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과제기본정보

교량 상부구조와 이격된 교각보강용 브라켓과 신축거더를 구비한 공용중인 기존교량용 방음터널(PEAT)의 설계 및 시공기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 22TBIP-C160942-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 교량 상부구조와 이격된 교각보강용 브라켓과 신축거더를 구비한 공용중인 기존교량용 방음터널(PEAT)의 설계 및 시공기술 개발
주관연구기관 (주)서린브릿지텍
총괄연구 책임자 성명 서석구
소속 (주)서린브릿지텍 직위 대표이사
전화번호 031-714-8870 FAX 031-714-8872
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 540,000,000 40,320,000 319,680,000 360,000,000 900,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 본 사업화 연구개발의 최종목표는 공용중인 기존교량 상부에 방음터널을 설치하기 위한 것으로써, 기존교량은 노후화로 인하여 방음터널 설치로 인한 추가하중을 지지할 수 없으므로 교량 상부구조에 추가하중이 전달되지 않도록 교각 코핑부를 브라켓으로 보강하고 방음터널 지지용 보강거더를 브라켓 사이에 설치하여 그 위에 방음터널을 설치할 수 있는 교량 상부구조와 이격된 교각보강용 브라켓과 신축거더를 구비한 공용중인 기존교량용 방음터널(PEAT 방음터널)의 설계 및 시공기술을 개발하는 것이다.
최종목표 본 사업화 연구개발의 최종목표는 공용중인 기존교량 상부에 방음터널을 설치하기 위한 것으로써, 기존교량은 노후화로 인하여 방음터널 설치로 인한 추가하중을 지지할 수 없으므로 교량 상부구조에 추가하중이 전달되지 않도록 교각 코핑부를 브라켓으로 보강하고 방음터널 지지용 보강거더를 브라켓 사이에 설치하여 그 위에 방음터널을 설치할 수 있는 교량 상부구조와 이격된 교각보강용 브라켓과 신축거더를 구비한 공용중인 기존교량용 방음터널(PEAT 방음터널)의 설계 및 시공기술을 개발하는 것이다.

본 사업화 대상기술의 기본개념인 PEAT 방음터널 공법은 공용중인 기존교량 상부에 상부구조와 이격된 방음터널을 설치하는 공법으로써, 본 보유기술이 사업화에 성공하기 위해서는 다음과 같은 연구개발이 선행되어야 한다.

? 방음터널 보강거더를 지지하기 위한 교각보강용 브라켓 개발
? 축력제어용 신축장치(EH)를 구비한 아치 보강거더 개발
? 방음터널 접속부 상대변위를 수용하기 위한 지진격리형 조인트 개발
연구내용 및 범위 ① 방음터널 보강거더를 지지하기 위한 교각보강용 브라켓 개발
기존교량의 상부구조에 추가적인 보강이 필요한 기존기술은 기존교량의 상부구조에 대한 안전성을 재검토하여야 하며, 상부구조의 자중증가로 인하여 내진성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 기존교량 주변에 추가적인 교각 및 교량을 신설하여 방음터널을 시공하는 기존기술은 교각 및 교량의 신설로 인한 부지점유 및 방음터널 규모의 확장으로 경제성, 시공성 및 환경성 측면에서 매우 불리하게 된다.
이에 비하여, 본 사업화 대상기술인 PEAT 방음터널은 기존교량의 상부구조와 이격되어 설치되기 때문에 상부구조에 대한 추가적인 안전성 검토가 필요 없으며, 브라켓의 시공 후 방음터널 설치 공정도 매우 간단하다. 따라서, 교각보강용 브라켓을 이용한 방음터널 시공방법은 기존공법(기존교량 상부구조 보강, 교각 및 거더 신설) 대비 경제성 및 안전성이 매우 우수하다. 본 핵심기술인 교각보강용 브라켓은 현장여건(노후화 교량, 주변여건 협소 등) 및 발주처 등의 다양한 요구에 부응할 수 있도록 다양한 브라켓 설치방안을 고려하고 있으며, 제시된 설치방안은 교각 형태에 따라 다양하게 적용할 수 있다.

② 축력제어용 신축장치(EH)를 구비한 아치 보강거더 개발
방음터널 지주를 지지하는 보강거더는 온도하중에 의해 매우 큰 축력이 발생하게 되는데, 기존공법에서는 이러한 온도하중에 저항하기 위하여 거더단면을 키우거나 추가 부재를 사용하고 있지만, 본 사업화 대상기술은 온도하중에 의한 축력을 제어하기 위한 신축장치(Expansion Hinge)가 설치된 보강거더를 적용하여 경제성과 시공성 향상을 도모하였다.
본 사업화 대상기술의 핵심기술인 신축장치(EH)는 온도변화에 따른 신축을 허용하면서 모멘트만을 전달할 수 있는 장치로서 현재 특허출원 중에 있으며, 모멘트가 최소인 부분(거더 지간의 1/4 구간)에 설치함으로써 연결부의 축력 및 모멘트를 최소화하여 구조적 안전성과 경제성을 추구할 수 있다.
본 핵심기술인 축력제어용 신축장치가 설치된 보강거더는 유닛형으로 설치함으로써 축력을 소산시킬 수 있으며, 향후 유지관리 시에도 유닛형으로 제작된 부분만 교체할 수 있다. 또한, 방음터널 지점방식에 대한 선정방법도 수월할 뿐만 아니라 거더단면을 대폭 축소하는 등 경제성을 확보할 수 있게 된다.

③ 방음터널 접속부 상대변위를 수용하기 위한 지진격리형 조인트(SBJ) 개발
방음터널의 시공에 있어 독립형 방음터널은 교량의 온도변화에 따른 신축이 반복적으로 발생 시 상대변위가 발생되지 않으나, 광폭형(상/하행 분리교량)으로 시공되는 방음터널은 폭, 길이, 경간장, 재질 등에 따라 방향별로 상대변위가 발생하게 된다. 또한. 광폭형 방음터널은 교량별로 서로 상이하게 발생되는 변위에 의한 방음터널 지주 및 기초부분의 비틀림으로 방음터널의 손상 또는 파손이 발생할 수 있다.
본 핵심기술인 방음터널 접속부 지진격리형 볼 조인트(SBJ)는 회전변위(비틀림) 및 이동변위를 수용할 수 있을 뿐만 아니라, 지진 발생시 지진동의 에너지를 소산시킬 수 있다. 또한, 마찰판의 마찰계수 조정 및 MER 스프링의 강성 설계를 통해 지진시 방음터널에 작용되는 지진하중(지진동) 제어가 가능함에 따라 면진 성능을 확보할 수 있다.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 1. 방음터널 보강거더를 지지하기 위한 교각보강용 브라켓 개발
2. 축력제어용 신축장치(EH)를 구비한 아치 보강거더 개발
3. 방음터널 접속부 상대변위를 수용하기 위한 지진격리형 조인트(SBJ) 구조 개발
4. 방음터널 구조 설계기준 정립
ㅇ 방음터널 보강거더를 지지하기 위한 교각보강용 브라켓 개발
- 기존교각 형태에 따른 다양한 교각보강용 브라켓의 경간별 적용성 검토 및 해석기법 정립

ㅇ 축력제어용 신축장치(EH)를 구비한 아치 보강거더 개발
- 온도하중에 의한 축력을 제어하기 위한 신축장치(Expansion Hinge)가 설치된 보강거더의 경간별 적용성 검토 및 해석기법 정립

ㅇ 방음터널 접속부 상대변위를 수용하기 위한 지진격리형 조인트(SBJ) 구조 개발
- 온도변화 등에 따른 상이한 변위로 인해 방음터널에 발생되는 비틀림 작용력을 제어 또는 소산시킬 수 있는 조인 구조에 대한 적용성검토 및 해석기법 정립

ㅇ 방음터널 구조 설계기준 정립
- 방음터널 지역별, 높이별, 형상별 적용 풍하중 산정기준 정립
연구성과 기술적 기대성과 - 방음터널 하중지지를 위한 교각보강용 브라켓 : 교각보강용 브라켓을 이용한 방음터널 시공방법은 기존공법(기존교량 상부구조 보강, 교각 및 거더 신설) 대비 경제성 및 안전성이 매우 우수하다. 본 핵심기술인 교각보강용 브라켓은 현장여건(노후화 교량, 주변여건 협소 등) 및 발주처 등의 다양한 요구에 부응할 수 있도록 다양한 브라켓 설치방안을 고려하고 있으며, 제시된 설치방안은 교각 형태에 따라 다양하게 적용할 수 있다.
- 신축장치(EH)를 설치한 방음터널 보강거더 : 축력제어용 신축장치가 설치된 보강거더는 유닛형으로 설치함으로써 축력을 소산시킬 수 있으며, 향후 유지관리 시에도 유닛형으로 제작된 부분만 교체할 수 있다. 또한, 방음터널 지점방식에 대한 선정방법도 수월할 뿐만 아니라 거더단면을 대폭 축소하는 등 경제성을 확보할 수 있게 된다.
- 방음터널 접속부 지진격리형 조인트(SBJ) : 방음터널 접속부 지진격리형 볼 조인트(SBJ)는 회전변위(비틀림) 및 이동변위를 수용할 수 있을 뿐만 아니라, 지진 발생시 지진동의 에너지를 소산시켜 면진 성능을 확보할 수 있다.
사회 경제적 파급효과 도시 집중화와 차량의 폭발적인 증가, 그리고 그에 따른 SOC 확충에 따른 신설도로, 도심지 고가도로 증가는 소음문제를 새로운 환경 오염원으로 심각한 사회문제로 부각시키고 있다. 예를 들면, 소음문제로 인해 분당구 운중동 판교 신도시 북쪽을 지나는 서울외곽순환도로 1.84km구간의 교량을 공사비 1,000억원을 투입해 주거단지로부터 도로 및 교량을 옮기는 프로젝트를 진행하였다. 높은 소음레벨에 대한 지속적인 노출은 심각하게는 영구적인 청각 손실로 이어질 수 있으며, 소음이 다른 생리학적, 심리학적 악영향을 끼칠 수도 있다는 많은 연구결과들이 보도되고 있다.
현재 국내에서는 다양한 방음시설을 설치하거나 저소음포장기술로 차량의 소음을 줄이기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 일부 방음시설 및 저소음포장은 원천적으로 소음공해를 제거 할 수 없어 완전한 문제해결 방법으로는 부족한 부분이 있다.
방음터널은 기존의 방음시설에 비해 환경소음을 혁신적으로 감소시킬 수 있는 방법으로써, 소음이 심한 구간에서는 반드시 필요한 시설물로 인식되고 있다. 그러나, 현장여건, 공사비, 기존 구조물의 노후호 등으로 인해 방음터널의 설치가 불리한 경우가 있다. 이에 본 사업화 대상기술은 기존 방음시설이 갖고 있는 장애 조건을 제거 함으로써 경제성, 시공성, 안전성 등을 확보하여 방음시설로서의 역할을 문제없이 수행할 수 있을 것으로 판단되며, 특히 아치형태를 이용한 공법으로 미관에도 많은 장점이 있는 공법이라 할 수 있다.
활용방안 - 기술보급 및 국내 교량건설에 반영 : 본 사업화 대상기술은 매우 독창적인 기술이면서도 방음터널의 설계 및 시공분야에서 많은 장점을 가지고 있다. 이에 대한 연구성과를 연구논문 발표 및 기술강습회를 통해서 국내 교량설계 기술자들에게 기술을 보급하고 발주처에 본 연구결과의 우수성을 널리 알린다면, 앞으로 건설될 교량에 적극 반영될 수 있을 것으로 예측된다.
- 국제특허 획득 및 기술수출 : 본 사업화 대상기술인 교각보강용 브라켓, 신축장치(EH) 보강거더, 지진격리형 조인트(SB J)는 매우 독창적인 기술이기 때문에 국제특허 획득 및 이를 통한 기술수출이 충분히 가능할 것으로 판단된다.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 방음터널 브라켓 신축장치 아치 보강거더
영문 Soundproof tunnel Brackets Expansion joint Arch Stiffening Girder
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