고타 터널(Götatunneln)의 설계 및 해석

• 대형 콘크리트 박스 터널 구조물의 상세 3D 모델링
• 결과 처리를 위한 맞춤형 스크립트 생성
• 스마트 하중 조합 및 모델의 슬라이스 섹션

스칸스카 테크닉 AB는 스웨덴에서 로드 45가 고텐부르크 시내 아래를 지나가는 128m 길이의 철근 콘크리트 터널 구간을 해석하고 설계하는 데 LUSAS Civil & Structural를 사용했습니다. 맞춤형 스크립트가 LUSAS 컨설팅 서비스에 의해 개발되어 결과 처리 작업을 자동화하고, 그래프 및 스크린 플롯을 생성하며, 스칸스카 테크닉 AB의 자체 소프트웨어를 사용하여 철근 양의 스프레드시트 계산을 위한 결과 데이터를 출력했습니다.

개요

주 터널 설계 계약은 세 부분으로 나뉘어 서쪽 컷 앤 커버 구간인 스칸스카 테크닉 AB에 의해 설계되었습니다. 이 계약은 96m의 개방 단면, 30m 높이의 굴뚝 및 통합 접근 경사 구조물을 가진 128m 길이의 쌍둥이 철근 콘크리트 박스 터널, 그리고 276m 길이의 쌍박스 터널로 구성되었습니다. 128m 길이의 접근 경사로/터널 구조물은 양방향으로 차량 통행을 수용하며, 위의 주차장 및 접근 도로로 인한 차량 하중도 받습니다. 터널 벽과 지붕 슬래브 두께는 1m입니다. 바닥 슬래브의 두께는 0.8m에서 1.5m까지 다양합니다. 총 1000개에 가까운 말뚝이 구조물을 지탱합니다.

모델링 in LUSAS

복잡한 터널 구조를 원하는 세부 수준으로 모델링하기 위해 거의 22,000개의 요소가 사용되었습니다. 두꺼운 쉘 요소가 콘크리트 구조를 모델링하여 평면 외 전단력을 추출할 수 있게 하였고, 조인트 요소가 단말 지지와 마찰 말뚝 지지를 모델링했습니다.

모델에 적용된 하중 경우는 다음과 같습니다:

• 터널 중앙선을 따라 및 가로로 느슨하게 묘사된 차등 침하.
• 온도 경도 및 수축
• 지반 및 수압
• 변동 수위
• 차량 하중 – 수동 평가

ULS 및 SLS 하중 조합 여기서 LUSAS의 스마트 조합 기능은 적용된 하중으로부터 선택된 설계 코드에 대한 최대 및 최소 하중 조합을 자동으로 생성하며, 불리한 효과나 완화 효과를 고려할 수 있습니다. 이러한 하중 조합으로부터, 컨투어 및 변형 형태 플롯과 결과 그래프가 고려 중인 모든 하중 경우에 대해 쉽게 얻어질 수 있습니다. 그러나 이 프로젝트에서는 스마트 조합 기능이 LUSAS 컨설팅 서비스에서 작성한 맞춤형 스크립트와 결합되어 결과 처리 출력을 자동화하고 추가 스프레드시트 계산을 위한 결과를 생성했습니다.

LUSAS 스크립팅 작성된 많은 맞춤형 스크립트 중에서, 선택된 점 또는 좌표 간의 컷 섹션을 생성할 수 있는 모델 섹션 도구가 개발되었습니다. 섹션의 위치는 데이터베이스에 저장되어 미래에 사용될 수 있도록 명명됩니다. 선택된 하중 경우의 흥미로운 결과는 자동으로 해당 그래프에 플롯됩니다. 이와 같이 응력, 전단 또는 변위를 위한 플롯을 각 활성 하중 경우에 대해 쉽게 얻을 수 있어 구조를 따라 신속하게 평가할 수 있습니다. 활성 하중 경우를 변경하고 데이터베이스에서 동일한 컷 이름을 재선택함으로써 많은 하중 경우 및 하중 조합에 대한 일련의 결과를 얻을 수 있습니다. 철근 양을 계산하기 위해 스칸스카 테크닉 AB는 LUSAS에서 계산된 응력 결과를 활용하여 자체 Microsoft Excel 스프레드시트를 사용했습니다. LUSAS의 하중 조합 목록 스크립트는 기본 및 스마트 하중 조합 정의 및 엠블럼(사용된 하중 경우 및 적용된 하중 계수를 포함)을 스프레드시트로 내보내어 품질 보증 및 교차 확인 목적에 사용되었습니다.

LUSAS 사용의 이점

마티아스 울린(Mattias Uhlén) 스칸스카 테크닉 AB의 구조 엔지니어는 다음과 같이 말했습니다. ‘지오메트리가 너무 복잡하여 2D로 터널을 모델링하는 것이 어려울 것이고, 그렇게 하려면 훨씬 더 보수적인 접근 방식을 취해야 했을 것입니다. 그러나 3D LUSAS 모델을 사용함으로써 우리는 모델을 통해 섹션을 나누고 원하는 위치에서 결과를 쉽게 플롯할 수 있었습니다.’

그는 계속해서 “결국 이 프로젝트에서 LUSAS를 사용하는 주요 이점은 구조의 복잡한 지오메트리를 고려하고 하나의 모델에서 필요한 모든 결과를 얻을 수 있다는 것이었습니다.”