1. 부교란 교각을 대신하여 보트나 부교를 이용하여 수면 위에 떠 있는 교량을 말한다. 부교는 부교, 패널, 분배빔, 케이블 공기 시스템으로 구성됩니다.
2. 부교 설계 기본방안 고려사항
도로상태, 성능, 폰툰구조, 폰툰 도면, 환경
3. 부교의 기본설계원리
따라야 할 원칙: 성과 목표는 목적, 안전성, 내구성, 품질, 유지 관리 용이성, 환경과의 조화, 경제 및 기타 지표와 일치합니다.
구조물 유형 선택: 지형, 지질, 지리적 조건을 고려해야 합니다.
폰툰 구조의 수와 전체 시스템은 강도, 변형 및 안정성 요구 사항을 충족해야 합니다.
부교의 사용 수명은 자연 하중(예: 바람, 물결, 해류, 조석 변화, 호수 표면의 하위 변동) 및 부식과 같은 환경 조건 및 요인에 매우 민감합니다. 낮은 사이클 비용 조건에서 부교의 사용 수명은 일반적으로 75~100년으로 예상됩니다.
부교는 중요성의 분류에 따라 표준형과 특별중요형, 즉 A형 부교와 B형 부교로 구분된다. 부교 A는 부교 B와 다릅니다. B 부교는 고속도로, 도시 고속도로, 지정된 도시 도로, 일반 국도, 이중 교차점, 고가교, 철도 교량, 특히 중요한 지역 및 시립 교량으로 구분됩니다.
아래 표는 부유식 부교의 상태 성능 수준을 분류한 것입니다. 상태 성능 수준 0은 주로 다른 성능 수준 1~3과 비교됩니다. 교통 부하, 폭풍우, 쓰나미 및 지진에 대비하여 폰툰은 여러 성능 수준으로 설계되었습니다.
중요도 요인에 따라 부유식 부교의 설계는 하중, 폭풍우, 쓰나미 및 지진과 같이 표 7에 나열된 해당 목표 성능 수준을 보장해야 합니다.
4. 부교의 설계하중
설계하중
여기에는 주로 정적 하중, 동적 하중, 충격 하중(예: 충돌 등), 토압(예: 플로팅 폰툰 교량 고정 시스템의 앵커 파일 등), 정수압(부력 포함), 풍하중, 물결 계수(팽창 계수 포함), 지진 계수(유체압 포함), 온도 변화 계수, 수류 계수, 조수 변화 계수, 기초 변형 계수, 지지 이동 계수 등이 포함됩니다. 적설 하중, 원심 하중, 쓰나미 계수, 폭풍조수 요인, 호수 변동(2차 변동), 선박 충격파, 해수 충격, 제동 하중, 조립 하중, 충돌 하중(선박 충돌 포함), 빙상 요인 및 빙압, 연안 운송 요인, 표류물체 요인, 수위 요인(침식 및 마찰) 및 기타 하중.
부력, 물결, 바람 및 재발주기
부교 설계 시 조수, 쓰나미, 폭풍 해일로 인한 수위 변화는 제어 부하 중 하나입니다. 부교의 수직축은 설계시 고려되어야 한다. 바람이 물 위로 불면 그 결과로 발생하는 파도는 부유식 폰툰 브리지에 수평, 수직 및 비틀림 하중을 생성합니다. 이러한 하중은 풍속, 방향, 지속 시간, 바람 길이(풍대 길이), 채널 구조 및 깊이에 따라 달라집니다.
설계 풍속은 수면 위 10m 고도에서 10분간의 평균 풍속을 말합니다. 많은 경우 바람이나 지진과 같은 자연 하중이 핵심 요소입니다.
불규칙한 물결
일반적으로 물의 파도는 매우 불규칙합니다. 그들은 많은 주파수 성분을 가진 규칙적인 물결로 구성됩니다.
부교는 자연주기가 전통교에 비해 훨씬 길기 때문에 주기가 긴 물결의 영향이 더 크다. 주파수 측면에서 스펙트럼은 물결파의 에너지 분포를 나타냅니다. 일정한 수평 거리에서 바람이 불면 물결은 계속해서 이동합니다. 그러나 일정 시간이 지나면 물결파는 점차 강해지는 것을 멈추고 안정됩니다.
복합하중
결합된 하중은 부교에 부정적인 영향을 미칩니다.
조수 수준은 다음 범주로 구분됩니다.
지진 발생 시: HWL(고수위)과 LWL(저수위) 사이;
눈보라가 치는 동안: HHWL(최고 HWL)과 LWL 사이 또는 HHWL과 LLWL(최저 LWL) 사이;
사용 조건: HWL과 LWL 사이
따라서 HWL과 LWL 사이의 극심한 조석 변화 또는 수위 상승 및 하강으로 인한 쓰나미 중에 치명적인 피해는 발생하지 않습니다.
5. 플로팅 폰툰 브리지 소재
일반적인 재료는 강철과 콘크리트입니다.
일반적으로 폰툰 구조의 부식을 먼저 고려해야 합니다. 콘크리트의 수밀성은 매우 중요하므로 부교의 제작에는 일반적으로 수밀콘크리트나 해양콘크리트가 사용된다. 그 중 중간 용융 포틀랜드 시멘트, 포틀랜드 고로 슬래그 시멘트, 포틀랜드 플라잉 더스트 시멘트를 사용하여 플로팅 폰툰 브리지를 만들 수 있습니다. 구조물의 연동 및 수축 효과는 탱크가 건조된 경우에만 고려하면 되므로 탱크가 진수된 후에는 위의 효과를 고려할 필요가 없습니다. 부유식 탱크 제작에는 비산먼지, 실리카 분말 등 고성능 콘크리트가 가장 적합합니다.
계류 시스템에 사용되는 재료는 설계 목적, 환경, 내구성 및 경제성에 따라 선택되어야 합니다.
부식성 환경으로 인해 부식 방지가 필요하며, 특히 평균 수위(MLWL)보다 낮은 부분에서는 심각한 국부 부식이 발생합니다. 이러한 부품에는 일반적으로 음극 보호가 채택됩니다.
표면 처리는 일반적으로 LWL 표면 처리 방법에 채택되며 도장, 유기 재료 표면 추가, 미네랄 그리스 표면, 무기 재료 표면 등이 포함됩니다. 무기 표면 처리에는 티타늄 코팅, 스테인레스 스틸 표면, 아연, 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같은 금속 코팅이 포함됩니다. 부식 속도에 대한 수심의 영향은 환경에 따라 다릅니다.
비말부식(Splash Corrosion)이 가장 심각한데, 구조물의 설치에 따라 그 상한선이 정해질 수 있다.
조수지역은 가장 가혹한 환경이며, 깊이에 따라 부식속도의 차이가 크다.
바닷물 지역에서는 환경이 더욱 온화해집니다. 그러나 전류 및 배송 증가와 같은 일부 조건에서는 부식이 가속화될 수 있습니다.
해저 아래 토양층의 환경은 염분밀도, 오염도, 기후조건에 따라 다르지만 부식속도는 비교적 안정적이다.
참고: 고정식 구조와 비교하여 부교는 수면에 따라 변화하므로 조수의 썰물과 흐름이 존재하지 않습니다.
6. 부교의 한계상태
부유식 부교는 선박, 잔해, 목재, 홍수, 계류 로프 파손, 측면 또는 경사 파손 후 교량의 완전한 분리와 같은 잠재적인 위험에 대처할 수 있는 충분한 용량을 가져야 합니다.
물은 부교에 부력을 제공하지만, 물이 부교 내부로 누출되면 부교가 점차 손상되어 결국 교량의 침몰로 이어지게 됩니다. 이것이 부유식 부교가 직면하고 있는 현재의 연구 문제이다.
7. 부교의 구체적 설계 및 해석
안정성(Stability) : 외력의 작용으로 선박이 기울어지고, 외력이 사라진 후 원래의 균형 위치로 돌아가는 능력을 말한다.
세 가지 평형 상태:
1) 안정적인 균형: G는 M 아래에 있고 중력과 부력은 기울임 이후 안정 토크를 형성합니다.
2) 불안정한 평형 : G가 M보다 높고 중력과 부력이 기울어진 후 뒤집히는 순간을 형성한다.
3) 우발적 균형: G와 M이 일치하며, 기울임 후 토크 없이 중력과 부력이 동일한 수직선에 작용합니다.
안정성과 선박 항해의 관계:
1) 안정성이 너무 크고, 선박이 격렬하게 흔들려 인원에게 불편함을 주고, 항해 장비의 사용이 불편하며, 선체 구조가 쉽게 손상되고, 화물창 내 화물이 쉽게 변위되어 선박의 안전을 위협합니다.
2) 안정성이 너무 작고 선박의 전복 방지 능력이 좋지 않으며 큰 경사각이 나타나기 쉽고 회복이 느리며 선박이 오랫동안 수면에서 기울어져 항해가 효과적이지 않습니다.
보트와 마찬가지로 폰툰의 전복은 정적 안정성과 관련이 있습니다.
부교를 설계하는 과정에서 수직 변위, 수평 변위 및 경사도 등 몇 가지 가장 중요한 물리량을 고려해야 합니다.
1년에 한 번 있을 법한 눈보라 기상 조건이든, 100년에 한 번 있을 법한 극심한 눈보라 조건이든, 설계 시 교통의 편안함을 신중하게 고려해야 합니다. 따라서 교량의 응답 가속도는 허용 가능한 값 범위 내에 있어야 합니다.
취급 안정성: 취급 용이성은 가장 중요한 성능 중 하나입니다.
피로: 바람, 파도 등과 같은 동적 하중으로 인한 구조적 손상을 방지합니다. 평가 방법은 기존 교량과 동일합니다.
지진 요인: 부교는 고유 주기가 길기 때문에 장주기 지진파의 영향에 대한 연구가 필요합니다. 폰툰은 본질적으로 고립되어 있지만 계류 시스템, 특히 계류 파일과 기초의 지진 저항성을 검증해야 합니다.
8. 플로팅 폰툰 브리지 본체 설계: 일반 폰툰은 주로 별도의 폰툰 탱크를 고려합니다. 앞서 설명한 것처럼 각 탱크의 유체역학적 특성을 개별적으로 연구할 수 있으며, 얻은 결과는 전체 시스템 분석에 사용될 수 있습니다. 실제로 전역 시스템 해석에는 유한요소법과 같은 이산법이 자주 사용됩니다. 본 해석방법은 각 탱크의 추가질량, 유체역학적 감쇠 및 유체역학적 인자를 고려하여야 하며, 탱크의 부력중심 위치를 입력하여야 한다.
풍속 및 유효파고 설계 : 유효파고 2.5m가 폰툰형 교량의 핵심입니다. 유효파고를 2.5m 이하로 유지하기 위해서는 파고장벽 설치가 필요하다. 점성 효과와 잠재적 흐름 효과는 입사 수파 운동과 수중 구조물의 응력을 분석하는 데 중요한 두 가지 요소입니다. 전위 흐름 이론의 경우 주로 구조물 주변의 물결의 산란 및 복사 효과입니다.
물분산이 가장 중요합니다. 그러므로 이 지역의 문제를 분석하기 위해 물결파의 산란이론을 적용하는 것은 매우 합리적이다.
실제로 자유표면유체포텐셜흐름이론은 유체가 비압축성, 비회전성, 비점성이라는 가정에 기초하고 있지만, 그 예측 결과는 실험 결과와 잘 일치하고 있다. 선형 퍼텐셜 흐름 이론에 기초한 수중파 산란 이론이 설계 해석에 자주 적용되는 이유가 여기에 있습니다.
상부구조 설계: 주로 구조 유형 선택, 구조 구성 설계 및 부식 방지 내용이 포함됩니다.
부체 디자인: 부체 디자인은 전통적인 교량 디자인과 매우 다릅니다. 부체 설계에는 부체 유형 선택, 부체 수해 조절부 설계, 선박 충돌 방지 설계, 전환 연결부 구조 설계, 부식 방지, 보조 시설 및 정박 구조 설계가 포함됩니다.
앵커링 구조 설계: 앵커링 구조의 유형, 분포 및 수량을 확인합니다. 설계에서는 풍속, 물결 및 조류, 지진, 온도 변화, 쓰나미, 호수 표면 충격(2차 파동), 장주기 수파, 앵커 파일 고정 구조 설계, 앵커 체인 고정, 인장 레그 플랫폼 및 기타 조건과 같은 환경의 다양한 매개변수와 클램프의 양단을 통한 고정 방법을 이해하는 것이 필요합니다.
기본 설계: 기본 설계에는 일반적으로 하중 확인, 기초 유형 선택이 포함됩니다.
액세서리 디자인: 연결 구조의 선택 및 디자인.
9. 부교의 적용: 보행자, 도로 및 철도.
10. 부주교의 특징: 구조가 복잡하지 않고 분해도 용이하지만 유지관리 비용이 높다.
부교 건설의 목적은 일반적으로 두 가지 범주로 나뉩니다. 하나는 군사 전투 준비 또는 재난 구호 요구를 충족하는 것입니다. 부교는 복잡한 수중고정기초를 대체하기 때문에 설치, 해체가 쉽고, 대피 및 숨기기가 쉽고, 적재 및 운반이 용이하며 신속성과 이동성이 뛰어납니다.
전시에는 하천 장애물을 극복하고 철도 및 도로 운송을 보장하며 평시에는 홍수 재해를 극복하고 신속한 수리 및 재해 구호를 수행하거나 양측과 신속하게 통신하여 다양한 대규모 건설 자재를 운송할 수 있으며 이는 단기적으로 유연하고 효율적인 비상 수단이므로 이러한 종류의 부교에 대한 이론적이고 실험적인 연구는 실질적인 의미가 큽니다.
다른 목적은 주로 경제적 고려입니다. 즉, 현장의 수심이 매우 크거나 바닥이 매우 부드러운 경우 전통적인 교각의 건설은 적합하지 않습니다. 이때 물의 자연 부력을 이용하면 전통적인 교각이나 좋은 기초가 필요하지 않은 부유형 부교가 더 나은 선택이 됩니다.
| EVERCROSS - 만리장성 강철 교량 사양 | ||
| EVERCROSS - 만리장성 강철 다리 |
베일리교(Compact-200, Compact-100, LSB, PB100, China-321,BSB) 모듈러교(GWD, HBD60,CB300,Delta, 450-type 등), 트러스교, 워렌교, 아치교, 플레이트교, 빔교, 박스 거더교, 현수교, 사장교, 부교 등 |
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| 디자인 범위 | 10M~300M 단일 스팬 | |
| 운송 방법 | 단일 차선, 이중 차선, 다중 차선, 산책로 등 | |
| 적재 용량 | AASHTO HL93.HS15-44,HS20-44,HS25-44, BS5400 HA+20HB,HA+30HB, AS5100 Truck-T44, IRC 70R 클래스 A/B, NATO STANAG MLC80/MLC110. Truck-60T,Trailer-80/100Ton 등 국내 1급 교량 DB24 |
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| 철강 등급 | EN10025 S355JR S355J0/EN10219 S460J0/EN10113 S460N/BS4360 등급 55C AS/NZS3678/3679/1163/등급 350, ASTM A572/A572M GR50/GR65 GB1591 GB355B/C/D/460C 등 |
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| 인증서 | ISO9001, ISO14001, ISO45001, EN1090, CIDB, COC, PVOC, SONCAP 등 | |
| 용접 | AWS D1.1/AWS D1.5 AS/NZS 1554 또는 동급 |
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| 볼트 | ISO898,AS/NZS1252,BS3692 또는 동등물 | |
| 아연 도금 코드 | ISO1461 AS/NZS 4680 ASTM-A123, BS1706 또는 동급 |
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| 성능 수준 | 위험 설명 |
| 0 | 교량의 안정성에 손상을 주지 않음 |
| 1 | 브릿지 기능 손상 없음 |
| 2 | 손상으로 인해 교량의 기능에 일부 제한이 있지만 이러한 기능은 복원될 수 있습니다. |
| 3 | 위험은 교량 기능의 상실을 초래할 수 있지만 붕괴, 침하 및 표류를 방지하기 위해 제한됩니다. |
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