PI강거더

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두 가지 이상의 서로 다른 재료를 함께 적용함으로써 단일재료가 가지고 있는 단점을 보완하고 각각의 장점이 최대한 발휘될 수 있도록 합성시킨 복합구조를 교량에 활용하려는 기술개발이 꾸준히 이루어지고 있다. 

또한 국내에서도 이에 대한 기술개발이 지속적으로 이루어지면서 장경간 강합성교량에 대한 수요가 증가하고 있다. 

국내에서는 강박스 거더교를 주로 사용하는데 구조적 안정성이 좋지만, 많은 강재의 사용과 유지관리비용의 상승으로 비경제적인 교량형식으로 인정되고 있어 새로운 구조의 교량이 필요한 상황이다.

국내 교량 거더 업계의 최고 실력자 ㈜홍지이앤씨(대표; 김태균)는 최근 강거더인 PI (π-section Steel & Concrete Composite Girder)거더교를 개발해설계 반영에 적극 나서고 있다.

한 쌍의 I형 강재거더와 그 사이에 수평으로 연결된 연결판 내부에 고강도 콘크리트가 외력 모멘트의 크기에 따라 최적화된 변단면 두께로 타설되는 구조로 구성되어 있다.

정모멘트 구간에는 거더 상부에 부멘트 구간에는 거더의 하부에 타설되는 압축부에 콘크리트로 보강된 강교량 공법이다.

압축부에 고강도콘크리트와 강재의 합성으로 강재량을 줄여 일반적인 강합성 거더와 개량형강합성 거더와 비교하여 세제곱미터(m3)당 10~20%의 공사비를 절감할 수 있다.

PI거더는 지난 2020년 7월 명지대학교 하이브리드구조실험센터에서 구조성능실험평가를 실시했다. 

교량 기술 개발업체인 ㈜홍지이앤씨와 현대제철, 한국도로협회는 공동 개발한 ‘π형상의 이중합성 스틸거더(PI거더)’에 대한 성능 실험 평가를 경기도 용인시의 명지대학교 하이브리드구조실험센터에서 개최했다. 

㈜홍지이앤씨와 현대제철, 한국도로협회 및 명지대학교 등 업계 관계자 30여명이 참석했으며 기술 설명 및 질의응답에 이어 실제 성능 시험이 진행됐다. 

명지대 하이브리드구조실험센터에서 하중실험중인 홍지PI거더

실험결과 강재와 콘크리트 합성단면덕에 압축부의 국부좌굴이 극복되는 것으로 증명되었고 설계하중의 1.5배까지 탄성범위내에 거동을 확인하여 구조적 안전성을 확보했다.

이날 시험은 무게를 지지하는 거더의 구조적 안정성을 평가하기 위한 하중재하 실험으로서 전북 군산 공장에서 50m 길이의 거더를 명지대학교까지 운반해 정적 유압가력기를 통한 압력 시험을 진행했다. 

명지대학교가 보유한 가력기는 무게로 환산하면 500톤에 달하는 최대 5000kN의 힘을 낼 수 있다. 

이번에 개발된 PI거더는 50∼100m 경간에 적용 가능하며 높이비(높이/지간)는 1/25∼1/31이다.

구조안정성과 시공성, 적용성에서 모두 강점이 있다는 분석이다. 

강거더의 휨모멘트 압축부에 콘크리트를 합성시켜 구조성능을 극대화한 동시에 곡선거더의 뒤틀림 강성 확보를 위해 상부 격벽과 하부 브레이싱을 배치했다.

분할 제작이 가능한 공장제작 형식으로 현장작업을 최소화해 시공성에 유리한 동시에 품질관리에도 용이하다는 설명이다. 

여기에 급속시공 적용이 가능하며 압축보강콘크리트를 사용해 소음 및 진동 감소에 유리하다는 분석이다. 

수평보강재의 생략과 거더수를 최소화한 소수주형화로 경제성도 확보했다는 평가다. 

홍지 측은 예상 총 공사비를 2,180,000원/㎡로 설정했는데 이는 일반적인 강합성 거더보다 20%, 개량형 강합성 거더보다 10%가량 저렴한 수준이다. 

현대제철도 해당 거더의 상용화에 따른 구조용 후판의 신규 및 고정 수요 창출을 기대하는 분위기다. 

PI거더는 유지관리면에서도 합리적인 방안을 마련해 놓고 있다.

예방적 유지관리를 통한 교량의 공용수명 연장과 효율적인 유지관리 체계를 확립할 수 있는 시스템을 도입하고 있다.
 
인장을 받는 정모멘트부 하단에 강연선을 도입하여 구조물의 내하력이 저하되었을 때, 유지보수용 강연선을 긴장하여 편리하게 교량의 공용 수명을 연장시킬 수 있다.

강연선과 정착블럭, 방향전환 블록으로 간단한 시스템으로 구성되어 있으며, 공용중 내하력이 저하되었을 때, 유지보수용 긴장재를 모노잭(Jack)을 사용하여 손쉽게 내하력 회복이 가능하다. 

시험중인 PI 거더

이영성 기자  ceo@cenews.co.kr

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