건설용 첨단 강재기술에 '관심 집중'

  포항산업과학연구원(RIST) 강구조연구소(소장 윤태한)는 지난 20일 일산 킨텍스 회의실 304호에서 강재이용기술에 관한 세미나를 개최했다.

　이날 세미나는 에너지인프라연구본부에서 모듈러 교량기술과 강합성 철도교량 기술에 대해, 건축건자재연구본부에서 초고층 건묵물의 고성능 강재 적용기술과 SN강재 적용기술 및 리유즈(Reuse) 건축기술에 대해 전문적인 기술동향에 대해 설명했다.  다음은 세미나에서 다뤄졌던 주요 내용에 대해 정리했다.

　◆ 모듈러 교량기술 

　모듈러교량 기술은 국토해양부의 저탄소 건설정책에 기반한 것으로, 현재 건설 경기의 불황과 우리나라만의 특화된 건설부문의 부재의 문제점도 연구 배경으로 꼽혔다.

　에너지인프라연구본부 이필구 연구원은 “모듈러교량은 평소의 표준화된 교량 모듈을 공장에서 미리 제작한 후 레고(Lego)와 같이 조합해 다양한 현장조건에 따라 폭, 길이, 방향으로 확장 및 급속 건축이 가능한 교량시스템”이라면서 “이 방식으로 건설된 교량에 사고가 발생하면 신속히 복구가 가능하다는 장점이 있다”고 설명했다. 또한 기존 교량 기술에 비해 빠른 건축기간을 자랑하며 용접 등의 활동이 적어 이산화탄소의 발생량이 많지 않다는 장점도 가지고 있다는 설명이다.

　현재 개발 중인 강거더모듈은 4단 절골 강모률을 자랑하며 용접-절단 등의 작업 생략에 의한 CO2 절감 효과, 동일 형고, 부부재를 최소화 한다는 장점이 있다. 더불어 표준모듈(7,12,16)의 조합설계로 20~60m 구성 가능하며 5%이내의 평차 내로 설계가 이뤄질 수 있다.

　이 연구원은 “모듈러 교량기술은 연구 중인 과제이고, 아직 현장에 적용된 사례는 없으나 2013년 5월에는 이 기술이 적용된 실제교량을 만나볼 수 있을 것”이라고 밝혔다.

　◆ 강합성 철도교량 기술 

　에너지인프라연구본부 조광일 연구원은 ‘강합성 철도교량 기술’에 대해 발표했다.

　조 연구원은 “정부에서 2020년까지 88조원에 이르는 국가철도망 구축계획을 수립했으며, 이 가운데 철도교량에만 4,600억원이 투입될 전망”이라면서 “이와 관련해 현재 RIST에서 연구하고 있는 분야는 45m 경간의 철도교를 건설할 때 강합성교를 적용하는 방안에 관한 것”이라고 밝혔다. 이 연구를 통해 통상적으로 35~40m까지 적용되던 강합성교량의 장경간화를 통해 설계 자유도를 높일 수 있을 것으로 기대했다.

　현재 45m 강합성거더 형식의 실제 교량 시험체에 대해 정적, 동적 구조성능평가를 시행해 철도교용 거더의 기본성능을 검증했다. 또한 실제 주행열차를 고려한 동적 성능을 확인했을 때도 사용성 검증이 완료된 상태다.

　또한 정착부 구조성능 검증도 확인됐으며, 경제성 분석에서도 강박스 거더교 대비 60~64% 수준의 가격경쟁력을 확보한 상태다. 앞으로 45m 이상의 장경간화 필요구간에 대한 연구개발이 필요한 상황이다.

　현재 서해선 외 2건에 대해 설계적용을 검토 중인 상황이다.

　◆ 초고층 건축물의 고성능강재 적용기술

　건축건자재연구본부의 이승은 연구원은 포스코와 RIST가 기존 강재 대비 강도가 40% 강화된 800MPa급 초고강도 건축강재(HSA800)의 적용기술에 대해 발표했다.

　HSA800강재는 기존 건축구조용으로 사용되고 있는 SM570보다 최소인장강도가 약 140% 수준인 초고강도 강재이다, 또한 TMCP강재로서 용접성도 우수하고 항복비(항복강도/인장강도 비율)가 0.85 이하인 저항복비 강재로 연쇄붕괴 안전성 및 내진성을 확보한 고성능 강재로 꼽힌다. 상용화 기반을 구축하는 KS규격이 지난해 11월 제정 고시됐다.

　현재 HSA800을 효율적으로 초고층 구조시스템에 구현하기 위해 강재와 콘크리트의 장점을 이용한 합성기둥(CFT와 SRC 기둥 등), 하이브리드 아웃리거, 비정형구조시스템(Diagrids)에 대한 적용성 평가를 완료했다.

　HSA800이 적용된 하이브리드 아웃리거 시스템은 용접 대신 조립형 시스템을 적용해 제작기간이 짧아 공사기간을 10% 단축할 수 있으며, 모듈형 강관 다이어그리드는 기존 SM490을 적용할 때에 비해 강재 중량을 30% 가까이 줄일 수 있고 공사기간도 10% 줄일 수 있는 성능을 보인다.

　HSA800 강재는 물량 저감 등의 효과 때문에 부재의 제작-운반-시공 등에 들어가는 비용을 줄일 수 있고, 이 때문에 이산화탄소(CO₂)를 감축할 수 있어서 향후 철강 수요 확대에 크게 기여할 것으로 기대된다. 또한, 이를 이용한 구조부재 및 구조 시스템 개발을 통해 초고층 빌딩 분야의 국제경쟁력 향상에 크게 도움이 될 전망이다.

　◆ 건축용 내진강재 적용기술

　건축건자재연구본부 유홍식 연구원은 고성능 건축용 내진강재인 SN강재에 대한 기술동향에 대해 설명했다.

　SN강재는 기존의 SS 및 SM강재보다 내진성과 용접성 개선, 소성변형 능력 유지성능(지진에너지를 흡수할 수 있는 능력, 즉 소정의 응력에 항복 우의 변형성능)이 우수하기 때문에 내진성능이 요구되는 보나 기둥 부재에 사용하여 건축물의 내진성능을 크게 향상시킬 수 있는 강재이다. 　

　항복점·항복비 상하한치, 샤르피흡수에너지 하한치 규정 등을 통한 내진성능 향상, 탄소·인·황의 함량 제한으로 인한 용접성능 향상 등이다. 즉, 지진으로 인한 진동의 충격흡수가 뛰어나고 용접성이 뛰어나 건물가공에 적합해 내진용 설계에 적당하다.

　SN강재를 사용한 강관의 경우 전기저항용접(ERW) 소구경 강관과 프레스 밴딩 대구경 강관의 두 가지 타입(원형 및 각형 강관)으로 생산할 수 있다.