“ 세계 최고 강도의 케이블 기술로 국가 토목 경쟁력 향상에 기여한다”
현수교나 사장교와 같은 초장대교량 건설 기술은 건설 기술의 전 분야를 선도할 수 있는 첨단 종합기술로, 해외 건설시장을 공략하기 위한 수출 명품 기술로 선정되었다. 많은 사장교 실적에도 불구하고 독자 기술을 보유하고 있지 못하던 초장대교량 사업단은 세계 Top 기술 수준보다 더 뛰어난 2200MPa MS 케이블 시스템과 2400MPa PT 케이블 시스템, 그리고 케이블 성능 인증 시스템까지 독자 개발하였다. 기술의 국산화는 국내 교량 기술의 자립과 함께 공사비 절감 효과를 가져왔으며, 기술의 해외 유출을 방지하여 세계 시장을 선도할 수 있을 것으로 기대된다.
초장대교량은 사장교와 현수교와 같이 고강도의 케이블을 활용, 육지와 섬, 섬과 섬을 연결하기 위해 건설되는 장경간의 케이블 교량 가운데 기존 설계기준의 한계를 넘어 획기적인 기술진보나 별도의 설계기준이 요구되는, 2000m 이상의 주경간장 현수교나 1000m 이상의 사장교를 지칭한다.
2009년에 출범한 초장대교량 사업단은 ‘세계 최고 수준의 경제성 및 기술 경쟁력을 갖춘 주경간장 2km+급 현수교와 주경간장 1km+급 사장교 자립 건설’을 목표로 설정하였다. 이를 달성하기 위해서는 장대교량의 주경간장의 증가에 큰 영향을 미치는 세계 최고 강도 강선·강연선 개발 및 케이블 적용 기술 개발이 필수적이다. 특히 케이블의 경우에는 고강도화를 통한 단면적 감소로 인하여 케이블 자중 및 주탑 높이의 감소, 보강형의 단순화 및 케이블 가설 작업성 개선이 이루어지므로 고강도화의 효과가 매우 크기 때문이다.
세계 최고 수준의 기술에 경제성까지 갖춘 자립 기술을 개발하기 위해서는 기존 강선과 강연선의 강도를 높이는 작업이 우선이었다. 이에 연구단은 1900MPa(Φ7mm) 사장교 PWS 케이블용 강선, 2100MPa(Φ5.4mm) 현수교용 강선과, 2200MPa(Φ15.7mm)MS 케이블용 강연선, 2400MPa(Φ15.2mm) PT 케이블용 강연선을 개발하였다. 개발된 강선과 강연선은 기존 강도와 비교해 7~18% 가량 강도가 향상되었으며, 이는 세계 최고 강도이다.
최고 강도의 강연선에 맞는 MS용 케이블과 PT 케이블 시스템도 개발되었다. MS(-Multi-strand) 케이블 시스템은 강연선을 대직경 파이프 속에 현장에서 삽입하여 다발로 묶어서 형성하는 사장교용 케이블이다. 다양한 현장조건에 대응하여 시공이 가능하다는 장점 때문에 전 세계적으로 구조물에 많이 적용되고 있으며, 세계 시장을 선도하는 업체로는 프랑스 Freyssinet, 스위스 VSL, 독일 Dywidag 등이 있다. 기존 기술 개발은 해외 기술을 벤치마킹하여 비슷한 수준으로 끌어올리는 것이 대부분이었다. 그러나 초장대교량 사업단은 세계 Top 기술 수준인 1860MPa MS 케이블 시스템보다 더 뛰어난 2200MPa MS 케이블 시스템을 독자 개발하기 위해 노력하였고, 결국기술을 국산화하였다.
PT(Post-Tensioning) 케이블 시스템은 인장에 취약한 콘크리트 교량에 미리 압축력을 도입하기 위한 케이블 시스템이다. 참여기업인 케이티에이를 포함하여 약 4~6개의 업체가 1860MPa 강연선용 자체 정착시스템을 보유하고 있었다. 그러나 본 연구과제를 통해 PT 정착시스템에 대한 기술 정립과 함께 2400MPa 강연선에 적합한 PT정착시스템 및 교량구조 설계기술 개발에 성공하였다.
정착구를 포함한 케이블 시스템의 성능을 검증하기 위해 1800톤의 피로와 3000톤의 인장이 가능한 피로·인장시험기와 1500톤의 수밀시험기도 구축하였다. 해외업체의 경우 오랜 역사와 노하우로 충분한 성능검증 후 제품을 상용화하고 있으나, 기술력이 부족하고 영세한 국내업체의 경우 그럴 수 없는 상황이었기에 해외시장 진출에는 한계가 있었다. 본 성과를 통해 케이블 성능 인증을 위한 자체 인프라가 구축됨으로써 케이블 시험 비용을 절감하고 개발 케이블 시스템 기술이 국외로 유출되는 것을 방지할 수 있게 되었다.
기존 최고 강도인 1860MPa보다 강도를 15~30% 높인 세계 최고 강도의 교량용 케이블 개발은 국내 교량 기술의 자립과 함께 공사비 절감 효과를 가져왔다.
현재 2200MPa MS 케이블 시스템은 피로성능과 수밀성능의 검증을 거쳐 광양 태인2교 등에 적용되고 있다. 공사비는 10% 이상을 절감할 수 있으며, 해양 무어링 케이블 등 해양 구조물에도 응용할 수 있다.
2400MPa PT 케이블 시스템은 PSC 교량 현장인 태인2교, 대성교 등 교량설계에 반영되었고 LNG 탱크나 원자력발전소 격납 건물 등 타 산업에 응용이 가능하다. 기존의 케이블과 고강도 케이블이 적용된 장대교량의 비교설계를 통하여 경제성을 분석한 결과, 주경간 1.5km 현수교인 이순신대교에서는 15%, 주경간 800m의 사장교인 인천대교에서는 10% 정도의 공사비 절감 효과를 확인할 수 있었다.
세계 최고 수준의 케이블 기술로 인해 더 날렵하고 경제적인 장대교량 건설이 가능하게 되었을 뿐만 아니라, 향상된 국가 토목 경쟁력으로 우리 기술이 세계 시장을 선도하기를 기대한다.
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