복합파셜거더(CPB) 공법, I형과 박스형 복합단면구조 및 지점부 이중합성구조 적용 김정현 기자 입력 2023-09-18 (월) 15:29  강박스거더 강재량 절감하고 구조 성능 강화 중앙부는 휨 저항력을 높이고 지점부는 비틀림 저항력을 강화하여 강재량을 절감하면서도 구조 성능을 강화한 복합파셜거더(CPB) 공법이 나왔다. 신기술은 중앙부에 휨에 대한 저항성이 우수한 I형 거더를 적용하고 지점부에는 비틀림 성능이 뛰어난 박스형 거더를 적용했다. 또한 박스형 단면 하부플랜지 상부에는 콘크리트를 충전하여 구조 성능을 확보했다. 이에 따라 신기술인 복합파셜거더 공법은 60m 이상 장경간 구현이 가능하다. 정모멘트부는 개방된 단면을 사용하여 사용 강재량을 절감하면서도 제작 성능을 강화할 수 있다. 기존 기술인 강박스거더에서 나타나는 강재량이 과다하게 사용되는 단점을 해결했다. 대영스틸산업㈜, ㈜제일엔지니어링종합건축사사무소, 금광기업㈜, 남광토건㈜, 극동건설㈜이 개발한 I형과 박스형 복합단면구조 및 지점부 이중합성구조를 적용한 강합성거더 공법은 이러한 기술력을 인정받아 건설신기술 제919호로 지정됐다. 보호기간은 2029년 9월 23일까지 8년이다. ■ 기술개발자 · 대영스틸산업㈜ (대표이사 주영완) 전라남도 장성군 동화면 연산로 149 desi.kr · ㈜제일엔지니어링종합건축사사무소 (대표이사 오승교) 서울특별시 서초구 강남대로 16길 22-6 (양재동) www.cheileng.com · 금광기업㈜ (대표이사 이동학) 전라남도 화순군 화순읍 충의로 85-1 www.gumgwang.co.kr · 남광토건㈜ (대표이사 임민규) 경기도 용인시 기흥구 흥덕중앙로 120, 비122호 www.namkwang.co.kr · 극동건설㈜ (대표이사 문정동) 부산광역시 남구 수영로 295, 401호 (대연동, 세웅빌딩) www.kukdong.co.kr ■ 건설신기술 제919호 보호 기간 : 2021. 09. 24 ~ 2029. 09. 23 (8년) 강박스거더 단점 보완, 플레이트거더 장점 활용 구체적으로 살펴보면 신기술은 거더 중앙부에 강I형 단면 2개를 단일 블록화하였으며, 지점부에는 강박스형의 단면을 적용했다. 또한 지점부 하부 플랜지 상부에 일정 두께로 콘크리트를 타설한 이중합성 교량이다. 복합거더 형식으로 거더의 고정하중을 줄였다. 시공절차를 살펴보면 공장에서 제작하여 가조립된 거더를 현장으로 반입하여 크레인을 통해 가설과 시공이 진행된다. 이때 지점부 강박스 하부플랜지에 콘크리트를 타설할 때 별도의 거푸집 없이 강박스 내부에서 시공할 수 있다. 또한 거더 단면이 단순하여 시공성을 강화하면서도 발생 부재력에 대응하는 단면을 구성했다. 강선을 사용하지 않고 상부와 하부가 개방된 단면을 적용했다. 압축력이 크게 발생하는 부모멘트 지점부에 볼트형 전단연결재를 사용했다. 이처럼 신기술은 기존 기술인 강박스거더 형식에서 벗어나 플레이트 형식과 강박스 형식의 이중합성 구조가 구성된 기술이다.  장경간 구현 가능 국내 교량공법 기존 기술의 경우 30m 이하의 경간으로 구성된 교량 현장은 라멘공법이 적용되고 있으며 50m 이하의 경간은 PSC거더교, 프리플렉스교 등 다양한 복합구조 형식이 적용되고 있다. 50~60m의 경간장을 갖는 교량은 주로 강박스거더 형식이 사용되고 있다. 60~80m 경간장을 갖는 교량은 강합성거더교 형식이 사용되며 80m 이상의 경간으로 구성된 교량은 PSC 박스교, 아치교, 트러스교, 사장교, 현수교 등 특수교 형식이 주로 사용된다. 50m~60m 교량 구간에 주로 사용되는 강박스거더는 콘크리트거더 보다 자중이 작고, 휨 저항 성능과 선형 적용성이 우수하다. 그러나 강박스거더 형식은 박스 내부 점검이 필요하여 유리관리가 어렵고, 거더 거치 후 현장 도장 및 볼트 이음 시공이 어려워 시공성이 저하되는 단점이 있다. 아울러 폐합 박스 단면으로 전단면이 구성되어 교량 전경이 답답함을 유발할 수 있다. 변단면 형태, 주변환경 미적 개선 이에 따라 개발된 신기술은 크게 ▲I형 거더 정모멘트부와 ▲박스형 거더 부모멘트부 ▲이중합성 지점부로 구성된다. 인장·압축부 및 교번 구간에 효율적인 단면 배치로 장경간 적용성을 갖추었으며, 지점부에 비틀림 저하성이 우수한 박스형 단면과 이중합성구조를 적용하여 곡선교에 적용할 수 있다. 아울러 정모멘트부 구조를 I형 단면으로 단순화하여 자동 용접이 가능한 구간이 약 80%를 차지하고 있어 제작 시공성을 강화했다. I형 단면 2개가 하나의 단일블록으로 구성되어 가설이 간단하고 도장이 편리하다. 또한 신기술은 유사형식의 강재 교량에 비해 상부 거더 중량이 가벼워 장지간 교량설계에 유리하다. 이에 따라 소형 가설 장비를 활용한 가설이 가능하고 사용 재료를 절감할 수 있어 강박스 거더 대비 공사비를 약 20% 절감할 수 있다. 또한 주변환경과 미적 개선을 위해 변단면 형태의 제작이 가능하다. 아치 형태의 장경간을 구성할 수 있으며 교각 개소를 줄일 수 있어 답답한 도심지나 산악현장에 개방감 있는 설계가 가능하다.  사용 강재량 20% 절감, 유지관리성 확보 이러한 신기술의 기술력을 바탕으로 압축력에 의해 발생하는 좌굴 현상으로 강도가 저하되는 강재의 문제점을 개선하여 압축 플랜지 두께를 감소시키고 하부플랜지 상단에 보강되는 종방향 보강재를 절감했다. 곡선교 및 램프교에 적용 시에도 중앙부의 강재량을 절감할 수 있어 자중을 감소시킬 수 있다. 지점부에서 비틀림에 의해 발생되는 부반력을 하부플랜지 상단에 콘크리트를 충전하여 지점부 자중을 증가시켜 문제점을 해결한 것이다. 이처럼 신기술은 기존 기술 대비 사용 강재량을 10~20% 절감할 수 있으며, 제작 기간 단축을 통한 급속 시공이 가능하다. 정성적 측면 VE 결과를 살펴보면 신기술은 기존 기술 대비 성능 10.6%, 가치 26.3% 향상되고 비용을 12.4% 절감하는 것으로 나타났다. 또한 거더 대부분이 개방 단면으로 구성되어 시공 후 현장 유지관리가 편리하다. 기존 기술 대비 생애유지관리(LCC) 비용을 약 20% 절감할 수 있다. 환경부하율은 약 36% 절감할 수 있다. 이에 따라 복합파셜거더 공법은 ▲중앙부 고정하중 감소, ▲강합성 교량 제작성 및 품질성 증대, ▲강재량 절감, ▲공기 단축, ▲가설시 전도위험성 배제, ▲가설 후 유지보수관리 편리성 등을 확보했다.  프리팹 구조, 공장제작으로 시공성·안전성 확보 복합파셜거더 공법은 프리팹(Prefabrication) 구조의 공법이다. 대부분의 공정이 공장에서 이루어진다. 이에 따라 콘크리트 계열 및 PF계열 대비 공사 기간을 단축할 수 있다. 또한 일반 박스 형태가 아닌 플레이트 형태의 블록으로 제작·운반되어 소형 트레일러를 활용하여 운반이 가능하다. 아울러 조립된 거더 또한 자중이 적어 소형장비를 활용한 운용이 가능하다. 이에 따라 중·대형 장비의 접근이 어려운 산간지역 등 시공이 어려운 현장에서도 효율적으로 시공할 수 있다. 또한 복합파셜거더 공법은 정모멘트부 I형 단면 비율이 약 80%로 가설시 2개의 플레이트 거더가 1개의 블록으로 제작되어 공장 도장 및 현장 출하, 조립 후 가설에 이르기까지 일체로 구성되어 전도 위험성이 낮다. 아울러 이중합성부 콘크리트 충전을 위한 볼트형 전단 연결재는 공장 제작시 너트를 선 용접하여 가조립 전 공장 내부에서 조립 체결한다. 공장 도장 완료 후 이형철근을 조립하여 현장에서의 작업을 줄일 수 있는 것이다. 현장에서는 일부 볼트이음부만 조립 시공할 수 있도록 공정을 간소화하고 품질관리 효용성을 높였다. 이와 함께 지점부 내부 콘크리트 충전작업은 현장 거더 거치 후 타설할 수 있도록 구조단면을 구성하여 작업자가 내부 타설 작업을 쉽게 수행할 수 있도록 시공성을 개선했다. 이처럼 신기술은 강합성 계열의 교량으로 강재구조물이 공장에서 100% 이루어져 현장에서는 지조립 및 설치만 하여 현장의존도가 낮다. 공장에서 교량제작이 이루어져 생산되므로 안전사고 발생을 최소화할 수 있다. I형과 박스형 복합단면구조 및 지점부 이중합성구조를 적용한 강합성거더 공법은 이러한 기술력을 바탕으로 앞으로 국내외 건설공사 현장에서 활발히 활용될 것으로 기대된다. 김정현 기자 |
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