한 3D 4분의 1 모델을 사용할 수 있게 되었습니다.

추가 선형 해석 결과는 지지 조건이 실패 모드에 결정적임을 발견했습니다. 처음 모델링된 대로 수직 침하에 대해 지지대가 경직하다면 하중 제어 초기 단계에서 구조의 ‘다리’에서 실패가 발생했습니다. 완전한 경직 지지 조건은 비현실적으로 여겨졌고, 따라서 스프링이 도입되어 조기 다리 실패를 해결했습니다. 마지막 개선은 스프링 측면 저항을 도입한 것으로, 이는 이전의 경직 지지조건을 대체했습니다. 이는 측면 지반 압력을 모델링한 것인데, 완전한 경직 모델링이 비현실적이고 다리 문제를 유발했기 때문입니다.

모델링 변경의 누적 효과는 구조의 하중 계수를 3.43으로 증가시켰으며, 이는 보행 하중에 대해 하이 브릿지의 안전성을 입증했습니다. 이 결과의 달성은 특정 가정과 주변 지반 및 인접 건물로부터 유도된 측면 지지에 의존했습니다. 이 점은 고객에게 분명히 설명되었으며, 향후 인근에서의 시공이나 철거가 이 유익한 지반 압력에 영향을 미칠 수 있음을 알렸습니다.