[코리아포스트 김태문 기자] "기존 교량의 프리스트레싱 공법은 인장부에 압축 프리스트레싱만을 도입하지만 비티엠이엔씨의 건설신기술인 듀얼-프리스트레싱 공법은 인장과 압축부 모두에 프리스트레싱을 도입하는 공법입니다. 이 공법은 구조 안정성이 뛰어나고 경제성도 우수해 장기적으로 교량 거더 분야의 게임 체인저(Game Changer)가 될 것입니다." 

교량건설 관련 공법 개발과 설계 및 시공에 오랜 경험 및 기술력을 보유한 교량 전문기업 비티엠이엔씨의 김찬녕 대표는 교량 거더 분야의 미래에 대해 이렇게 예견했다. 

2012년 교량분야의 지식기반 엔지니어링 서비스 전문기업으로 설립된 비티엠이엔씨는 최근 가압정착시스템을 이용한 듀얼-프리스트레스트 콘크리트 거더(Dual-Prestressed Concrete Girder, 듀얼-PC거더)를 개발했다. 

이 공법은 거더 상연의 인장부에 설치된 PC강봉을 압입·정착해 인장 프리스트레스를 도입하고 거더 하연에는 PC강연선에 의한 압축 프리스트레스를 도입해 저형고와 장경간의 구조안전성을 높여준다.

압축력이 발생하는 교량의 상부 거더에 반대되는 힘인 인장력을 가해 힘을 상쇄시키는 공법으로서, 거더 아랫부분에 압축력을 줌으로써 하부 단면적을 줄였던 종전 기술과는 달리, 거더 윗부분에 추가로 강봉을 설치해 인장력을 주는 것이 특징이다. 거더 단면적을 추가로 감소시킬 수 있어 공사비를 2.5%에서 최대 12%까지 절감하는 것이 가능하다.

이 기술은 경간장 30m~60m 규모의 도로 및 하천 횡단교량에 적용되며, 형하공간과 통수단면의 확보에 최적인 PSC거더 교량기술을 선도하고 있다.

국내 최초이자 유일한 기술인 듀얼-프리스트레싱 공법으로 비티엠이엔씨는 2015 하반기 대한민국 우수특허 대상을 수상했으며 지난 7월 국토교통부로부터 건설신기술 824호로 지정됐다. 

이 공법은 기존 공법의 단점을 개선하고 구조안전성이 뛰어난 신개념의 듀얼-프리스트레싱 교량공법이라 학계와 건설업계로부터 두루 호평을 받고 있다. 

김찬녕 대표는 "신축 교량 건설은 물론 기존 교량의 보수공사에도 사용될 수 있는 듀얼-PSC거더는 시공이 간편하고 사용중 안전성이 뛰어날 뿐만 아니라 초기 공사비와 생애주기 공사비 등의 경제성에도 우수하기 때문에 기술개발에 있어 낙후될 수 있는 중소경간의 교량 건설시장에 진보적인 교량기술을 제공함으로써 향후 국내 건설현장에서 활용가치를 극대화할 수 있을 것으로 전망된다"고 말했다. 

교량 거더 분야 게임 체인저, 듀얼-PC거더 공법

현재 개발 및 상용화되고 있는 거더의 제작공법은 거더 하연의 인장부에 압축 프리스트레스를 도입하는 방법과 이를 개선시킨 단계별 긴장공법이 주로 적용되고 있다. 

그러나 경간장의 확대 및 형고 감소에 의해 거더 상연의 과도한 압축응력이 발생하는 경우 콘크리트의 강도 증가 및 상부플랜지의 확대와 같은 단순한 재료의 강도증가나 단면의 확대에 초점이 맞추어져 있어 적용범위와 구조성능의 개선효과에 한계를 나타내고 있다. 

또한 강선의 편심배치에 의한 모멘트 효과의 경우도 형고가 낮아짐에 따라 축력에 대한 영향이 증가하여 거더 상연에서 압축응력의 상쇄효과가 매우 낮아지게 된다. 즉, PS강연선에 의한 추가 긴장력 도입은 거더 하연에는 큰 압축력과 상연에는 작은 인장력의 도입으로 인해 상쇄효과가 매우 작을 뿐만 아니라 제작단계에서 거더 하연의 허용압축응력을 초과하게 되어 도입력 증가에 제약이 따르게 된다. 

이러한 구조적 문제점을 해결하기 위해 비티엠이엔씨는 인장, 압축 프리스트레스의 조절이 가능한 듀얼-프리스트레스 즉, PS강연선의 긴장에 의한 압축프리스트레스와 PC강봉의 압입·정착에 의한 인장프리스트레스를 도입하는 듀얼-PC거더를 개발했다. 

즉 이 신기술은 '가압정착시스템과 PC강봉을 이용한 듀얼-프리스트레스트 콘크리트 거더 제작 및 시공방법'으로서, 거더의 형고를 저감시킴에 따라 발생하는 거더 상연의 과도한 압축응력을 단면의 증가 없이도 가압정착시스템을 적용하여 효과적으로 상쇄시킬 뿐만 아니라 인장과 압축프리스트레스의 조절이 가능한 듀얼-프리스트레스 도입을 통해서 저형고·장경간의 PSC거더를 구현할 수 있는 기술이다. 

비티엠이엔씨의 듀얼-PC거더 공법은 고소작업이 불필요하고 가설시 안정적 단면으로 시공성이 우수하다. 또한 PS효율을 극대화하고 구조계가 단순, 명확하며 압축응력 상쇄효과가 있어 구조안전성도 뛰어나다. 아울러 동일단면 장경간 거더로서 1회 긴장으로 제작하고 Block-Out을 최소화해 경제성도 우수한 것이 장점이다. 

이 신기술은 듀얼-프리스트레스, 즉 인장부에는 압축프리스트레스를 압축부에는 인장프리스트레스를 도입하는 국내 최초의 방식으로서 경간장 L=60m, 형고비 H=L/25 이상의 적용이 가능하다. 

비티엠이엔씨는 듀얼-PSC거더의 실제 교량 적용을 위해 듀얼-프리스트레스 도입성능실험과 정적재하실험을 수행하여 사용성과 구조성능을 확인하였다. 

김찬녕 대표는 "국내 거더 시장을 보면 이 이상의 기술은 없다. 이 기술은 100여 년 역사를 가진 PC 분야에서 획기적인 기술 진보 중 하나"라고 강조했다. 

신기술 개발 기업 육성 위해 인맥 영업, 저가 발주 관행 벗어나길 

20여 년간 설계분야에 몸담았던 김찬녕 대표는 2000년 초 듀얼-PC거더 공법 관련 특허를 획득하고 지속적인 연구개발을 통해 계속 파생 특허를 취득해 왔다. 

김 대표는 토목학회 등에서의 논문발표 등 신기술을 알리기 위해 활발히 활동하다가 2012년 비티엠이엔씨를 설립해 지금에 이르고 있다. 

김찬녕 대표는 장기적으로 게임 체인저가 될 수 있는 이 기술에 대해 강한 자신감을 보이면서 동시에 국내 건설업계의 관행에 대한 조언도 아끼지 않았다. 

"이 기술은 저형고, 장경간 제한이 많은 상황에서 점점 높아지는 시장의 니즈를 충족하기 위해 꼭 필요한 기술입니다. 장기적으로는 세계 교량건설 시장의 판도를 좌우하고 우리나라 건설산업의 경쟁력을 강화시킬 핵심 기술 중 하나죠. 하지만 신기술의 우수성은 인정하면서도 여전히 기존 기술을 선호하거나 저비용에 초점을 맞추는 발주 관행을 벗어나지 못한다면 신기술은 그 효과를 온전히 발휘할 수 없습니다."  

김 대표는 "국토교통부의 건설신기술 제도는 신규성, 진보성, 현장적용성, 안전성이 있다고 판단되는 건설기술을 1차, 2차에 걸쳐 각각 12명씩 서로 다른 심사위원이 엄격히 심사하고 현장검증 등 심사과정을 철저히 평가하여 건설신기술로 지정하고 있다. 이처럼 엄격한 심사를 통해 성능이 입증된 만큼 국토교통부 산하기관은 신기술 우선정책을 적극 활용하는 것이 맞다. 하지만 실제로 국토교통부 산하기관들은 신기술 적용에 매우 인색하다"고 말했다. 

대림대학교 겸임교수이자 중소기업청 R&D 국책과제 수행 경험도 있는 박용찬 비티엠이엔씨 상무이사는 "4~5억원씩 들여 신기술을 개발한 중소기업들에게는 자금 부족이 가장 큰 어려움이다. 신기술을 개발한 중소기업들을 위해 정부는 다양한 지원제도를 마련하고 있지만 실제로 금융권에서는 신기술을 개발한 중소기업들을 위한 금융지원에 매우 소극적이다"라고 말했다. 

박 이사는 "은행권들이 주택담보대출 등 손쉬운 돈벌이에 안주하지 말고 우수한 기술력을 갖춘 중소기업들을 지원하는데 적극 나서 우리나라 중소기업 육성 및 국가 경제 활성화의 한 축을 맡는다는 사명감을 갖길 바란다"고 말했다. 

박 이사는 나아가 신기술을 개발한 기업들이 국가 SOC 사업에 실명으로 참여해 이 신기술이 보다 널리 활용될 수 있도록 제도적 뒷받침이 마련되길 바란다고 덧붙였다. 

김찬녕 대표는 어려운 여건 속에서도 미래에 대한 비전과 사명도 밝혔다. "근대화 이전 우리나라는 외국으로부터 많은 건설 원조를 받아왔습니다. 지금은 우리나라가 해외에 원조를 해주는 상황이 되었죠. 우리는 정부 기관 및 기업들과 함께 아프리카 등 개도국에 교량, 도로 건설 등을 지원해 주는 데에도 적극 참여해 우수한 우리의 신기술이 국내는 물론 해외에서도 널리 쓰일 수 있도록 노력하겠습니다."