Journal of Structure Research and PracticeISSN:3022-4241(Print) 3022-7267(Online)한국교량및구조공학회

한국의 철근표준 KS D 3504는 2007년판부터 항복강도가 700 MPa인 SD700 철근 규격을 규정하고 있으나, 항복강도 700 MPa급 철근을 적용한 철근콘크리트 부재의 실험결과로 구조성능을 입증한 연구 자료가 충분하지 않으므로, 콘크리트교 설계기준 KDS 24 14 21에서는 설계기준항복강도가 600 MPa 이하인 철근을 적용하도록 제한하고 있다. 이 연구에서는 직선 인장 이형철근의 정착성능 실험결과를 대상으로 콘크리트교 설계기준 KDS 24 14 21에 규정된 설계정착길이 계산식의 정확도 및 안전성과 고강도 철근에 대한 적용성을 분석하였다. 총 285개의 실험결과를 분석한 결과, 콘크리트교 설계기준 KDS 24 14 21에 규정된 설계정착길이 계산식은 항복강도 700 MPa급의 직선 인장 이형철근에도 적용이 가능한 것으로 판단된다.

부유식 강상자형 거더교의 안전성 평가기술로 허용강도설계와 유체역학적 회절 및 응답의 조합을 제시하였다. 강상자형 거더는 허용강도설계기준은 AISC 기준을 인용하였으며, 폰툰은 항만 및 어항설계기준을 적용하였다. 강상자형 거더 설계에 있어서는 하중조합 및 하중계수를 제시하여 극한강도에 대한 검토를 수행하였다. 또한, 폰툰기초는 해당 해역의 환경하중에 대한 유체역학적 동해석을 수행하여 고유진동주기 검토를 수행하였다. 그 결과, 제안한 안전성 평가기술로 부유식 강상자형 거더교의 안전성 평가가 가능하였다. 강상저형 거더의 강도 검토 결과 모두 허용강도 이내로 확인되었다. 유체역학적 동해석에서는 폰툰 기초의 응답진폭함수의 경우 롤 운동에 대해서 가장 컸으며, 감쇠의 경우 서지 운동에 대해서 가장 컸다. 또한, 각 폰툰 기초의 고유진동주기가 응답진폭함수가 가장 큰 주기들을 회피함을 확인할 수 있었다.

ASTM 표준에 만족하도록 생산된 철근으로 인장시험을 실시하여 KS, ISO, ASTM 표준에 따른 파단연신율을 모두 측정할 수 있게 파단 된 23개의 시험결과를 도출하였다. 이 시험결과와 선행연구자가 KS 표준에 준하여 생산된 철근을 대상으로 수행한 시험결과 107개를 합하여, 총 130개의 시험결과에 대한 분석으로 표준별 최소연신율 조건의 엄격성을 비교하였다. 일반구조용 철근의 파단연신율은 KS 표준과 ISO 표준이 유사하게 엄격하였고 ASTM 표준은 덜 엄격하다고 판단된다. 내진용 철근의 파단연신율은 KS, ISO, ASTM 표준이 엄격성에 다소 차이가 있지만 큰 차이를 보이지는 않았다. 네킹 길이는 대체적으로 철근 지름과 선형의 비례 관계가 있으므로, 파단연신율을 측정하기 위한 표점거리는 철근 지름의 배수로 규정하는 것이 합리적이라고 판단된다. 따라서 KS 표준은 표점 거리를 하나의 철근 지름 배수로 규정할 필요가 있으며, ISO 표준과 같이 철근 지름의 5배로 규정하고 이에 대한 최소 파단연신율을 규정하는 것이 대안이 될 것이다.

본 연구에서는 시설물안전법, 기반시설관리법 및 관련 지침을 검토하여 개선 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위하여 국내외 관련 기준을 비교 검토하였으며, 정밀안전진단보고서와 관련 연구들을 분석하였다. 우리나라의 도로 교량 점검 체계는 외국의 모든 나라보다 엄격하게 규정되어 있다는 것을 확인하였다. 교량의 손상은 공용 초기에 발생한 손상들이 유지관리에 많은 영향을 미치고 있고, 공용 중에 손상은 급격하게 진행하지 않는다는 것을 알 수 있었다. 이러한 검토 결과 초기점검에 대한 실시 시기를 개선하고, 종별 구분을 없애는 것을 제안하였다. 또한 개별 교량에 대한 성능평가제도를 개선하여 도로 구간 단위의 성능평가 제도를 제안하였다.

차나칼레 현수교는 2023 m 세계 최장경간장과 더불어 세계 최고 높이(해수면으로부터 313.5 m)의 세장한 강재주탑을 가지고 있다. 강재주탑의 급속 시공이 요구됨과 동시에 가설중 진동에 취약한 구조 특성으로 인해 교량 가설중 발생 가능한 진동에 대하여 구조적인 안전성, 피로성능, 용접시 작업성 측면에서 검증이 요구되었다. 특히 와류진동의 경우 주탑 가설이 진행됨에 따라 공진풍속은 낮아지며 이와 같은 저풍속 진동특성은 가설중 피로누적 손상율을 고려한 피로성능과 강재주탑 가설중 용접작업성에 영향을 주게 된다. 따라서 가설 단계별 진동특성을 고려하여 요구 감쇠비를 산정하고 이를 기준으로 가설중 지속적인 진동제어가 가능하도록 AMD(Active Mass Damper) 설계 및 운영계획이 수립되었다. 이와 같은 AMD를 이용한 강주탑 가설시 진동제어 엔지니어링을 통해 와류진동에 의한 요구가속도를 만족하는 최대진폭 제어 및 10개월 내에 강주탑의 급속시공을 실현하였다.

현재 한강에는 주경간장 540 m의 세계에서 가장 긴 주경간장의 콘크리트 사장교가 시공 중에 있다. 보강거더는 곡선형의 3실 박스단면으로 계획하고 외측 캔틸레버 길이를 길게 하는 횡리브를 두어 미적인 측면을 강조하였다. 보강거더의 재료는 압축강도가 80 MPa인 고성능 콘크리트를 적용하여 단면두께 감소에 따른 상부 중량을 줄였으며, 인장강도 2,400 MPa의 고강도 강연선을 적용하여 보강거더 단면의 효율성을 증대시켰다. 사장케이블에서도 케이블(인장강도 2,160 MPa)을 적용하였으며, 콘크리트 1주식 주탑을 계획하여 케이블과 주탑이 겹치는 부분을 최소화하여 미관을 개선하였다. 주탑 상부에 적용된 60 MPa의 콘크리트는 케이블 정착구, 강연선, 철근 등을 고려하여 유동성을 확보하기 위해 고유동 콘크리트로 계획하였다. 보강거더의 시공을 위하여 곡선형 단면의 원활한 시공성 확인을 위하여 실물의 1/4 축척의 목업 시험을 수행하여 하부슬래브의 상면 덮개 거푸집의 설치와 공기 구멍 등을 F/T 제작에 반영하였다. 케이블의 시공은 첫단계에서 설계장력의 70 %를 도입하고 추가로 Lift-off Test를 통해 확인된 도입장력을 토대로 나머지 설계장력의 30 %를 도입하는 두 단계 장력도입으로 정밀 가설하였다.