레드 게이트 보행자 교량

• 도로 교량 아래에 매달린 새로운 케이블 스테이식 보행자/자전거 교량

• 교량의 상세한 전역 해석 및 케이블 연결 조립부의 지역 해석

• 보행자의 발걸음을 분석하여 최대 가속도 값을 확인하고 이는 보행자 편안함 수준과 비교.

미국 컨설턴트인 Benesch는 LUSAS Bridge 해석 소프트웨어를 사용하여 일리노이주 세인트 찰스 북부에 위치한 폭스 강 위의 레드 게이트 도로 교량 아래에 매달린 새로운 케이블 스테이식 보행자 교량 설계를 지원했습니다. 하중 전이 및 민감도 해석이 수행되었으며, 단계별 시공 해석 또한 기본 빔의 캠버 값을 도출하는 데 도움이 되었습니다. 극한 하중 사건을 평가하였고 고유값 해석 및 이후 보행자 발걸음 해석을 통해 구조물이 보행자 유도 진동에 취약할 수 있음을 확인하였으며, 이에 따라 조정 질량 댐퍼 시스템이 설치되었습니다.

개요

레드 게이트 교량은 일리노이주 31번 도로와 25번 도로를 폭스 강을 가로지르는 구조물로, 시카고 서부 교외인 세인트 찰스의 북부에 위치하고 있습니다. 이 2차선 도로 교량은 2012년 말에 공사가 완료되어 일반에 개방되었으며, 콘크리트 기둥으로부터 혁신적인 케이블 스테이식 보행자 교량을 지탱합니다. 보행자 교량은 기둥 건설 후에 시공이 시작되었으며, 2013년 6월에 공식적으로 일반에 개방되었습니다. 이 교량은 자전거 이용자와 보행자를 차량 교통으로부터 분리하고, 지역의 다양한 숲 보존지역, 공원 및 지역 트레일에 접근할 수 있도록 제공합니다.

보행자 교량은 150피트-0인치(45.7m)의 4개의 경간과 각각 66피트-3인치(20.2m)의 2개 앵커 경간으로 구성됩니다. 서쪽 앵커 경간과 인접 경간은 반경 575피트(175m)로 곡선 형태입니다. 강철 슈퍼구조물은 W24x104 (610mm 깊이 x 324mm 너비 x 157kg/m) 주요 종상부재가 14피트-6인치(4.4m) 간격으로 배치되고, W12x30 (315mm 깊이 x 165mm 너비 x 45kg/m) 횡단 바닥 부재는 7피트-6인치(1.47m)마다 배치되어 측면이 보강되어 있습니다. 12피트-10인치(3.9m) 너비의 데크는 7인치(178mm) 두께의 비복합형 콘크리트 슬래브로, 바닥 부재 사이에 스팬됩니다. 각 종상부재의 끝은 상하 앵커 연결에 고정된 3개의 케이블로 지지됩니다. 케이블 연결 위치에서의 횡단 부재는 W24x62 (603mm 깊이 x 178mm 너비 x 94kg/m) ‘I’ 형 부재로, 지지 케이블의 측면 경사에 의해 발생하는 비틀림을 저항합니다. 기둥에서의 케이블 앵커는 주요 부재 평면 밖에 있으며, 케이블은 수직 평면에 대해 8.5도 경사진 형태로 배치됩니다. 기둥 자체는 흐름과 정렬하기 위해 7도 경사진 상태로 설계되어, 상하 앵커 플레이트의 세심한 디테일링과 위치 설정이 필요했습니다.

LUSAS에서의 해석

LUSAS는 구조물의 동작을 평가하기 위해 2010년 5판 AASHTO 교량 설계 명세서와 2009년 AASHTO 보행자 교량 설계 가이드 명세서의 기준을 충족하기 위해 사용되었습니다.� 해석에는 자기 중량, 보행자 실하중, H10 차량 하중, 바람 하중 및 불균형 실하중 설치가 포함되어 극한 사태(보행자 불균형 하중 분포 및 케이블 파손)에 대한 영향이 고려되었습니다. 전체 보행자 교량의 모델이 두꺼운 빔 요소를 사용하여 구조 강재 프레임을 나타내고, 케이블 스테이를 위해 바 요소를 사용하며, 두꺼운 쉘 요소로 콘크리트 데크를 모델링했습니다. 지지 조건은 구조의 실제 조건에 맞추어 다르게 설정되었으며, 유도 기초는 수직 반응만을 모델링하였고, 기둥 1, 3 및 5는 종적인 이동을 허용하는 팽창 베어링을 사용하였습니다. 기둥 2 및 4는 고정 베어링을 사용하여 종적 이동을 허용하였습니다. 모델이 생성되면 LUSAS에서 하중 전이를 수행하여 최대 계측 케이블 축 방향 하중과 최대 사용 하중을 확인하였습니다. LRFD 해석 및 허용 강도 설계 검사를 모두 수행하여 케이블이 두 가지 요구 사항을 모두 충족하도록 하였습니다. 바람 연구에 의해 권장된 정적 힘이 해석 모델에 포함되어 구조물의 바람 영향을 고려하였습니다. 전체 조립 순서 모델링 결과로 교량의 덱 변위를 산출하여 주요 빔의 2-1/8인치(54mm) 프리 캠버 값을 결정하였습니다.