사례 연구

아치 철도교

Jetetice | Czech Republic | SUDOP PRAHA

Concrete

RCS

Beam

Reinforcement

TDA

ULS

SLS

Bridges

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이 철근 콘크리트 아치 철도교는 블타바강의 오를리크 수력 댐을 횡단하도록 설계되었습니다. SUDOP PRAHA의 최근 프로젝트인 이 교량은 이러한 종류의 교량에서 전형적으로 나타나는 시공의 복잡성뿐만 아니라, 156m의 경간으로 체코 공화국에서 동종 교량 중 가장 긴 교량이라는 점에서도 주목할 만합니다. 이 우아한 구조물은 전체 계곡의 상징적인 랜드마크가 될 것입니다. 이처럼 대규모 구조물을 설계하는 데는 여러 가지 전형적인 과제가 수반되었습니다. 이러한 과제들은 다양한 도구를 통해 해결되었으며, IDEA StatiCa BIM과 IDEA StatiCa RCS도 중요한 역할을 담당하였습니다.

프로젝트 개요

새 교량은 철도 노선 현대화로 인해 이미 노후화된 강교를 대체합니다. 이 교량은 체코 공화국 Jetetice 마을 인근, Tabor–Pisek 철도 노선의 km 41.791 지점에 위치합니다.

설계된 구조물은 스팬드럴 아치라고도 불리는 전형적인 콘크리트 아치 데크 교량입니다. 교량의 전체 길이는 316.3m입니다. 12경간 콘크리트 데크는 콘크리트 아치, 교각 및 교대에 의해 지지됩니다. 아치의 경간은 156m이며 라이즈는 34.7m입니다. 하중은 데크에서 아치 크라운과 기둥을 통해 지반에 일체화된 아치 리브로 전달됩니다.

아치는 주로 그 형상으로 인해 큰 하중을 지지할 수 있는 매우 효율적인 구조 형식입니다. 또한 Jetetice의 아치 철도교의 경우처럼, 깊은 계곡과 수상 장애물을 횡단해야 하는 지형적 특성을 고려할 때 적합한 해결책이기도 합니다.

아치는 임시 케이블 스테이를 이용한 현수 캔틸레버 공법으로 시공되었습니다. 기존 교량은 보존되어 있으며, 기존 랜드마크로서의 보존 또는 철거 여부는 아직 결정되지 않았습니다.

엔지니어링 과제

시공 방법(임시 케이블 스테이를 이용한 현수 캔틸레버 공법)으로 인해 이 프로젝트에서는 약 130단계에 달하는 많은 수의 시공 단계가 필요했습니다. 이는 데이터 양과 직결되었으며, 따라서 계산 시간과도 관련이 있었습니다. 이는 이러한 규모의 프로젝트에서 전형적으로 나타나는 문제입니다.

엔지니어링 팀은 기하학적 비선형 해석을 통한 케이블 스테이의 유효성 검증, 선형 좌굴 해석을 통한 세장 교각의 2차 문제, 추가 내력 평가를 위한 비선형 해석 등 다른 도전적인 과제들도 처리해야 했습니다.

해결 방안 및 결과

담당 설계자에게 작업 흐름을 설명해 달라고 요청했습니다.

소규모 팀은 교량의 주요 치수를 결정하기 위해 아치 형상 설계부터 시작했습니다. 예비 설계가 통과될 때까지 반복적인 과정이 이어졌습니다. 교량은 먼저 모든 구조 단계를 포함하여 FEA 소프트웨어(MIDAS Civil)에서 종합적으로 해석 및 검증되었습니다. 이후 주요 부재에 집중하여 철근 설계 및 평가를 수행해야 했습니다. 바로 이 시점에 IDEA StatiCa가 활용되었습니다.

SUDOP PRAHA는 10년 이상 IDEA StatiCa를 사용해 왔으며, 이를 통해 애플리케이션 활용에 있어 높은 수준의 전문성을 갖추게 되었습니다. 따라서 팀이 소프트웨어를 최대한 활용하는 것은 어렵지 않았습니다.

저희는 IDEA StatiCa를 매우 오랫동안 사용해 왔으며, 이 소프트웨어가 무엇을 할 수 있고 할 수 없는지, 그리고 어떻게 활용하는지 잘 알고 있습니다.

Ing. Jakub Göringer, Ph.D.

책임 엔지니어 – SUDOP PRAHA
Czech Republic

FEA 소프트웨어(MIDAS Civil)에서 모든 단계를 해석한 후, ULS, SLS의 극한 조합과 아치의 임계 단면을 선택했습니다. BIM 연동을 통해 MIDAS에서 선택한 부분을 IDEA StatiCa BIM으로 직접 가져왔습니다. 내력을 더 이상 수동으로 입력할 필요가 없었으며, 동시에 철근 설계에는 임계 단면과 극값만 사용하면 되었습니다. 이를 통해 데이터 양과 계산 시간을 최소화할 수 있었습니다.

일반적으로 이러한 규모의 프로젝트는 대용량 데이터와 긴 계산 시간으로 인한 문제가 발생합니다. IDEA StatiCa를 활용하여 단시간 내에 단면 규정 검토와 철근 설계를 수행할 수 있었습니다.

Ing. Jakub Göringer, Ph.D.

담당 엔지니어 – SUDOP PRAHA
Czech Republic

IDEA StatiCa의 또 다른 큰 장점은 일반 단면을 생성할 수 있다는 것이었습니다. 특히 단면 특성의 경우 수작업으로 계산하기 어려웠을 것입니다. 아래에서 아치 박스와 교각의 규정 검토가 수행된 IDEA StatiCa RCS의 출력 결과를 확인하십시오.