스크랩 국내 최초 차량용 목조교량 한아름교

[최선]

국내 최초 차량용 목조교량 한아름교
 
글·사진 이상준(국립산림과학원 재료공학과)

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우리나라 최초의 차량용 목조교량 한아름교
한아름교는 국내 최초의 차량용 목조교량으로 산림조합중앙회 중부목재유통센터에서 강원도 양양군에 위치한 국립미천골자연휴양림에 설치하였으며, 2013년 4월 19일 준공식 및 기념심포지엄이 개최되었다. 연장 30m, 폭 8.4m로서 버스 두 대의 교행이 가능한 한아름교는 현행 도로교설계기준에서 가장 높은 등급인 1등교(설계하중 DB-24)로 설계되었다. 교량의 설치 전 구조안정성을 검증하기 위하여 명지대학교 하이브리드구조실험센터에서 실대규모 시험을 성공적으로 수행한 바 있으며, 현장 설치 후에도 서울대학교 교량설계핵심기술연구단과의 공동연구를 통해 차량재하시험을 수행하여 구조안정성을 확인하였다.
한아름교그간 주로 저부가가치 용도로 이용되어 온 국산 리기다소나무의 고부가가치 이용도 증진의 일환으로 리기다소나무 구조용 집성재(총 114㎥)를 제작하여 아치-트러스 구조의 교량을 축조하였다. 한아름교의 축조와 관련한 환경영향을 분석한 결과, 105.1t의 이산화탄소 저장 효과가 있음을 확인하였으며 동일 하중성능을 갖는 강교를 대체할 경우 최대 27.9%의 온실가스 저감 효과가 있음을 확인하였다.
한아름교는 대한토목학회에서 주관한 ‘올해의 토목구조물’ 동상 및 대한민국목조건축대전 ‘2013목조건축대상’을 수상한 바 있다.
교량의 유지관리와 관련하여 지상 라이다 등 장비를 이용한 교량형상 계측, 부재 및 접합부의 모니터링 등 유지관리시스템을 구축하여 지속적인 모니터링을 수행 중에 있다.
한아름교는 차량용 목조교량에 대한 첫 번째 도전이며, 앞으로 목조교량의 도로교설계기준 진입에 유용한 데이터를 제공하고 나아가 국내 목조교량 활성화의 초석이 될 것이다.

설치 전 한아름교의 구조성능 검증
한아름교는 국내 최초로 설치되는 차량용 목조교량이기 때문에 교량의 설계 단계부터 성능 검증을 위한 실제 규모 실험이 계획되었다. 국내 최대 규모의 실험설비를 보유하고 있는 명지대학교 하이브리드구조실험센터에서 실험을 진행하였다. 특히 전체 교량에 대한 성능평가는 공개실험으로 진행하고, 토목 및 목재 분야 관계자들을 초청하여 차량용 목조교량의 설계 및 시공기술에 대한 워크숍을 개최하였다.
성능평가실험은 정적재하실험과 피로실험으로 나누어 이루어졌다. 차선당 1등급 차량하중인 DB-24 트럭하중의 후륜 축하중에 해당하는 하중을 작용시켰으며, 트러스와 바닥판부재에 변형률 게이지와 변위계를 설치하였다. 재하실험 결과, 목조 트러스 부재력은 전반적으로 설계값과 비교하여 충분한 수준을 나타냈다.
또한 목조교량의 반복적인 차량통행에 따른 피로하중에 대한 안전성을 평가하기 위하여 연간 승용차 10만 대가 통행하는 것으로 가정하고 100년 수명을 기준으로 하여 피로실험을 수행하였다. 피로하중이 장기간 작용하는 경우에 목조 트러스 교량 시스템의 거동을 파악하기 위하여 피로실험 전과 후에 각각 정적재하실험을 수행하였다.
차량용 목조교량 실대실험체는 실험을 통한 성능검증이 완료된 후에 해체하여 교량 가설위치로 이동, 설치되었다.

설치 후 차량재하시험에 의한 교량성능 평가
한아름교는 국내 최초이자 유일한 시공 사례로서 차량용 목조교량의 성능 및 장기적인 거동에 대해서는 여전히 불확실성이 존재하기 때문에, 한아름교에 대한 정적 및 동적 거동 분석, 현재 상태를 반영하는 모델 확보 등의 지속적인 연구가 필요하다. 따라서 한아름교의 준공 직후 차량재하시험을 수행하여 교량의 정적, 동적 거동을 파악하고 교량의 초기 모델을 확보하였다.
재하시험은 정적재하시험과 동적재하시험으로 구분하여 수행하였다. 정적재하시험에서는 트럭을 정적으로 재하시켜 교량의 변위, 변형률을 측정하고, 동적재하시험에서는 양방향에 대해 트럭을 다양한 속도로 주행시키면서 교량의 가속도, 변위, 변형률 등을 측정해 얻어낸 여러 데이터를 설계값과 비교·분석했다. 시험 결과, 설계값보다 실제 처짐이 더 작게 나왔다. 이를 통해 한아름교의 우수한 성능을 확인할 수 있었다.

유지관리 모니터링
성능 검증이 완료되었지만, 교량을 실제로 사용하기 위해서는 지속적인 관리가 필요하다. 따라서 교량의 장기 사용성 및 내구성 검증을 위해 주기적으로 유지관리 모니터링을 실시하고 있다. 주변 환경 변화에 따른 교량 형상반응을 계측하고 시간 경과에 따른 구조 시스템 변화를 모니터링하고 있다. 특히 한아름교의 주요 구조인 트러스와 바닥판의 육안조사뿐만 아니라 트러스 연결부, 바닥판의 압체력 변화를 확인함으로써 전체 구조시스템 유지에 중점을 두고 있다. 이와 더불어 정밀 3차원 유한요소모델을 이용하여 구조해석을 수행해 처짐, 압체력 이외의 다양한 데이터를 축적했다. 이러한 결과들은 현재 진행 중인 목조교량 설계지침 연구의 기초 자료로 이용될 것이다.

기후변화 대응을 위한 친환경 녹색교량 한아름교
목재는 친환경과 함께 따뜻하고 친근한 이미지로 인해 일반인들에게 긍정적으로 받아들여지며, 또한 구조형식의 표현이 타재료에 비해 자유롭기 때문에 조형적 아름다움을 높일 수 있는 장점이 있다. 목조교량의 보급 확대를 위해서는 비용경쟁력 확보와 함께 교량 설계기준의 개발과 보급이 병행되어야 한다.
이를 위한 첫걸음으로 한아름교가 제작되었다. 한아름교는 2차, 3차의 차량용 목조교량을 계획하고 설계·시공하는 데 있어서 유용한 선례가 될 것이며, 이를 통해 앞으로 국내 목재자원의 장기적이고 효율적인 이용에 기여하고, 기후변화에 대응한 녹색성장이라는 국가 패러다임에 부응하는 녹색구조물로서 목조교량의 보급 및 확대에 기여하는 유용한 성과가 될 것이다.

한아름교 개요
설치 위치 : 강원도 양양군 서면 미천골길 649 국립미천골자연휴양림 관내
교량 형식 : 목재 트러스교
교량 제원 : 연장 30m, 폭 8.4m
설계 방법 : 허용응력 설계법
설계 등급 : 1등교 (DB-24)
사용 목재 : 국산 리기다소나무 구조용 집성재

[느림]

꼭 가보고 싶은 곳이네요
좋은 정보 감사합니다^^