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초고성능 콘크리트 교량 건설 현황
State-of-the-art of Ultra-High Performance Concrete Bridges 원문보기

콘크리트학회지 = Magazine of the Korea Concrete Institute, v.28 no.1, 2016년, pp.31 - 35  

박성용 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) ,  김병석 (한국건설기술연구원 구조융합연구소)

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제안 방법

  • 도쿄의 하네다 공항에 건설된 ‘GSE(Ground Support Equipment) 교량’은 하부공간을 최대한 확보해야 하므로 형고를 줄이는 것이 필요했다. 이에 UHPC거더를 제작하여 현장타설 콘크리트 바닥판과 합성하였다. 교량 외에도 도쿄 하네다 국제공항의 해상활주로에 UHPC 바닥판을 적용하였는데, 바닥판의 형상은 리브로 보강된 박판으로써 판 두께가 75 mm에 불과하다.
  • 일본에서는 2002년에 최초의 UHPC 교량인 ‘SakaiMirai Bridge’가 건설되었다<사진 5>. 지간장이 50 m인 이 보도교는 프리텐션방식으로 프리스트레스가 도입된 총 8개의 박스거더 세그먼트들을 포스트 텐션 방식으로 연결하였다. 특히 이 교량은 복부에 큰 구멍을 뚫어서 고정하중을 줄이고 미관을 향상시켰다.

대상 데이터

  • 지간장은 60 m이고 바닥판은 횡방향으로 프리스트레스가 도입되어있다. UHPC 세그먼트는 10 m 길이로 총 6개를 제작하였으며, 제작에 2개월이 소요되었고 2주 만에 가설을 완료하였다.
  • 오스트리아 Wild사에서는 2010년에 세계 최초로 UHPC로 아치 리브를 제작한 도로 아치교인 ‘Wild Bridge’를 건설하였다<사진 1>. 아치 리브의 총 길이는 70 m이며, 총 다섯 개의 세그먼트로 구성되어 있다. 아치 리브의 단면은 중공 사각단면으로 두께는 60 mm에 외부 긴장방식으로 보강되어 있다.
  • 이와 같은 노력이 결실을 맺어서 2015년에는 강원도 춘천의 중도에 건설 중인 레고랜드에 진입하기 위한 교량에 K-UHPC를 적용한 사장교가 착공되었다. 이 교량은 1주탑 사장교로 총 길이는 200 m이고, 교폭은 29.5 m이다<;그림 1>. 2017년 완공을 목표로 하고 있으며, 이 사업이 성공적으로 종료되면 UHPC 도로 사장교로는 세계 최초가 되며, UHPC 도로교 중에서도 세계 최장의 교량이 된다.
  • 세계 최초로 UHPC를 개발하여 상용화에 성공한 프랑스는 2001년에 세계 최초의 UHPC 도로교인 ‘Bourg-LesValence Overpass Bridge’를 건설하였다. 이 교량은 거더 길이가 각각 20.5 m와 22.5 m인 두 개의 경간으로 구성되어 있으며, UHPC 파이형 거더를 프리캐스트로 제작하여 교각 위에 거치한 후 바닥판은 보통 콘크리트를 타설하여 완성하였다. 프랑스는 UHPC의 이 교량 외에도 7개소의 UHPC 교량을 추가로 건설하였으나 교량보다는 ‘마르세유 MUCEM 박물관’이나 파리의 ‘Jean-Bouin 스타디움’과 같은 대형 건축물의 외장재에 UHPC를 적용하는 것이 더 활발하게 추진되고 있다.
  • 이후 2008년에 미국 아이오와주 뷰캐넌 카운티에 파이 거더 형식의 바닥판 일체형 거더 교량인 ‘Jakway Park Bridge’가 건설되었다. 지간장은 15.2 m이고 교폭은 7.6 m이며, 형고는 838 mm이다. 또한 2011년에는 아이오와 주립대에서 와플형 UHPC 바닥판을 개발하여 교량 교체 공사에 적용하였다.
  • 패널의 크기는 7,620 mm×3,610 mm이고, 6,900개가 사용되었으며, 기존의 콘크리트 패널에 비해 중량이 56 % 정도밖에 되지 않는다.
  • 이 회사에서는 2011년에 경간장이 50 m로 거더교로는 세계 최장의 도로교인 Kampung Linsum Bridge를 건설하였다<사진 6>. 프리캐스트로 제작된 UHPC U-거더와 현장타설된 콘크리트 바닥판을 합성한 구조로 교폭은 4 m이고, UHPC 거더의 높이는 1.75 m에 불과하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
UHPC의 장점은 무엇인가? 최근에 개발된 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete; 이하 UHPC)도 이러한 시도의 성과로 볼 수 있다. 강재에 버금가는 고강도(200 MPa)와 200년 수명을 보장하는 내구성능, 고유동성에 기인한 뛰어난 작업성으로 무장한 UHPC는 교량 기술자들을 매혹시킬만한 충분한 매력이 있다. 이는 1997년에 최초로 UHPC 교량이 건설된 이후로 프랑스, 독일, 체코 등 유럽과 미국, 캐나다 등 북미, 그리고 호주, 일본, 말레이시아 등 아시아에 이르기까지 이미 전 세계적으로 UHPC 교량이 건설된 사례가 말해준다.
콘크리트의 단점은 무엇인가? 콘크리트가 철근이나 PS강재를 만나면서 콘크리트 교량 기술이 본격적으로 발달하게 되었고, 지금은 콘크리트가 빠진 교량은 설계 자체가 불가능할 정도까지 되었다. 하지만 콘크리트도 강도 대비 중량이 과다하여 재료 사용의 효율성이 떨어지고 열화에 약해 내구성이 떨어지는 등의 단점도 크므로 이를 극복하기 위한 다양한 시도가 진행되어 왔다. 최근에 개발된 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete; 이하 UHPC)도 이러한 시도의 성과로 볼 수 있다.
Bourg-LesValence Overpass Bridge는 어떻게 설계되어있는가? 세계 최초로 UHPC를 개발하여 상용화에 성공한 프랑스는 2001년에 세계 최초의 UHPC 도로교인 ‘Bourg-LesValence Overpass Bridge’를 건설하였다. 이 교량은 거더 길이가 각각 20.5 m와 22.5 m인 두 개의 경간으로 구성되어 있으며, UHPC 파이형 거더를 프리캐스트로 제작하여 교각 위에 거치한 후 바닥판은 보통 콘크리트를 타설하여 완성하였다. 프랑스는 UHPC의 이 교량 외에도 7개소의 UHPC 교량을 추가로 건설하였으나 교량보다는 ‘마르세유 MUCEM 박물관’이나 파리의 ‘Jean-Bouin 스타디움’과 같은 대형 건축물의 외장재에 UHPC를 적용하는 것이 더 활발하게 추진되고 있다.
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참고문헌 (8)

  1. 한국건설기술연구원, 하이브리드 사장교 설계 및 시공시스템 기술 개발, 최종보고서, 2012. 

  2. 한국건설기술연구원, '하이브리드 사장교 바닥판 개발, 최종보고서, 2012. 

  3. E. Fehling, M. Schmidt, J. Walraven, T. Leutbecher, S. Frohlich, "BetonKalender: Ultra -High Performance Concrete UHPC, Fundamentals Design, Examples", Ernst & Sohn, 2013. 

  4. F. Toutlemonde, and J. Resplendino, "Designing and Building with UHPFRC", ISTE Ltd and John Wiley & Sons, Inc, 2011. 

  5. H. Russel & B. Graybeal, "Ultra-High Performance Concrete: A State-of-the-Art Report for the Bridge Community", FHWA-HRT-13-060, 2013. 

  6. M. Schmidt, E. Fehling, C. Glotzbach, S. Frohlich, S. Piotrowski, "Proceedings of Hipermat", 2012 3rd International Symposium on UHPC and Nanotechnology for High Performance Construction Materials, Kassel, March 7 - 9, 2012. 

  7. S. Aaleti, B. Petersen, S. Sritharan, "Design Guide for Precast UHPC Waffle Deck Panel System, including Connections", FHWA-HIF-13-032, 2013. 

  8. Y. Voo, B. Nematollahi, A. Said, B. Gopal, T. Yee, "Application of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete-The Malaysia Perspective", International Journal of Sustainable Construction Engineering & Technology , Vol. 3, Issue 1, 2012, pp. 26 - 44. 

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