교량 하부 공간 확보로 홍수에 대응하는 것은 물론 공기 절감과 시공 안전성도 확보할 수 있는 장견간 모듈러형 ‘PSRC 하로교’가 개발돼 이목을 집중시키고 있다.
특히, 이 기술은 강재 거더에 프리스트레싱을 도입해 구조적 안정성도 확보하고 있어 노후 교량 교체에 최적화된 기술로 평가받고 있다.
강재 거더에 프리스트레싱 도입 구조적 안정성 확보
하로형 구조를 갖는 교량은 기존 교량 개량 시 시·종점 노면 승상을 최소화하고, 홍수위와 여유고를 확보할 수 있다는 측면에서 큰 장점을 갖고 있다.
이는 철도교의 선로를 상하 이동 없이 형하고를 증가시키면서 상부구조를 교체할 수 있는 것과 같은 개념이다.
특히, 기존 교량의 노면 또는 선로 높이를 유지하면서 교각 수를 줄이고(장경간 가능), 형고를 증가시킬 수 있다는 측면에서 일반 상로교가 극복할 수 없는 문제점을 하로교로 구현할 수 있다.
실제로 하로교는 경간이 증가해도 바닥판의 높이가 일정해 형하고에 큰 제약을 받지 않는다. 다만, 교량의 폭이 증가할 경우 바닥판의 높이가 다소 증가하지만, 바닥판의 높이가 상로교의 형고가 되면서 형고비 측면에서 우위에 있다.
이에 건설기술연구원은 ‘중소·중견기업 수요기반 기술사업화 지원사업’의 일환으로 철도교 전문 시공기업인 코벡(주)과 ‘철도교 신속개량에 최적화된 급속교체용 모듈러 강합성 철도하로교 구조형식 개발’ 연구를 수행했다.
연구내용
이 연구는 코벡(주)이 보유하고 있는 기존 강합성 하로교 기술을 대상으로 급속시공이 가능한 경간, 선로, 공간 등 시공 제약 제거형 모듈러 강합성 철도하로교 개발 및 성능 검증을 목표로 진행됐다.
이를 위해 ‘철도교 신속 개량에 최적화된 급속교체용 모듈러 강합성 철도 하로교 구조형식 개발’과 함께 ‘개발된 구조형식의 구조적 안전성 검증 및 실행성과물 확보’ 연구가 집중적으로 진행됐다.
‘구조형식 개발’ 부문에서는 30m 이상의 중·장경간, 저중량·저형고 하로교 개발 연구를 비롯해 홍수위와 여유고 확보가 필요한 하천에 적용할 수 있는 하로형 교량과 라멘 또는 거더 형식의 상로형 교량을 대체 가능한 하로교 구조형식 개발 연구를 수행했다.
경간장과 노면 높이, 시·종점 높이와 시공 현장 특성에 적극 대응이 가능한 모듈러 구조형식 개발 연구도 병행했다.
‘구조적 안정성 검증’ 부문에서는 건설연의 실물 하중 재해실험과 기술검토 등을 통한 구조적 안전성 검증 연구를 집중적으로 수행했다.
프리스트레스를 도입한 아치형 플레이트 40m 거더와 강합성 굴절 가로보의 성능검증 실험을 통해 PSRC 하로교의 종·횡방향 거동을 분석, 구조적 효율성과 성능, 사용 안전성을 만족하는 결과를 얻었다.
이 같은 연구를 통해 연구진은 긴장력이 도입된 장경간 모듈러 ‘PSRC(Prestressed Steel Reinforcement Concrete) 하로교’를 선보였다.
이 기술은 아치형 강재 판형 거더와 콘크리트 모듈러 바닥판을 결합해 급속 시공과 안전성을 확보한 교량 구조물로, 특히, 일반적인 프리스트레싱 방식과 달리 프리스트레싱을 콘크리트가 아닌 강재 거더에 직접 도입해 눈길을 끈다.
프리스트레싱은 긴장재를 활용해 구조체에 압축력을 부여함으로써 처짐과 부재에 생기는 저항력(응력)을 감소시키는 기술로, PSRC 하로교에서는 종·횡방향 모두에 적용돼 구조적 안정성을 확보했다.
또한, 아치형 거더를 사용, 미관과 개방감을 동시에 확보했다. 기존 하로교가 갖는 개방감 부족 문제를 해결하는 동시에 경량화된 구조를 통해 교량의 경간 길이를 연장, 기존 2~3경간을 1개 경간으로 대체할 수 있다.
이 같은 장점들로 인해 중·소형 하천 교량 교체 공사에 적합한 기술로 평가받고 있다.
인 / 터 / 뷰
‘아치형 거더 사용’ 미관 개방감 동시 확보
성토없이 교량 높이 조정 등 교각 수 줄여
한국건설기술연구원 서동우 연구위원은 “이 연구에서는 주로 철도 교량에 적용되는 단경간 하로형 교량을 개량해 교량 하부 하천의 흐름 공간을 충분히 확보하는 동시에 교량의 경간장을 증대시킬 수 있는 교량 설계·시공 기술을 개발했다”고 소개했다.
이어 “이 기술은 장경간 철도교는 물론 도로교 적용도 가능하고, 특히, 공사기간과 공사비를 각각 10%, 30% 이상 절감할 수 있다”고 밝혔다.
이 기술은 도로교 적용 시 하로형 교량의 단점 중 하나인 주 거더의 높이에 따른 개방감 부족을 아치형 거더를 사용함으로써 미관과 개방감을 동시에 확보할 수 있는 장점이 있다.
서 박사는 “또한, 경량화된 구조를 통해 교량의 경간 길이를 연장시켜 기존 2~3경간을 1개 경간으로 대체해 교각 수 감소도 가능하다”고 강조했다.
이어 “특히, 성토 작업 없이 교량 높이 조정이 가능해 하부 공간을 넓게 확보할 수 있어 하천 흐름 개선에도 기여할 것”이라며, “이로 인해 홍수와 같은 재해 대응 효과는 물론 저중량 구조로 효율성과 경제성 향상 효과도 거둘 수 있다”고 말했다.
현재 연구진은 중·소형 하천 교량 교체 공사 적용을 위해 기술 수요기업인 코벡(주)에 관련 기술 이전 및 사업화 지원을 추진하며 기술 실용화와 실제 현장 적용에 적극 나서고 있다.
끝으로 서 박사는 “중·소형 규모의 노후 교량 교체에 최적화된 상부구조 설계·시공 기술을 확보함으로써 향후 국내 노후 교량 교체 시장은 물론 국외 진출을 위한 경쟁력 확보에도 도움을 줄 것으로 기대된다”고 덧붙였다.