휘터크 교량

• 기존 조적 구조물의 일체형 교량 교체

• 3D 쉘 및 솔리드 요소 해석

• 연속 하중, 지반 압력 및 온도 하중 평가

토니 기와 파트너스는 네트워크 레일을 대신해 갤리포드-트라이 철도에서 휘터크에 있는 도로 교량 설계를 의뢰받았습니다. 이 교량은 기존의 3경간 벽돌 조적 구조물의 일부를 교체하기 위해 설계되었습니다. LUSAS Bridge를 사용하여 두 경간의 일체형 교각 교량을 설계하였으며, 이는 제거된 아치에서 유지되는 하중 분포를 비슷하게 유지하고, 중앙 기둥에 대한 충분한 저항력을 제공하기 위해 설계되었습니다.

스큐 일체형 교량 해석의 복잡성을 고려하여 모든 해석은 LUSAS Bridge를 사용하여 수행되었습니다. 서비스 조건에 대한 연속 하중 해석을 조사하기 위해 3D 쉘 및 솔리드 모델링이 사용되었습니다. 사장, 중첩된 사장, 하중 및 환경 하중이 고려되었으며, 특히 온도 및 지반 압력 하중이 집중적으로 다루어졌습니다.

고려된 주요 하중 사례는 다음과 같습니다:

• 영국 규정 BD 37/01에 따른 연속 하중 효과

• 연속 구조물의 온도 하중 효과.

• 덱 두께에 따른 온도 변화가 비선형 포물선 형태로 조사되었습니다.

• 영국 규정 BA42/96 및 BD42/00에 따라 북부 교각의 지반 압력 하중.

중앙 기둥에 대한 기차 충격 하중을 GC/RC 5510에 따라 및 구조 하중으로서의 온도, 수축 및 지반 압력 하중의 영향을 별개의 모델로 연구하였습니다.

제안된 RC 구조를 위한 3D 쉘 모델이 개발되었으며, 연속 스큐 덱은 쉘 요소로 모델링되었습니다. 일체형 교각과 두 기둥은 솔리드 요소로 모델링되었습니다. RC 구조는 기초에 핀 지원을 통해 조적 기초 위에 위치하는 것으로 가정하였습니다. 이러한 지원은 구조의 가로 축에 대해 회전을 허용하나, 어떤 방향으로도 이동은 허용되지 않습니다. 기본 하중 사례는 영국 규정 BD 37/01에 따른 HA 및 HB 하중을 포함하여 LUSAS의 교량 하중 시설을 통해 구체화되었습니다. HB 차량은 이동 하중으로 정의되었으며, 다양한 부재에 대한 가장 나쁜 하중 영향을 도출하기 위해 대체 주행 경로가 조사되었습니다.

지원은 처음에 회전을 허용하는 핀으로 이상화되었으나, 장기적으로 지반 압력의 축적, 베어링의 악화 및 잔해의 축적으로 인해 회전 능력이 일부 손상될 것으로 예상되었습니다. 이 시나리오를 더 연구하기 위해 지원의 회전에 스프링 저항이 도입되었습니다. IAB 뒤 지반의 “래칭” 효과로 인해 여러 계절에 걸쳐 지반 압력이 매우 높은 값으로 축적될 수 있습니다. 지반 압력은 규정에 따라 계산되며, 구조 하중으로 적용될 때 폐쇄 시의 잠금 온도에 따른 변형률을 고려하고, 증가된 벽 마찰을 고려하였습니다. 구조는 북부 교각 뒤의 지반 압력으로 인한 측면 압력을 분석하였으며, 반대편의 구조는 유지되는 조적 구조물과 연계되어 있어 균형 지반 압력을 유지하지 않았습니다.

해석 부분에서는 모델이 3D 쉘 대신 3D 솔리드 요소로 업그레이드되어 구조 깊이를 전체적으로 나타낼 수 있게 되었습니다. 온도 변화에 대한 비선형 포물선 형태의 변위를 정의하기 위해 열 기울기 방정식이 개발되었습니다. 이러한 업그레이드의 주요 이유는 이러한 유형의 하중에 따른 변형 및 회전을 더 잘 이해하기 위함이었습니다. LUSAS의 구조 모델에서 물질, 기하학적 또는 하중 변화를 정의할 수 있는 능력은 매우 유용하며, 복잡한 해석 응용 분야에서 도움이 됩니다.

일체형 교량

교량의 팽창 조인트를 유지보수하고 교체하는 것은 비용이 많이 들고 종종 방해가 되는 작업이라는 충분한 증거가 있습니다. 조인트를 없애면 제설 염화물 사용으로 인한 유지보수 문제들을 해결할 수 있습니다. 이와 같은 점에서 일체형 교량은 BD57에서 현재 지정된 경간과 비스듬한 범위 내에서 바람직한 솔루션을 제공합니다. TGP의 수석 엔지니어인 사미르 칸은 “일체형 교량이 바람직한 장기 성능을 약속하지만, 설계 시 세부 사항에 주의를 기울여야 하는 고유의 유지보수 문제가 생길 수 있습니다. 이러한 구조물의 다양한 하중 조건, 특히 지반 압력의 ‘래칭’ 및 주기적 온도 영향에 대한 행동을 이해하는 것이 근본적으로 중요합니다. 다양한 하중 적용의 전체적인 영향을 연구하기 위해 구조의 대표 분석 모델을 개발하는 것이 중요합니다. 움직임, 회전 및 변형의 현실적인 추정이 일체형 교량의 설계에서 응력, 전단 및 모멘트를 평가하는 것만큼이나 중요합니다.”라고 말했습니다.