건축/환경에너지

Nikkei Construction_2020.9.28 TOPICS (p42-35)

풍선으로 지탱하는 다리, 하루 만에 가설
스페인 PSTech의 기술 도입

공기를 주입한 튜브재를 구조에 채용한 다리를 국내에서 실용화하려는 움직임이 있다. 가설재 전문 사업자가 유럽에서 도입한 기술을 이용할 계획이다. 가볍고 공사기간이 짧다는 점은 재해가 심각해지는 시대에 비장의 무기가 될 가능성을 안고 있다.

거대한 풍선으로 상재 하중을 지탱하는 구조를 갖는 ‘PS-Bridge’. 짧은 공사기간과 경량을 실현할 수 있는 참신한 다리 도입을 위한 검증이 추진되고 있다.

검증 담당 업체는 방토(防土) 가설재를 생산하는 히로세(도쿄)와 히로세의 지주회사인 히로세 홀딩스다. 양사는 20년 9월 3일, 새로운 구조의 다리를 시험 시공하는 모습을 공개했다.

풍선으로 하중을 지탱하는 다리는 어떠한 구조일까? 이 다리에서 풍선으로 이용하는 것은 폴리염화비닐 등을 이용해 제조한 튜브다. 튜브 내에 공기를 주입해 팽창시켜 대기압보다도 0.2기압 높은 상태로 유지해 사용한다.

튜브 위에는 튜브와 평행으로 알루미늄제 횡목을 설치. 튜브 밑에는 강철제 케이블 인장재를 설치한다. 이것들은 단면 방향으로 2개씩 쌍을 이룬 3쌍의 각 튜브 중앙 하부에 생기는 홈에 끼워 넣는다. 그리고 케이블 양 끝은 플레이트재를 이용해 알루미늄 횡목의 끝 부분과 접속한다.

여기서 튜브를 팽창시키면, 횡목과 강철제 케이블은 각각 튜브와 밀착. 튜브에 가해진 힘을 전달하기 쉬워진다. 다리 상부에서 가해진 하중에 따라 횡목이 있는 상부에는 압축력, 케이블이 있는 하부에는 인장력이 작용한다. 이들 힘은 횡목과 케이블의 접합부에서 균등하게 하중을 지탱한다. 공개한 다리는 재하중(Surcharge Load)으로서 25t 크레인이 통행할 수 있는 270kN을 확보하고 있다.

공기압을 이용해 하중을 지탱하는 구조는 기존의 트러스 구조와 닮았다. 트러스 구조에서는 위에서 작용한 힘을 인장력과 압축력으로 변환. 각 부재에 축 방향의 힘을 작용시키고 있다.

-- 상부 구조는 하루에 시공 가능 --
새로운 구조의 큰 이점은 경량에 있다. 공기막 구조를 이용하기 때문에 사용하는 자재가 가벼워진다. 히로세 홀딩스가 공개한 길이 15.6m, 폭 4m의 다리의 경우, 총 중량은 약 5t에 그친다.

이것은 같은 규모의 강철제 가교와 비교하면 3분의 1 정도의 무게에 상당한다. 또한 횡목과 튜브, 케이블 등의 재료로 현지에서 조립할 수 있기 때문에 부재를 소분할 수 있어 운반이 용이하다.

단시간에 시공할 수 있다는 점도 이점이다. 이번 시공에 이용한 길이 15.6m의 다리의 경우는 6명의 작업자가 있다면 상부 구조의 시공에 필요한 시간은 불과 하루면 된다.

상부 구조의 가설은 다음과 같은 순서로 진행된다. 우선은 현지에 운반된 짧은 횡목을 볼트를 이용해 소정의 길이가 될 때가지 연결한다. 다음은 강철제 케이블 위에 단면 방향으로 2개의 튜브재를 나란히 배치. 그 때 튜브의 중앙 하부 틈에 끼워 넣듯이 케이블을 배치한다. 그리고 횡목에 장착한 C자형의 강재에 튜브재의 일부를 넣고, 거기에 나일론 로드를 끼워 횡목과 튜브를 고정한다.

여기까지 조립하면, 사전에 설치한 베어링 블록에 횡목을 올리고, 횡목 사이에 사재(Diagonal Bracing) 등을 설치한다.

그 후에 튜브에 공기를 주입한다. 10분 정도의 시간을 들여 소정의 압력까지 팽창시켜 횡목의 휜 부분을 줄인다. 횡목을 수평으로 한 후에 알루미늄 상판을 깐다. 상판은 상단부를 맞물리게 하면서 설치하고, 접속 클립으로 횡목에 고정시킨다.

히로세 홀딩스는 이 기술을 재해가 발생했을 때 활용할 생각이다. 재해로 다리 등이 파괴되었을 경우에 가교를 설치할 때까지 응급 복구 다리로서 이용하는 발상이다. 재해 시에 가교를 설치할 때도 1개월 단위의 시간이 필요한 경우가 적지 않다. 새로운 구조의 다리라면 이 기간을 대폭으로 단축할 수 있다.

-- 스페인에서 기술을 도입 --
구조재로서 막(膜)을 이용하는 이상 외부 손상 등의 위험에 대한 대비는 신경이 쓰인다. 튜브가 손상되면 공기가 새고, 충분한 힘의 전달이 불가능해지기 때문이다.

이에 대해, 기술 점검을 담당하는 히로세 홀딩스의 구마다(熊田) 운영책임자는 “외부 손상의 크기가 작은 경우는 공기가 새는 속도가 그렇게 빠르지는 않기 때문에 급격한 압력 저하 등은 피할 수 있다. 튜브 내의 압력을 모니터링하면서 감시할 수도 있다”라고 말한다.

실은 PS-Bridge는 일본에서 개발된 기술이 아니다. 스페인에 거점을 두고 있는 PSTech가 보유한 기술을 도입했다. 이미 스위스나 프랑스에서 다리로서 가설된 사례가 존재한다. 이번에 공개한 다리는 PSTech가 시작(試作)한 제품을 이용했다.

“실제로 일본 국내에 도입할 경우에 해외에서 조달해야 하는 것은 튜브 부분이다. 횡목 등의 부재는 국내에서 조달할 수 있을 것으로 본다. 알루미늄 횡목 대신에 강철 횡목을 이용해 비용을 낮추는 것도 검토하고 있다”(구마다 운영책임자). 또한 PSTech로부터 “기술적으로는 최장 1 스팬에 30m 정도까지 연장시킬 수 있다”라는 의견을 들었다고 한다.

히로세 홀딩스 등은 21~23년에 걸쳐 지방자치단체나 자위대, 건설컨설턴트 기업에 대한 PR에 주력하고, 24년 이후에 기술을 도입할 계획이다. 또한 이 기술의 응용처로서 파빌리온과 같은 가설 건축물의 지붕재에 전개하는 것도 생각하고 있다.

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