1. 서 론

도로의 교통혼잡을 개선하기 위하여 대도시의 고가도로 및 고속도로의 건설은 필수적이다. 특히, 고가도로 노선 내에서는 교통흐름의 원활화를 위하여 교량 자체의 평면형상을 도로선형과 일치시켜야 하므로 곡선교의 건설이 필수적이다. 곡선교량은 1960년대 까지만 하더라도 곡선교의 주형을 직선보로 사용하고 바닥판만을 곡선으로 제작하여 직선형의 주형을 서로 연결함으로써 곡선형을 이루는 방법이 사용되어져 왔다. 이러한 직선보를 사용한 곡선교량은 설계에 필요한 구조해석이 용이하다는 장점이 있으나 곡선주형의 사용에 비해 곡률의 존재로 인한 바닥판 캔틸레버 부분의 길이 제한이 불가피하고, 지간이 짧은 단순보의 조합형태가 되어 상당히 많은 하부구조의 건설이 요구되어 전체적인 공사비의 증가를 초래한다는 연구 결과가 발표되었다(Schmitt, 1966; Nakai and Yoo, 1988; Suros and Chu, 1991). 이로 인하여 곡선 주형에 대한 연구가 진행되었으나 해석상의 어려움과 설계 기준의 부재 등으로 인하여 초기에는 휨 모멘트, 전단력, 비틀림 모멘트 저항력이 우수한 폐단면 강상자형 주형교량이 주를 이루었으며 최근에서야 I형 단면 곡선주형에 대한 연구가 진행되고 있다(Lin and Yoda, 2010; Zhang et al., 2005; Zureick and Naqib, 1999; McElwain and Laman, 2000; Linzell et al, 2004).

현재 곡선 교량에서 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 방법은 I형 강재 플레이트 거더를 사용하는 방법이다. 일반적으로 I형 곡선 거더는 시공성이 매우 우수한 장점을 갖는다. 그러나 곡선 I형 거더의 거동은 시공시 심각한 문제를 발생시킨다. 곡선 I 형상의 거더는 개단면(開斷面; open section)이고 얇은 플레이트를 사용하기 때문에 상대적으로 비틀림 강성이 매우 작아 자중에 의해 횡방향 회전과 대변형(large deflection)을 일으킬 가능성이 높다(Dong and Sause, 2010). 따라서 I 형 거더는 가설시 브레이싱 또는 임시버팀재가 요구된다. 강 박스 거더의 경우에는 폐단면으로 충분한 비틀림 저항성을 갖는다(Lin and Yoda, 2010). 그러나 이러한 강박스를 사용한 곡선주형은 초기 공사비가 고가이고, 도장과 같은 지속적인 유지관리가 필요한 문제점을 가지고 있어 경제성이 확보되고 유지관리가 용이한 곡선주형이 요구되고 있다. 현재 곡선강교의 대안으로 프리캐스트 PSC 곡선거더가 제시되고 있다(Amorn et al., 2008). 이에 본 연구에서는 휨 모멘트, 전단력, 비틀림 모멘트 저항력이 우수한 콘크리트 중공박스 형식의 프리캐스트 PSC 곡선거더와 이를 제작하기 위한 몰드 시스템을 개발하고자 한다. 또한 제작된 콘크리트 곡선교는 도로교에서의 적용성을 확인하기 위해 정적 구조실험을 통하여 성능검증을 수행하고자 한다.

2. 스마트 몰드 시스템

최근 교통수요의 증대와 물류 공급망이 활발해지면서 도로 및 철도 고속화를 추진하고 있다. 이에 대한 일환으로 도로선형의 직선화와 장대교량 구간 등을 계획하고 있으나, 도로선형 계획에 있어 곡선구간은 필수불가결하게 발생하게 된다. 특히, 대구도시철도 및 광주도시철도를 비롯하여 용인, 부산~김해, 광명, 의정부 등지에서 신교통시스템인 경전철 사업이 증가하면서 도심지 내에서 고가교량을 이용한 경전철 시스템을 도입하고 있다. 이러한 경전철 시설물은 제한된 도심지 내에 시공된다는 단점과 경관 및 미관을 고려해야 하기 때문에, 급경사, 급곡선 등과 같이 곡률반경이 작은 곡선교 구간의 발생이 증가하게 된다. 또한, 기존 도로교에 대한 유지관리 규정이 강화되면서, 보수․보강 및 일부 도로구간의 교체가 이뤄지고 있으며, 특히 도로교 곡선구간의 교체가 필요한 경우, 기존의 방법에 비하여 효율적인 곡선교 제작을 통한 교체가 필요하다.

실제, 도로 선형계획에서 부득이하게 교량의 일부 또는 전부가 곡선으로 되는 경우가 있으며, 곡선교는 Fig. 1과 같이 (a) 곡선형 바닥판과 직선보, (b) 곡선교의 직선화, (c) 강을 이용한 곡선형 바닥판과 곡선보로 이뤄진 3가지 방법으로 설계 및 시공할 수 있다. Fig. 1(c)와 같이 곡선주형을 사용하여 곡선교를 제작하는 것은 평면선형과 동일하게 설계할 수 있다는 장점이 있어 효과적인 단면설계를 기대할 수 있고, 장지간의 교량을 계획할 수 있어 가장 일반적으로 사용되는 방법이다. 그러나, 교량 중심선을 기준으로 고정하중이 비대칭 하중을 받아 비틀림 모멘트가 크게 발생하게 되므로, 곡선주형에 사용되는 단면은 비틀림 강성이 큰 사각형의 폐합단면 형상의 강박스 거더교나 PSC 박스 거더교가 주로 사용되고 있다.

그러나, 강재의 특성상 기하학적인 형상을 구현하는데 상대적으로 손쉽기 때문에 대부분의 곡선교에서는 강재를 이용한 강박스 거더교를 주로 사용하고 있으나, 이는 초기 공사비가 고가이고, 도장과 같은 지속적인 유지관리가 필요한 문제점을 가지고 있다. 이러한 단점 때문에 비교적 저렴한 콘크리트를 이용한 곡선교를 제작하려는 시도는 있었으나, Fig. 1(c)처럼 각각의 곡률반경이 다른 곡선형 PSC 빔을 제작하기 위해서는 각각의 곡률반경이 다른 강재 거푸집을 제작해야하는데, 이 경우 거푸집수량의 증가로 인하여 기존 강교보다 공사비가 더 증가하게 된다. 또한, PSC 박스 거더를 이용한 경우에는 거더 자체가 바닥판과 일체화 되어 있어, 보수 및 보강으로 인해 교체하게 될 경우 거더를 전부 변경해야 하는 단점이 있다. 즉, FCM (Free Cantilever Method), MSS (Movable Scaffolding System), ILM (Incremental Launching Method), PSM (Precast Prestressed Segment Method) 등의 공법과 같이 대형가설장비가 반드시 필요하게 된다. 이는 공사비의 증가와 더불어, 곡률반경이 300이상인 경우와 1 km이상인 교량에 대해서만 적용 가능하다는 단점이 있어 곡률반경이 작은 경우와 중소형 교량에는 적용이 불가능하다.

따라서, 본 연구에서는 도심지에서도 가설 가능한 작은 곡률반경과 중소형 곡선교에 적용 가능한 곡선교 설계 및 시공을 위하여, 다양한 곡률반경을 조정하여 프리캐스트 PSC 곡선거더를 제작할 수 있는 스마트 몰드 시스템을 구축하여 프리캐스트 PSC 곡선거더를 제작할 수 있도록 하였다.

프리캐스트 PSC 박스거더를 제작하기 위해서는 다양한 곡률반경 조절, 거더 길이의 조절 및 거더의 높이 조절이 가능한 몰드가 필요하다. 본 연구에서는 Fig. 2와 같은 측면몰드에 변형을 가하여 일정한 형상을 유지시킬 수 있는 변형 및 고정장치를 개발하여 다양한 곡률반경 및 거더의 높이 조절이 가능하도록 하였다. 또한 거더의 길이 조절 및 사각의 조절이 가능한 단부 거푸집을 개발하여 보다 효율적인 프리캐스트 PSC 곡선거더를 제작할 수 있도록 하였다.

3. 실험내용 및 방법

본 연구에서는 스마트 몰드를 이용하여 제작한 프리캐스트 PSC 곡선거더교의 구조성능 및 안전성을 평가하기 위하여 실물 구조실험을 실시하였다. 실험체는 경간장 40 m의 2주형 곡선교량으로 프리캐스트 PSC 곡선거더와 가로보, 바닥판으로 구성된다. 구조성능 실험은 3점 정적 휨 실험으로 실시하며 실험을 통하여 프리캐스트 PSC 곡선거더교의 구조거동을 규명하고자 한다.

3.1 실험체 제작

구조실험체는 실험실 내부의 공간을 고려하여 경간장 40 m, 교폭 5 m, 곡률반경 100 m의 2주형 프리캐스트 PSC 곡선교량으로 도로교 설계기준에 따라 1등교의 내하성능을 갖도록 설계하였으며, 실험체의 설계단면은 Fig. 3에 나타내었다.

본 연구에 사용된 실험체의 콘크리트 설계강도는 거더와 가로보의 경우 45MPa이고 바닥판 슬래브는 27MPa의 레미콘 제품을 사용하였다. 실험체에 배근된 전단 및 주철근은 SD40의 HD13∼HD25 철근을 사용하였으며, PS 강연선은 SWPC 7BL인 직경 15.2 mm의 저릴렉세이션 강연선을 사용하였다. 본 연구에서 사용한 콘크리트 및 철근, PS 강연선의 재료특성은 Table 1에 나타내었다.

실험체의 제작은 현장에서 제작하는 시공순서와 동일한 방식으로 제작하였으며, 제작에 사용된 거푸집은 다양한 곡률반경 조절이 가능하도록 고안된 스마트 몰드 시스템을 적용하였다. 실험체는 비틀림강성은 증가시키고 자중을 감소시키기 위해 중공부에 EPS 폼을 삽입하여 제작하였다. 실험체는 2주형으로 외측거더(G1)의 제작완료 후 내측거더(G2)를 제작하였으며, 그 후 내․외측 거더를 연결하는 가로보와 바닥판 슬래브를 타설하여 곡선교 제작을 완료하였다. 곡선교 제작공정은 Fig. 4에 나타내었으며 자세한 실험 거더의 제작 순서는 다음과 같다; ① 강재거푸집을 설치, ② 철근 조립 및 쉬스관 설치, ③ 강재 거푸집 측면 잭 조절을 통한 거푸집의 곡선배치, ④ 거더 콘크리트 타설, ⑤ 증기양생 및 거푸집 탈형, ⑥ 강연선 긴장, ⑦ 거더 인양, ⑧ 가로보 철근 조립 및 타설, ⑨ 바닥판 철근 조립 및 타설, ⑩ 제작 완료. 실험체 제작과정에서 가로보와 바닥판으로 연결되지 않은 각각의 거더(G1, G2)는 곡선배치된 강연선의 PS 도입력에 의해 솟음이 비대칭으로 발생하며 무게 중심이 중앙에 있지 않아 압축 프리스트레스 도입시 발생하는 비틀림모멘트 때문에 전도의 문제를 발생시키는 것으로 나타났다. 즉, 압축 프리스트레스를 도입하지 않은 상황에서는 곡선거더의 하면을 따라서 등분포 형태로 일정하게 하중이 지면에 작용하지만, 압축 프리스트레스에 의해 솟음이 발생하기 시작하면 자중에 의한 비틀림모멘트가 발생하여 곡률반경의 최외측은 지면에 남아 있고, 곡률반경의 최내측은 지면에서 솟음이 발생하여 전도하게 되는 것이다. 이를 방지하기 위하여 본 연구에서는 Fig. 4(g)에 보이는 것과 같이 전도방지 장치를 개발하여 제작된 거더의 거치 및 인양시 발생하는 전도에 대한 안전성을 확보하였다.

3.2 실험 및 측정방법

프리캐스트 PSC 곡선거더의 구조성능을 평가하기 위한 하중재하실험은 힌지-롤러의 단순지지 조건하에서 수행하였으며 실험시 전경과 재하장치도는 Fig. 5에 나타내었다. 실험체는 거더의 곡선형상과 프리스트레스력의 도입에 의한 비틀림모멘트에 의해 하중 재하 시 실험체가 전도되는 것을 방지하기 위하여 지점부의 좌우에 강재프레임을 설치한 후 3점 재하를 실시하였다. 하중재하 위치는 실험체의 무게 중심이 중앙에 있지 않아 전도의 발생위험이 있어 도심위치인 내측거더 상부에 재하였다. 실험에 사용된 가력장치는 최대 용량 5,000kN을 갖는 UTM을 사용하였으며 하중은 30 kN/min의 재하속도로 하중제어를 실시하였으며, 최대가력하중은 약 3,400kN까지 가력하였다. 실질적으로 곡선교의 정확한 구조거동 특성을 규명하기 위해서는 파괴하중까지 재하하는 것이 타당하나 대상 실험체는 40 m 2주형의 실물 곡선교로 가력에 의한 장비의 손상 및 실험체의 전도 등에 의한 안전사고를 미연에 방지하고자 약 3,400kN에서 실험을 종료하였다.

하중 재하에 따른 곡선교의 변형률을 측정하기 위하여 콘크리트와 철근에 변형률 게이지를 부착하였으며, 각각의 거더 하부와 측면에 LVDT (Linear variational deformation transducer)를 설치하여 변위를 측정하였다. 콘크리트 변형률 게이지는 거더 하부와 바닥판 표면에 부착하였으며, 중립축 거동을 확인하기 위하여 각각의 거더 중앙부에 일정간격으로 부착하였다. 철근 변형률 게이지는 콘크리트 타설전에 거더 상․하부와 바닥판 종․횡방향으로 게이지를 부착하여 철근의 변형률을 확인하였다. 수직변위를 측정하기 위하여 거더하부에 설치된 LVDT는 양단부와 L/4, 2L/4, 3L/4 위치에 각각 설치하였으며, 수평변위를 측정하기 위하여 거더 중앙부 측면에도 각각 설치하였다. 게이지 부착위치는 Fig. 6에 상세히 나타내었다.

4. PSC 곡선거더교의 성능평가 결과

4.1 하중-변위

정적실험을 통해서 2주형 프리캐스트 PSC 곡선거더교의 거더 하단에서 측정된 하중-처짐 곡선을 Fig. 7에 나타내었다. Fig. 7(a)는 내․외측 거더의 하중에 따른 처짐을 나타낸 결과이며, Fig. 4(b)는 거더별 지점부, L/4, 2L/4, 3L/4 위치에서의 하중단계에 따른 처짐 결과를 비교하여 나타낸 것이다.

하중제어법에 따라 하중을 재하한 실험체의 초기균열은 재하하중 약 1,400kN에서 외측 거더(G1)의 중앙부 다이아프레임 부 양 측면(중앙에서 0.2 m 지점)의 하부에서 발생하였다. 균열하중인 1,400 kN 이전에는 매우 안정적인 탄성거동을 보였으며 균열발생이후 외측 거더(G1)의 곡선 기울기가 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 내측 거더(G2)는 균열발생 이후에도 기울기의 급격한 변화 없이 최대하중까지 안정적인 거동을 보이는 것으로 나타났다. 또한 설계하중인 450kN이하에서는 내․외측 거더 모두 안정적인 선형거동을 보이고 있으며 두 거더의 변위편차 역시 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다. 특히 균열하중이 설계하중보다 약 3배 이상 증가된 하중에서 발생하였기 때문에 사용하중 상태에서는 프리캐스트 PSC 곡선거더교의 사용성과 안전성이 확보되는 것으로 판단된다.

Table 2는 하중단계에 따른 위치별 거더의 처짐 측정 결과를 나타낸 것이다. Table 2에서 나타낸 것과 같이 하중증가에 따른 중앙부 처짐은 G1 거더가 G2 거더 보다 처짐이 작게 발생하는 것으로 나타났으며 이는 하중재하 위치가 G2 거더 상부에 위치하기 때문에 편차가 발생하는 것으로 판단된다. 그러나 Fig. 7(b)의 하중단계별 처짐곡선에서 보면 G1, G2 거더의 편차는 매우 작은 것으로 나타났으며 이는 가로보에 의한 응력전달이 잘 이루어져 일체거동을 하기 때문인 것으로 판단된다.

처짐은 중앙부에서 최대로 발생하며, 설계하중 상태에서는 G1, G2가 각각 11.3 mm, 11.7 mm로 나타났으며, 균열하중 상태에서는 각각 40.5 mm, 43.8 mm로 나타났다. 이는 시방서에서 제시하고 있는 허용처짐량 50 mm보다 균열하중 상태에서의 처짐이 적은 것으로 나타나 사용성 측면에서 문제가 없는 것으로 평가되었으며 허용처짐량인 50 mm의 처짐 발생 시의 하중은 약 1,800kN이다.

4.2 하중-변형률

Fig. 8은 곡선교 상부의 횡방향 철근의 하중-변형률 측정 결과이다. 실험결과 재하지점은 하중 증가에 따라 압축변형이 증가하는 것으로 나타났으며 초기 균열이 발생한 1,400kN에서도 큰 변화없이 지속적인 압축변형을 보이다 약 2,700kN 이후에 인장을 받는 것으로 나타났다. 재하지점을 기준으로 G1, G2 거더는 재하지점과 달리 하중의 증가에 따라 지속적인 인장변형을 보이는 것으로 나타났으며, G1 거더는 G2 거더에 비해 상대적으로 큰 인장응력을 받는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Fig. 8에 표시된 가로보 구간(0.4~0.6)에서 가로보의 단면강성이 거더구간 보다 작기 때문에 가로보 상부에서 인장응력이 크게 발생하기 때문이다. 특히 균열발생이후 거더 중앙부의 횡방향 변형률은 재하점을 기준으로 큰 증가를 보이고 있으나 설계하중인 450kN까지는 전체적으로 응력이 잘 전달되는 것으로 나타나 가로보가 안정적으로 응력을 전달하는 것으로 확인되었다.

Fig. 9는 G1, G2, 가로보의 종방향 철근 변형률을 측정한 결과이다. Fig. 9에서 보이는 것과 같이 전체적인 변형률 거동은 재하지점인 중앙부에서 최대 변형률이 발생하였으며 재하지점이 위치한 G2 거더보다 G1 거더의 변형률이 더 크게 발생하는 것으로 나타났다. 또한 G1, G2를 연결하는 가로보에서의 종방향 변형률이 가장 작게 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 거더의 경우 곡률반경 크기의 영향으로 상대적으로 곡률반경과 길이가 긴 G1 거더가 더 큰 변형률을 보이는 것으로 판단되며 가로보의 경우에는 횡방향으로 응력이 전단되도록 설계되어 종방향 변형률이 작게 나타난 것으로 판단된다.

Fig. 10은 거더의 중앙에서 상․하부 철근의 변형률을 측정한 결과이다. 그림에서 보이는 것과 같이 거더의 하연에서 최대 인장변형을 보이고 있으며 상부는 압축을 받는 것으로 나타났다. 또한 거더 1/2 높이(75 cm)에서 측정된 철근은 인장변형을 보이고 있어 중립축은 거더 하연에서 75 cm 위에 존재하는 것으로 판단된다. 최대하중 시 거더 상부에서 측정한 G1, G2의 압축 변형률은 약 0.0006 정도의 비슷한 변형률을 보이고 있으며, 하연에서 측정한 인장 변형률도 약 0.0012로 비슷한 변형률을 보이고 있다. 또한 두 거더는 재하하중 2700kN 부근에서 비선형 거동을 보이고 있으며 이때의 변형률은 G1, G2 거더에서 각각 0.0061, 0.0075의 인장변형률을 나타내고 있다. 이러한 결과는 콘크리트의 균열 발생에 의해 철근의 인장응력 부담이 증가하였기 때문인 것으로 분석된다. 전체적인 철근의 변형률을 비교하여 보면 높이별로 철근의 변형률은 매우 유사한 거동을 보이고 있는 것으로 나타났다. 이는 두 거더를 연결하는 가로보에서 응력이 잘 전달되고 있으며 이로 인하여 두 거더가 일체거동을 하고 있음을 확인할 수 있다.

4.3 중립축 거동

Fig. 11은 거더별 중립축변화를 나타낸 그래프이다. 그림에서 보이는 것과 같이 곡선교 중앙부의 초기 중립축 위치는 하연에서 약 90 cm에 위치하고 있는 것으로 나타났으며, 휨 균열이 발생하면서 부재의 휨강성이 줄어들어 최대 105 cm까지 상승하는 것으로 관찰되었다. 이러한 중립축의 상승은 거더 하연에 균열이 발생하여 유효단면이 감소함에 따라 발생한 것으로 판단된다. 그러나 거더 중앙 하단에서 발생한 초기 휨 균열은 약 1,400kN이나 G1 거더의 경우 2,100kN, G2 거더의 경우 1,900kN까지 중립축 위치이동이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 거더 하중에 발생하는 초기균열은 어느 정도 진전될 때까지는 휨강성에 별 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 수행한 프리캐스트 PSC 곡선거더교는 전단면이 유효하게 거동하는 균열 발생 전에는 중립축의 변화가 없는 것으로 측정되었으며 균열발생 이후에도 약 1,900kN까지 중립축 변화가 거의 발생하지 않아 사용성에는 문제가 되지 않을 것으로 판단된다.

4.4 균열형상

Fig. 12는 곡선 거더교의 정적파괴 실험결과 관찰된 균열분포도를 나타내고 있다. 균열의 관측은 초기 균열발생 후 약 200kN 마다 확인하였으며, 초기 균열은 재하하중 약 1,400kN에서 거더 중앙부 하부에서 발생하였다. Fig. 12에 나타난 것과 같이 균열양상은 재하점이 있는 중앙부를 기준으로 휨 균열이 발생하였으며 하중 증가에 따라 지점부로 확산되는 경향을 나타내었다. 균열이 가장 넓게 분산된 단면은 G1거더의 외측단면(G1A)으로 균열분포도 뿐 아니라 균열의 개소도 가장 많은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 G1A의 곡률반경이 상대적으로 가장 크고 길이도 길기 때문인 것으로 판단된다. 균열의 진전은 재하점이 있는 G2D에서 가장 크게 발생하는 것으로 나타났다. G2D에서는 균열의 진전이 거더의 중앙부 이상까지 진전된 것을 확인할 수 있는데 이는 재하점 아래에 위치하기 때문에 응력이 집중되는 현상에 의한 것으로 판단된다. 가로보로 연결되는 내측단면(G1B, G2C)의 경우에는 외측단면에 비해 상대적으로 균열의 개소와 진전이 작게 발생하는 것으로 나타났다.

5. 수치해석 결과 비교 분석

프리캐스트 PSC 곡선거더에 대한 정적 휨 파괴 해석결과와의 하중-변위 비교 그래프를 Fig. 13에 나타내었다. 그래프에서 보이는 것과 같이 약 2,500kN 이하에서는 해석결과가 실험 결과보다 약간 낮은 강성을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실험 시 가력위치와 지점조건 등에 의해 발생하는 편심에 의한 실험오차에서 기인하는 것으로 판단된다. 그러나 전체적인 거동은 유사하게 나타나는 것으로 나타났다.

FEM 해석결과 최대 하중은 3,600 kN 이며 최대 변위는 약 204.46 mm로 해석되어 실험결과(최대하중 3,350 kN, 최대변위 141.2 mm)와 비교하여 하중은 약 250 kN의 오차를 보이고 있다. 또한 최대가력 하중인 3,350kN에서의 변위 결과를 비교하면 FE 해석결과 변위가 149.85 mm로 나타나 해석결과에서의 변위가 약 8.65 mm 크게 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 하중 오차는 실험시의 안전성과 액츄에이터의 성능을 고려하여 최대 가력하중을 3,350 kN으로 하였기 때문이다. 실험체는 최종파괴가 발생하지 않았으나 재하 하중까지의 전체적인 거동은 해석결과와 유사한 것으로 나타나 곡선 PSC 거더교의 최대하중 저항력은 해석결과와 유사한 경향을 보일 것으로 예상된다. 따라서 곡선 PSC 거더교는 사용성과 안전성 측면에서는 큰 문제가 없는 것으로 판단된다. (Bridge Technology and Yonsei University, 2013)

6. 결 론

프리캐스트 PSC 곡선거더는 역학적인 우수성과 경제성에도 불구하고 설계 및 시공의 어려움으로 국내외 적으로 적용되지 못하였다. 본 연구에서는 스마트 몰드 시스템을 개발하여 곡률반경이 작고 중소형 교량에도 적용이 가능한 프리캐스트 PSC 곡선거더를 개발하였으며, 개발된 시스템과 거더의 안전성을 검증하기 위하여 40 m 2주형 실물교량을 제작하여 정적 휨 실험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

(1)본 연구에서는 프리캐스트 PSC 곡선거더를 효율적으로 제작하기 위하여 다양한 곡률반경과 높이 조절이 가능한 몰드 변형장치와 길이 조절 및 사각의 조절이 가능한 단부 거푸집을 이용한 스마트 몰드 시스템을 개발하였다.

(2)제작단계에서 단일 거더의 경우 곡률반경이 작아질수록 전도에 의한 안정성에 문제를 발생시키나 일체화된 거더의 경우에는 가로보에 의한 하중분배로 안정적인 거동을 보이는 것으로 나타났다.

(3)프리캐스트 PSC 곡선거더교는 정적 재하 실험결과 초기균열이 약 1,400kN에서 발생하였으며 설계하중인 450kN 보다 약 3배이상 증가된 것으로 나타났다. 또한 시방서에서 제시하는 허용처짐량 50 mm 발생시의 재하하중은 약 1,800kN으로 설계하중의 4배, 균열하중의 1.3배로 나타나 사용하중 상태에서는 PSC 곡선교의 사용성과 안전성이 확보되는 것으로 나타났다.

(4)가로보로 연결된 두 거더는 처짐, 변형률 등의 측정데이터가 매우 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났으며, 이러한 결과는 가로보가 안정적으로 응력을 전달하여 일체거동을 하기 때문인 것으로 판단된다.

(5)FEM 수치해석 결과와의 비교를 통해 정적 실험 결과가 해석 결과와 유사한 거동을 보이는 것을 확인하였으며, 실험 여건 상 해석에 의한 최대하중(3,400kN)까지 실험을 진행하지는 못했지만 사용성과 안전성 측면에서는 문제가 없는 것으로 판단된다.