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과제기본정보

강교량을 대체할 수 있는 중공관을 내부에 장착한 중앙지간장 70M급 강재구속 프리스트레스트 콘크리트 합성거더 교량의 설계 및 시공기술개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 21TBIP-C160900-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 원자력 | 노심 핵설계 기술 | None 실용화대상여부 실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 개발
과제명 강교량을 대체할 수 있는 중공관을 내부에 장착한 중앙지간장 70M급 강재구속 프리스트레스트 콘크리트 합성거더 교량의 설계 및 시공기술개발
주관연구기관 주식회사 하영이앤씨
총괄연구 책임자 성명 조현준
소속 주식회사 하영이앤씨 직위 대표이사
전화번호 070-7467-0191 FAX -
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 229,000,000 15,300,000 137,700,000 153,000,000 382,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 내부 중공부를 형성시킨 콘크리트 충전 강재거더에 긴장재를 설치하여 프리스트레스가 도입되도록 제작된 합성거더로(Prestressed Hollow-core Composite Girder, PHC 거더)서 강재를 박스거더 단면형상으로 제작하여 내부공간을 형성시키고, 내부 중공 형성재를 포함하며, 외부강재와 내부 중공 형성재 사이에 생성된 공간에 콘크리트를 충전하고, 미리 설치된 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 합성거더 교량형식이다.
최종목표 본 사업화 연구개발의 최종목표는 강재와 콘크리트를 합성시켜 새로운 형식의 효율적인 교량을 개발하여, 강교의 처짐 및 진동 문제를 해결하고, 프리플렉스교에 대한 강재 단면의 저효율성과 PSC I빔교의 큰 고정하중 등과 같은 제약조건을 효과적으로 개선하여 경간의 장대화를 도모할 수 있도록 강교량을 대체할 수 있는 중공관을 내부에 장착한 중앙지간장 70M급 강재구속 프리스트레스트 콘크리트 합성거더 교량의 설계 및 시공기술을 개발하는 것이다.
본 사업화 대상기술의 기본개념인 강재구속 프리스트레스트 콘크리트 합성거더 교량은 거더의 단면이 박스형태로써 기존의 I형이나 T형 등과 비교하여 비틀림 강성을 향상, 형고감소 및 경간장 증대를 경제적으로 추구할 수 있는 형식으로써, 본 보유기술이 사업화에 성공하기 위해서는 콘크리트 충전 구조 성능향상, 중공 구조의 성능개선, 프리스트레스 구조의 시공성 확보, 신 설계기준(한계상태설계법)의 적용, 설계시스템 구축 및 설계자동화 등의 연구개발이 선행되어야 한다.
연구내용 및 범위 ○ 단면의 효율화로 자중과 재료의 절감을 위한 중공부가 형성된 강재구속 프리스트레스 콘크리트 합성거더단면 개발
종래의 거더(Girder)는 바닥판 또는 슬래브의 자중과 여기에 작용하는 하중을 지지하며, 전달받은 하 중을 기둥 또는 교각에 전달하는 역할을 한다. 이러한 거더는 철근콘크리트(RC) 또는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 구조가 오랜 기간 사용되어왔다. 이렇게 콘크리트가 사용되는 부재는 필연적으로 철근의 배근과 거푸집의 설치 및 해체가 수반되며, 하중의 작용과 환경의 영향으로 균열과 철근부식 등으로 인해 유지관리가 어렵고 수명이 단축되게 된다.
이러한 RC와 PSC 구조의 거더의 단점을 보완하기 위하여 철근콘크리트 거더의 외부에 거푸집 겸용 강재가 둘러싼 복합거더가 개발되었다. 그러나 단순히 철근이 배근된 콘크리트거더의 외부에 강재를 둘러싼 형식으로써 내부의 콘크리트가 인장에 저항하지 못하므로, 불필요한 인장측 콘크리트의 사용에 의해 자중이 크게 되며, 내부 인장측 보강을 위하여 철근배근이 필요하게 되고, 장지간의 거더로써 큰 상부하중을 지지하기에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
따라서, 전통적인 콘크리트구조물의 단점을 보완한 종래의 복합거더의 장점을 살리면서, 거더 내부의 철근배근작업이 필요 없고 기존 복합거더에서 약점으로 거론되는 단면의 비효율성과 큰 자중을 거더의 내부에 중공부를 두어 개선하고, 프리스트레싱을 도입하여 낮은 형고 대 지간장의 비를 가지고 상대적으로 장경간 교량 건설방법을 향상시킬 수 있다. 이러한 특성을 가지는 강재구속 프리스트레스 콘크리트 합성거더 건설을 통하여 보다 가벼운 상부구조로 인하여 하부구조의 규모를 축소할 수 있으므로 보다 경제적인 교량건설을 추구할 수 있다.
○ 중공부 형성을 위한 최적의 재료와 배치 개발(외부강재, 긴장재, 충전 콘크리트 등)
기존 교량의 거더는 철근콘크리트(RC) 또는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 구조가 오랜 기간 사용되어왔다. 이렇게 콘크리트가 사용되는 부재는 필연적으로 철근의 배근과 거푸집의 설치 및 해체가 수반되며, 하중의 작용과 환경의 영향으로 균열과 철근부식 등으로 인해 유지관리가 어렵고 수명이 단축되게 된다. 이러한 RC와 PSC 구조의 거더의 단점을 보완하기 위하여 내부에 형성된 철근콘크리트 거더의 외부에 거푸집 겸용 강재가 둘러싼 복합거더가 개발되었다.
이러한 복합거더는 단순히 철근이 배근된 콘크리트거더의 외부에 강재를 둘러싼 형식으로써 내부의 콘크리트가 인장에 저항하지 못하므로, 불필요한 인장측 콘크리트의 사용에 의해 자중이 크게 되며, 내부 인장측 보강을 위하여 철근배근이 필요하다. 따라서 중·장지간의 거더로서 사용을 위해서는 큰 상부하중을 지지하기에 적합 하지 않다는 문제점이 지적되었다.
본 사업화 연구과제의 목적은 전통적인 콘크리트구조물의 단점을 보완한 기존의 복합거더의 장점을 살리면서, 거더 내부의 철근배근작업이 필요 없으면서 기존 복합거더에서 약점으로 거론되는 단면의 비효율성과 큰 자중을 거더의 내부에 중공부를 두어 개선하고, 프리스트레싱을 도입하여 낮은 형고 대 지간장의 비를 가지고 상대적으로 장 경간이 가능한 복합거더를 개발하는 것이다. 이를 위해 중공부 형성을 위한 재료와 배치 구간에 대한 추가 연구가 선행된다면 구조 성능이 우수하고 제작비용이 저렴한 강재구속 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 통해 교량건설시 시공성을 향상시킬 수 있으며, 보다 가벼운 상부구조로 인하여 하부구조의 규모를 축소할 수 있으므로 보다 경제적인 교량건설을 추구할 수 있다.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ○ 중공부가 형성된 강재구속 프리스트레스 콘크리트 합성거더 단면의 적용성 및 해석기법 정립
○ 경간별 최적의 재료특성과 배치에 대한 적용성 검토분석
○ 콘크리트가 충전된 하부플랜지와 복부판 콘크리트의 크리프, 건조수축거동을 분석한 후 적정한 타설 높이와 두께 등의 구조적 영향을 분석하고 해석기법을 제안
○ 강재구속 프리스트레스 콘크리트 합성거더 교량의 경간장 및 거더 높이에 대한 매개변수 연구를 통해 콘크리트가 충전된 하부플랜지 및 복부판 콘크리트의 적정두께 등에 대한 상관관계를 규명한 후 설계에 대한 해석기법을 정립
○ 기존 PSC 빔과 PF빔 대비 정착부 안전성을 검토하고 최적의 중공부 형성에 대한 적용성 검토분석
○ 중공부 형성에 대한 국내외 설계기준을 검토하고 적용방안을 제시하며, 경량재료 설치시의 들뜸현상 및 형상유지 등의 해결방안을 제시
연구성과 기술적 기대성과 ○ 안전하고 경제적이며 간편한 시공가능
본 사업화 대상기술은 강(Steel)과 콘크리트의 일체화로 구조물의 내구성 증진에 의한 교량수명을 극대화시킬 수 있으므로 강교의 과다 처짐 및 진동, 프리플렉스 거더교에서의 인장부 콘크리트 균열발생 등과 대비하여 구조적인 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 70m 경간까지 동일한 거더높이를 적용하여 압출가설공법 등의 다양한 가설공법을 적용할 수 있으며, 부가적으로 진동 및 처짐을 감소시킬 수 있고 다리밑 공간 확보에도 유리하다.
○ 아름답고 경제적인 장경간 교량계획 가능
현재 중·장경간(50~70m) 교량에 적용되고 있는 고가형식의 교량(아치교, 트러스교, PSC 박스교 등)을 대체함으로서, 보다 경제적인 장경간 교량계획이 가능하다. 또한, 중앙경간부의 정모멘트 및 변위 제한조건 등을 만족시킬 수 있으므로, 고속철도용 교량 등 소음 및 진동의 저감이 필요한 교량에 적용이 가능하다.
사회 경제적 파급효과 ○ 강재량 절감가능
구조재료별 장점의 극대화를 통해 단면 상세를 개선하고, 합성거더 내부에 중공부를 설치함으로써 거더의 경량화가 가능하여, 일반공법(ST. Box 거더교량)과 대비하여 강재량을 약 25% 이상 절감할 수 있음을 알 수 있다.
○ 친환경적인 교량의 건설
본 사업화 대상기술은 거더제작에 있어 일반공법(PSC 빔, PF 빔)에 비해 거푸집과 동바리를 이용한 재래식 공법의 적용으로 발생하는 산업폐기물을 대폭 감소시킬 수 있으며, 강재 외부도장만 하므로 재도장 면적의 감소(강교 대비), 보수?보강 비용의 감소 및 편의성(콘크리트교 대비)면에서 유리하여, 이를 위한 환경적 피해 요소를 최소화시킬 수 있다.
활용방안 ○ 기술보급 및 국내 교량건설에 반영
본 사업화 대상기술은 매우 독창적인 기술이면서도 합성거더 교량의 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 중공관을 내부에 장착한 강재구속 프리스트레스트 콘크리트 합성거더는 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 합성거더 프리스트레스 중공부 형성 충진 콘크리트 강재 구속효과
영문 composite girder prestressed hollow core concrete-filled steel-confined
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