열차하중을 분배하고 고강도 재료를 사용하여 거더 수량 및 높이를 줄여 건설비를 30% 이상 절감한 ‘ART(Advanced Railroad Trivet) 거더 철도교량 기술’이 개발됐다.
한국철도기술연구원은 GS건설, 동아이엔지, 동연엔지니어링과 공동으로 오송 철도종합시험선로에서 건설업계, 교량 설계사 및 전문 제작사, 철도 전문가 100여명이 참석한 가운데 ‘ART(Advanced Railroad Trivet) 거더 철도교량 기술’을 공개하고, 철도종합시험선로에 시범 설치했다.
ART 거더 철도교량은 기존 I형 거더 형식의 철도교량이 복선 철도교에서 필요했던 5개의 거더를 4개로 줄였으며, 거더 높이인 형고를 획기적으로 감소시킨 교량시스템이다.
열차가 다니는 부분을 중심으로 하중이 집중되는 철도의 특성을 반영해 형상을 도출하고, 거더를 배치한 맞춤형 철도교량이다.
우리나라는 전체 철도노선의 약 16%인 550km가 교량으로 한국 철도의 많은 부분이 교량으로 이루어져있다. 경부고속철도는 전체 노선의 28.7%인 115km가, 호남고속철도는 전체 노선의 48.4%인 112km가 교량으로 건설돼 있다.
지금까지 일반철도에는 다양한 형식의 I형 거더 교량이 사용되고 있는데, 거더 전체가 고르게 하중을 받는 I형 거더 도로교를 기반으로 철도하중을 견딜 수 있도록 단면을 확대하여 적용해왔다.
고속철도는 높은 구조적 안전성과 저진동 등의 장점으로 PSC박스 거더 형식의 철도교량이 적용되어 왔으나, 높은 비용이 소요됐다. 따라서, 최근 기술 트렌드를 반영한 보다 경제적이고 안전성을 확보한 철도교량 개발이 필요했다.
ART 거더 철도교량은 열차가 다니는 부분을 중심으로 하중이 집중되는 철도의 특성을 고려하고, 고강도 콘크리트와 프리텐션 공법 등 최근의 기술 트렌드를 적용했다.
일반철도 및 고속철도 모두 적용할 수 있는 거더 형식의 철도교량으로 복선 철도교량은 거더 4본으로 구성되며, 단선 철도교량은 거더 2본으로 구성된다. 30~45m 경간(교량에서 교각과 교각의 간격)에 적합한 시스템으로, 40m 경간 기준 형고(거더 높이)는 2.2m이다.
철도교량의 가장 큰 특징인 철도하중의 흐름과 열차 동적하중에 대한 진동을 충분히 확보하도록 단면 형상 및 거더 배치를 반영해 설계했다.
거더 측면은 곡선을 가미한 항아리 형상으로 단면을 디자인하여 심미적 효과를 높였다. 또한 기존 철도교량에 비해 형고를 줄여 홍수위 확보, 도심지 건설이나 도로와의 교차 등 교량 하부의 공간 확보가 필요한 장소에 매우 효과적으로 적용할 수 있다.
기존 I형 거더의 경우 높은 무게 중심으로 시공시 전도 사고 등이 많이 발생했으나, ART 거더 교량은 낮은 무게 중심으로 가설 중 전도 위험성을 저감시켰다.
국내 거더 형식 교량은 대부분 콘크리트를 타설하고 콘크리트 경화 후에 PC 강재를 정착하는 포스트텐션 공법을 적용하지만, ART 거더 교량은 최적화된 시스템 거푸집을 사용하는 프리텐션 공법을 적용하여 공장 제작 수준의 고품질 생산이 가능하도록 했다.
시멘트 대체율 60% 이상의 친환경 고강도(50~80MPa) 콘크리트를 적용하는 등 최근의 교량 기술 트렌드를 적극 반영했다.
ART 거더 철도교량을 적용할 경우 상부구조 건설비가 일반철도는 기존 I형 거더 대비 20% 절감시켰다. 고속철도는 PSC박스 거더 교량 대비 30% 이상 비용을 줄일 수 있어 1km당 40억원 정도의 비용 절감이 예상된다.
철도연 김성일 박사는 “ART 거더 철도교량의 철도종합시험선로 완공이후 신뢰성 검증을 위한 장기거동 분석, 실열차 주행시험에 의한 거동 평가 등을 내년 말까지 완료”하고, “ART 거더 철도교량이 국내 신규 철도노선 및 노후 철도교량 교체에 적용되고, 해외 철도시장에 진출할 수 있도록 노력하겠다”고 전했다.
GS건설 김도학 부장은 “국내 최초로 단면 컨셉 도출 및 구조형식 결정 단계부터 철도하중의 특징을 고려한 ART 거더 철도교량을 선보이게 돼 매우 기쁘다”며 “건설비를 획기적으로 절감하고 도심지에도 적용할 수 있는 ART 거더 철도교량이 철도인프라 분야의 신성장 동력이 될 수 있도록 당사에서도 노력하겠다”고 말했다.