역사

Flint & Neill의 West Gate Bridge에 대한 참여는 70년대로 거슬러 올라가며, 이는 시공 중 발생한 비극적인 붕괴 이후, Redpath Dorman Long에 의해 교량의 재조립 계획을 개발하도록 선임된 것입니다. 주요 재설계 및 성공적인 시공 이후 이 교량은 결국 1978년에 개통되었습니다. 교량은 양방향으로 4개 차선으로 설계되었으며, 이번 업그레이드 이전에는 하루 약 160,000대의 차량이 통행하고 있었고 추가 용량이 필요했습니다. 주 빅토리아주, Transurban Infrastructure Management Ltd 및 Citylink Melbourne Ltd 간의 계약의 일환으로 5개 차선으로 업그레이드할 필요가 있었습니다. 이 교량 업그레이드 작업은 Flint & Neill이 강철 교량의 평가 및 보강 설계를 비롯해 점검, 운영 및 유지 관리에 대한 조언과 개선된 접근을 위한 초기 작업 설계 개발 및 역사적 문서와 원주도에 대한 전자적 제작 도면을 제작하는 주요 책임을 맡은 연합체에 의해 수행되었습니다.

구조 개요

West Gate Bridge의 데크는 깊이 4m의 연속 강철 박스 거더로, 두께가 10mm에서 25mm까지 가변인 플레이트로 구성되어 있습니다. 전체 폭은 외팔보를 포함하여 37m입니다. 내부적으로 박스 거더는 네 개의 종방향 웹에 의해 세 개의 셀로 나누어지며, 16m마다 플레이트 다이어프램이 있습니다. 모든 플레이트는 두꺼운 보강재가 있으며, 대부분의 보강재는 오래된 벌브 플랫 유형입니다. 데크는 교량 타워 머리에서 매듭을 지나 교량 내의 케이블 앵커리치로 퍼져 나가며 두 세트의 케이블에 의해 중앙 선을 따라 지지되고 있습니다.

업그레이드 이전 차선 배치	박스 거더 내부 보기

LUSAS를 이용한 해석

프로젝트 초기 단계에서 Flint & Neill은 전체 케이블 지지 교량 구조의 쉘 요소 모델을 LUSAS에서 생성하기로 결정을 내렸습니다. 프로젝트 엔지니어 중 한 명인 Peter Robinson은 “일반적인 데스크탑 컴퓨터가 이제 전체 교량의 쉘 모델을 실행할 수 있으며, 이는 West Gate와 같은 넓은 박스 구조에서 케이블 앵커리지 주변의 변형 및 전단 응력을 모델링하기에 좋습니다.”라고 말했습니다. 강도 매트릭스가 강화된 플레이트의 정적 특성을 모델링하기 위해 정의되었습니다. 선형 탄성 해석을 이용하여 하중 조합을 평가할 수 있었습니다.

고려된 하중 조합

영구 하중 조합의 경우, 2007년에 실시된 조사에 의하면 교량의 중앙 경간이 수년 동안 330mm 정도 변형되었습니다. 케이블의 크립 및 처짐으로 인한 결과로, 케이블의 장력 변화는 크지 않았으나, 가운데에서 처짐 및 타워에서의 과장된 응력에 하중이 상당히 가해졌습니다. LUSAS 평가 모델에서는 케이블의 초기 응력을 크립을 나타내기 위해 조정하였고, 데크 단면도 2007년 조사의 데이터를 반영하였습니다. 향후 케이블의 재장력을 위한 as-built 배치도 모델링되었습니다.

실제 하중의 경우, 교량에 교차하는 차량의 중량을 기록하고 분석하여 극한 하중을 유도한 West Gate Bridge에 특화된 교통 하중 정의가 필요했습니다. 교통 하중은 Autoloader 교통 하중 최적화 소프트웨어를 사용하여 생성되었으며, 이는 박스 거더, 베어링 및 케이블의 최대 응력을 평가하기 위해 700개 이상의 교통 하중 사례를 생성해야 했습니다. 바람 하중의 경우 정적 하중 사례는 스파인 모델의 돌풍 반응으로부터 도출되었습니다.

교량의 역사적 배경으로 인해 시공 하중 처리 문제는 특히 민감한 사항이었으며, 교량이 기존의 8차선 교통 하중으로 인해 과부하 상태였습니다. 안전을 고려하여, 업그레이드 작업 중 교량 경계에 콘크리트 바리어를 배치해야 했으며, 이는 상당한 중량을 추가했습니다. 따라서 시공 중 하중을 보강이 시작되기 전 최대 이론적 8차선 하중으로 제한해야 했습니다. 이는 정밀한 이동을 위한 전체의 간섭 움직임을 모델링함으로써 이루어졌으며, 긴 시간 동안 야간 차선 제한 및 간섭기 이동의 허용 제한을 초래했습니다.

시공 하중 모델링

상세 모델링

Flint & Neill은 전체 교량의 쉘 요소 모델을 LUSAS에서 생성하기로 결정했기 때문에 특정 관심 지역의 메쉬를 정제하여 국부적인 효과를 조사하는 것이 용이했습니다. 이는 Peter Robinson이 언급한 바와 같이, “일반 글로벌 쉘 모델을 갖추고 있으면 경계 조건을 지정하거나 별도의 국소 모델을 사용하여 적절한 하중을 적용하는 데 대한 걱정이 필요 없었습니다. 이는 매우 큰 장점입니다.” 또한 모델은 앵커리지의 웹과 다이어프램에서 하중 분포가 어떻게 이루어지는지를 보여주었습니다. LUSAS의 해석을 수행하는 것 외에도 저희는 모든 부재의 용적 용량에 대한 확인 작업도 수행해야 했습니다. 이는 이러한 거더처럼 복잡할 수 있습니다.

BD56 및 IDWR(임시 설계 및 평가 규정)에 따라 규정된 점검이 수행되었습니다. 이러한 규칙은 70년대 Milford Haven 및 West Gate Bridge와 같은 교량의 붕괴 이후 작성되었으며, Flint & Neill은 업그레이드 프로젝트의 가장 적합한 평가 도구라고 판단하였습니다. LUSAS를 사용한 국소 모델링 및 비선형 해석이 벌브 플랫의 비틀림 저항 능력을 규정된 값 이상으로 개선하는 데 사용되어 보강의 필요성이 감소하였습니다.

필요한 보강

보강 프로젝트 시작 단계에서 박스 거더에 대한 접근성을 향상시키기 위한 많은 작업이 수행되었습니다. 이 작업은 중앙 비어 있는 곳의 맨홀, 최종 교각의 소프릿 개구부, 내부 통로 및 가능한 한 다이어프램 및 내측 웹 개구부의 확장을 포함하였습니다. 교량 외부에는 528개의 외팔보 지지를 추가하는 작업이 진행되었으며, 이는 외팔보 아래에 흔들리는 간섭대를 사용하는 형식으로 12개월에 걸쳐 설치되었습니다. 하중을 지탱하기 위해 복잡한 영역에서 교각 베어링 주변의 박스 벽과 다이어프램에 대해 상당한 보강이 필요했습니다. 추가로 기존 보강재에 대해 별도의 보강이 필요한 경우도 많았습니다. 프리스트레싱 스트랜드는 박스 거더 내부에 사용되어 아래 플랜지의 장력 과부하 및 스플라이스 플레이트 주변의 과부하를 극복하기 위해 사용되었습니다. 이 프리스트레싱은 플랜지의 60m 길이에 걸쳐 설치되며, 보강재에 구멍을 뚫어 통과시킨 후 양쪽 끝에 플레이트 앵커가 설치되었습니다. 타워의 또 다른 보강도 필요하여 타워가 데크 레벨로 침투하는 영역에 새로운 플레이트와 밀리미터 공차의 볼트를 장착해야 했습니다.

수상

• 구조 엔지니어 협회 구조상 수상 2012 : 최고상 및 구조 유산상
• 2012 호주 국가 토목 계약 연합에서 7500만 달러 이상의 프로젝트에 대한 최고의 상.
• 호주 엔지니어링 우수상 2011 수상
• 2012 호주 강재학회, 국가 강재 디자인 상.
• ACE 엔지니어링 우수상 2012, 인프라 – 소규모 기업
• 2012 브리티시 건설 산업상, 국제 상 수상.