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과제기본정보

강합성 교량의 압출가설용 상부슬래브 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 09CCTI-C053478-01
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 달리 분류되지 않는 시설물 설계 해석기술 적용분야 기타 공공목적
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 강합성 교량의 압출가설용 상부슬래브 개발
주관연구기관 (주)서영엔지니어링
총괄연구 책임자 성명 최항용
소속 (주)서린브릿지텍 직위 상무
기관 대표번호 031-714-8870 FAX 031-714-8872
총 연구기간 2009-10-26 ~ 2012-10-25
당해연도 연구기간 2009-10-26 ~ 2010-06-25

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 100,000,000 6,250,000 43,750,000 50,000,000 150,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 1. 상부슬래브의 국내외 시공현황 및 문제점:
강합성교량에서 상부슬래브의 시공은 대부분의 경우 임시 또는 영구거푸집을 사용하거나 일부 프리캐스트 슬래브로 시공되고 있다. 기존의 상부슬래브 시공은 고교각에 설치된 강거더 위에서 작업이 이루어지므로 작업인원이 교량하부로 추락하는 사고가 빈번히 발생하고 있으며, 높은 공사비/공사기간 및 품질저하 문제가 발생하고 있다 :

o임시/영구 거푸집(temporary/left-in-place form):
- 현장타설 콘크리트와의 접촉면에서 균열발생 야기
- 복합슬래브에 대한 설계규정 적용으로 인하여 슬래브 두께가 과도해짐
- 영구 거푸집 및 작업인원으로 인한 사하중 증가로 단면 휨강성 불리
- 고공에서의 작업으로 인한 추락사고 등 안전성 문제 발생

o이동식 거푸집(movable shuttering system):
- MSS 자중 및 가설장비에 의한 사하중 증가 문제
- 편심하중에 의한 비틀림 변형을 방지하기 위한 강골조의 추가 보강이 필요
- 콘크리트 주입을 위한 교량 하부공간의 접근로가 필요
- 거푸집 지지부재에 의하여 슬래브에 다수의 홀이 발생하는 등의 내구성 문제

o프리캐스트 슬래브(precast slab segments):
- 운반상의 장애로 인한 분할크기의 제한
- 다수의 시공이음으로 인한 종방향 텐던의 설치가 필요
- 지상 크레인을 이용하여 가설하는 경우 공사비가 더욱 증가
- 러시아와 같은 혹한의 국가에서 일부 적용

2. 시공대책 및 향후전망:

o시공대책 : 기존 시공방법의 안전성 문제를 해결하면서 경제적이고 시공에 유리한 신개념의 상부슬래브 시공방법의 개발이 필요하며, 상부슬래브를 압출하여 가설하는 방법은 기존 시공방법의 단점을 보완할 수 있는 최적의 대안이 될 것이다.

o향후전망 : 상부슬래브의 압출가설 연구는 국내외적으로 초기단계로서 개선의 여지가 많은 상태이며, 본 제안서의 연구내용에 대한 신속한 연구개발이 이루어진다면 강합성교량의 설계 및 시공분야의 세계적인 기술을 선도할 수 있을 것이다.

3. 연구개발의 기본개념:
본 연구개발의 기본개념인 상부슬래브 압출가설공법은 강합성교량의 시공시 상부슬래브를 교대후방에서 제작하고 기가설된 강거더 상부로 압출하여 가설하는 방법으로써, 압출가설용 상부슬래브의 제작기법, 제작된 상부슬래브를 압출가설하는 방법, 압출가설후 강거더 상부플랜지와의 합성방법 등과 같은 압출가설용 상부슬래브의 구조시스템에 대한 연구개발이 선행되어야 한다.
최종목표 본 연구개발의 최종목표는 시공상 안전성 문제를 해결하고, 빠른 시공 및 경제성 향상을 추구할 수 있는 신개념의 강합성교량 건설을 위한 압출가설용 상부슬래브의 구조시스템을 개발하는 것이다:

1. 압출가설용 상부슬래브의 제작기법 개발:
압출가설이 완료되어 상부슬래브와 강거더 상부플랜지가 합성되기 전까지는 가드레일 또는 미끄럼받침 상의 상부슬래브는 외측으로 캔틸레버 상태를 유지하여야 하며, 이와같은 압출가설을 고려한 상부슬래브의 배근상세가 제시되어야 한다.
따라서, 배근상세의 예로서 압출개구부(launch opening)에 있어서의 횡방향 지지보의 단면 및 배치간격, 횡방향 보강철근의 배치 및 이음에 대한 철근상세, 횡방향 지지보를 이용한 종방향 철근의 배치방안을 제시하고, 광폭 교량에 대한 상부슬래브의 횡방향 텐던 설치방안을 제시한다.
최종적인 성과품으로는 압출가설용 상부슬래브의 설계예제집을 작성하고, 설계 및 시공지침서를 작성한다.

2. 상부슬래브의 압출가설공법 개발:
교대후방에서 제작된 상부슬래브를 압출가설하기 위하여 먼저 교대후방에서의 작업장 및 상부슬래브에 대한 압출시스템을 제시한다. 또한, 상부슬래브의 압출가설을 위한 종방향 가드레일 또는 미끄럼받침의 상세를 결정하고, 압출가설하는 동안의 상부슬래브의 평면선형을 유지할 수 있는 방안을 제시한다. 압출시공에 따른 상부슬래브의 시공단계별 해석을 통하여 교량의 경간장 및 교량폭에 따른 상부슬래브의 분할타설 크기를 결정하고, 상부슬래브의 압출가설방안을 제시한다. 또한, 개발된 가설공법의 공정표 작성 및 필요에 따라 특수장비의 개념설계를 실시한다.
최종적인 성과품으로는 종방향 가드레일 또는 미끄럼받침에 대한 성능실험을 수행하여 개발된 상세에 대한 성능검증을 실시하고, 압출용 가드레일 또는 미끄럼받침에 대한 국내 및 국외 특허를 출원한다.

3. 상부슬래브와 강거더 상부플랜지의 합성공법 개발:
압출가설이 완료된 상부슬래브와 강거더 상부플랜지의 합성방법을 제시한다. 이를 위하여 합성능력을 최대화할 수 있는 전단연결재의 형상개발 및 배치방안을 제시하며, 필요에 따라 전단연결재의 역할을 대체할 수 있는 가드레일의 형상을 개발한다. 또한, 압출개구부에 대한 무수축 콘크리트의 타설방안을 제시하며, 상부슬래브의 펀칭전단강도 및 압출개구부의 합성성능을 평가한다.
최종적인 성과품으로는 상부슬래브와 강거더 상부플랜지의 합성성능실험을 수행하고, 압출개구부의 전단연결재 형상 및 배치방안에 대한 국내 및 국외 특허를 출원한다.

최종적으로는 각 세부과제 사이에 서로 유기적인 관계를 구축하여 압출가설용 상부슬래브의 실용화방안을 제시하고자 한다.
연구내용 및 범위 본 연구개발의 기본개념인 상부슬래브 압출가설공법은 강합성교량의 시공시 상부슬래브를 교대후방에서 제작하고 기가설된 강거더 상부로 압출하여 가설하는 방법으로써, 압출가설용 상부슬래브의 제작기법, 제작된 상부슬래브를 압출가설하는 방법, 압출가설후 강거더 상부플랜지와의 합성방법 등과 같은 압출가설용 상부슬래브의 구조시스템에 대한 연구개발이 선행되어야 하며, 세부과제별 연구개발의 주요내용은 다음과 같다:

1. 압출가설용 상부슬래브 제작기법 개발:
- 압출가설을 위한 상부슬래브의 배근상세 결정
- 압출개구부(launch opening) 횡방향 지지보의 단면 및 배치간격 결정
- 압출개구부 횡방향 보강철근의 배치 및 이음에 대한 철근상세 작성
- 횡방향 지지보를 이용한 종방향 철근의 배치방안 제시
- 가로보와의 합성을 위한 횡방향 이음부의 배근상세 결정
- 광폭 교량에 대한 상부슬래브의 횡방향 텐던 설치방안 제시
- 압출가설용 상부슬래브의 설계예제집 작성 및 설계지침서 작성

2. 상부슬래브 압출가설공법 개발:
- 압출용 종방향 가드레일의 단면형상 결정
- 미끄럼마찰 및 스틱슬립(stick-slip)현상을 제어하기 위한 미끄럼받침 상세 제시
- 압출가설시 횡방향 철근의 응력 부담률 최소화 방안 제시
- 시공단계에 따른 건조수축 및 크리프의 영향 검토
- 압출시공에 따른 상부슬래브의 시공단계별 해석
- 압출가설 상부슬래브의 평면선형 유지기법 제시
- 개발된 가설공법의 공정표 작성 및 특수장비의 개념설계
- 종방향 가드레일 및 미끄럼받침의 성능실험

3. 상부슬래브와 강거더 상부플랜지의 합성공법 개발:
- 합성능력을 최대화할 수 있는 전단연결재의 형상개발 및 배치방안 제시
- 압출개구부 무수축 콘크리트의 타설방안 제시
- 가로보와의 합성을 위한 횡방향 이음부의 설치방안 제시
- 무수축 콘크리트의 상부슬래브에 대한 건조수축 및 크리프의 영향 검토
- 상부슬래브의 펀칭전단강도 산정 및 압출개구부의 합성성능 평가
- 상부슬래브와 거더 상부플랜지의 합성성능 실험
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 o압출가설이 가능한 상부슬래브의 형상 도출

o상부슬래브의 압출시스템 정립

o합성능력을 최대화할 수 있는 전단연결재의 형상 도출 		o압출가설이 가능한 상부슬래브의 형상을 검토하고, 압출개구부 횡방향 지지보의 단면과 횡방향 지지보를 이용한 종방향 철근의 배치방안을 검토한다.

o압출가설용 상부슬래브를 적용할 수 있는 교량형식과 압출 작업장 및 압출시스템을 검토하고, 압출가설용 상부슬래브의 지지시스템 및 압출가설용 가드레일의 단면형상을 검토하여 제시한다.

o상부슬래브와 강거더 상부플랜지의 합성공법에 대한 사례조사를 통하여 합성능력을 최대화할 수 있는 전단연결재의 형상 및 배치방안을 검토하고, 필요에 따라 전단연결재의 역할을 대체할 수 있는 가드레일의 형상을 검토한다.
연구성과 기술적 기대성과 o기존의 상부슬래브 시공은 고교각에 설치된 강거더 위에서 작업이 이루어지므로 작업인원이 교량하부로 추락하는 사고가 빈번히 발생하고 있으나, 본 연구개발 목표인 상부슬래브의 압출가설공법은 지상인 교대 후방에서 재료 및 장비 등이 운용되기 때문에 상부슬래브 시공상의 안전성 문제를 해결할 수 있다.

o상부슬래브의 압출가설공법은 콘크리트 양생이나 기상조건 등의 영향을 받지 않으므로 공기단축이 가능하고 총공사비, 구조성능, 내구성, 경관 등의 측면을 크게 향상시킬 수 있으므로, 경제적이고 시공에 유리한 강합성교량 건설의 강력한 대안이 될 수 있다.

o상부슬래브의 압출가설공법이 가지는 수많은 장점에도 불구하고 이에 대한 연구는 아직 초기 단계이며, 따라서 신속한 연구개발이 이루어진다면 강합성교량의 설계 및 시공분야에서 세계적인 기술을 선도할 수 있다.
사회 경제적 파급효과 o작업인원의 고공 현장작업을 최소화시켜 시공 안전성을 향상시킬 수 있으며, 교각 하부의 공사용 가도건설 등과 같은 환경적 피해 요소를 최소화시킬 수 있다.

o상부슬래브의 시공비용을 획기적으로 절감할 수 있으므로 경제적인 교량의 건설이 가능하며, 지상에서의 콘크리트 작업으로 고품질의 상부슬래브 제작이 가능하다.

o지상 거푸집의 장점을 활용하여 경관미가 뛰어난 교량을 건설할 수 있으며, 교량 하부공간의 영향을 받지 않아 도심지 내 교량건설에 시너지효과 창출이 가능하다.

o상부슬래브의 압출가설공법이 개발된다면 교량의 가설기간을 대폭 단축할 수 있어 교통난의 신속한 해소라는 측면에서 사회적 파급효과가 클 것으로 기대된다.
활용방안 o시험 적용: 본 과제의 참여기업인 (주)서영엔지니어링와 (주)효명이씨에스는 그동안 다양한 교량설계를 통해 풍부한 경험을 축적해 왔다. 또한 (주)비엔지컨설턴트는 교량의 압출가설분야에 있어서 국내 최고의 시공실적을 보유하고 있다. 따라서, 축척된 풍부한 경험과 실적을 바탕으로 본 과제의 종료 후 참여기업의 교량 설계프로젝트에 개발된 기술을 반영하고 시험시공 함으로써 기술의 우수성을 확인할 예정이다.

o기술보급 및 국내 교량건설에 반영: 본 연구개발은 매우 독창적인 기술이면서도 강합성 교량의 설계 및 시공분야에 있어서 많은 장점을 가지고 있다. 이에 대한 연구성과를 기술강습회 및 세미나를 통해 국내ㆍ외 교량 기술자들에게 보급하고 발주처에 본 연구결과의 우수성을 알린다면, 본 기술은 앞으로 건설될 교량 현장에 적극적으로 반영될 수 있을 것이다.

o국제특허 획득 및 기술수출: 상부슬래브의 압출가설공법이 가지는 수많은 장점에도 불구하고 이에 대한 연구는 매우 미미한 상태이며, 따라서 신속한 연구개발이 이루어진다면 압출가설용 상부슬래브와 관련하여 국제특허를 획득하고 이를 통한 기술수출이 충분히 가능할 것으로 판단된다.

o타 분야와의 융합: 압출 슬래브의 개념은 국내ㆍ외적으로 설계 및 시공 경험이 없는 이유로 기술의 인증작업과 지적재산권 확보를 통해 한정되어 있는 건설시장에서 수출이 가능한 기술 품목으로 발전할 수 있을 것이다. 또한 IT, 기계 등 타 산업과의 융합된 기술을 창출함으로써 더욱더 큰 시장을 확보할 수 있을 것이다. 또한 개발예정인 본 기술은 강합성 교량뿐만 아니라 콘크리트 빔교와 같은 기타형식의 교량에도 적용가능할 것으로 판단되므로 파급효과가 클 것으로 예상된다.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 강합성교량 압출가설 상부슬래브 압출개구부 지지시스템
영문 Composite bridge Incremental launching Concrete slab Launch opening Supporting system
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서 2. 최종보고서 (강합성교량의 압출가설용 상부슬래브 개발_130228).pdf   다운로드

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