콘크리트 사장교 계획과 설계 2

2. 대들보 시스템

2.1 멀티 스테이 케이블 시스템 개발

첫 번째 케이블 중 일부는 마라 카이 보 다리처럼 다리에 머물 렀습니다.
각 타워에 케이블을 연결하여 (그림 4 참조) 큰 굽힘 용량의 빔이 필요한 긴 스팬을 남겨 두십시오. 곧 3 ~ 5 개의 케이블을 사용하여 빔의 굽힘 모멘트와 고정 할 개별 케이블 힘을 줄였습니다. 그러나 구조적 세부 사항 및 시공 절차는 여전히 어려웠습니다. 단일 앵커 헤드가있는 단일 케이블로 충분하고 쉽게 배치하고 고정 할 수 있도록 케이블을 너무 가깝게 배치하여 원하는 단순화를 얻었습니다. 간격은 4 ~ 12 인치 (13 ~ 39 피트)에 불과해 보조 케이블없이 캔틸레버를 자유롭게 설치할 수 있습니다. 동시에, 종 방향 에지 빔의 매우 작은 깊이와 매우 뻣뻣한 케이블을 선택하면 굽힘 모멘트가 매우 작아졌습니다. 이 멀티 스테이 케이블 시스템은 더 이상 빔 대들보로 정의 할 수 없습니다. 오히려, 데크 구조가 압축 코드 부재로서 작용하는 큰 삼각형 트러스이다. 데크 구조에서 종 방향 빔의 깊이는 메인 스팬과 거의 독립적이지만 집중된 라이브 하중에서 국부 변형을 제한하고 경사 케이블에 의해 생성 된 큰 압축력으로 인한 좌굴을 방지 할 수있을 정도로 견고해야합니다.

이 새로운 시스템의 강성은 주로 경사각과 케이블의 응력 수준에 달려 있습니다. 그림 5는 케이블의 응력이 탄성 계수에 미치는 큰 영향을 보여줍니다. 낮은 응력은 큰 처짐과 낮은 강성을 제공합니다. 케이블의 응력은 500 ~ 600 N / MM2 (72500 ~ 87000 psi) 이상이어야합니다. 긴 스팬의 경우 처짐의 과도한 변화를 방지하기 위해 강화 로프 (그림 6에 표시)가 필요합니다. 이 멀티-스테이 케이블 시스템으로 얻은 구조 설계와 발기 프로세스의 단순화는 필요할 때마다 사용해야합니다.

 

2.2 스테이 케이블의 배치

모든 케이블이 타워 상단에 고정되어 있으면 구조 시스템을 팬 모양 구성이라고합니다 (그림 7 참조). 불행하게도, 앵커 수가 집중되면 케이블 수가 많을 때 구조적 어려움이 발생합니다. 따라서 앵커 헤드를 일정 길이의 타워 헤드에 분산시키고 세미 팬 배열을 얻는 것이 바람직합니다 (그림 8에 표시됨).이 또한 브리지의 모양을 향상시킵니다. 뒤셀도르프 (Dusseldorf)의 라인 강 (Rhine River)을 가로 지르는 저자의 초기 교량에서 건축가는 모든 케이블이 평행을 이루고 앵커리지가 타워 높이에 똑같이 분포되기를 원했습니다. 이것을 하프 모양 배열이라고합니다 (그림 9 참조). 이 시스템은 케이블에 더 많은 강철이 필요하고 데크에서 더 많은 압축을 제공하며 타워에서 굽힘 모멘트를 생성합니다. 그러나 특히 비스듬한 각도로 다리를 볼 때 구조가 미적으로 즐겁습니다. 세계적으로 유명한 브리지 엔지니어 인 Ulrich Finsterwalder 박사는 밀접하게 이격 된 케이블이있는이 하프 배열을 선호합니다. 이러한 계획은 현재 396m (1298 피트)의 주 범람을 가진 플로리다의 Dame Point Bridge (그림 10 참조)를 위해 선택되었으며 현재 건설 중입니다. 이 멀티 스테이 브릿지에서 데크는 타워 근처에 케이블로 연결됩니다.

또한 타워에서 뻣뻣한 베어링을 피하기 위해. 이로 인해 매우 큰 음의 굽힘 모멘트가 발생하여 사용되는 작은 깊이의 데크 거더에는 허용되지 않을 수 있습니다. 일반적으로 브리지는 데크 가장자리를 따라 두 평면으로 케이블로지지됩니다. 경우에 따라 (주로 중간 범위의 경우) 한 평면의 케이블이 데크의 중심선을 따라 사용됩니다. 충분한 비틀림 강성을 가진 박스 거더가 필요하며, 이는 큰 굽힘 모멘트에 저항 할 수 있도록 약간의 깊이가 필요합니다. 이러한 대들보는 비틀림에 견딜 수 있도록 타워에서지지되어야하며, 결과적으로 케이블은 타워로부터 일정 거리에서 시작하여 케이블 네트의 "창"을 열어 둔 채로 둘 수 있습니다. 프랑스의 Brotonne Bridge가 그러한 예입니다 (그림 11 참조). 물론, 매우 짧은 사이드 스팬과 같은 지역 조건에 따라 다른 케이블 구성이 가능합니다. 케이블의 고조파 배열은 모양이 좋을 때 중요하므로주의해서 신중하게 선택해야합니다.

2.3 메인 스팬과 사이드 스팬의 비율

측면 스팬 l1과 메인 스팬 l 사이의 비율은 타워를 앵커 피어로 다시 고정시키는 백 스테이 케이블의 응력 변화에 중요한 영향을 미칩니다. 메인 스팬의 활하중은 이러한 응력을 증가시키는 반면, 사이드 스팬의 활하중은 응력을 감소시킵니다. 이러한 응력 변화는 케이블의 피로 강도보다 안전하게 유지되어야합니다. 이 피로 강도는 허용 비율 l1 / l에 대한 기준으로, 주로 활하중과 사하중 사이의 관계에 따라 달라집니다. 프리스트레스 콘크리트 교량은 철교보다 긴 측면 간격을 허용합니다. 저자는 적절한 비율을 읽을 수있는 IABSE (1980)의 최신 보고서에 차트를 게시했습니다. 콘크리트 고속도로 교량의 경우 l1 / l은 약 0.42 일 수 있습니다. 철도 교량의 경우 비율은 0.34보다 크지 않아야합니다. 스팬 길이에 따라 비율이 줄어 듭니다. 앵커 피어에서 앵커리지 힘의 크기는 l1 / l 비율에 따라 달라집니다. 특히, 짧은 측면 스팬은 큰 고정력을 제공합니다. 넓은 자유 측면 스팬이 필요하지 않은 경우 약 40m (131 피트)의 스팬을 가진 다소 무거운 연속 빔 브리지를 모든 케이블이 백 스테이로 작동하는 긴 고정 영역으로 사용할 수 있습니다.
집중된 수직 고정력을 피할 수 있습니다 (그림 12 참조). 이 솔루션은 매우 긴 스팬이 하나의 타워에 걸리면 특히 유리합니다. 측면 스팬이 짧거나 전혀없는 경우, 백 스테이 케이블을 특정 길이에 걸쳐 접지 고정하거나 앵커 블록에 연결할 수 있습니다. 이것은 스페인의 CF Casados ​​교량, 현재 440m (1443 피트)의 프리스트레스 콘크리트 가장 긴 경간 인 Barrios de Luna Crossing (그림 13 참조) 및 Ebro 교량 (그림 14 참조)에 대해 수행되었습니다. 경 사진 타워와 등받이 케이블이 측면으로 2 개의 평면으로 펼쳐져있어 고속도로에서 가장 흥미로운 인상을줍니다. 타워가 뒤로 기울어지면 주 케이블이 길어지고 백 스테이 케이블이 짧고 가파르게됩니다. 이것에는 기술적 또는 경제적 이점이 없지만 더 스릴있는 외관이 있습니다. 메인 스팬쪽으로 타워가 앞으로 기울어지면 불편하고 불편한 느낌이 듭니다. 타워는 일반적으로 수직이어야합니다.