- 경량 구조물의 전역 모델링
- 케이블 장력 조정 순서 개발
- 선형 해석
Tony Gee & Partners는 철강 제작 및 시공업체인 Hanmaek Heavy Industries Co Ltd에 의해 260m x 160m 42,000석 규모의 Chunju/Jeonju 스포츠 스타디움 지붕 구조에 대한 전체 시공 해석을 제공하기 위해 고용되었습니다. TGP의 임무는 케이블 프레스트레싱 순서와 특정 시점에서 사용해야 할 프레스트레스를 정의하는 것이었습니다. 목표는 현장에서 특정 케이블 또는 케이블 쌍의 장력이 다른 케이블에 미치는 영향을 예측하는 것이었습니다. TGP는 시공 과정 모델링을 위해 LUSAS Civil & Structural 해석을 사용하기로 선택하였고, 기둥과 케이블을 포함한 전체 지붕 구조의 LUSAS 모델을 구축했습니다.

Chunju/Jeonju 스타디움은 주변 트러스가 주 관중석 뒤에 있는 A형 기둥에 의해 지지를 받는 철골 지붕을 가지고 있습니다. 내부 링 트러스는 63m 높이의 4개 기둥에 의해 팬형 케이블 네트워크로 지지됩니다. 모든 케이블 스트레이는 해당 기둥에 장착된 다른 모든 케이블에 영향을 미치기 때문에, 케이블의 장력을 조정하고 지붕을 설치된 상태에서 올리는 순서는 올바른 지붕 형태를 달성하고 부적절한 잠긴 응력을 방지하는 데 매우 중요했습니다.
20,000 m²의 스페이스 프레임 지붕 모델링을 단순화하기 위해 개별 지붕 트러스의 모델을 생성하여 메인 모델에 사용될 단일 보 요소에 대한 동등한 단면 특성을 제공했습니다. 바 요소는 케이블 스트레이를 모델링하였습니다. 기둥 기초에 핀 지지대가 사용되었으며, 스프링 지지대는 주변 프리캐스트 콘크리트 관중석 기둥을 모델링했습니다. 리프트 오프가 발생할 32개 테레스트 위치마다 단순 수직 지지대가 사용되었습니다. 비선형 해석 및 리프트 오프 조인트를 고려한 계산도 가능했지만 TGP는 의도적으로 선형 해석을 수행하고 점검 방법을 통해 지지대 리프트 오프를 평가하기로 하였습니다. 최종 장력이 접근할수록 케이블의 변형이 모델링된 선형 거동에 가까워집니다.
| 각 기둥에서 7개의 케이블이 인접 지붕 섹션의 자유 가장자리를 지지합니다 (긴 섹션에 4개, 짧은 섹션에 3개). 또한, 인접 지붕 사이의 교차 빔 평면에 다이아몬드 형태로 배치된 4개의 케이블이 존재하여 인접 지붕의 링 트러스에서 나오는 케이블의 동일한 위치에 앵커되어 기둥을 측면에서 안정화합니다. 사용된 케이블은 일반적으로 65mm 및 95mm 지름입니다. 각 기둥의 주요 뒷 기계에는 6개, 100mm 지름의 케이블이 있으며, 이 하중은 1,000톤을 초과합니다. |
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해석의 핵심 요소는 한 코너의 모든 케이블을 점진적으로 장력화 하더라도 다른 코너의 케이블에 영향을 미치지 않을 수 있는지를 조사하는 것이었습니다. 이는 시공 시 장비를 이동할 필요가 없기 때문에 분명한 이점을 제공했습니다. 이를 테스트하기 위해 각 케이블에 개별적으로 장력을 모델링하기 위해 온도 하중이 적용되었습니다. 또한, 각 케이블에 대해 단위 하중을 적용하여 다른 케이블에 미치는 응력과 압축 결과를 확인했습니다(한 코너에 대해서만). 이러한 결과로 행렬이 생성되었고, 그로부터 어떤 케이블 장력 조정 순서도 해결될 수 있었습니다.
| David Barnes, TGP의 부소장은 이렇게 설명합니다: ‘'우리는 각 케이블을 개별적으로 분석하여 두 개의 케이블을 동시에 장력화할 때의 영향을 계산할 수 있었고 행렬의 열을 모두 더함으로써 계산할 수 있었습니다. 우리는 한 코너에서 각 케이블에 단위 하중을 적용하여 다른 모든 케이블에 미치는 영향이 어떤지 확인했습니다. 또한 한 코너에서 장력을 조정했을 때 다른 코너의 케이블에 미치는 영향을 조사한 결과, 하중 전달이 미미하다는 것을 발견했습니다(2.5% 미만). 그래서 각 코너의 3D 유닛은 독립적으로 장력화 할 수 있었습니다.' |
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내부 링 트러스는 매우 강성이 있어 코너에서 팬으로 뻗어 나오는 케이블들이 점점 덜 작용하게 됩니다. 이로 인해, 주요 하중을 지지하는 케이블의 장력을 조정하면 넓게 퍼진 케이블의 장력이 느슨해지고 케이블 시스템 내에서 지속적으로 장력이 변화하게 됩니다. 영구 구조 설계자는 TGP에게 현장에서 달성해야 할 최종 케이블 장력을 제공하였고, 이 행렬을 해결하여 이를 달성했습니다. 프로젝트 엔지니어인 Simon Dimmock은 말하길, '현장에서 케이블을 장력화하는 가운데 마지막으로 장력화되는 케이블이 다른 모든 케이블에 영향을 미칠 것이라는 상황이 항상 존재할 것이므로 이러한 영향을 사전에 알아야 했습니다 – 그래서 LUSAS를 사용한 것입니다.' 다수의 LUSAS 해석이 수행되었고, 케이블 장력이 전혀 적용되지 않은 상태의 지붕이 테레스트에 놓여 있을 때부터 2개의 케이블의 장력을 25%로 증가시키기 시작하였습니다. 모든 케이블이 이 장력 수준에 도달한 후, 50%, 75%, 90% 및 마지막으로 영구 구조 설계자가 제공한 최종 장력의 100%까지 순서를 반복했습니다.
이 장력 조정 순서는 Tony Gee & Partners에 의해 현장에서 사용되었습니다. 선형 해석 접근 방식과 와이어 형태의 거동을 모델링하지 않았기 때문에, 현장에서 25%의 최종 장력에 대한 케이블 장력 조정 반응은 LUSAS 모델에서 제안한 반응과 다르게 나타났습니다. 90% 이상의 장력 조정은 LUSAS 모델과 더 잘 일치했습니다. 영구 구조 설계의 철학은 올바른 장력이 적용되면 지붕이 테레스트에서 스스로 상승할 것이라는 것이었습니다 – 실제로 그렇게 되었습니다. LUSAS를 사용하여 리프트 오프는 최종 장력의 80-90%에서 발생할 것으로 추정되었으며, 실제로 코너가 그보다 약간 전에 리프트 오프 되었습니다. TGP는 제3자로서의 확인 작업을 수행하고 있지 않았지만 LUSAS로 별도의 컴퓨터 모델을 생성하고 영구 구조 설계자가 제공한 장력을 입력했을 때 지붕이 테레스트에서 리프트 오프 되므로, 그들의 작업을 효과적으로 확인한 것입니다.

"현장에서 케이블의 장력을 조정하는 동안 우리는 항상 마지막으로 장력화되는 케이블이 다른 모든 케이블에 영향을 미칠 상황이었으므로, 그 효과를 사전에 알아야 했습니다 – 그래서 LUSAS를 사용했던 것입니다."
Simon Dimmock, 프로젝트 엔지니어, Tony Gee & Partners












