Watergate 교량

• 아치 형상 조사

• 선형 및 비선형 좌굴 해석

• 구조의 전반적 모델링 및 접속부의 지역 모델링

아일랜드 공화국 미스 카운티의 Trim 지역에 위치한 River Boyne을 가로지르는 새로운 Watergate 교량은 저주 변형의 포물선 아치 도로 교량으로, 보도 인도는 외팔보형으로 디자인되었다. 설계자는 Roughan & O’Donovan이며 LUSAS Bridge를 사용하여 초기 설계 및 구조 형태의 선택, 초구조물의 선형 및 기하학적 비선형 좌굴 해석, 그리고 복잡한 제작 접속부에 대한 지역 해석을 지원하였다.

최종 설계의 가장 중요한 단계는 좌굴 해석이었다. 영국 설계 코드 BS5400 Part 3에서는 압축 부재에 대한 효과적인 길이의 표를 제시하여 다소 보수적인 수치하지만, 디자이너가 탄성 비판 좌굴 해석에 의해 효과적인 길이를 결정할 수 있도록 한다. LUSAS는 처음 몇 개의 모드형과 효과적인 길이 및 비판 좌굴 하중을 계산하였다.

완전한 탄성 해석은 3D 라인 빔 모델에서 수행되었으며, 덱은 두꺼운 쉘 요소로 모델링되었다. 하중, 온도 하중, 아치 리브에 대한 충격의 영향을 모두 해석하였다. 이로 인해 타이 빔의 인장 응력이 복합 재료의 슬래브로 전이되었으며, 이로 인해 거더의 크기가 줄어들고 추가적인 철근이 덱에 추가되어 인장 응력을 처리하였다. 이로 인해 덱과 타이 빔은 한덩어리가 되어, 결과적으로 거더를 비틀림으로 강하게 하였다.

3D 모델에 대한 보다 정확한 끝 고정 모델링으로 인해 2D 모델의 선형 좌굴 해석이 비판 좌굴 하중을 과대 평가한 것으로 판단되었고, 이로 인해 비선형 좌굴 해석이 수행되었다. 이 최종 해석은 덱의 2차 효과를 조사하였으며, 검사된 하중 조건에서 전체 스팬에 균일하게 배분된 하중이 아치의 가장 큰 측면 변위를 초래한다는 것을 발견하였다. 3D 선형 및 비선형 해석에서의 효과적인 길이를 비교한 결과 12.7m 및 12.5m으로 매우 유사한 결과가 나타났다. 이러한 값을 기반으로 사용된 강재의 최대 허용 압축 응력 212N/mm²을 산출하였으니다.

3D 라인 빔 모델이 개별 부재의 설계에 만족스러웠지만, 아치/거더 연결부와 같은 복잡한 제작 접속부에 대해 보다 세부적인 지역 모델링이 필요하였다. 3D 전반적 모델에서 유도된 힘과 모멘트가 지역 모델에 적용되어, 이 접속부의 응력 및 전단 분포를 쉽게 확인할 수 있으며, 경제적인 용접 크기를 산출할 수 있었다.