구조 형식에 따른 교량의 종류

이번 시간에는 구조형식에 따른 교량의 종류와 각 형식에 따른 특징과 장점 및 단점에 대해 간단히 알아 보도록 하겠습니다.

1. 교량의 구조형식

교량은 하천, 해상, 도로, 철도 등을 횡단하기 위해 설계된 구조물로, 다양한 구조형식이 존재합니다. 각 구조형식은 적용 가능 경간, 하중 조건, 경제성 등을 고려하여 결정됩니다. 본 글에서는 대표적인 교량의 구조형식과 그 특징을 정리해 보도록 하겠습니다.

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2. 주요 구조형식

2.1 슬래브교

• 특 징 : 슬래브교는 별도의 거더 없이 슬래브 자체가 하중을 지지하는 단순한 구조로, 단경간 교량에 주로 사용됩니다. 주로 철근콘크리트(RC) 또는 프리스트레스트 콘크리트(PSC)로 제작이 됩니다.
• 장 점 : 시공이 비교적 간단하고 경제적이며, 유지보수가 용이합니다. 또한 형고(구조 높이)가 낮아 도로 높이를 조정하기 쉬운 장점이 있습니다.
• 단 점 : 슬래브 자체가 휨을 직접 지지해야 하므로, 경제적인 설계가 가능한 경간이 제한적입니다. 장경간이 되면 슬래브의 두께 증가로 인해 자중이 커지고 경제성이 떨어지게 됩니다.
• 적정 경간장 : 10~20m

2.2 거 더 교

거더교는 교량의 상부구조가 거더(보)로 구성된 교량으로, 가장 일반적인 교량 형식 중 하나입니다. 거더교에는 사용재료 및 단면 형상에 따라 다양한 형태의 거더교가 존재합니다.

(1) PSC I 거더교

• 특 징 : 프리스트레스트 콘크리트(I형 거더)를 사용하여 시공하는 교량입니다. 거더 단면이 I형으로 되어 있어 자중을 줄이면서도 높은 강성을 확보할 수 있습니다.
• 장 점 : 거더 형상이 표준화되어 있어 공장에서 제작 후 현장에서 조립할 수 있어 시공성이 우수합니다. 또한 경제성이 뛰어나고 유지보수 비용이 적다는 장점이 있습니다.
• 단 점 : 장경간 적용이 어렵고, 설치 시 크레인을 사용해야 하는 경우가 많아 시공 환경에 따라 제한이 있을 수 있습니다.
• 적정 경간장 : 20~40m

(2) Steel Box Girder 교

• 특 징 : 강재로 제작된 박스형 거더를 사용하는 교량으로, 고강도의 재료를 사용하여 경량화가 가능하다. 단면이 밀폐된 박스 형태를 가지므로 비틀림에 강합니다.
• 장 점 : 높은 강성을 가지며 장경간 적용이 가능합니다. 또한 내부 공간을 활용하여 유지보수가 용이합니다.
• 단 점 : 강재 사용으로 인해 제작 및 유지보수 비용이 높고, 또한 용접과 도장 등 추가적인 공정이 필요하여 시공성이 다소 복잡하다는 단점이 있습니다.
• 적정 경간장 : 50~200m

(3) PF 거더교

• 특 징 : 프리플렉스(PreFlex) 공법을 적용하여 강재와 콘크리트를 결합한 복합 거더를 사용한 교량입니다.
• 장 점 : 강재와 콘크리트의 조합으로 휨 강성이 우수하며, 비교적 경제적인 비용으로 시공할 수 있습니다. 또한 거더의 자중이 비교적 가벼워 설치가 용이합니다.
• 단 점 : 장경간에는 적용이 어려우며, 유지보수 시 콘크리트와 강재의 부식 및 접합부의 문제를 신경 써야 합니다..
• 적정 경간장 : 20~40m
• 대표적인 예시: 경부고속도로 일부 교량

(4) PSC Box 거더교

• 특 징 : 프리스트레스트 콘크리트로 제작된 박스형 거더를 사용한 교량으로, 단면 강성이 뛰어나며 내구성이 우수합니다.
• 장 점 : 단면 형상이 밀폐된 박스 형태이므로 비틀림 강성이 크고, 교량의 진동과 처짐을 효과적으로 제어할 수 있습니다.
• 단 점 : 거더 단면이 크고 중량이 무거워 제작 및 시공 비용이 높아질 수 있습니다.
• 적정 경간장 : 30~100m
• 대표적인 예시 : 고속철도

2.3 트러스교

• 특 징 : 삼각형 트러스 구조를 이용하여 하중을 분산시키는 구조로, 경량화와 강성 확보가 가능합니다.
• 장 점 : 긴 경간을 구현할 수 있으며, 재료 사용량이 효율적입니다. 또한 구조적으로 안전성이 뛰어납니다.
• 단 점 : 부재 수가 많아 제작 및 시공이 복잡하며, 유지보수가 어렵고 비용이 높다는 단점이 있습니다.
• 적정 경간장 : 50~300m
• 대표적인 예시 : 한강철교

2.4 아 치 교

• 특 징 : 아치형 구조를 이용하여 하중을 압축력으로 전달하는 방식으로, 고전적인 교량 형식 중 하나입니다.
• 장 점 : 압축력에 강하여 높은 내구성을 가지며, 미관이 우수하고, 자연경관과 조화를 이루기 좋습니다.
• 단 점 : 시공 과정이 복잡하고 비용이 높으며, 하부 구조물에 큰 힘이 작용하므로 지반 조건이 중요합니다.
• 적정 경간장 : 50~500m

2.5 사장교

• 특 징 : 주탑에서 케이블을 사선형으로 연결하여 교량 상판을 지지하는 구조입니다.
• 장 점 : 긴 경간을 적용할 수 있으며, 디자인이 현대적이고 미관이 뛰어납니다. 또한 거더 구조가 간소화될 수 있어 자중을 줄일 수 있습니다.
• 단점 : 주탑과 케이블 시스템의 시공이 복잡하며, 유지보수 비용이 높습니다.
• 적정 경간장 : 200~1000m
• 대표적인 예시 : 서해대교

2.6 현수교

• 특 징 : 주케이블을 이용하여 상부구조를 지지하는 교량으로, 초장경간 적용이 가능합니다.
• 장 점: 매우 긴 경간을 구현할 수 있습니다.
• 단점 : 시공 비용이 매우 높고, 풍하중과 진동에 대한 안정성을 확보해야 합니다.
• 적정 경간장 : 500~2000m
• 대표적인 예시 : 광안대교

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3. 결론 및 교량 설계 시 고려사항

각 교량 구조형식은 사용 목적, 경간장, 경제성, 유지보수 비용 등을 종합적으로 고려하여 선택해야 합니다. 특히 장경간 교량은 강풍, 지진 등에 대한 안정성을 면밀히 검토해야 합니다. 최신 기술을 활용한 신소재와 공법이 적용되면서 기존 교량 형식의 한계를 극복하는 연구도 지속되고 있습니다. 적절한 구조 형식의 선택이 안전하고 경제적인 교량 건설의 핵심이 될 것입니다. 이번 시간에는 구조형식에 따른 교량 종류 및 각각의 특징에 대해 간단히 알아 보았습니다.

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