교량 받침장치(Bridge bearing)의 주요기능

교량 받침장치

1. 교량받침 정의와 주요기능

1.1 교량받침(교좌장치)이란?

교량받침(Bridge Bearing)은 상부 구조물과 하부 구조물 사이에 설치되어, 교량의 안정성과 사용성 확보에 있어 핵심적인 기능을 담당하는 부재입니다. 일반적으로 교량의 상부구조는 거더, 슬래브 등으로 구성되고, 하부구조는 교대 및 교각으로 구성됩니다. 이 사이에 설치되는 받침은 상부 구조에서 발생하는 다양한 하중을 하부 구조물로 안전하게 전달함과 동시에, 교량 구조물에서 발생하는 온도에 의한 팽창, 수축, 지진 등의 영향에 따라 발생하는 움직임을 효과적으로 제어합니다.

즉, 교량받침은 정적인 하중 뿐만 아니라 동적인 외력과 거동을 수용하고 제어하는 ‘기계적 요소’로서, 교량의 전반적인 성능을 좌우하는 중요한 역할을 합니다.

 

1.2 교량받침의 주요기능

1) 하중의 안정적 전달
교량에 작용하는 하중에는 고정하중, 활하중, 온도 하중, 풍하중, 지진하중 등 다양한 종류가 있습니다. 이 하중들이 상부 구조에서 하부 구조로 전달될 때, 받침이 그 역할을 하게 됩니다. 이 과정에서 받침은 국부적인 응력 집중을 방지하고 하중을 균일하게 분산시키는 역할을 수행하여 구조물의 손상을 방지합니다.

 

2) 수평 변위 및 회전변위 수용
교량은 계절에 따른 온도 변화에 따라 수축과 팽창을 반복하며, 이는 교량 구조물 전체의 수평 변위를 유발합니다. 만약 이러한 변위를 제어하거나 허용할 장치가 없다면, 구조물에는 큰 응력이 축적되어 균열이나 파괴로 이어질 수 있습니다. 받침은 이러한 변위를 수용하고, 필요 시 회전도 허용하여 구조물 전체의 스트레스를 완화합니다.

 

3) 지진 및 충격 완화 기능
지진이나 차량 통행 시 발생하는 동적 하중은 구조물의 안전성에 직접적인 영향을 줍니다. 특히 고속도로 교량이나 고속철도 교량에서는 이 충격이 매우 큽니다. 이 때 받침이 충격을 완화시켜 구조물 전반에 전달되는 응력을 줄이는 완충 장치 역할을 하게 됩니다. 또한 지진하중에 대해서는 면진장치 종류의 받침은 상부구조에서 발생하는 지진에너지를 흡수하여 하부로 전달되는 지진력을 줄여 줄수 있습니다.

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2. 교량받침의 종류

2.1 고정 및 이동 받침의 구분

교량받침은 기능에 따라 크게 ‘고정형’과 ‘이동형’으로 나눌 수 있으며, 교량의 위치와 구조적 요구에 따라 적절히 혼용하여 사용합니다.

1) 고정 받침(Fixed Bearing)
고정받침은 수평방향 이동을 허용하지 않고, 수직방향으로 하중만을 전달하는 받침입니다. 교량의 수평 위치를 고정시키는 기준점 역할을 하며, 일반적으로 교량 중앙부나 거더의 중심부에 설치됩니다. 주로 변위의 중심점이 되어 구조물 전체의 운동을 제어하는 역할을 합니다.

 

2) 이동 받침(Expansion or Sliding Bearing)
이동받침은 교량 상부 구조물의 수평 이동을 허용하며, 상부하중, 온도 변화, 크리프 및 건조수축 등으로 인한 변형을 수용합니다. 양쪽 교대 방향이나 교축 직각 방향으로 설치되면, 구조물의 팽창 또는 수축 시 발생하는 응력을 최소화해 구조물의 균열을 방지합니다.

 

2.2 형식에 따른 분류 및 특징

1) 포트 받침(Pot Bearing)

포트받침(Pot Bearing)은 강재로 제작된 용기 형태의 외부 구조 안에 탄성체(일반적으로 천연 또는 합성 고무)를 삽입하여, 수직 하중을 견디면서 회전을 허용하는 받침장치입니다. 주로 교량이나 대형 구조물에 사용되며, 단순한 탄성 받침으로는 수용하기 어려운 큰 하중과 복합적인 거동을 효과적으로 대응할 수 있는 고성능 받침 장치입니다.

포트받침의 핵심은 내부 고무 디스크가 외부 용기에 의해 횡방향으로 구속됨으로써, 단단한 상태에서 수직 하중을 지지하면서도, 고무의 유동성(plasticity)을 활용하여 회전을 허용한다는 점입니다. 이 특성 덕분에 수직 변위는 억제하면서도 회전 성능은 우수하다는 장점을 갖고 있습니다.

 

2) 탄성 받침(Elastomeric Bearing)

탄성받침(Elastomeric Bearing)은 교량과 같은 구조물에서 상부 구조물의 하중을 하부 구조로 전달하면서, 동시에 온도 변화, 수축·팽창, 지진 등에 의해 발생하는 수평 변위나 회전을 유연하게 허용하는 받침장치입니다. 일반적으로 천연고무(Natural Rubber, NR) 또는 네오프렌(Chloroprene Rubber, CR) 등의 합성고무를 사용하여 제작되며, 강판(Shim Plate)과 고무판을 적층하여 형태를 구성합니다.

이러한 탄성받침은 비교적 단순한 구조로 인해 시공성과 경제성이 우수하고, 유지관리 부담이 적으며 내구성이 뛰어난 장점을 가지고 있어 중소형 교량 및 구조물에서 가장 보편적으로 사용되고 있습니다.

 

3) 구면 받침(Spherical Bearing)

구면받침(Spherical Bearing)은 교량 및 대형 구조물의 받침장치 중 하나로, 수직하중을 지지하면서도 회전 및 수평 이동을 허용할 수 있도록 설계된 받침장치입니다. 특히 대형 교량 구조물 또는 큰 회전이 필요한 구조물에 적합합니다. 이 받침은 구면(球面) 구조를 활용하여 상부 구조물의 회전 운동을 원활하게 수용할 수 있는 것이 특징이며, 주로 강구조 또는 합성재료를 사용하여 제작됩니다. 구면받침은 다른 형태의 받침들에 비해 복잡한 구조와 높은 제작 정밀도를 요구하지만, 내하력과 회전 수용능력이 매우 우수하여 장대교량에서 선호됩니다.

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3. 설계기준에 제시된 교량받침 관련 사항

3.1 『도로교설계기준』의 주요 사항

국토교통부에서 제정한 『도로교설계기준(한계상태설계법)』 및 『도로교 표준시방서』에서는 교량받침에 대해 다음과 같은 사항을 명확히 규정하고 있습니다.

1. 설계하중 조합 고려
   받침의 설계 시에는 고정하중, 활하중, 온도 하중, 제동하중, 지진하중 등 다양한 하중을 고려한 조합을 적용해야 합니다. 특히 지진 시의 하중은 '지진하중 조합'에 따라 별도로 검토되어야 합니다.
2. 허용 변위 및 회전각 제한
   설계자는 받침이 수용할 수 있는 최대 수평 변위와 회전각을 명확히 검토해야 하며, 이를 초과하지 않도록 구조계 전반을 조정해야 합니다. 설계 시 변위 계산에는 열팽창계수, 지진 변위, 구조 해석 결과 등이 반영됩니다.
3. 받침의 재료 성능 기준
   탄성 받침의 경우 고무의 경도(Shore A), 적층 강판의 두께 및 간격, 슬라이딩 재료의 마찰 계수 등 물성치에 대한 요구 기준이 명시되어 있습니다.
4. 시공 허용오차 및 검사기준
   받침 설치 시 수직도, 수평 위치, 회전 중심의 정확성 등을 검사해야 하며, 설치 후에는 초기 상태에 대한 계측과 기록을 남겨야 합니다.

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4. 정밀안전진단 시 받침장치 조사사항

4.1 정밀안전진단의 필요성

교량의 수명이 길어지고 노후화가 진행되면서 받침장치의 기능 저하에 따른 구조적 문제가 빈번하게 발생하고 있습니다. 이에 따라 「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」에 따라 1종 시설물에 해당하는 교량은 정기적으로 정밀안전진단을 수행해야 하며, 이 때 교량받침장치는 매우 중요한 조사 항목 중 하나입니다.

 

4.2 주요 조사 항목

1. 물리적 손상 여부 조사
   균열, 찢어짐, 탈락, 고무의 경화·팽창 등 외관 손상이 있는지 면밀히 확인합니다. 특히 탄성 받침은 시간이 지날수록 재료의 성능이 열화되므로 주기적인 물리적 평가가 필요합니다.
2. 작동 기능의 유지 여부
   회전이나 이동 기능이 제대로 작동하는지, 슬라이딩 계면에 마찰이 과도하게 증가하지 않았는지를 검사합니다. 기능이 저하되면 수평 변위가 제어되지 않아 구조물에 큰 응력을 줄 수 있습니다.
3. 부식 및 재료 열화 상태 조사
   슬라이딩 받침의 경우 PTFE 재질의 마모 상태, 강재 부재의 부식 정도, 볼트 풀림 여부 등을 확인하며, 필요한 경우 현장에서 시편을 채취하여 물성 시험을 병행하기도 합니다.
4. 계측 장비 활용 점검
   변위계, 기울기계, 균열 측정기 등을 활용하여 받침장치의 실제 거동을 계측하고, 설계값과 비교 분석하여 이상 여부를 판단합니다.

 

4.3 결과 분석 및 보수 계획 수립

조사 결과에 따라 받침장치의 보수 또는 교체 여부를 결정합니다. 단순한 오염이나 고정 볼트 풀림과 같은 경미한 손상은 현장 조치로 해결할 수 있으나, 기능 상실 또는 열화가 심한 경우 전체 교체가 필요할 수 있습니다. 이 경우는 교량의 상부구조 지지 상태를 일시적으로 변경하거나, 임시받침을 설치한 후 작업이 이루어집니다.

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5. 결 론

교량받침은 교량의 안전성과 성능을 결정짓는 중요한 구성요소입니다. 단순히 하중을 전달하는 부재가 아닌, 구조물의 복합적인 거동을 조정하고 제어하는 역할을 수행합니다. 따라서 설계 단계에서의 세심한 검토는 물론이고, 시공 및 유지관리, 특히 정밀안전진단을 통해 지속적인 상태 관찰과 평가가 필요합니다. 앞으로 교량 유지관리 시스템을 더욱 고도화하기 위해서는 받침장치에 대한 데이터베이스 구축, 센서 기반의 실시간 모니터링 기술 적용, 고성능 재료의 도입 등이 함께 추진되어야 할 것입니다. 이번 시간에는 교량 구조물에서 받침장치에 대해 알아 보았습니다.

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