[기획-재난 없는 국가] 16. 프리캐스트 교량 바닥판 구조성능평가를 위한 실험적 연구
물끊기 블록이 실제 환경에서 우수에 의한 바닥판 액체 침투를 효과적으로 저항할 수 있을 것으로 판단
2025-07-14
최근 국내외에서 교량의 바닥판 노후화로 인한 사고가 증가하고 있다. 특히 여름철 폭우로 인도와 중국에서 대형 교량이 붕괴되며 사망자도 늘어나고 있다.
교량이 무너지는 주된 원인은 바닥판 열화, 빈번한 제설재 사용, 중차량 통행 증가 등 다양한 원인이 지목된다. 열화된 바닥판으로 우수와 제설재의 침투로 인해 손상의 속도가 가속되고 있는 실정이다.
바닥판 캔틸레버 전체가 붕괴되거나 방호벽 하면으로 우수 침투에 의한 캔틸레버 끝단이 붕괴된다. 교량 붕괴를 막기 위한 연구 결과를 소개하고자 한다.
논문의 제목은 '프리캐스트 교량 바닥판 구조성능평가를 위한 실험적 연구(An Experimental Study on the Structural Performance Evaluation of Precast Deck)'로 금오공대 김도연 학생과 장일영 교수 (jbond@kumoh.ac.kr )가 발표했다.
장일영 교수는 국립금오공대 토목공학과 교수로 '한국재난정보학회' 평생회원이다. 김도연 (y30n13@gmail.com ) 연구원은 동 학회의 정회원으로 같은 대학 부설 건설기술연구소 소속다.
◇ 기존 프리캐스트 철근콘크리트 바닥판에 물끊기 블록을 부착해 오염 물질이 바닥판 하부에 침투할 수 없도록 설계
프리캐스트 바닥판(Precast Deck)은 교량 공사에서 시간, 비용 및 품질면에서 뛰어난 장점을 제공할 수 있다. 공장에서 미리 제작한 제작판을 현장에서 시공하는 방식이다.
기존의 현장 타설 방식 대비 공사 기간을 크게 단축할 수 있고 현장 작업 시간이 줄어들어 외부 환경요인에 의한 공사 지연을 줄이고 전체 공정 관리를 더욱 효율적으로 만들 수 있다.
또한 공장에서 미리 제작한 바닥판은 재료의 품질과 제작의 정밀도가 철저히 관리되어 품질이 일정하고 구조적 성능이 우수하다. 최근 바닥판 노후화로 인한 사고가 증가하고 있으며, 열화된 바닥판으로 우수 및 제설제가 침투하여 손상의 속도가 가속화되고 있는 실정이다.
특히 바닥판에 FRP, GFRP 등 알칼리에 취약한 소재를 적용한 경우, 손상된 부위를 통해 알칼리가 침투한다면 내구성이 심히 저하될 수 있어 그 위험성이 더욱 크다.
이를 해결하기 위해 기존 프리캐스트 철근콘크리트 바닥판에 물끊기 블록을 부착해 오염 물질이 바닥판 하부에 침투할 수 없도록 설계했다. 현장 적용성을 검토하고 실효성을 분석하고자 실험 및 해석을 통해 구조적 성능평가를 실시하고자 한다.
◇ 누수 차단 성능을 확인하기 위해 하중 블록 상단에 먹물을 배치... 최대 1900 kN까지 가력
프리캐스트 바닥판은 길이 5820밀리미터(mm), 폭 1980 mm, 높이 240 mm이고 물끊기 블록은 길이 225 mm, 폭 1980 mm, 높이 480mm이다.
물끊기 블록의 누수 차단 성능을 확인하기 위해 하중 블록 상단에 먹물을 배치했다. 물끊기 블록의 접합부와 휨 거동을 평가하기 위해 물끊기 블록에 분당 3mm의 변위 제어 방식으로 가력을 실시하고 장비의 안정적인 범위에 따라 최대 1900 kN까지 가력했다.
▲ 그림 1. 바닥판 구조실험 전경 [출처=한국재난정보학회]
▲ 그림 2. 바닥판 구조실험 결과 [출처=한국재난정보학회]
◇ 물끊기 블록이 실제 환경에서 우수에 의한 바닥판 액체 침투를 효과적으로 저항할 수 있을 것으로 판단
휨 실험의 하중-변위 분석 결과, 물끊기 블록이 설치되지 않은 실험체는 최대 하중 360 kN에서 중앙부의 최대 처짐 80.31mm이 발생했다.
물끊기 블록이 설치된 실험체 또한 유사한 경향이 도출됐으나 변위계의 한계로 최대 하중 360kN에서 57mm의 최대 처짐을 관찰했다.
이는 극단한계상태에서의 설계하중인 130.2kN를 상회하는 값으로 두 실험체 모두 충분한 구조 안정성이 확보됐음을 확인할 수 있었다.
또한 실험체의 바닥판 하부 누수 분석 결과, 물끊기 블록이 설치되지 않은 실험체의 경우 가력 당시 실험체가 기울어짐에 따라 먹물이 흘러넘쳐 바닥판 하부에 약 100 mm 가량 침투했음을 확인했다.
반면 물끊기 블록이 설치된 실험체는 먹물이 물끊기 블록 하부에 도착해 약 30 mm의 침투 깊이를 나타내 바닥판 본체에 침투하지 못한 것으로 확인됐다.
물끊기 블록이 실제 환경에서 우수에 의한 바닥판 액체 침투를 효과적으로 저항할 수 있을 것으로 판단된다.
교량이 무너지는 주된 원인은 바닥판 열화, 빈번한 제설재 사용, 중차량 통행 증가 등 다양한 원인이 지목된다. 열화된 바닥판으로 우수와 제설재의 침투로 인해 손상의 속도가 가속되고 있는 실정이다.
바닥판 캔틸레버 전체가 붕괴되거나 방호벽 하면으로 우수 침투에 의한 캔틸레버 끝단이 붕괴된다. 교량 붕괴를 막기 위한 연구 결과를 소개하고자 한다.
논문의 제목은 '프리캐스트 교량 바닥판 구조성능평가를 위한 실험적 연구(An Experimental Study on the Structural Performance Evaluation of Precast Deck)'로 금오공대 김도연 학생과 장일영 교수 (jbond@kumoh.ac.kr )가 발표했다.
장일영 교수는 국립금오공대 토목공학과 교수로 '한국재난정보학회' 평생회원이다. 김도연 (y30n13@gmail.com ) 연구원은 동 학회의 정회원으로 같은 대학 부설 건설기술연구소 소속다.
◇ 기존 프리캐스트 철근콘크리트 바닥판에 물끊기 블록을 부착해 오염 물질이 바닥판 하부에 침투할 수 없도록 설계
프리캐스트 바닥판(Precast Deck)은 교량 공사에서 시간, 비용 및 품질면에서 뛰어난 장점을 제공할 수 있다. 공장에서 미리 제작한 제작판을 현장에서 시공하는 방식이다.
기존의 현장 타설 방식 대비 공사 기간을 크게 단축할 수 있고 현장 작업 시간이 줄어들어 외부 환경요인에 의한 공사 지연을 줄이고 전체 공정 관리를 더욱 효율적으로 만들 수 있다.
또한 공장에서 미리 제작한 바닥판은 재료의 품질과 제작의 정밀도가 철저히 관리되어 품질이 일정하고 구조적 성능이 우수하다. 최근 바닥판 노후화로 인한 사고가 증가하고 있으며, 열화된 바닥판으로 우수 및 제설제가 침투하여 손상의 속도가 가속화되고 있는 실정이다.
특히 바닥판에 FRP, GFRP 등 알칼리에 취약한 소재를 적용한 경우, 손상된 부위를 통해 알칼리가 침투한다면 내구성이 심히 저하될 수 있어 그 위험성이 더욱 크다.
이를 해결하기 위해 기존 프리캐스트 철근콘크리트 바닥판에 물끊기 블록을 부착해 오염 물질이 바닥판 하부에 침투할 수 없도록 설계했다. 현장 적용성을 검토하고 실효성을 분석하고자 실험 및 해석을 통해 구조적 성능평가를 실시하고자 한다.
◇ 누수 차단 성능을 확인하기 위해 하중 블록 상단에 먹물을 배치... 최대 1900 kN까지 가력
프리캐스트 바닥판은 길이 5820밀리미터(mm), 폭 1980 mm, 높이 240 mm이고 물끊기 블록은 길이 225 mm, 폭 1980 mm, 높이 480mm이다.
물끊기 블록의 누수 차단 성능을 확인하기 위해 하중 블록 상단에 먹물을 배치했다. 물끊기 블록의 접합부와 휨 거동을 평가하기 위해 물끊기 블록에 분당 3mm의 변위 제어 방식으로 가력을 실시하고 장비의 안정적인 범위에 따라 최대 1900 kN까지 가력했다.
▲ 그림 1. 바닥판 구조실험 전경 [출처=한국재난정보학회]
▲ 그림 2. 바닥판 구조실험 결과 [출처=한국재난정보학회]
◇ 물끊기 블록이 실제 환경에서 우수에 의한 바닥판 액체 침투를 효과적으로 저항할 수 있을 것으로 판단
휨 실험의 하중-변위 분석 결과, 물끊기 블록이 설치되지 않은 실험체는 최대 하중 360 kN에서 중앙부의 최대 처짐 80.31mm이 발생했다.
물끊기 블록이 설치된 실험체 또한 유사한 경향이 도출됐으나 변위계의 한계로 최대 하중 360kN에서 57mm의 최대 처짐을 관찰했다.
이는 극단한계상태에서의 설계하중인 130.2kN를 상회하는 값으로 두 실험체 모두 충분한 구조 안정성이 확보됐음을 확인할 수 있었다.
또한 실험체의 바닥판 하부 누수 분석 결과, 물끊기 블록이 설치되지 않은 실험체의 경우 가력 당시 실험체가 기울어짐에 따라 먹물이 흘러넘쳐 바닥판 하부에 약 100 mm 가량 침투했음을 확인했다.
반면 물끊기 블록이 설치된 실험체는 먹물이 물끊기 블록 하부에 도착해 약 30 mm의 침투 깊이를 나타내 바닥판 본체에 침투하지 못한 것으로 확인됐다.
물끊기 블록이 실제 환경에서 우수에 의한 바닥판 액체 침투를 효과적으로 저항할 수 있을 것으로 판단된다.
 ▲ 정상 전문위원(중앙대학교 교수) |
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