[공학저널 전찬민 기자] 철도교량은 도로교량이나 다른 용도의 교량 형식보다 고속으로 주행하는 약 10배 이상 중량의 열차 하중을 지지해야 하기 때문에 설계부터 시공, 유지관리까지 안전성 확보가 가장 중요한 사항이다. 그만큼 안전성 확보를 위한 철도교량 기술 또한 요구되고 있다.
도로교량과 철도교량에 요구되는 특성의 차이는 크게 작용하중과 진동 사용성에서 찾아볼 수 있으며, 작용하중의 경우는 또 고정하중과 활하중으로 구분된다. 그 중 고정하중은 도로교의 경우 바닥판 슬래브 상으로 교면 포장과 방호책 하중으로만 구성되지만 철도교의 경우 도상(자갈 또는 콘크리트), 침목, 레일, 전철주, 방호책 등 도로교 대비 상당한 하중이 재하된다.
활하중 또한 도로교의 경우 충격계수를 반영한 표준트럭하중(KL-510) 510kN의 이동하중과 표준차로하중 12.7kN/m의 등분포하중으로 재하된다. 반면, 철도교의 경우 충격계수를 반영한 표준열차하중(KRL-2012) 440kN의 이동하중과 80kN/m의 등분포하중을 재하하도록 해 도로교에 비해 큰 작용하중에 대해 교량 구조물의 안정성을 확보해야 할 필요가 있다.
진동 사용성 측면에서는 도로교의 경우, 다양한 종류와 크기의 활하중이 작용하므로 공진 발생의 우려가 상대적으로 적으며, 이는 교량 구조물이 특정 주파수에서 지속적으로 진동하는 일이 드물기 때문이다. 반면, 철도교는 일정한 축 간격을 가진 중량 열차가 주기적으로 주행하기 때문에 공진 발생의 우려가 크고, 특히, 고속으로 주행하는 열차는 교량과의 상호작용을 통해 공진을 일으킬 수 있다.
이에 따라 동적 특성, 처짐, 가속도 등 동적 물리량에 대한 철저한 안정성 검토가 필요하며, 열차가 교량 위를 고속으로 주행할 때 발생하는 진동과 충격에 대비해 철도교는 고유 진동수를 포함한 동적 특성을 철저히 분석하고 설계해야 된다.
이처럼 안정성을 중요시하는 철도교량에서 기존에 주로 사용되는 PSC 거더 철도교의 한계 지간장(Span)인 20m 타입과 25m 타입은 오랜 시간 검증이 돼 사용돼 왔다. 하지만, 높은 안전율 적용으로 교량 거더의 형고가 높아지고, 전체 교량길이 대비 교각의 수량이 많아짐으로 인해서 접속 토공과다, 재료비 상승 그리고 하부공사비가 비합리적으로 높아지는 단점을 가지고 있었다.
이에 따라 우경건설㈜은 최근 건설공학에서의 다양한 재료기술 발전과 거더단면 최적화 기술을 통해 가장 이상적인 철도교량 PSC단면을 개발해 기존 거더길이 25m 철도교량에 적용하던 형고(거더높이) 수준으로 최대 35m까지 거더의 길이를 확장시켜 강합성교(PF교)를 대체할 수 있도록 했다.
이는 우경건설이 개발한 PSC e-Beam의 거더에 적용된 중앙부상부 강판매립(선택적용)을 통해 저형고, 장지간이 가능하게 하고 단계별 긴장(2차 긴장)으로 단면효율을 증대시켰다. 또한, 유지관리용 정착구 별도설치로 공용 기간을 대폭 연장함으로써 사용성 측면에서 최고의 철도교 PSC거더가 탄생하게 된 것이다.
PSC e-Beam 공법은 공용 실적이 도로교, 철도교 통합 700건 이상이며, 그 중 20년 이상 공용 중에 있는 교량 또한 다수 보유하고 있는 만큼 안전성, 시공성, 경제성을 모두 갖춘 우수 공법을 평가받고 있다.
우경건설 노윤근 대표이사(사진)는 “PSC e-Beam 공법은 거더 중앙부 강판 배치와 확폭 플랜지 적용으로 단면 강성을 증가시켜 구조적 안정성을 증대시킨 것이 가장 큰 장점”이라며 “또한, 단면 중립축이 상향 이동해 편심모멘트 증가로 동일형고 대비 장경간 거더가 가능하고, PS긴장재의 편심거리 향상으로 휨모멘트 증가를 유도해 외부 하중에 대한 저항력을 증대시켰다”고 말했다.
그는 이어 “저형고 적용 시에는 경량의 거더 제작이 가능함에 따라 가설 장비의 제약이 적고, 도로교의 경우 지점부 교각의 1 shoe(교량받침) 적용으로 경제적이면서 공기를 단축시킬 수 있다”며 “가설과 동시에 가로보 철근을 용접해 와이어로프 고정방식 적용으로 전도 위험도 적을 뿐만 아니라 유지관리용 쉬스를 미리 매립해 향후 내하력 복원 시 최소의 비용으로 유지관리 긴장이 가능하다는 것 또한 장점”이라고 덧붙였다.
우경건설은 1999년 창사이래 최정예 인력과 기술력을 바탕으로 지속적인 성장을 거듭해오며 지난 25년간 대한민국 방방곡곡에 1600여 개소 이상의 교량신설, 보수보강, 토목사업 등의 기술시공 실적을 남기고 있다. 매순간마다 전 직원이 하나돼 고객이 원하는 것을 정확히 선택해 내는 혜안을 가지려고 노력해 왔으며, 특히 건설경기가 침체기에 있을 때에도 신기술 신공법에 대한 끊임없는 연구와 개발 의지는 차별화된 기술경쟁력의 원동력이라고 볼 수 있다.
또한 이러한 기술력을 바탕으로 국가기간 사업인 교량건설, 고속도로, 철도산업, 토목사업, 환경사업에서 괄목상대할 만한 실적을 만들어 왔으며, 기업의 이윤을 과감한 기술개발 재투자로 향후 건설산업 발전을 선도하고자 지속적인 노력을 기울일 예정이다.
노 대표는 “우경건설은 이미 설계에 적용된 1000건 이상의 교량, 토목구조물, 건축시공에 있어서 축적된 노하우와 최고의 기술력으로 최상의 결과물로써 보답할 것”이라며 “시대가 요구하는 건전한 ESG경영을 통해 사회와 환경에 소명을 다하는 기업이 되도록 전 직원이 매진하고 있다”고 말했다.
그는 이어 “현재 건설사업 외에도 잠재력이 우수한 기업들과의 협업을 통해 SMR 소규모 원자력, 부유식 발전소, 소형 풍력발전기 등 발전소분야, 모듈러 정유공장, 이동식 해수담수화 설비를 비롯해 폐기물, 하폐수처리 시설, 공기정화, 대심도 수직구, 수직갱 등에서 차곡차곡 기술자료를 축적해 곧 세계시장에 선보일 계획”이라고 덧붙였다.
