Project Description

궁금한 북한의 이모저모

남북한 교량 설계기준
비교 분석

고경택 한국건설기술연구원 남북한인프라특별위원회 위원장

교량 설계기준의 변천 과정

북한은 1980년대까지 일제 강점기의 건설기준 대부분을 그대로 차용한 다리설계기준(1953)에 기초하여 교량 설계가 이루어졌다. 1997년 도로관리 체계의 재정비 및 운수발전을 위한 도로법이 채택되었고, 강도설계법에 기반한 「운수건설총서-다리건설(1999)」를 건설기준으로 채택하였다. 2019년에 확인한 북한 설계기준의 일부 내용에서 철근콘크리트와 프리스트레스트 콘크리트의 설계법은 남한과 마찬가지로 재료의 극한 저항력을 고려한 한계상태설계법을 적용하고 있다. 강교의 경우에는 남한은 한계상태설계법, 북한은 허용응력설계법을 적용하고 있다.

[표 1] 남북한 교량 설계기준의 설계개념 변천 과정

교량 설계하중 종류 비교

[표 2]는 교량 설계 시 고려해야 하는 설계하중의 종류이다. 남한은 지속하는 하중과 변동 하중으로 구분하고, 북한은 기본하중, 보충하중, 특수하중으로 구분하고 있다.

  • 고정하중
    남북한의 고정하중에서 교량의 주재료는 동일하게 적용하고 있으나 무근 콘크리트 98%, 아스팔트콘크리트 96% 수준으로 남한의 기준 대비 약 2∼4% 작게 적용하고 있다.
  • 설하중·얼음하중
    남한의 교량 설계하중(한계상태설계법, KDS 24 12 21)에서 설하중·빙하중은 고려할 필요가 있는 지역에서 가설지점의 실제 상황에 따라 적당한 값을 정하도록 규정하고 있다. 반면에 북한은 운수건설총서(다리건설, 1999)에서 얼음이 떠내려 오는 힘을 고려한 얼음하중을 규정하고 있다. 주로 교각이 물에 떠내려 오는 얼음이 물면으로부터 0.4m 아래에서 물의 흐름 방향으로 작용하는 집중하중으로 계산한다.
  • 충격하중
    남한은 차량의 바퀴하중 고려 시 동적으로 움직이는 하중에 대해서 실제 차량 중량 이상의 하중이 작용한다고 가정하여 일정 부분 할증해주는 충격하중계수는 피로한계상태를 제외한 모든 한계상태에서 25%, 피로한계상태에서 15%로 각각 규정하고 있다. 북한은 교량의 형식 및 경간장별로 충격계수를 각각 1.0∼1.8 범위의 값을 사용하도록 규정하고 있으며, 남한에 비해 북한이 충격하중에 의한 영향을 크게 고려하고 있다.

[표 2] 남북한 교량 설계기준의 설계개념 변천 과정

남북한 트럭하중

[표 3]은 남북한 트럭하중을 비교한 결과이다. 1999년 운수건설총서(다리건설)에 규정된 북한의 1등급 교량은 자동차-30하중을 적용하였고, 이는 남한의 3등교 수준과 유사하다. 남한의 교량 등급별 1, 2 및 3등교에 따른 설계하중은 북한의 자동차-55, 자동차-40 및 자동차-30 하중과 유사하며, 총중량은 북한이 남한 대비 약 5∼7% 무거운 것으로 분석되었다.

[표 3] 남북한 트럭하중 비교

남북한의 활하중 효과 비교

남북한 활하중 효과를 분석하기 위해 경간장 30~70m의 3경간 연속 U형 거더교를 대상으로 하였다. [표 4]에 비교 대상 교량 제원 및 검토 결과를 나타내었다.

  • 남한 KL-510 하중과 북한 자동차짐-30 하중의 비교
    남한의 KL-510 재하 대비 북한의 자동차짐-30 적용 시 정모멘트는 약 67~72% 수준으로 지간장에 따른 변화가 크지 않다. 부모멘트의 경우, 50m 이하의 지간장에서는 비율이 10% 이하로 큰 차이는 없으나, 60m와 70m 지간장에서 각각 85%, 78%로 차이가 증가하고 있다.
  • 남한 KL-510 하중과 북한 자동차짐-40, 자동차짐-50 하중의 비교
    정모멘트의 경우에는 1∼8% 정도 북한 활하중이 다소 크고, 부모멘트는 특히 지간장이 짧은 구간에서 33%까지 크게 발생함으로써 북한의 최신 하중을 적용할 경우에는 남한보가 오히려 단면이 증가하여 물량이 늘어날 것으로 예상된다.

[표 4] 검토 대상 교량

맺음말

남북한 교량 설계기준을 비교 검토한 결과, 설계하중 종류와 하중의 크기가 다른 것으로 분석되었다. 북한의 운수건설총서(다리건설, 1999년)에 규정된 자동차-30하중은 남한의 3등교 수준과 유사하다. 최근 확인된 북한의 교량 설계하중은 남한과 유사하며, 총중량은 북한이 남한 대비 약 5∼7% 무거운 것으로 분석되었다. 그리고 활하중 효과를 분석한 결과, 북한의 1999년 설계기준을 따를 경우에 남한보다 교량 단면이 다소 줄어드나, 최근 확인된 ‘자동차’ 하중기준을 적용할 경우에는 남한보다 오히려 단면이 증가하여 물량이 늘어날 것으로 분석된다. 북한의 교량은 일부를 제외하고 대부분 자동차-30 하중을 적용하여 건설되었고, 상당히 노후화되었다. 그리고 북한에서 요구되는 교량의 수준은 남한의 설계기준 이상으로 예상된다. 따라서 남북 인프라 협력 또는 북한의 인프라 시장 진출 시 이런 상황을 종합적으로 고려하여 추진할 필요가 있다.