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포스코, '트러스형 방음터널 신공법'…"도로 위 소음 잡는다"

  • 송고 2017.09.26 00:00 | 수정 2017.09.25 16:11
  • 박상효 기자 (s0565@ebn.co.kr)

교량과 고가도로 상의 방음터널 공법 대안...신수요 창출 나서

업계에도 호평...건설·해양용 강재 개발 및 적용도 활발히 진행 중

최근 도심을 관통하는 고속화도로 건설 확대에 기인한 소음민원의 지속적인 증가로 소음 민원이 지속적으로 증가하고 있는 추세에 따라 포스코에서 개발한 강관 트러스형 경량 방음터널 신공법은 기존의 방음터널의 문제점들에 대한 개선방안을 제시함과 동시에 경제성, 경량성, 안정성, 심미성을 갖추고 있어 적용사례가 점차 증가할 것으로 기대되고 있다.

교통소음에 대한 제어 대책은 크게 차량에 소음 제어 장치를 부착하는 차음설계법과 도로에 방음벽, 방음터널 등을 설치하는 방법이 있는데, 그 중 방음터널 설치공법은 기존의 방음벽에서 발생하는 반사소음을 최소화하고, 소음원으로부터 소음 전달경로를 직접 차단할 수 있기 때문에 도심지 교통시설에 대한 소음저감효과를 극대화 할 수 있는 대표적인 기술로 각광받고 있다.

강관 트러스형 경량방음터널 신공법 적용 사례 (안양-성남 고속도로 관양지구)

강관 트러스형 경량방음터널 신공법 적용 사례 (안양-성남 고속도로 관양지구)

▲ 고성능 건설구조용 강관 활용한 방음터널 신공법 개발...신수요 창출 나서

포스코는 올해 초 공동개발사인 포스코건설과 함께 안양-성남 고속도로 관양지구 4차선 연장공사에 강관 트러스형 신공법을 적용한 고성능강(STKT590, 830t)의 초도 적용을 완료한 바 있으며, 세종시 2-1 생활권을 포함한 총 8개 현장에도 설계 스펙 등록을 완료해 내년까지 약 2100t의 판매가 이루어질 전망이다.

특히, 개발된 신공법은 교량과 고가도로에 작용하는 고정하중을 획기적으로 줄일 수 있어 이미 시공된 교량과 고가도로 상에 확대 적용이 가능해 도심을 관통하는 교량과 고가도로 상의 방음터널 공법 대안으로 수요가 더욱 증가할 전망이다.

최근 서울시는 '2025 서울시 도시주거환경 정비기본계획'의 일환으로 자동차전용도로 소음피해지역 전수조사 후 방음시설물 설치 대책을 수립할 계획에 있어 개발된 신공법을 적용한 방음재 수요 확대가 예상된다.

그러나 방음터널을 교량에 적용할 경우, 방음터널의 무게는 교량에 추가적인 고정하중으로 작용하기 때문에, 교량에 대한 구조 안전성을 확보하기 위하여 방음터널의 무게를 설계단계에서부터 고려해야 한다.

또한 방음터널은 기타 건축 및 토목 구조물에 비해 시공 조건이 불리한 편이기 때문에, 시공성을 확보하기 위해서는 구조재를 경량화할 필요성이 있다.

이러한 방음터널 경량화 필요성에 따라 포스코에서는 고강도 소재를 활용한 강관 트러스형 경량방음터널 신공법을 개발해 2016년 9월에 국토교통부 건설신기술로 지정 받은 바 있다.

이 신공법은 포스코 및 포스코건설 포함 5개사가 공동으로 참여해 개발했으며 소재·제작·설계·시공 관련 전공정에 대한 품질 검증을 완료했고 기존에 주로 사용하던 H형강 프레임 공법 대비 품질과 활용면에서 다양한 장점이 있음을 확인했다.

포스코의 고강도구조용강인 STKT590과 PosH690 등을 기반으로 만든 경량 트러스 구조(직선으로 연결된 여러개의 뼈대 재료를 삼각형이나 오각형으로 구성해 지붕이나 교량 등에 사용하는 구조물)는 기존 H형강 프레임 대비 약 53%까지 무게를 줄일 수 있으며, 요구되는 설계하중을 만족한 상태에서 경량화와 경제성을 달성할 수 있다.

특히 트러스 구조를 도입함으로써 구조적 강성을 향상시켜 처짐 감소 효과를 유도했다.

또한 방음터널 지붕부위의 강관 트러스 내에 흡음판을 설치해 방음터널 입출구부에서 발생하는 배출소음을 저감시킬 수 있었으며, 동시에 지붕 쪽에 설치한 흡음판의 흡음효과로 인해 방음터널 벽면의 불투명 흡음판을 생략할 수 있게 함으로써 채광이 우수해 운전자의 시인성을 향상시킬 수 있게 했다.

더불어 지붕 방음판 고정을 프레임 없이 시공하는 방식을 채용해 시공성을 향상시켰고, 벽면 방음판은 측면에서 탈부착하는 방식으로 개발함으로써 방음판 손상 시 손상된 방음판만을 국부적으로 교체할 수 있다.

이렇게 개발된 트러스형 경량방음터널 신공법은 포스코의 고성능강 제품을 기반으로 최적설계를 수행할 경우 약 15% 가량의 공사비 절감 뿐만 아니라 손상 방음판 교체 시 31% 가량의 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

포스코는 앞으로도 신공법의 신뢰성을 확보하고자 설계와 시공 프로세스를 정립하고 강도가 업그레이드된 고성능강(PosH690) 기반의 최적 설계와 경량화 등 품질 향상에 노력을 기울여 2019년까지 안양-성남 과천고가교 등 20여개 현장에 고성능강 제품 약 5000t을 추가로 적용하는 등 강건재 시장에서의 입지를 더욱 확대해 나갈 계획이다.

이와 더불어, 2019년까지 서울특별시와 공동으로 기존 고가도로 상에 설치 가능한 강관 트러스형 경량방음터널 공법을 고도화하기 위한 R&D 과제를 적극 추진할 예정이다.

▲ 초경량 강관비계 보급확대...강관사 3곳과 공동개발

포스코의 신공법은 업계에서도 좋은 반응을 이끌어내고 있다.

신영기술개발 관계자는 "포스코의 부재가 무엇보다 가벼우며 볼트 체결부위가 적어 기존 강재를 사용했을 때보다 시공이 빠르고 용이하다"며 "설치 완료 후 미관 또한 수려하여 향후 포스코의 신공법이 널리 확산될 것으로 보인다"고 말했다.

내지진 강관 시스템, 고강도 가설재용 강관, 항만 및 해양구조용 내식성 강관 등 건설·해양용 강재 개발 및 적용도 활발히 진행 중이다.

포스코는 트러스형 경량방음터널 신공법뿐 아니라 고강도 건설구조용강을 활용해 내지진 강관 시스템부터 부식에 강한 항만 및 해양구조용 강관까지 다양한 제품 개발 및 적용을 통해 신수요 창출에 적극 나서고 있다.

지진을 비롯한 예기치 못한 재해에 대비하기 위해 포스코와 국내 주요 강관사는 지난 2008년부터 철강협회 산하에 내지진 강관 협의회를 설치, 내지진 강관구조 시스템(EQST: EarthQuake, Strong Tube)을 개발하고 보급해 왔다.

내지진 강관구조 시스템의 특징은 기둥에 내지진 소재를 적용한 강관을 적용하고, 기둥과 연결되는 보 부재 역시 내지진 강을 적용해 예기치 못한 지진이 발생 시, 보 부재에서 에너지를 흡수해 파괴에 따른 건물의 붕괴를 기둥이 방지해 주는 시스템이다.

또한 대공간에서의 내지진 강관 적용 시 용접성능이 뛰어나 구조적 안정성을 확보 할 수 있는 장점이 있다.

내지진 강관 구조 시스템은, 국내 최초 돔경기장인, 고척동 야구 경기장을 포함 인천 숭의 운동장, 아시안게임 경기장등에 적용됐으며 해외로는 필리핀 아레나 경기장등, 내진 성능이 요구되는 많은 구조물에 적용, 구조물의 안정성을 확보해 왔다.

앞서 포스코는 지난 2010년 진방스틸, 금강공업, 한진철관 등의 조관사와 공동으로 고강도 비계용(높은 곳에서 공사를 할 수 있도록 임시로 설치한 가설물) 강관인 UL700 (Ultra Light 700) 브랜드를 출시하며 국내 최초로 철강 가설제품의 경량화를 시도했다.

UL700이란 인장강도(강재가 지탱할 수 있는 최대강도를 의미한다.

인장강도 700㎫는 단면적 1㎟강재가 지탱할 수 있는 최대하중이 700N(=70kg)인 강도 수준을 의미)가 700㎫ 이상인 고강도 소재를 이용해 생산한 고강도 강관을 의미하며 기존에 일반적으로 사용하던 인장강도 400㎫, 490㎫급 소재대비 40%이상 상향된 강도를 지니고 있다.

최근 들어 UL700용 강재(열연코일)의 원가절감 및 시스템 비계 최종제품 상태의 성능평가, 개선 등을 통해 적용을 확대해 나가는 상황이다.

가설재 설치 및 운영과정에서 빈번한 안전사고가 발생하는 이유는 가설재의 제품특성에서 찾을 수 있다. 가설재는 말 그대로 건설현장 등에 임시로 설치하여 사용하고 추후에 해체하는 구조물 및 제품을 의미한다.

UL700을 적용한 가설재의 대표적인 사례는 시스템 비계이다. 시스템 비계는 기존의 단관비계 대비 설치 및 해체가 용이하여 현장작업자의 숙련도와 무관하게 유사한 성능의 비계구조물을 구현할 수 있고 현장설치 및 해체 작업 시간을 단축할 수 있는 장점을 지니고 있다.

이외에도 UL700은 향후 기타 가설재 제품으로 적용확대를 위한 설계 및 성능검증 작업을 진행 중이다. 이와 같이 UL700은 주변에서 흔히 접할 수 있는 가설재의 고강도화, 경량화를 통해 안전을 증진하고 현장작업자의 작업부담을 경감하기 위한 목적으로 개발 보급되고 있다.

실제로 10t 트럭으로 4m 동일부피의 단관비계 3천600본 운반시 기존 제품은 900본을 4회에 걸쳐 운반해야 하지만, UL700의 경우 1천200본을 3회 만에 운반할 수 있어 최대 25%의 운송비용 및 연료 절감, 배기가스 감축과 소요시간 단축 효과가 있는 것으로 나타났다

▲ ‘포세이돈 500' 개발...항만 및 해양용 강관파일시장 선도

이와 함께 포스코는 해수환경에서 부식문제를 해결하기 위해 비말대에서 일반적인 구조용 강재보다 부식에 대한 저항성이 40% 향상된 내해수강 '포세이돈500'을 개발했다.

포세이돈500은 1% 정도의 Cr(크롬) 성분을 함유한 탄소강으로서 해수에 노출되면 표면에 부식을 억제하는 Cr 산화층이 형성되어 내식성을 향상시킨다.

물론, 해수환경에서 내식성이 우수한 강재로는 스테인리스를 생각할 수 있지만 이는 가격이 비싸기 때문에 포세이돈500은 항만 강관파일 등 대량으로 사용하는 구조용 강재에 경제적으로 적용할 수 있도록 저원가로 개발했다.

일본 철강사도 내해수강을 개발해 선박이나 플랜트에 적용한 바 있는데 이는 항복강도 240Mpa 수준인 반면 포스코의 내해수강은 항복강도 380MPa로서 월드 베스트급 구조용 내해수강이다.

포스코는 포세이돈500의 내식성을 검증하기 위해 2011년에 국내 시화(서해), 광양(남해), 포항(동해)에 시험편을 설치하여 5년 동안 장기부식시험을 수행했다.

장기부식시험을 시행한 결과, 포세이돈 500은 국내 3개 지점에서 모두 일반 구조용 강재(SS400) 보다 40% 가량 부식이 느리게 진행된다는 것을 검증 받았고 이를 바탕으로 2016년까지 KS D 3300 항만 및 해양 구조용 내식성 강관 등 KS표준 4종에 등록됐다.

포스코는 연간 20만t의 강관파일 시장 중 약 30%를 차지하는 항만 및 해양용 강관파일 시장에서 판매점유율을 높여갈 것으로 기대하고 있다.


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