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활용사례
미젠 헤드 교량
Mizen Head Footbridge
미젠 헤드 교량
- 노후화된 콘크리트 아치 구조물의 구조 해석
- 기존 구조물의 순차적 해체 중 신축 교량의 단계적 시공 해석
- 2011년 아일랜드 엔지니어링 프로젝트 오브 더 이어 수상
신규 미젠 헤드 교량은 해협을 가로지르는 50m의 철근 콘크리트 아치 구조물로, 미젠 헤드의 클로운 섬과 아일랜드 본토를 연결합니다. RPS 컨설팅 엔지니어링은 동일 위치에 있던 노후 교량의 구조 해석 및 원형 교량과 시각적으로 동일한 새로운 교량의 설계를 지원했습니다. 기존 교량과 동시에 단계적으로 해체하는 방안을 마련했습니다.
기존 교량
기존 교량은 1909년 아일랜드 조명 위원회(CIL)를 위해 완공되었으며, 등대의 관리자를 위한 접근로로 사용되었습니다. 이는 프리캐스트 및 인시투 철근 콘크리트 부재로 구성되었으며, 아일랜드 최초의 철근 콘크리트 교량으로 기록되었습니다. 당시 철근 콘크리트 아치 구조물로는 기록적인 수 span을 자랑했습니다. 1994년 대중이 등대 건물에 대한 접근을 허용한 이후 매년 약 50,000명이 이 교량을 건너게 되었습니다.
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| 기존 미젠 헤드 교량 검사 | 교량의 구조 요소 |
검사 및 평가
기존 교량은 시공 이후 정기적으로 유지보수가 이루어졌으나, 극심한 기후와 환경 조건이 서서히 영향을 미쳤습니다. 2000년에 CIL 엔지니어들이 검사를 실시한 결과 스폴드 콘크리트 및 철근 부식이 발견되었습니다. 2002년, CIL은 RPS(당시 M.C. O’Sullivan 및 회사)에게 추가 검사를 의뢰하였습니다. RPS는 구조물의 상태를 평가하고 유지보수, 보수 또는 보강 계획 개발을 위한 재료 및 기하학적 매개변수를 제공하기 위해 재료 검사, 관찰 및 기하학적 조사 등을 수행했습니다. 검사 중 발견된 결함으로는 부식된 철근과 관련된 녹 얼룩, 공기소리 나는 콘크리트 부분, 균열 및 부분적으로 결손된 콘크리트 지대가 포함되었습니다. 구조의 일부에 대해 비파괴 및 파괴 테스트가 수행되었습니다. 디테일한 조사는 콘크리트의 커버 밀도 및 해머 탭 조사, 클로라이드 함량 시험, 강도 분석을 위한 콘크리트 코어 제거 및 철근의 상태를 확인하기 위한 국소적 콘크리트 철거를 포함하였습니다. 요약하자면, 구조 전반에 걸쳐 매우 높은 클로라이드 함량이 발견되었습니다. 이는 직접적으로 콘크리트 무결성에 영향을 주지 않으나, 철근 부식 기작을 제공하였습니다. 결과에 따라 커버 존을 제외한 콘크리트는 건강한 상태로 판단되었습니다.
모델링 및 해석
기존의 품질도를 기반으로 한 시공 도면과 주요 검사에서 수집한 정보를 바탕으로, RPS는 LUSAS를 사용하여 구조물의 유한 요소 해석을 수행했습니다. 구조 부재의 강성은 커버 레이어의 콘크리트를 고려하지 않고 계산되었습니다. 구조 부재의 저항력은 시공 도면에 명시된 철근의 절반을 사용하여 계산되었습니다. 결과적으로, 구조물은 여전히 사망 및 하중 효과에 대해 좋은 저항성을 유지하고 있음을 나타냈습니다. 하지만 중앙의 서스펜디드 스팬이 직접 인장하는 철근 콘크리트 행거에 의존하고 있으며 구조 전반에 걸쳐 높은 클로라이드 유도 선철부식이 발견되어, 행거를 보강하고 구조 내 철근 부식의 예방 조치를 취할 것을 권장했습니다. 구조물에 대한 감시 프로그램이 설정되어 6개월마다 점검이 이루어졌습니다.
원래 미젠 헤드 교량의 LUSAS 모델
2004년, RPS는 보강안을 포함한 초안을 작성하였으며, 행거의 보강을 위해 근접 표면 장착 섬유강화 폴리머(NSM FRP) 바, 결함 수정을 위한 콘크리트 수리 및 철근 부식의 속도를 늦추기 위한 양극 보호 시스템 설치를 권장했습니다. 그러나 2005년 전문 계약업체에 의해 실시된 구조물 내 철근 기계 연속성 검사 결과, 충분한 연속성 확보가 어려워 양극 보호 시스템을 사용할 수 없음을 보여 주었고, 결과적으로 교량은 보행자 통행이 차단되었습니다. 2005년 6월, 미젠 헤드 접근을 유지할 수 있도록 접근 비계를 설치했습니다.
신규 미젠 헤드 교량
대체 시공 방안들을 고려 후에, 120년 설계 수명을 가진 새로운 이중 고정 아치 교량 건설이 최종 결정되었습니다. 이 설계는 기존 교량의 시각적 복제본을 생산하며 700mm 더 넓은 구조물을 필요로 했습니다. 먼저 기존 아치 리브와 평행한 새 아치 리브를 시공한 후, 기존 부재를 가설물로 사용하였습니다. 그 후 기존 구조물의 순차적 해체가 이루어졌고, 새로운 지지대, 가장자리 보, 행거, 슬래브가 시공되었습니다. 아치 스프링 포인트 및 홀의 기존 다양한 콘크리트 기초가 유지되었고, 전반에 걸쳐 스테인리스 스틸 철근이 사용되었습니다. 52m 길이의 임시 강철 트러스가 기존 교량 데크를 넘고 위에 설치되어 주요 비계의 지지 및 다양한 임시 작업을 위한 안전 장치가 되었습니다.
기존에 있는 공간 옆에 새 아치 리브의 시공
모델링 및 해석
신규 구조물의 모델링과 해석은 다시 LUSAS를 사용하여 진행되었고, 설계는 영국 표준 BS5400에 따라 이루어졌습니다. 일반 보행자 하중은 5kN/m²의 명목상의 하중으로 고려하며, 유지보수 차량 하중 케이스도 포함되었습니다. 신규 구조물의 설계를 위한 LUSAS 모델은 기존 모델보다 넓은 3D 두께 부재 모델이었으며, 신축 교량은 기존의 교량 외곽에서 시공되었습니다. RPS 컨설팅 엔지니어링의 대표 엔지니어는 신구 교량의 모든 단계에서 점검할 LUSAS 모델도 사용했습니다. RPS의 기술 책임자인 키어런 루안은 “새로운 아치 리브에 대한 하중이 증가하면서, 이전 구조물의 하중 조건을 모델링했습니다. 그리고 구조물의 해체 작업이 이루어졌습니다.”라고 설명했습니다. 요약하자면, ” 매우 흥미로운 프로젝트가 되었습니다. 그 복잡성 때문에, 10년이라는 시간에 걸쳐 평가, 설계 및 시공을 위한 LUSAS 모델을 사용했습니다.”라고 덧붙였습니다.
대중 개방
신규 미젠 헤드 교량은 2011년 3월 17일 성 패트릭의 날에 대중에 개방되었습니다. Fáilte Ireland, 아일랜드 조명 위원회, 코크 카운티 의회가 공동으로 180만 유로의 재건 계약을 자금 지원하였고, 안전하게 예산 내에서 전달되었습니다. 이는 의뢰인, 코크 카운티 의회, 계약자, 카릴리온 아이리센코, 계약자의 건설 엔지니어인 RB 인터내셔널, RPS 컨설팅 엔지니어링 간의 매우 성공적인 협력의 증거로 남습니다.
In the news:
“매우 흥미로운 프로젝트였습니다. 단순히 그 복잡성 때문이 아니라, 우리가 평가, 설계 및 시공을 위해 LUSAS 모델을 10년 동안 다양하게 사용했던 것이 특히 그랬습니다.”“
키어런 루안, RPS 컨설팅 엔지니어링 기술 책임자
