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GFRP 보강근을 활용한 교량 난간 방호벽 적용방안 설계처-2458

(2023.07.20.)

1 추 진 배 경

 제설제 및 우수 침투로 인한 철근부식은 교량 방호벽, 바닥판 등

구조물 주요부재의 내구성 저하를 유발하는 주요 원인

※ 철근콘크리트 염화물 피해 메커니즘

부식 발생 전 염화물침투및철근부식 부식팽창및균열확대 콘크리트 박락

※ 염화물에 의한 교량 피해 사례

철근부식, 박락 콘크리트 열화 철근파단 및 방호벽 전도

 교량 방호벽 내구성은 차량 주행안정성과 직결되므로 철근을 내

부식성이 강한 GFRP 보강근으로 대체하고자 함

2 추 진 경 위

 `20. 07. : 철근대체 신소재(FRP) 적용방안 검토

o 염해 피해 우려 부위인 교량 바닥판에 GFRP 보강근 도입

 `21. 08. : 교량 난간방호벽 실물충돌시험 추진방안 수립

o GFRP 보강근용 난간방호벽(SB5, SB6) 개발 및 시험 추진

 `22. 08. : GFRP 보강근 잠정 설계‧시공지침 제정

o GFRP 보강근 적용 교량 바닥판 및 난간방호벽에 적용

 `22. 12. : GFRP 보강근용 난간방호벽(SB5, SB6) 충돌시험 추진

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3 GFRP 난간방호벽 성능 검증 결과

 기준 검토 및 단면 결정

o 적용등급 검토

- 일반적인 고속도로(설계속도 100km/h) 교량 구간 강성 방호울타리

등급인 SB5 및 SB6 등급 우선 검토 (첨부 #1 참고)

o 성능평가 조건

- 도로안전시설 설치 및 관리지침 준용 (국토교통부, `21.6)

등급

강도 성능 평가 탑승자 안전도 평가

차량중량

(tonf)

충돌속도

(km/h)

충돌각도

(°)

기준충격도

(kJ)

차량중량

(tonf)

충돌속도

(km/h)

충돌각도

(°)

SB5 14 80 15 230 1.3 100 20

SB6 25 80 15 420 1.3 100 20

o 단면 결정

- GFRP 보강근은 현장가공이 어려우며, 절곡부에서의 강도손실이

발생되므로 GFRP 보강근 절곡이 최소화되는 단면 적용 필요

- 충돌시험 최적단면 선정 (첨부 #2 참고)

 성능 검증

o 시뮬레이션 및 실물충돌 시험 결과, 강도 성능 및 탑승자

보호성능 등 기준 이내로 시험 합격 (첨부 #3, 4 참고)

항 목 합격 기준

시뮬레이션 실물충돌시험

SB5 SB6 SB5 SB6

방호울타리 충돌 변형

(m) 0.3 이하 0.08 0.24 0.00 0.00

THIV

(탑승자 충격속도, km/h) 33 이하 28.32 32.59 29.0 31.0

PHD

(탑승자 가속도, g) 20 이하 8.06 8.55 8.0 7.0

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4 고로슬래그 미분말 적용성 검토

 경제성 비교

o 교량 난간방호벽(SB5등급) m당 개략공사비

구 분 단위 단가

(원)

당초(철근) 변경(GFRP)

수량 금액 수량 금액

합 계 85,705 89,116

철근(H13) kg 1,080 16.871 18,221 - -

철근(H16) kg 1,075 30.258 32,527 - -

철근 가공조립(보통) kg 546 45.757 24,983 - -

고재대 kg -490 1.372 -672 - -

GFRP 직선(F13) m 1,514 - - 29.228 44,251

GFRP 직선(F16) m 2,097 - - 10.940 22,941

GFRP 조립 m 297 - - 40.168 11,930

콘크리트(=35MPa) m3 6,295 0.343 2,159 0.322 2,027

콘크리트 타설 m3 24,743 0.343 8,487 0.322 7,967

※ 최근 설계노선(대산-당진) 단가 및 표준도 수량 적용

 검토 결론

o GFRP 보강근 사용시 초기 공사비 소폭 증가(4%)하나, 유지관리를

고려한 생애주기비용 측면에서 유리(18%)*하므로,

* 노출환경이 유사한 바닥판 LCC 검토결과[철근 대체 신소재(FRP) 적용방안 검토(설계처-2087, `20.7)]

o GFRP 보강근으로 철근을 대체하여 적용하는 것이 타당

5 적 용 방 안

 적용 방안

o 설계 중 노선 : GFRP 보강근용 난간 방호벽 적용(SB5, SB6등급)

o 시공 중 노선 : 공사주관부서에서 판단

※ 교량 바닥판 미시공 교량에 대해 사업비 등을 고려하여 적용여부 검토