전국 대도시권을 90분 생활권으로 묶을 2,119km의 새로운 철도
망이 2020년까지 구축된다. 이로 인해 철도교의 수요는 지속적
으로 증가할 수밖에 없는 현실이다. 그러나 기존의 콘크리트교가
안고 있는 비용, 시간, 이산화탄소 등의 문제를 해결해야 한다. 강
재와 콘크리트를 합성한 강합성 구조인 ‘SBarch 합성거더’는 비
용절감과 공기단축은 물론이고 콘크리트교 대비 약 25%의 이산
화탄소 절감효과와 수려한 미관 등 다양한 효과를 거둘 수 있다.
철도교 시공 신기술의 청신호가 되고 있다.
□연구목적
지구온난화와 같은 환경오염의 영향으로 미래의 교통수단은 철도로 대체
될 전망이고 이에 따라 철도교의 수요 또한 증가할 것이다. 현재 PSC빔교와
Precom과 같은 합성형 교량이 주로 사용되고 있으나 거더중량으로 인해 장
경 간 구현이 불가능하여 강박스교로 대체하고 있으나 고가의 공사비가 단점
이다. 장경 간 구현이 가능하고 미관이 우수하며 경제성까지 겸비한 철도교
의 새로운 교량형식 개발의 필요성이 대두됐다. SBarch 합성거더는 장경간
(60~70m) 적용이 가능하고, 기존 강박스교 대비 약 30% 정도의 강재절감이
가능하므로 경제적이며 환경파괴를 최소화할 수 있다는 장점을 지니므로 이
에 따른 실용화 기술 개발을 목적으로 연구가 진행됐다.
□주요성과
설계자동화 프로그램 개발
기존의 강철도교 범용 프로그램인 ARail을 모듈화하여 설계자동화 프로그램
을 개발했다. 2010년 개발되어 사용 중에 있는 ‘ARroad(SBarch)’ 도로교 설
계자동화 프로그램 개발과 동일한 방법으로 공사 단계별 안전성을 고려한 것
이 특징이다. 개발과정에서 지속적으로 오류를 수정하고 업그레이드 단계를
거쳐 보다 정확하고 신속한 설계체계 확보로 실용화를 도모했다.
SBarch 합성거더 철도교에 의한 최적 설계 제작 및 시공현장 적용
한국철도시설공단에서 발주한 연장 40m, 50m의 익산~대야 1공구 신평화고
가교와 연장 50m의 도담~영천 2,6공구 및 연장 45m, 55m의 경부선 금호강
교는 심의 완료 상태이며, 연장 60m의 성남~여주 복선전철 5공구의 광주교
는 현재 시공 중이다.
이종재료의 사용으로 상호보완효과
SBarch 합성거더는 제작과정에서 U형 단면과 I형 단면이 효율적으로 결합
된 강재거더에 아치형태의 콘크리트를 타설하는 기법을 사용한다. 이종재료
의 사용으로 상호보완효과를 극대화하며 처짐과 비틀림을 방지할 수 있는 유
리한 기술이다.
□연구의 차별적 특징
50m 장경 간 교량의 철도교 설계 및 3D 거동분석
철도교를 대상으로 설계된 SBarch 합성거더교로 동적해석을 수행하고 교량
의 동적응답을 다각적으로 수집했다. 또한 철도교의 실질적인 거동은 교량의
종류와 형식, 교량, 열차의 동적특성, 궤도의 상태, 열차의 주행 속도 등 여러
요인에 인해 변화하므로 여러 변수와 조건을 고려하여 동적거동분석을 수행
했다. 설계 시 시공단계별 하중상태에 따라 설계, 시공단계별 발생응력의 안
전성을 검토하여 3차원 해석을 통해 확인했다. 3D 해석결과 아치콘크리트는
단부에서 일부 인장응력이 발생하나 전단면 압축상태로 아칭효과가 발생하고
있음을 밝혀냈다.
SBarch 합성거더 60m 철도교 실물실험 수행
2014년 11월 19일 한국철도기술연구원 주관 하에 명지대 하이브리드 구조실
험센터에서 국내 최초로 60m 철도교 실물실험을 수행했다. 우수한 구조적 성
능 결과를 통해 연장 60~70m 장경 간 철도교 적용성을 증명했고 SBarch 합
성거더는 수려한 미관과 경제성을 갖춘 거더임이 임증됐다.
□연구 성과의 파급효과
● 기술부문
아치교나 트러스트교를 대체할 새로운 기술
강교의 약점인 비경제성과 사용성을 보완한 기술이다. 기존 60m 이상에 적용
되는 아치교나 트러스트교를 대체할 수 있는 공법으로 공사비가 저렴하고 시
공공정이 단순하여 공기 단축이 가능하며 측면 미관과 열차 이용객의 주행전
망성을 향상시킬 수 있다. 장경 간 적용이 가능하므로 기존 ST.Box보다 다양
한 경관을 선택·적용시킬 수 있는 효율적인 계획 수립이 가능하다. 또 외국기
술의 수입이 필요 없으며 국제특허 출원을 통한 해외시장 기술수출이 기대된
다.
● 사회경제사업화부문
경제성과 미관이 뛰어나
전 세계적으로 철도산업의 비중이 확대됨에 따라 경제적이고 미적으로 우수
한 SBarch 합성거더 보급 시 철도시설물의 수명연장과 미관개선 그리고 정
부예산 절감효과를 가져올 수 있다. 콘크리트교는 현장공정이 많고 시공절차
가 복잡해 도심지 공사에 부적합한 반면에 강교는 공장 제작이 전체공정의
90%를 차지하므로 높은 품질과 현장에서의 공기비중이 작고 콘크리트교 대
비 약 25%의 이산화탄소 배출 절감효과가 있다. 국내 철도노선에 적극 활용할
경우 향후 10년 간 212km의 철도교량 건설 수요가 발생할 것으로 예상된다.
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