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문제 정의
- 접합부에는 강형의 플레이트 거 더 와 콘크리트 엣지(edge) 거더가 일체로 거동할 수 있도록 충분한 보강이 이루어져 있는데 접합 면에 스터드, 강봉이 설치되어 콘크리트 타설 시 상당한 주의를 요하게 된다. 본과업에서는 가 벤트 상면에서 작업하도록 하여 비교적 작업 여건이 양호하도록 계획하였다.
제안 방법
- 청풍대교는 지리적으로 가설 위치가 내륙호수내에 위치하며 기존 접근도로의 선형조건과 부합되도록 교량형식을 선정하였다. 특히 접속도로의 제약에 따른 교량의 총연장 제한 (450m)을 감안하면 충주호의 대 심부를 피하기 위해 중앙경간 장을 확대한 만큼 상대적으로 측경간 장이 작아 해결방안으로 복합사장교로 계획하였다.
- 특히 접속도로의 제약에 따른 교량의 총연장 제한 (450m)을 감안하면 충주호의 대 심부를 피하기 위해 중앙경간 장을 확대한 만큼 상대적으로 측경간 장이 작아 해결방안으로 복합사장교로 계획하였다. 청풍대교가 국내 최초의 복합사장교인 만큼 엔지니어링 기술 및 시공기술 수준 제고와 아울러 국제 경쟁력 제고에 이바지하길 기대한다.
- 결정된 경간 구성의 불균형을 해소하기 위한 방법으로 첫째로 중앙경간부와 측경간 부의 단면형식을 다르게 하여 상부구조의 고정하중에 의한 효과를 고려하였으며, 둘째로 측경간 부에 부탑을 설치하여 측 경 간부 자중 증가로 인한 케이블의 부담을 해소함과 동시에 측 경 간부 거더에 발생하는 부재력을 감소시키도록 하였다. 또한, 이 추가교각은 부 반력에 대한 저항이 교대 부 또는 단부교각부에서만 이루어지는 것을 일부 분담하여, 특정 위치에서의 부 반력 과다에 따른 구체규모 증가를 억제하는 효과도 있다.
- 또한, 이 추가교각은 부 반력에 대한 저항이 교대 부 또는 단부교각부에서만 이루어지는 것을 일부 분담하여, 특정 위치에서의 부 반력 과다에 따른 구체규모 증가를 억제하는 효과도 있다. 세 번째는 백스테이(back stay) 케이블의 적절한 재배치를 하여 각 케이블에 도입되는 장력의 균등분포와 아울러 부반력의 원활한 분배를 도모하기 위해 측 경간 단 부에서 부탑까지는 4.72m, 부탑에서 주탑부까지는 8.4m로 케이블 배치 간격에 변화를 주었다.
- 앞서 언급한 바와 같이 보강형의 단면은 경간장의 불균형을 해소하기 위해 중앙부와 측경간 부의 단면형식을 다르게 적용하였다. 중앙부는 강 합성 플레이트 거더형식이며, 측경간은 콘크리트 엣지(edge) 거더 형식의 단면을 적용하였고, 특히 부 탑과 단부 교각 사이의 보강형 단면은 카운터웨이트(counter weight) 효과를 극대화하기 위해 충실 단면으로 계획하였다.
- 적용하였다. 중앙부는 강 합성 플레이트 거더형식이며, 측경간은 콘크리트 엣지(edge) 거더 형식의 단면을 적용하였고, 특히 부 탑과 단부 교각 사이의 보강형 단면은 카운터웨이트(counter weight) 효과를 극대화하기 위해 충실 단면으로 계획하였다. 그림 2는 중앙경간과 측경간에 대한 단면 형상이다.
- 교량의 특성상 측경간 비가 짧고 육상부에서 시공이 가능한 지형조건에 착안하여 측경간의 콘크리트 부분을 풀 스테이징(fuU-staging)으로 선시공한 후 이 부분을 활용하여 자재 및 장비반입통로로 이용할 수 있게 하였다.
- 주탑의 형상이 H형인 경우에는 케이블의 정착구조가 간단해지며 시공성이 우수하고, 주행시 개방감이 좋은 장점이 있는 반면 하부기초의 규모가 커지는 단점이 있다. 본 과업에서는 지형상 하부기초의 크기에 따라 암굴착량의 변화가 큰 지역이므로 하부기초가 불필요하게 증가하는 것을 방지하기 위하여 주탑 하부의 형상을 약간 안쪽으로 모으는 수정된 H 형상의 콘크리트 주탑으로 결정하였다.
- 일반적으로 복합형식이 시공이 편리하고 기능에 대한 신뢰도가 높다고 볼 수 있지만, 본 교량에서는 그림 3, 4에서 알 수 있듯이 케이블 배치에 있어서 경간 구성의 비대칭으로 인해 포스 테이(forestay)와 백스테이(backstay)의 케이블 배치에 있어 차이가 많이 발생하는데, 가설 장비 여건상 분할시공을 전제로 볼 때, 세그먼트 분할이 곤란하고 그로 인해 제작 난이도가 필요 이상으로 증가할 것으로 판단되었다. 따라서, 제작 및 설치에 있어 오히려 불리한 것으로 예상되어 이를 배제하고 콘크리트 현장 타설과 함께 포스트텐셔닝에의한 보강방식을 주탑정착 부 구조로 채택하였다.
- 9m의 엣지(edge) 거 더 타입 이다. 교각 간 급경사 및 고 교각으로 인한 동바리 설치 작업이 어려워 가설벤트와 시스템 동바리를 이용하여 FSM으로 시공되었으며, 케이블 고정단 설치를 위한 폼웍튜브(Formwork Tube) 및 보강형 횡 방향 P/T 작업이 수행되었다. 측경간의 콘크리트 물량은 3, 790m3이며, 측경간 일반구간은 각각 l, 248m3이었다.
- 측경간의 콘크리트 물량은 3, 790m3이며, 측경간 일반구간은 각각 l, 248m3이었다. 콘크리트 타설은 구간별로 1회에 완료했으며, 측경간 단부 구간은 형고 3m의 충실 단면으로서 약 19시간 동안 타설하였으며 수화열 제어를 위해 파이프쿨링(Pipe cooling)을 수행하였다.
- 75m에 위치해 있으며, 전. 후면에 지압 판을 설치한 후 프리스트레스를 도입하여 접합하는 방식인 전후면판 병용형식으로 시공되었다(그림 8).
- 청풍대교의 주경간은 327m로서 콘크리트 거더와 강합성거더를 연결시키는 복합 부를 시작으로 측경간을 통해 반입되는 강재 및 프리캐스트 바닥 판을 특수 제작된 데릭 크레인을 통해 FCM으로 단 재 가설하여 시공하였다. 강형 세그먼트는 11.
- 일반적으로 키 세그먼트의 경우 현장에서의 실측거리와 측량 시 온도, 탄성받침의 프리셋팅량등을 종합적으로 고려하여 제작 길이를 결정하여야 한다. 따라서 시종점부를 연결하는 SEG16은 그림 8과 같이 가설되기 이전 단계에서 레이저 및 광파기를 이용하여 길이를 결정, 발주하였으며 SEG16이 강교 공장에서 제작되는 기간 동안 Final Adjustment를 수행하였다.
- Final Adjustment는 주탑 내 케이블 긴장 단에 멀티잭을 설치 하여 링 넛(Ring Nut)의 위치 를 이 동시 켜 보강형의 레 벨 오차, 케이블 장력 및 주탑의 형상 오차 등을 최종적으로 조정해주기 위해 실시하는 작업으로서 총 92개 케이블 중 24 개 케이블에 대해서 수행하였다.
- Final Adjustment 실시 후 셋 백을 실시하여 SEG16 가설공정 중 온도변화에 의해 SEG15와 SEG16이 간섭되지 않도록 하였고 SEG16 가설공정이 종료된 후 탄성 받침의 프리셋팅량과 폐합 시 온도를 고려하여 셋포워드(SetFoward) 를 실시하였다’ 경사 와이어와 체인블럭을 이용하여 보강형의 Alignment 오차를 최소화한 후 임시 고정장치를 이용해 임시 폐합하여 스플라이스 체결 중 발생하는 온도변화에 의한 변위를 제어하였으며 폐합에 이용된 스플라이스는 현장에서 현도를 작성하여 천공, 폐합을 완료하였다(그림 10).
- 충주호에 건설되는 청풍대교는 I형거더 합성형과 콘크리트 거 더를 모두 채용한 복합구조형식의 상부와 변형된 H형의 콘크리트 주탑, 거치식 우물통 기초로 이루어진 사장교로 계획되었다. 또한 계획단계에서 설계단계 및 시공에 이르기 까지 모든 과정이 순수 국내기술진에 의해 수행된 사업으로서 최근의 cable 지지 교량의 관심이 고조되고 있는 시점에서 볼 때 구조적인 특징의 중요성과 아울러 우리나라 cable 지지 교량의 기술발전에 있어 중요한 이정표 역할을 할 수 있는 교량이라고 사료된다.
대상 데이터
- 주탑은 H형 콘크리트 주탑(H= 103m, fck=40MPa)이고, 케이블은 MS 타입 (Parallel Strand Cable, 7연선 15.7mm, fpu=l, 860MPa)으로 2 면 배치를 적용하였다.
- 주탑의 높이는 103m, 단면이 하단부에서 5 .3mx6.0m(중공단면, 벽체 두께 교축방향 800mm, 교축직각방향 600mm), 상단부는 2.8mx4.5m(중공 단면, 벽체 두께 교축방향 800mm, 교축직각방향 600mm) 그리고 케이블 정착 부의 교축방향 벽체 두께는 L3m로 변화되는 형상을 갖고 있다. 보강형의 지지를 위해 설치되는 하단부 가로 보와 보강형의 상단부에 설치되는 가로보는 PS 콘크리트로 구성되어 있다.
- 측경간은 청풍대교 중 교각 P2-PY1, PY2-A2 사이 에 가설되는 교량으로 콘크리트 거더 형식으로 설계되었다. P2-P3 과 P4~A2는 형고 3m, 폭 17.
- 통해 FCM으로 단 재 가설하여 시공하였다. 강형 세그먼트는 11.1m로 복합부 포함 총 30 세그먼트이며, 프리캐스트 바닥판은 전체 170개가 제작되었다.
- 청풍대교 주경간의 한 세그먼트는 2개의 보강형(Edge Girder)과 3개의 플로어 빔(Floor Beam) 그리고 6장의 프리캐스트 패널로 구성되며, 단위부재중 중량이 가장 큰 프리캐스트 바닥판(약17톤)을 인양할 수 있는 데릭크레인을 제작하여 중앙경간 가설에 사용하였다. 또한 단위 가설 부재의 진출입을 위한 작업공간 확보를 위해 대칭형태가 아닌 한쪽으로 편측된 비대칭 형태의 특수 크레인을 적용하여 구조적 효율성을 극대화하였다(그림 6).
이론/모형
- 그러나 청풍대교의 가설위치는 내륙에 위치하고 자재운반 및 가설 시 대형 장비의 운용이 불가함으로써 육상화 시공을 위해 측경간을 통한 자재 운반 및 단 재가설이 가능한 강 합성 형식을 채택하었다. 따라서 측경간은 벤트식 동바리를 이용한 FSM 공법을 적용하여 선시공 하며, 중앙경간은 측경간의 자재반입에 따른 소규모 가설 크레 인을 이용한 FCM 공법을 적용하였다.
성능/효과
- 일반적으로 복합형식이 시공이 편리하고 기능에 대한 신뢰도가 높다고 볼 수 있지만, 본 교량에서는 그림 3, 4에서 알 수 있듯이 케이블 배치에 있어서 경간 구성의 비대칭으로 인해 포스 테이(forestay)와 백스테이(backstay)의 케이블 배치에 있어 차이가 많이 발생하는데, 가설 장비 여건상 분할시공을 전제로 볼 때, 세그먼트 분할이 곤란하고 그로 인해 제작 난이도가 필요 이상으로 증가할 것으로 판단되었다. 따라서, 제작 및 설치에 있어 오히려 불리한 것으로 예상되어 이를 배제하고 콘크리트 현장 타설과 함께 포스트텐셔닝에의한 보강방식을 주탑정착 부 구조로 채택하였다.
- 중앙경간 가설에 사용하였다. 또한 단위 가설 부재의 진출입을 위한 작업공간 확보를 위해 대칭형태가 아닌 한쪽으로 편측된 비대칭 형태의 특수 크레인을 적용하여 구조적 효율성을 극대화하였다(그림 6).
- 작아지나 가설공정이 증가되는 단점이 있다. 하지만 가설 부재의 경량화로 인해 작업의 효율성 증대 및 크레인의 작업속도의 증가로 실제 강형 조립에 소요되는 시공일수는 블록 가설과 비교하여 약 1일의 차이가 있으며, 이러한 공기의 증가는 전체 공정에 약 15일 정도만 가져올 뿐이다. 주경간의 한 세그먼트 가설 공기는 측경간의 케이블 가설까지 포함하여 12일이 소요되었으나 가설인력의 숙련도에 따라 10일까지 단축시킬 수 있었다.
후속연구
- 특히 접속도로의 제약에 따른 교량의 총연장 제한 (450m)을 감안하면 충주호의 대 심부를 피하기 위해 중앙경간 장을 확대한 만큼 상대적으로 측경간 장이 작아 해결방안으로 복합사장교로 계획하였다. 청풍대교가 국내 최초의 복합사장교인 만큼 엔지니어링 기술 및 시공기술 수준 제고와 아울러 국제 경쟁력 제고에 이바지하길 기대한다.
- 또한 청풍대교는 기존의 콘크리트거더(PSC Box) 교량의 기능을 대체하면서 동시에 충청북도의 랜드마크로서 관광 자원화에도 일조할 수 있을 것으로 기대된다.
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