바지선 게이트 및 게이트 반력 구조 해석

• 뉴올리언스의 강철판 홍수 방어 게이트 최적화

• 이전보다 눈에 띄게 빠른 해석 및 모델링

• 엄격한 설계 일정 충족

INCA Engineers Inc는 워싱턴주 벨뷰에 본사를 두고 있으며, 미국 군단 공병대(USACE) 뉴올리언스 지역에서 수여한 두 건의 계약에 따라 홍수 방어 구조물 설계를 지원하기 위해 LUSAS Civil and Structural을 사용하고 있습니다. 부유식 바지선 게이트 및 관련 반력 구조물의 설계를 돕기 위해 LUSAS를 사용하여 설계 기준을 충족하고 긴급 설계 일정을 맞추는 데 성공했습니다.

베유 세그네트 펌프역에서의 임시 홍수 방어 및 스톰 게이트 제공, 그리고 제퍼슨 패리의 컴퍼니 운하를 따라 임시 홍수벽 및 스톰 게이트를 도입하는 프로젝트는 현재 설계 또는 시공 중인 여러 USACE 계약 중 일부에 해당합니다. 베유 세그네트 펌프역의 경우 INCA는 전기로 작동되지만 수동 백업 하강 시스템을 갖춘 30피트 너비의 수직 리프트 게이트를 설계했습니다. 컴퍼니 운하의 경우 INCA는 보관 위치에서 잠긴 폭풍 위치로 이송할 수 있는 바지선 게이트를 설계했습니다. 이 두 프로젝트의 시공 비용은 약 20,000,000달러에 달합니다.

컴퍼니 운하의 바지선 게이트 반력은 34′-0″ x 16′-0″ x 45″ 두께의 콘크리트 파일캡을 지지하는 경사 HP14x117 단면 강재 말뚝에 기초하고 있습니다. 강재 브레이싱 스트럿은 파일캡에 내장되어 있으며, 강재 벽 프레임 부재를 지지하기 위해 볼트로 연결됩니다. 바지선 게이트는 45피트의 유효 개구부를 가지며, sill 수위는 -8.00, 정수위는 9.00입니다. 바지선의 너비는 약 15피트, 길이는 47피트입니다. 닫힌 상태에서 게이트는 발란싱 되어 있으며, 서비스 반응은 두 개의 강재 반력 프레임에 의해 수용됩니다.

반력의 모든 구조적 특성은 LUSAS 모델에 통합되어 각 구조 요소를 적절하게 모델링하기 위해 빔, 쉘 및 고체 요소를 사용했습니다. 그룹 기능을 사용하여 각 구조 유형을 쉽게 분리하여 표시 및 모델링을 수행할 수 있었고, 다이어프램 유형의 구조물에서 필수 요구 사항인 강철판 두께의 정확한 할당을 점검하기 위해 사용자 지정된 표시도 가능했습니다. 높은 수위 및 정수위, 게이트, 바지선 및 충격 하중을 모두 고려한 선형 정적 해석이 수행되었습니다. 바지선의 수력 하중을 분석하기 위해 별도의 LUSAS 모델이 사용되었습니다.

말뚝 지지 구조 모델링	바지선 게이트 반력의 LUSAS 모델 (파랑)은 파일캡과 강재 브레이싱 및 벽체 (녹색)를 지닙니다.	반력 강철판 두께를 색상 코딩으로 표시한 도면입니다.

INCA의 구조 엔지니어인 David Stensby는 “바지선 게이트 설계는 매우 긴급한 일정 제약 하에 수행되어야 했습니다. 반력 구조의 다양한 요소들을 동일한 LUSAS 모델에서 효율적으로 모델링할 수 있었던 점이 특히 유용했습니다. 또한 바지선 모델에 가해지는 수압 하중을 정확히 모델링할 수 있는 능력도 큰 도움을 주었습니다.”라고 말했습니다.

결과

각 하중 조건에 대한 결과를 조사하고 다양한 자중, 게이트, 홍수 및 충격 하중의 조합에 따른 결합 효과를 도출하기 위해 하중 조합이 생성되었습니다. 관심 있는 영역에서 LUSAS의 단면 슬라이스 기능을 통해 국부 응력을 확인할 수 있었습니다. David Stensby는 결과의 유용성에 대해 확인했습니다: “LUSAS 모델링을 통해 얻은 응력과 변형률은 우리가 필요에 따라 게이트 설계를 조정할 수 있도록 해주었습니다.”

INCA의 프로젝트 매니저인 James Costello는 다음과 같이 요약했습니다: “LUSAS는 이러한 강철 바지선 폐쇄 구조물의 모델링과 해석에서 정말 뛰어난 성능을 발휘했으며, 그 결과 우리는 긴급 설계 일정을 맞출 수 있었습니다. 이 구조들을 LUSAS에서 모델링하는 데 소요된 시간은 이전에 다른 해석 패키지를 사용했을 때보다 눈에 띄게 줄어들었습니다.”

바지선 게이트의 LUSAS 모델	사용된 바지선 게이트 강철판 두께 (명확성을 위해 상류 및 덮개 판은 제외됨)
바지선 구조의 전형적인 하중 조합 응력