SCP 거더교

최근 교량건설에 새로운 복합재료의 도입을 위 한 다양한 연구개발이 진행되고 있으며 일부에서 는 복합재료를 이용한 실교량의 제작 및 시공사례 가 보고되고 있다. 그러나 아직까지는 실제교량에 있어 콘크리트와 강재(강판, 철근, PS강재 등)는 가장 보편적인 재료로써 활용되고 있으며, 이 두가 지 주재료의 효과적인 조합을 통해 새로운 형태의 교량이 개발되어 왔다. 현재 합성거더교로서 국내 에서 사용되고 있는 교량으로는 플레이트 거더교, 강상자형교, 프리플랙스 거더교, RPF 거더교, PSC 거더교 등이 있다.

프리플렉스 거더교는 1954년 벨기에에서 개발 된 교량형식으로 강재가 갖는 인장강도, 콘크리트 가 갖는 압축강도를 충분히 발휘시켜 강재의 압축 으로 발생하는 좌굴현상과 콘크리트가 인장에 취 약한 결점을 상호 보완하여 전단면이 유효한 합리 적인 구조로 되어있다. 그러나 낮은 형고의 시공으 로 강성이 작고 처짐 및 진동이 크며 인장 구역에 서의 과다한 인장응력의 발생으로 하부플랜지 콘 크리트에 인장균열이 발생하는 등 유지관리에 어 려움을 겪고 있는 실정이다. 기존 50m 전후의 장 경간 형식으로 사용되는 교량중 플레이트 거더교 나 강상자형교는 구조적 안전성이 우수하지만 강 성이 작아 처짐 및 진동이 크게되고, 이를 억제하 기 위하여 각종 보강재를 내부에 보강하여야 하므 로 용접연장이 많아지고, 공장제작 작업량이 복잡 하게 되며 강중이 증가하여 비경제적이 된다. 또 한, 제작시 열변형 등으로 인한 잔류응력 및 복잡 한 구조로 인한 내피로성 저하 등의 문제가 있다.

PSC I거더교는 1950년대에 미국에서 건설된 이 후, 설계 및 시공이 편리하고, 건설비용이 저렴하 며, 유지관리가 편리하여 지간 30m내외의 중경간 교량에서는 교량형식 중 가장 보편화되어 있는 교 량이다. 그러나 PSC I거더교는 자중이 커서 장대 화 할 수 없고, 도심구조와 같이 하부구조가 복잡 한 경우에는 효율이 떨어지는 형식이다.

강재로 구속된 프리스트레스 트 콘크리트 합성거더 (Steel - Confined Prestressed Concrete Girder, 이하 SCP 합성거 더)는 PSC I형거더와 유사한 단면형상을 하고 있 으나 I형단면의 외부는 강판으로 싸여있으며, PS 강재가 배치된 내부는 무근콘크리트로 채워지게 된다. SCP 합성거더 중앙단면의 일반적인 단면형 상은 그림 1 과 같다.

콘크리트를 둘러싸고 있는 외부의 강판이 전단 연결재에 의해 내부콘크리트와 합성됨에 따라 콘 크리트 내부에는 철근 배근이 필요하지 않게 된다. 인장을 받게 되는 거더의 최하단에 강재를 배치함 으로써 PS강재와 더불어 인장력에 저항하며, 콘크 리트의 인장균열로 인한 철근의 부식 등 균열발생 메카니즘의 형성으로 인한 내구성저하의 가능성을 근본적으로 차단할 수 있다.

단순지간에서 압축을 받게되는 거더 상단부의 경우 콘크리트가 대부분의 응력을 분담하게 되지 만 형고의 제약이 있는 경우 강재를 추가적으로 배 치하여 형고를 낮출 수 있으며, 연속교의 경우 인 장응력이 발생되는 내부지점에서 상단부 강재가 인장에 저항하는 역할을 기대할 수 있다.

강재거더 중 측면배치 강재는 절곡가공되고 상 하부 수평방향강재의 연결을 위해서만 용접이 사 용되므로 일반 강교에 비해 용접부위가 대폭 감소 하여 내피로성이 우수하다. 또한 공장 제작하는 외 부강재 내부에 각종 보강재를 설치하지 않아도 되 므로 제작공정을 단순화, 자동화할 수 있다. 강재 거더는 구조적 역할뿐만 아니라 거더 콘크리트 시 공시 거푸집의 역할을 하게되며 시각적인 측면에 서도 유리하다.

강재거더 내부에 타설되는 거더 콘크리트는 전 체 거더의 강성을 높여 여타 거더형식교량에 비하 여 처짐 및 진동을 감소시키고, 거더 내부의 콘크 리트는 무근콘크리트이므로 철근 배근작업에 소요 되는 노력을 줄일 수 있다. PS 강선에 의해 도입된 프리스트레스력은 콘크리트에 발생하는 인장응력 을 최소화하며, 외부강재의 사용 비율을 높이고 내 부 빔콘크리트의 강성 분담비율을 낮춰 고정하중 을 감소시켜 타 형식 교량으로는 시공이 어려운 장 경간의 교량시공이 가능하게 된다.