[논문]섬유복합재료(FRP)의 건설 적용 사례 연구(교량편)

한복규; 홍건호; 김기수

doi:10.7234/kscm.2006.19.2.035

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FRPs have been used widely and demonstrated in the field of aero industries etc., and began to be used as new construction materials of civil structures. Pre-stressing tendons, reinforcing bars etc. are all examples of the many diverse applications of FRP in new structures. Especially, 40 of all-FRP...

FRPs have been used widely and demonstrated in the field of aero industries etc., and began to be used as new construction materials of civil structures. Pre-stressing tendons, reinforcing bars etc. are all examples of the many diverse applications of FRP in new structures. Especially, 40 of all-FRP bridges were reported. The reason why FRP composites were used fur construction materials of civil structures, has been that the working time and the cost of maintenance can be reduced because of the effect of their lightness and durabilities. The purpose of this paper is to report the examples of the many diverse applications of Fiber Reinforced Plastic in construction materials of civil structures.

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문제 정의

교량 부속품이다. 그 예로, 북미에서는 도로에 제설제를 대량으로 살포하기 때문에 콘크리트 상판이 손상되는 경우가 많아 교량상판을 복합재료(FRP)를 도입하고자 검토하였다. 이와 같은 제설제의 살포는 국내 교량에서도 같은 문제점으로 나타나고 있으며, FRP 상판의 도입이 필요할 것으로 사료된다.
본고에서는 FRP의 국내. 외 토목 구조물 적용사례를 제시함으로써 향후 복합재료(FRP)의 활용가능성을 제시하고자 한다.

대상 데이터

가설한 경우이다. 본 사례는 2002년 5월에는 성원건설 (주)과 (주)원창엔텍이 강원도 영월 "원동~광전간 도로 확장 및 포장공사” 구간의 2차선 국도상 교량에 복합재료 상부구조를 가설하였다. 복합재료 상부구조의 제작은 핸드 레이업으로 수행하였으며, 재료는 유리 섬유와 비닐 에스테르가 사용되었다.
복합재료 상부구조의 제작은 핸드 레이업으로 수행하였으며, 재료는 유리 섬유와 비닐 에스테르가 사용되었다. 교량의 제원은 교장 10 m, 교폭 8 이로서 공장에서 2개의 10 m X 4 m 제품을 제작한 후 1대의 트럭으로 운반하여 현장에서 기계적 연결을 통해 하나로 체결하였다. 일체로 된 상부구조 전체를 들어 가설 위치에 거치하였고, 상부 표면에는 아스팔트로 포장하였다.
본 사례는 2002년 5월에는 성원건설 (주)과 (주)원창엔텍이 강원도 영월 "원동~광전간 도로 확장 및 포장공사” 구간의 2차선 국도상 교량에 복합재료 상부구조를 가설하였다. 복합재료 상부구조의 제작은 핸드 레이업으로 수행하였으며, 재료는 유리 섬유와 비닐 에스테르가 사용되었다. 교량의 제원은 교장 10 m, 교폭 8 이로서 공장에서 2개의 10 m X 4 m 제품을 제작한 후 1대의 트럭으로 운반하여 현장에서 기계적 연결을 통해 하나로 체결하였다.
유리섬유 복합소재 프리캐스트 바닥 판을 청계천 복원공사의 일원으로 건설된 비우당교에 적용하였다. 서울 도심인 청계천8 가에 위치한 비우당교는 발주처(서울특별시) 및 시공사(현대건설)의 공사기간 단축의 요구에 의해 바닥 판 설치를 3일 만에 끝내 도심의 교통통제를 최소화하였다.
것이다. 재료는 GFRP이며, 바닥 판은 강재 플레이트거더 위에 강재 볼트를 이용하여 기계적으로 연결하였다.(Fig.

성능/효과

덴마크에서는 교량 건설에 있어서 부식되지 않는 새로운 소재를 사용하는 것에 중점을 두고 연구 진행되고 있으며, 1997년에 도보용 FRP교량에 적용하였다. Fig. 3에서 보는 바와 같이 거 더 와 주탑에 사용된 GFRP 버팀줄과 Profile은 인장성형 방식으로 건설된 사장교로 18시간 만에 완공되었으며, 시공 결과 본 교량은 감전사고 다발 지역에접합하다는 결론을 얻기도 하였다. 그 외에 덴마크에서는 Fig.
보강이 필요하게 되는 단점을 가지고 있다. 하지만, 이에 반해, 복합소재 교량 바닥 판을 사용한 경우 재료의 특성으로 인하여 초기 공사비는 매우 높으나, 경량인 장점을 최대한 이용하였을 경우 공기단축, 유지관리 불필요 등 많은 이점을 가지는 것으로 조사되었다. Table 2에서는 복합재료 (FRP), 기존 현장 타설 콘크리트, 프리캐스트 콘크리트 바닥 판 공법에 대한 기술비교를 나타내었다.

후속연구

원가가 지나치게 높은 실정이다. 따라서, 교량 분야에서 섬유의 결합체 또는 연결부의 접착제로 쓰이는 수지들은 상온에서 양생이 가능하면서 적절한 재료 특성을 보이는 것이 바람직하므로, 가장 효율적이면서 내구성이 우수한 수지의 합성 방법에 대한 연구가 요구된다. 또한, 높은 강성을 갖는 부재를 대량으로 생산할 수 있는 효율적인 제작 방법과 생산 방법을 개발하는 것이 토목 분야에서 경제적으로 섬유복합체를 적용하기 위하여 필요하다.
따라서, 토목 구조물용으로 설계된 FRP에 대하여 구조물이 처해진 환경 변화에 대한 장기적인 거동에 대해 충분한 연구 자료와 실험 데이터가 요구된다. 또한, 구조 시스템의 강도 및 강성에 영향을 미칠 수 있는 자외선 노출, 수분 흡수, 수지의 불충분한 양생 등의 문제도 관심 대상이다.
따라서, 교량 분야에서 섬유의 결합체 또는 연결부의 접착제로 쓰이는 수지들은 상온에서 양생이 가능하면서 적절한 재료 특성을 보이는 것이 바람직하므로, 가장 효율적이면서 내구성이 우수한 수지의 합성 방법에 대한 연구가 요구된다. 또한, 높은 강성을 갖는 부재를 대량으로 생산할 수 있는 효율적인 제작 방법과 생산 방법을 개발하는 것이 토목 분야에서 경제적으로 섬유복합체를 적용하기 위하여 필요하다.

참고문헌 (4)

明嵐政司外, '纖維强化プラスチッグの土木構造材科への適用に關する同硏究報告書(I)', 建設省土木硏究所, 1998
片脇靑外, '纖維强化構造材科の？道橋への利用司能性の檢討',建設省土木硏究所, 1994
Eric Johansen, et aI., 'Design and Construction of Two Pedestrian bridges an Haleakala National Park, Maui, Hawaii', Proceedings, Fiberglass-Composite Bridges Seminar, 13th Annual Bridge Conference and Exhibition, Pittsburgh, PA, 1996
Benjamin Tang and Walter Podol ny, Jr., 'A Successful Beginning for Fiber Reinforced Polymer (FRP) Composite Materials in Bridge Applications', FHW A Proceedings, international Conference on Corrosion and Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures, 1998

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