국내 철도 및 도로 교량의 대표적 상부구조 형식인 철제 (steel box 또는 H-형강) 거더교와 PSC (Pre-Stressed Concrete) 거더교는 현재 가장 많이 시공되는 교량형식으로 전체 교량의 75%, 시공 금액의 80%를 차지하고 있다. 거더교 상판 콘크리트 타설을 위한 거푸집 공사는 여러 가지 시공의 어려움 때문에 다양한 공법이 개발 및 적용되었다. 그러나 재료 손실 및 인건비 상승으로 인한 원가 상승, 미숙련공에 의한 품질 저하, 복잡한 시공방법으로 인한 공기 증가, 생산성 저하, 고소작업으로 인한 안전사고 발생, 큰 부재로 인한 운송성 저하, 재료 특성으로 인한 유지관리비 증가 등 여러 가지 문제가 부분적으로 해결되지 않았다. 이를 해결하기 위하여 기존 공법을 대체할 수 있는 공법이 필요하다. 따라서 본 연구는 거더교 상판 콘크리트 타설용 시스템 거푸집 (Purlin Hanging System Form)의 개발 연구 및 경제성 분석을 목적으로 한다. 본 연구를 통해 Purlin Hanging System Form이 기존 공법에 비해 60%의 원가절감, 80%의 공기단축 효과가 있음을 확인하였다.
국내 철도 및 도로 교량의 대표적 상부구조 형식인 철제 (steel box 또는 H-형강) 거더교와 PSC (Pre-Stressed Concrete) 거더교는 현재 가장 많이 시공되는 교량형식으로 전체 교량의 75%, 시공 금액의 80%를 차지하고 있다. 거더교 상판 콘크리트 타설을 위한 거푸집 공사는 여러 가지 시공의 어려움 때문에 다양한 공법이 개발 및 적용되었다. 그러나 재료 손실 및 인건비 상승으로 인한 원가 상승, 미숙련공에 의한 품질 저하, 복잡한 시공방법으로 인한 공기 증가, 생산성 저하, 고소작업으로 인한 안전사고 발생, 큰 부재로 인한 운송성 저하, 재료 특성으로 인한 유지관리비 증가 등 여러 가지 문제가 부분적으로 해결되지 않았다. 이를 해결하기 위하여 기존 공법을 대체할 수 있는 공법이 필요하다. 따라서 본 연구는 거더교 상판 콘크리트 타설용 시스템 거푸집 (Purlin Hanging System Form)의 개발 연구 및 경제성 분석을 목적으로 한다. 본 연구를 통해 Purlin Hanging System Form이 기존 공법에 비해 60%의 원가절감, 80%의 공기단축 효과가 있음을 확인하였다.
In the case of South Korea, steel girder bridge (steel box or H-steel) and PSC (Pre-Stressed Concrete) girder bridge are the representative upper structures of railroad and road bridges. These structures account for 75% of the total bridge constructions and 80% of the total construction cost. Since ...
In the case of South Korea, steel girder bridge (steel box or H-steel) and PSC (Pre-Stressed Concrete) girder bridge are the representative upper structures of railroad and road bridges. These structures account for 75% of the total bridge constructions and 80% of the total construction cost. Since the form work for concreting bridge slab is difficult, various construction methods developed and applied. However, several problems in those methods did not solve partially, including cost increase by material loss and rise of labor costs, quality deterioration by unskilled workers, increased construction time by complicated method, reduced productivity, safety accident by high place work, difficult transportation by big member, and rise of maintenance cost by material characteristic. Alternative method is needed to solve problems of as-is methods. Therefore, the purpose of this study is development of the purlin hanging system form for the girder bridge slab and its economic analysis. Through the findings of this study, it was verified that the purlin hanging system form is possible 60% reduction in cost and 80% reduction in time as comparison with conventional method.
In the case of South Korea, steel girder bridge (steel box or H-steel) and PSC (Pre-Stressed Concrete) girder bridge are the representative upper structures of railroad and road bridges. These structures account for 75% of the total bridge constructions and 80% of the total construction cost. Since the form work for concreting bridge slab is difficult, various construction methods developed and applied. However, several problems in those methods did not solve partially, including cost increase by material loss and rise of labor costs, quality deterioration by unskilled workers, increased construction time by complicated method, reduced productivity, safety accident by high place work, difficult transportation by big member, and rise of maintenance cost by material characteristic. Alternative method is needed to solve problems of as-is methods. Therefore, the purpose of this study is development of the purlin hanging system form for the girder bridge slab and its economic analysis. Through the findings of this study, it was verified that the purlin hanging system form is possible 60% reduction in cost and 80% reduction in time as comparison with conventional method.
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문제 정의
이를 해결하기 위하여 기존 공법을 대체할 수 있는 공법이 필요하다. 따라서 본 연구는 거더교 상판 콘크리트 타설용 시스템 거푸집 (Purlin Hanging System Form)의 개발 연구 및 경제성 분석을 목적으로 한다. 본 연구를 통해 Purlin Hanging System Form이 기존 공법에 비해 60%의 원가절감, 80%의 공기단축 효과가 있음을 확인하였다.
따라서 본 연구는 거더교 상판 콘크리트 타설용 시스템 거푸집 (Purlin Hanging System Form, 이하 PHS form)의 개발 및 경제성 분석을 목적으로 한다. 본 연구에서 개발된 거푸집은 기존 공법보다 공기 단축, 공사비 절감 효과가 있고 교량 건설현장에서 본 공법의 적용을 통해 안전성, 시공성, 생산성 향상 등이 기대된다.
본 연구는 기존 공법보다 원가, 품질, 공기, 안전 등의 측면에서 우수하고 다양한 크기와 형태의 철제 및 PSC 거더교에 적용 가능한 거푸집 개발에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다.
그 외에는 PC 및 스틸 등 다양한 형태의 거더에 적용가능한지 고려되어야 하고, 다양한 폭과 길이의 슬래브에 거푸집의 길이를 조절하여 사용 가능한지, 부재운송 시 어려움이 없는지에 대해 고려되어야 한다. 본 연구는 분석된 요구조건의 만족도를 고려하여 PHS form의 개발이 진행되었다.
본 연구의 범위는 철제 거더교 및 PSC 거더교에 적용 가능한 거푸집 시스템을 개발한 후 사례분석을 토대로 경제성 분석을 실시하여 그 효용성을 검증하는 것을 목적으로 Figure 1과 같이 진행한다.
가설 설정
콘크리트 양생 후 PHS form의 해체 프로세스는 Figure 10과 같다. R&L bar 상부에 와이어를 결속하여 PHS form의 해체를 위한 준비를 하고 (a) R&L bar를 회전시켜 전개된 펄린의 길이가 작아지면 (b) 쉬스는 교량 상판 콘크리트와 분리되고 거더와도 분리된다 (c). R&L bar와 연결된 와이어를 통해 양중장비를 이용하여 하강시키고 (d) 지상에 완전히 하강된 후 R&L bar와 와이어를 제거한다 (e).
PC 거더의 폭과 길이를 반영하여 부재의 길이를 조절하고 PHS form 인양을 위한 양중장비, R&L bar, 와이어를 설치한다 (a). 설치 시 거더 손상을 예방하기 위해 PHS form의 폭이 가장 작은 길이로 인양하고 (b) 인양된 PHS form은 거더에 임시 거치한다 (c). R&L bar의 회전을 통해 PHS form을 전개하여 PC 거더에 고정하고, 이때 거더와 PHS form의 쉬스의 높이가 일치하도록 한다 (d).
또한, PHS form은 재래식 공법 적용 시 사용되는 크레인을 활용할 수 있으므로 기계경비는 동일한 것으로 가정하였고 Table 6과 같이 1일 사용료는 644,120원으로 산출되었다. 재래식 공법은 합판 거푸집, 구조용 각관, 각재 등 각종 부재를 거더 위로 양중하기 위하여 크레인을 사용하고, PHS form은 일체화된 거푸집 설치 및 해체 시 크레인을 활용한다.
제안 방법
PHS form의 경제성 분석을 위해 현재 교량현장에서 주로 적용되고 있는 재래식 공법의 직접공사비를 산정하여 비교하였다. 이때 자재비, 노무비, 기계경비 등은 포함하지만 직접공사비의 비율로 결정되는 재경비는 제외하였다.
[9]는 원가, 공기, 품질, 안전 등의 측면에서 ‘교량 상판 거푸집 시스템의 요구조건’을 도출하였다. 그러나 누락된 항목에 대한 보완 및 수정이 필요하므로 앞서 언급한 문제점을 고려하여 거더교 상판 콘크리트 타설용 시스템 거푸집의 요구사항을 분석하였다. 현재 재래식 거푸집에서 가장 큰 문제점인 ‘작업자 추락 방지’, 전용성 확보를 위하여 ‘다양한 폭과 길이의 슬래브에 대한 적용 가능성’, 꾸준히 개발중이지만 현장적용이 어려운 PC 부재의 문제점인 ‘거푸집 운송의 용이성’ 등 3개 항목을 추가하였고 ‘거푸집 단부의 상세 설계’가 공기 측면이 아닌 품질 측면으로 분류되어야 하므로 Table 1과 같이 보완하였다.
첫째, 이론적 고찰을 토대로 PHS form의 개발을 위한 요구조건을 도출한다. 둘째, PHS form의 상세설계를 제안하며, 설치 및 해체를 위한 프로세스와 구동방법을 분석한다. 셋째, 실제 교량현장에 사례 적용하여 재래식 공법과 설치비 및 해체비를 비교 및 분석하여 PHS form의 효용성을 검증한다.
본 연구에서 개발된 PHS form의 효용성을 검증하고자 이천 소재 ○○ 교량현장에 PHS form을 적용하였다. Table 2는 적용된 현장의 개요을 나타낸다.
둘째, PHS form의 상세설계를 제안하며, 설치 및 해체를 위한 프로세스와 구동방법을 분석한다. 셋째, 실제 교량현장에 사례 적용하여 재래식 공법과 설치비 및 해체비를 비교 및 분석하여 PHS form의 효용성을 검증한다.
Figure 12의 범위에 적용하였을 경우, Table 3, Table 4와 같이 재래식 공법과 PHS form의 물량산출에 대한 자재비를 산출하였다. 이때 2016년 건설공사 표준품셈에 의거하여, PHS form (강재 거푸집 사용횟수 기준)은 60회로 산정하였고 재래식 공법 (거푸집 및 동바리 재사용횟수 기준)은 3회로 하였다. 재래식 공법은 7.
첫째, PHS form의 요구조건을 원가, 공기, 품질, 안전 측면에서 분석한 후 PHS form을 개발하였다. 둘째, PHS form의 검증을 위해 교량 현장사례에 적용하였으며 개발된 PHS form은 재래식 공법보다 공사비 약 52%, 인건비 97% 절감, 80%의 공기 단축이 가능하다는 것을 확인하였다.
첫째, 이론적 고찰을 토대로 PHS form의 개발을 위한 요구조건을 도출한다. 둘째, PHS form의 상세설계를 제안하며, 설치 및 해체를 위한 프로세스와 구동방법을 분석한다.
현재 재래식 거푸집에서 가장 큰 문제점인 ‘작업자 추락 방지’, 전용성 확보를 위하여 ‘다양한 폭과 길이의 슬래브에 대한 적용 가능성’, 꾸준히 개발중이지만 현장적용이 어려운 PC 부재의 문제점인 ‘거푸집 운송의 용이성’ 등 3개 항목을 추가하였고 ‘거푸집 단부의 상세 설계’가 공기 측면이 아닌 품질 측면으로 분류되어야 하므로 Table 1과 같이 보완하였다.
대상 데이터
PHS form의 설치 프로세스는 Figure 9와 같다. 교량 상판으로 PHS form을 인양 및 거더에 설치하기 위하여 공장에서 제작하여 현장에서 조립한다. PC 거더의 폭과 길이를 반영하여 부재의 길이를 조절하고 PHS form 인양을 위한 양중장비, R&L bar, 와이어를 설치한다 (a).
이때 자재비, 노무비, 기계경비 등은 포함하지만 직접공사비의 비율로 결정되는 재경비는 제외하였다. 재래식 공법의 자재 단가는 포항 소재 ○○ 교량현장의 실제 투입 공사비와 현장 관계자의 자문을 통해 산출하였고 PHS form의 자재 단가는 실제 제작비를 반영하였다. 기계경비의 경우 “2016년 건설공사 표준품셈”을 토대로 산정하였고 노무비 단가는 “2016년 상반기 적용 건설업 임금실태조사 보고서 (시중노임단가)”의 금액을 적용하였다.
성능/효과
넷째, 기타의 경우, PHS form은 조립식 거푸집으로 거푸집을 분할하여 운송할 수 있으므로 운송성이 좋고 PC 및 스틸 등 다양한 형태의 거더에 적용 가능하며 펄린의 길이조절로 다양한 크기의 교량 상판에 적용 가능하므로 전용횟수 증가가 가능하다. 또한, 슬리브 링 밴드를 활용한 콘크리트 누출을 예방하고 미숙련공도 쉽게 이해할 수 있어 생산성이 향상된다.
첫째, PHS form의 요구조건을 원가, 공기, 품질, 안전 측면에서 분석한 후 PHS form을 개발하였다. 둘째, PHS form의 검증을 위해 교량 현장사례에 적용하였으며 개발된 PHS form은 재래식 공법보다 공사비 약 52%, 인건비 97% 절감, 80%의 공기 단축이 가능하다는 것을 확인하였다.
둘째, 품질의 경우, 재래식 공법은 현장에서 임의로 재단 및 설치하여 시공하므로 자재 손실로 인한 원가 상승과 시공품질 저하 우려가 있지만, PHS form은 기성품을 활용한 제작으로 인력 투입량을 줄여 건설현장의 기계화를 통해 원가 절감 및 균일한 시공품질 확보가 가능하다.
셋째, 안전성의 경우, PHS form 은 양중장비를 이용하여 설치 및 해체되므로 작업자의 추락사고 위험이 없고 설치 및 해체에 의한 거푸집 손상과 거더 손상을 방지하기 위하여 펄린의 양 단부는 여유 값을 가진다. 또한, PHS form 개발 시 구체적인 시공 프로세스 정립을 통해 거푸집 전개 시 구조적 안정성 확보 및 안전한 설치 및 해체가 가능하다.
5일 투입되어 인건비 97%, 공기 80% 이상 단축된다. 또한, 재래식 공법은 3회의 거푸집 재사용이 가능하고 PHS form은 60회의 재사용이 가능하다. 이와 같이, 자재비, 노무비, 경비를 종합적으로 고려하였을 때 재래식 공법은 약 22.
따라서 본 연구는 거더교 상판 콘크리트 타설용 시스템 거푸집 (Purlin Hanging System Form)의 개발 연구 및 경제성 분석을 목적으로 한다. 본 연구를 통해 Purlin Hanging System Form이 기존 공법에 비해 60%의 원가절감, 80%의 공기단축 효과가 있음을 확인하였다.
셋째, 안전성의 경우, PHS form 은 양중장비를 이용하여 설치 및 해체되므로 작업자의 추락사고 위험이 없고 설치 및 해체에 의한 거푸집 손상과 거더 손상을 방지하기 위하여 펄린의 양 단부는 여유 값을 가진다. 또한, PHS form 개발 시 구체적인 시공 프로세스 정립을 통해 거푸집 전개 시 구조적 안정성 확보 및 안전한 설치 및 해체가 가능하다.
또한, 재래식 공법은 3회의 거푸집 재사용이 가능하고 PHS form은 60회의 재사용이 가능하다. 이와 같이, 자재비, 노무비, 경비를 종합적으로 고려하였을 때 재래식 공법은 약 22.2백만원 소요되지만, PHS form은 약 10.7백만원이 소요되어 재래식 공법보다 약 52% 공사비 절감 가능하다고 판단된다.
7백만원으로, 재래식 공법이 PHS form에 비해 52% 공사비 절감 가능하다. 이와 같이, 전체적으로 재래식 공법에 비해 공사비 및 약 60% 절감이 가능하다고 판단된다.
이때 2016년 건설공사 표준품셈에 의거하여, PHS form (강재 거푸집 사용횟수 기준)은 60회로 산정하였고 재래식 공법 (거푸집 및 동바리 재사용횟수 기준)은 3회로 하였다. 재래식 공법은 7.8백만원이고 PHS form은 5.2백만원으로, PHS form 적용 시 재래식 공법에 비해 33% 자재비 절감이 가능하였다.
첫째, 공사비 및 공사기간의 경우, 현장 적용결과 재래식 공법은 설치 및 해체 시 8인×3일 투입이 필요하지만 PHS form은 2인×0.5일 투입되어 인건비 97%, 공기 80% 이상 단축된다.
후속연구
본 연구에서 논의된 PHS form은 향후 구조설계 타당성 분석을 통해 구조적 안정성에 대한 확보가 필요하고, 콘크리트 바닥판 하중으로 인해 인력으로는 해체 어려움이 있다. 따라서 PHS form은 보다 간단한 형태로 제작하여 설치 및 해체가 용이한 교량 상판 콘크리트 타설용 거푸집에 대한 연구가 필요하다. 또한, 현재 개발된 PHS form의 안전성, 시공성을 더욱 향상시킬 수 있는 지속적인 연구가 필요하다.
따라서 PHS form은 보다 간단한 형태로 제작하여 설치 및 해체가 용이한 교량 상판 콘크리트 타설용 거푸집에 대한 연구가 필요하다. 또한, 현재 개발된 PHS form의 안전성, 시공성을 더욱 향상시킬 수 있는 지속적인 연구가 필요하다.
따라서 본 연구는 거더교 상판 콘크리트 타설용 시스템 거푸집 (Purlin Hanging System Form, 이하 PHS form)의 개발 및 경제성 분석을 목적으로 한다. 본 연구에서 개발된 거푸집은 기존 공법보다 공기 단축, 공사비 절감 효과가 있고 교량 건설현장에서 본 공법의 적용을 통해 안전성, 시공성, 생산성 향상 등이 기대된다.
이와 같이 PHS form을 국내 교량공사에 적용하는 경우, 공사비 절감, 공기 단축 등의 효과로 해외 건설공사 수주 경쟁력이 향상될 것으로 기대된다. 본 연구에서 논의된 PHS form은 향후 구조설계 타당성 분석을 통해 구조적 안정성에 대한 확보가 필요하고, 콘크리트 바닥판 하중으로 인해 인력으로는 해체 어려움이 있다. 따라서 PHS form은 보다 간단한 형태로 제작하여 설치 및 해체가 용이한 교량 상판 콘크리트 타설용 거푸집에 대한 연구가 필요하다.
이와 같이 PHS form을 국내 교량공사에 적용하는 경우, 공사비 절감, 공기 단축 등의 효과로 해외 건설공사 수주 경쟁력이 향상될 것으로 기대된다. 본 연구에서 논의된 PHS form은 향후 구조설계 타당성 분석을 통해 구조적 안정성에 대한 확보가 필요하고, 콘크리트 바닥판 하중으로 인해 인력으로는 해체 어려움이 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교량 건설현장에서 주로 사용되는 공법을 보완하기 위해 개발되어진 방법은?
이와 같이, 현재 교량 건설현장에서 주로 사용되는 공법은 재래식 공법으로 이를 보완하기 위해 프리캐스트 콘크리트 교량 바닥판 공법, LB-Deck 공법, 데크플레이트 공법 등 다양한 공법이 개발되었다. 하지만 이들 공법은 여전히 자재 손실, 과다한 인력투입 등으로 인한 원가 상승, 어려운 시공방법과 미숙련공으로 인한 품질 저하, 공기 증가, 생산성 저하, 안전사고 발생, 큰 부재로 인한 운송성 저하, 유지 관리비 증가 등 여러 가지 문제가 부분적으로 해결되지 않았다.
데크플레이트 공법의 특징은 ?
데크플레이트 공법의 경우[4], 공장에서 부분적으로 교량 바닥판을 생산하여 현장으로 운송하는 비용이 발생하고, 운송 시 큰 부재로 인해 차량 적재, 도로여건 등의 문제가 있다[3]. 또한, 스틸 (steel)의 부식을 예방하기 위한 도금, 코팅, 도막 등 지속적인 방청 비용이 발생하고 교량 바닥판 하부의 균열 확인이 불가능하여 유지관리에 어려움이 있다.
이와 같이, 현재 교량 건설현장에서 주로 사용되는 공법은 재래식 공법으로 이를 보완하기 위해 프리캐스트 콘크리트 교량 바닥판 공법, LB-Deck 공법, 데크플레이트 공법 등 다양한 공법이 개발되었다. 하지만 이들 공법은 여전히 자재 손실, 과다한 인력투입 등으로 인한 원가 상승, 어려운 시공방법과 미숙련공으로 인한 품질 저하, 공기 증가, 생산성 저하, 안전사고 발생, 큰 부재로 인한 운송성 저하, 유지 관리비 증가 등 여러 가지 문제가 부분적으로 해결되지 않았다. 따라서 이를 해결하기 위한 거더교 상판 콘크리트 타설용 거푸집 개발이 필요하다.
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