구조 단순·합리화 하이브리드 단면 활용
가장 단순한 구조로 하이브리드 단면을 사용해 공기단축과 경제성 재고를 동시에 실현시킬 수 있는 강재교량공법으로 소수주거더교의 연구가 활발하다. 이에 포스코는 지난 1월30일 포스코센터 아트홀에서 소수주거더교에 대한 그간의 연구성과를 발표하는 자리를 마련했다.
이번 발표회에서는 미국ㆍ유럽 고성능강 적용 신형식 강교량(RIST 황민오 책임연구원), 소수주거더교 여유도 평가 및 안전성 향상기술(RIST 이대용 박사), 소수주거더교 최적화 설계 IT시스템 개발(RIST 최병호 박사, 한길IT 이종원 차장) 등에 대한 주제발표가 이어졌으며, 청중석 전체가 가득 찰 정도로 관련업계와 학계의 관심이 대단했다.
이에 이번 지면에서는 소수주거더교를 통해 강재교량의 경제성을 확보할 수 있는 방안에 대한 주제발표내용을 자세히 알아본다.
김은경 기자 rosier21@
TMCP강 적용 소수주거더교의 경제성
포항산업과학연구원 박찬희 책임연구원
소수주거더교란 고강도 후물재 고성능강을 적용한 거더를 적용해 거더의 개수를 최소화하고 보강재를 단순화한 교량 형식이다. 구조가 단순하고 제작비가 절감되는 장점을 활용해 이미 외국에서는 소수주거더교의 적용이 활발히 수행되고 있다.
국내에서도 2006년1월 건설공사 표준품셈을 개정해 교량구조가 단순해지면 제작비도 절감될 수 있도록 강교제작품이 개정됐다. 이에 따라 TMCP강, 국내 교량용 고성능강인 HSB강의 개발된 시점에서 고성능강을 적용한 소수주거더교의 경제적 효과를 검증할 필요가 있었다.
포스코, 포항산업과학연구원, 한국도로공사에서는 고성능강을 적용한 소수주거더교와 일반강을 적용하는 박스거더교의 경제성 분석을 목적으로 동일한 조건의 지간 50m의 단경간교량과 길이 130m(40+50+40m)의 연속교에 대해서 설계를 실시했다. 그리고 이를 개정된 강교제작품셈에 적용해 강교량 형식별 공사비 분석을 실시한바 있다.
분석결과 연속교에서 거더 강재중량은 소수주거더교가 박스거더교의 70% 수준이었으며 강교제작품셈의 개정으로 개정전 대비 25~30% 거더 제작비가 절감됐다. 연속교에서의 소수주거더교의 거더공사비는 박스거더교의 68% 수준이었다(바닥판 공사비 제외). 단순교에서 소수주거더교의 거더 공사비는 박스거더교 대비 77% 수준이었다.
고강도강(570급)으로 소수주거더교 설계시 형고를 2.9m에서 2.5m로 낮출 수 있다. 거더중량도 지점부만 520강도로 적용한 교량형식 대비 강중, 운반가설, 도장 등에서 6~7% 절감이 가능하며 총 공사비는 약 3% 상승한다. 무도장 내후성강을 적용한 고강도 소수주거더교는 거더 공사비의 10% 수준인 도장비용이 2% 수준으로 최소화되며 재도장이 불필요하므로 낮은 생애주기비용(Life Cycle Cost, LCC)을 갖게 된다.
고성능강을 적용한 소수주거더교의 경제성 확인으로 보다 경제적인 강교량의 설계가 이루어질 것으로 기대된다.
소수주거더교 이음부 설계 및 제작기술
고려개발 철구사업소 임영섭 설계팀장
고려개발 철구사업소에서는 소수거더교를 2002년11월~2006년12월까지 약 5년간 4개교 약 2만톤 규모로 제작ㆍ설치된 시공사례를 중심으로 이음부 설계와 제작 기술에 대해 발표했다.
고강도 TMC강, 교량용 고성능강 개발과 생산, 시방서 적용으로 소수거더교의 설계적용은 증가되는 추세이나 아직까지는 생소한 강교라고 여겨져 실시설계가 보편화되지는 않고 있는 실정이다. 그러나 일본과 유럽에서는 이미 보편화된 강교 형식이며, 구조가 단순해 경제성에서 우수하다. 단지 설계사에서는 설계경험이, 제작사에서는 제작경험이 많지 않고 예제나 참고자료가 부족해 접근하기가 쉽지 않았다.
발표회에서 주로 다룬 내용은 주거더의 공장 맞대기 용접이음 상세 표기, 현장 맞대기 용접이음 상세 표기, 현장 맞대기 용접 종류, 두께변화부 처리 방법, Scallop 상세 표기, 현장 용접이음 용접순서, 현장 용접이음별 장단점, 현장 맞대기 용접시 수축량, 형상유지재 도면 및 역할, 현장 맞대기용접시 방풍방법, 소수거더교의 강교 공사 제작부터 설치까지의 공정별 순서, 제작 후 소견까지 순서로 당사가 그동안 축적한 노하우를 공개했다.
당사에서 제작 시공된 사례가 설계사, 시공사, 강교 제작사 및 관련 기관 등에 조금이나마 도움이 되어 소수거더교의 설계적용과 제작시공의 확산에 보탬이 되었으면 하는 바램이다.
소수주거더교 설계합리화 방안
한국도로공사 길흥배 구조연구그룹장
기존 강교와 달리 소수주거더교는 주거더 개수를 최소한으로 줄이고 단면을 단순화하며, 가로보 구조를 단순화시키면서 간격을 확대해 전체적으로 강교 제작비와 유지관리비가 감소되는 특징을 갖는다.
주거더 단면의 단순화를 위해 거더의 복부판에 부착되는 수평보강재와 수직보강재를 최대한 생략한다. 프랑스, 일본 등에서 활발하게 적용되고 있으며, 20여개의 소수주거더교량이 국내 고속도로와 국도에 설계되어있다.
소수주거더교의 적용을 위해 2004년에 ‘소수주거더교 설계지침(한국도로공사)’이 작성되었지만 설계 예제 및 매뉴얼의 부족, 박스거더교에 비해 복잡한 설계와 같은 여러 가지 요인으로 소수주거더교의 적용이 제한되고 있다.
따라서 확대 적용을 가로막는 주요한 요인 중의 하나로 지적되는 설계 예제, 매뉴얼 등의 부족을 해결하고 합리화 단면을 제시하기 위해 연구를 수행했다. 연구에서는 고성능 강재(SM520-TMC, SM570-TMC)의 적용, 주거더 치수, 가로보, 수직 및 수평 보강재 등과 같이 교량의 경제성에 영향을 미치는 요소들이 주로 검토됐다.
합리화 설계를 위해 단면 치수 범위, 가로보의 소요 강성, 보강재의 배치 간격 등이 유도되었다. 또 이러한 연구 결과를 이용해 ‘소수주거더교 설계 합리화 방안’이 작성되었으며, 최근 한국도로공사의 설계심의를 통과했다.
여기서는 2개의 대표적인 연속교 130m(40+50+40)와 160m(50+60+50)에 ‘소수주거더교 설계 합리화 방안’을 적용해 상세 설계를 수행하고, 기존에 설계된 소수주거더교의 설계 값들과 비교했다. 그 결과, 합리화된 소수주거더교의 단위 면적당 강중이 기존 소수주거더교의 단위면적당 강중보다 10% 정도 낮은 것으로 나타났다.
따라서 ‘소수주거더교 설계 합리화 방안’이 고속도로, 국도 등에 적용되는 소수주거더교의 설계와 설계 결과물의 적정성 여부를 판단하는데 있어 참고 자료로 활발히 적용될 것으로 기대된다.
저작권자 © 한국건설신문 무단전재 및 재배포 금지
