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연구의 목적 및 내용

지금까지 국내 교량기술의 개발 초점이 장대교량(100m 초과)에 맞추어 발전하여 중장경간교량(40m~60m)은 기존공법(PSC I형교, 강상자형교, PSC 상자형교 등)에서 탈피하지 못하고 있다. 또한 중장경간에 적용되는 교량형식은 국내시장에서만 안주한 상태로써 국내 토목산업의 침체에 따른 그 시장규모가 급격히 축소되고 있고, 이에 따라 중장경간 교량기술에 대한 연구개발 및 투자도 미흡한 상태이다.

그리고 국내 공사현장에서는 숙련 기능공의 고령화 및 젊은층의 3D 직종 기피로 인하여 현장 기능공이 급격하게 감소하여 현장의 작업반 운용이 매우 힘든 실정이다. 또한 지구온난화로 인한 기상 환경의 변화로 현장작업여건이 악화되고, 작업자의 근로시간 단축 및 절차강화로 건설현장의 생산성이 급격히 저하되고 있다. 이에 현장 작업을 최소화하여 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있는 획기적인 공정의 개선이 필요하다.

우리보다 먼저 이러한 건설환경을 경험한 해외 선진국들은 프리캐스트 콘크리트를 활용하는 공법을 널리 사용하고 있다. 프리캐스트 콘크리트 공법은 구조물 일부 또는 전체를 공장에서 제작하여 현장에서 조립 또는 가설하는 공법으로 품질관리에 유리할 뿐 아니라 신속한 시공이 가능하며, 거푸집이나 동바리를 최소화하여 작업시 안전성 및 경제성 향상은 물론이고 현장의 기능공 부족에 적극 대응할 수 있다.

최근 들어 국내에서도 프리캐스트 콘크리트를 활용하는 공법에 대한 요구와 기술개발이 활발히 이루어지고 있다. 그러나 국내의 프리캐스트 콘크리트 공법의 수준은 아직 선진국의 기술을 단순 모방하는 수준에 있다. 이를 탈피하기 위해서 해외 기술들을 철저히 파악하여 경쟁력 있는 독자적인 기술의 개발이 필요할 뿐 아니라 설계, 제작, 시공의 건설 업종별 구분 없이 일원화된 기술력의 확보가 필요하다. 또한 이론중심의 기술 개발이 아닌 실제 현장적용이 가능한 기술의 개발도 시급하다.

따라서 본 연구에서는 개발된 기술을 실험을 통하여 검증하고 제품화할 수 있는 설비를 제작하며, 작업 효율성을 고려한 제품을 생산하여 국내 시장뿐 아니라 해외에서도 설계, 제작, 시공이 가능한 기술력을 확보하고자 한다.

연구개발성과

본 개발기술은 기존 중장견간 교량들의 단점을 보완한 신형식의 교량으로 공장에서 교량의 부품을 프리캐스트 콘크리트로 제작하여 이를 현장에서 조립하는 방식으로 시공성, 안전성, 경제성, 경관성 등이 뛰어난 공법이다. 특히 프리텐션으로 프리스트레스를 도입하여 얇은 두께로 구조성능을 향상시키면서 단면을 최적화한 프리텐션 복부와 소켓방식을 이용하여 연결부의 시공성과 가설시 안전성을 높인 연결부재는 본 개발기술의 핵심이라 할 수 있다.

따라서 본 연구개발에서는 개발기술의 사업화를 위하여 거더 단면을 표준화하고 프리캐스트 콘크리트 부재의 생산설비를 구축하였으며 안전성 검증을 위한 실험을 수행하였다. 또한 특허등록, 논문게재, 학술발표 등의 지식재산권을 확보하고 브로슈어 제작, 기술기사 게재 등의 홍보활동으로 개발기술의 사업화를 위한 지속적인 연구를 수행하였다.

연구개발성과를 간단히 요약하면 다음과 같다.

1. 단면 표준화

개발기술인 소켓연결방식을 이용한 PSC 제형거더에 적용되는 프리캐스트 부재들을 고강도 콘크리트와 강봉을 이용한 프린텐션을 도입하여 최적화된 단면으로 표준화하였고, 이를 위하여 문헌연구와 구조적 안전성 및 타당성을 입증하기 위한 근거를 마련하였다.

2. 생산설비 구축

공장에서 프리캐스트 콘크리트 부재를 생산하기 위한 강재 몰드와 프리텐션을 통한 강봉의 인장 설비를 구축하고 생산 공정을 표준화하여 제품의 생산성을 향상하였다. 프리캐스트 제품의 조립 및 가설을 위한 조립지그 및 조립대 등을 제작하여 조립 및 가설시 작업 효율을 극대화하였다.

3. 실험을 통한 안전성 검증

소켓연결부의 철근상세를 결정하고 성능을 검증하기 위해 연결부 성능실험을 수행하였으며, 프리텐션으로 프리스트레스가 도입된 복부의 전단 및 휨 성능실험을 수행하였다. 그리고 실물모형을 제작하여 지점부의 안전성 검증실험과 실제 현장에 시공된 교량에 트럭하중을 재하하여 내하성능을 검증하였다.

4. 지식재산권 및 홍보활동

연구개발과정에서 당초 계획했던 3건의 특허를 초과하여 6건의 특허를 등록하였고 한국산학기술학회에 논문을 게재하여 지식재산권을 확보하고, 한국콘크리트 학회에 학술대회 발표와 기술기사를 게재하여 개발기술의 우수성을 홍보하였으며 발주처, 설계사, 시공사 등에 소개하기 위한 브로슈어를 제작하였다.

본 개발기술은 기존 PSC I형 거더교에 비하여 약 10~20% 정도의 공사비 절감이 가능하여 국가 SOC 사업예산의 절감이 기대될 뿐 아니라 국·내외에서도 유래가 없는 독창적인 기술로 중장경간 교량 건설기술의 선진화를 도모할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 시스템화 된 공장 설비를 이용하므로 제작을 위한 폐자재 발생을 최소화할 수 있어 공사현장에서의 산업폐기물을 감소시킬 수 있고, 기존공법에 비하여 최적화된 단면의 적용으로 콘크리트 사용량이 감소되므로 콘크리트 생산시 발생하는 CO2의 발생량 감소에도 기여할 것으로 기대된다.

연구개발성과의 활용계획(기대효과)

현재 국내의 중장경간 교량건설 기술은 연구개발 및 투자에 미흡하여 선진 기술을 모방한 기술로 국내시장에 안주해 해외시장에서의 경쟁력을 잃어가고 있다. 따라서 본 연구를 통하여 소켓연결방식을 이용한 PSC 제형거더의 거동을 이해하여, 경제성 있는 거더를 설계, 제작 및 시공할 수 있는 원천기술을 확보하였으며 다음과 같은 분야에 적극 활용이 가능할 것으로 판단된다.

- 시공성 및 미관을 증진시키기 위한 교량에 활용

- 재해로 인한 복구 현장이나 교통량이 많아 교통흐름의 방해를 최소화해야 되는 경우의 교량에 활용

- 중장경간 교량공법에서 상대적으로 건설비용이 높은 프리플렉스교, PSC Box교, 강합성교 등의 대체 공법으로 활용

- 프리텐션 복부는 다양한 가설공법의 교량에 적용

- 소켓연결 방식을 이용한 프리캐스트 콘크리트 부재의 연결방법은 벽체나 암거, 옹벽뿐 아니라 프리캐스트를 활용하는 건축 구조물에 적용

- 대부분의 공정이 공장에서 이루어지기 때문에 현장기능공과 작업여건이 열악한 동남아시아 또는 아프리카 등 해외 사업에서 경제적이고 단시간에 고품질 교량을 가설하는 방안으로 해외시장 진출

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소켓연결 방식을 이용하여 급속시공이 가능한 프리스트레스트 콘크리트 제형 거더의 제작 및 시공기술 개발 : 최종보고서 이용현황 표 - 등록번호, 청구기호, 권별정보, 자료실, 이용여부로 구성 되어있습니다.
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