1. 머리말

경제, 사회의발전, 도로와교통기술의급속성

장 속에 도심 주거환경에서 발생하는 교통소음

에 대한 민원이 날로 증가 추세에 있으며, 이를

해결하기 위한 다양한 대책이 검토되고있다. 도

로의 교통소음 저감 대책으로 저소음포장, 방음

벽과 방음터널 설치를 고려할 수 있으며, 그 중

방음터널은 기존의 방음벽에서 발생하는 회절음

을 최소화하고, 소음원으로부터 가시선을 직접

차단할 수 있기 때문에 도심지 도로교통소음 저

감효과를극대화할수있는대표적인기술로각

광받고있다.

그러나복잡한도심지에서는교량, 고가등기존

구조물에 방음터널을 추가로 설치해야 하는 경우

가 대부분이며, 추가로 설치될 방음터널은 기존

구조물에과도한중량과바람에의한추가적인하

중을발생시켜설계하중을초과하게되어설치자

체가 불가한 경우가 빈번히 발생하고 있다. 특히,

기존 방음터널 구조물은 별도의 검증된 설계법이

존재하지 않기 때문에 방음벽에서 적용하던 방식

의획일적이고보수적인설계가수행되어있기때

문에 최적설계를 통한 구조물 경량화와 성능평가

를 통한 신뢰성 있는 방음터널 제품과 공법 개발

이필요하다.

이 기사에서는기존 H형강방식획일적프레임

구조에서 탈피하여 고강도 강관 트러스 빔을 활

용한 경량 방음터널 기술과 공법을 소개하고 이

공법의 신뢰성을 검증하기 위한 다각적인 성능

평가사례를제시하고자한다. 특히, 경량방음터

널 공법의 설계 적합성 검토 사례를 소개하였다.

또한, 제안 공법의 특징인 횡방향 직각흡음체 설

치에 따른 토출소음 저감효과 분석 사례를 제시

하였다. 고강도강관트러스빔을활용한경량방

음터널 공법의 구조적 안전성을 확인하기 위한

실물하중 시험평가 사례, 난류성 바람에 의한 경

량방음터널구조물의내풍성능과지진하중에의

한 방음터널 구조물의 내진성능 평가 사례를 제

시하였다.

2. 경량방음터널공법성능평가사례

2.1 강관트러스경량방음터널신공범특징

및구성

경량방음터널신공법은강관트러스형태의빔

을적용하여경량화를유도하였고, 구조물자체의

강성을 증가시켜 구조적 안전성, 경제성, 시공성,

유지관리성등을개선한기술이다. 기존 H형프레

임 방음터널 공법 대비 강관 트러스 경량 방음터

널신공법의주요특징과구성이그림 1과그림 2에 각각 제시된다. 경량 방음터널 상부는 강관을

활용한트러스빔부재로중력방향강성증가로부

10소음·진동제29권 제4호, 2019년

방음터널경량화와성능평가사례

노명 현*, 이 상 열**

(*포스코, **국립안동대학교)

특집특집

도도심심도도로로교교통통소소음음저저감감기기술술및및가가이이드드라라인인개개발발

* E-mail : mnoh@posco.com

29권4호내지작업(1~22) 2019.7.12 9:17 AM 페이지10

11소음·진동July 2019

특집: 도심도로교통소음저감기술및가이드라인개발

재물량절감이가능한특징을가지고있다. 또한

지주와지붕이두점에서접합되므로방음터널우

각부의 강성과 강도가 증대되어, 횡방향 하중에

대한 하중저항 성능이 향상되는 특징을 지닌다.

특히, 대부분 H형플랜지사이에슬라이딩방식으

로삽입하여시공하는기존방음판연결방식은진

동 및 과도한 변위가 발생할 경우 탈락 가능성이

있는반면경량방음터널공법은방음판과구조재

가 볼트로 결합하는 지압방식으로 설치되기 때문

에탈락을방지할수있다.

2.2 경량방음터널설계적합성평가

방음터널은 현재 명확한 구조설계 기준이 마련

되어 있지 않기 때문에, 건축구조기준(2009), 도로교설계기준(2015)을 참조하여 설계를 수행한

다. 방음터널설계에서고려되는하중은고정하중

과 풍하중, 적설하중 등이 있으며, 방음터널의 설

계방법은방음터널의지주및지붕부재, 연결부에

대하여 허용응력설계법에 따라 설계를 수행한다

(MOLIT, 2012). 이 절에서는 상세 유한요소 구

조해석을통한경량방음터널의설계적합성평가

사례를 제시한다. 경량 방음터널의 상세해석 결

과, 유효응력 및 전단응력에 대하여 허용응력을

만족하는 것으로 나타났으며, 처짐 또한 허용 기

준을 만족하여 경량 방음터널 공법은 안전성 및

사용성을 만족하는 것으로 도출되었다. 그림 3에경량 방음터널 공법의 설계 적합성 검토 결과가

정리하여제시되어있다.

2.3 경량 방음터널 입출구부 토출소음 저감성능

분석

대부분의방음터널은입출구의토출소음이비교

적 크게 발생하여 도로 외부로 토출소음 영향을

최소화하기 위하여 필요구간보다 방음터널을 연

그림1 기존H형강대비강관트러스경량방음터널신공법특징

그림2 경량방음터널공법제품의구성

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장설치하거나, 입출구에방음벽을추가설치하는

경우가 빈번히 발생하고 있다. 이 기사에서 소개

하는경량방음터널공법은방음터널입출구의토

출소음을 저감시키기 위한 방안으로 방음터널 길

이방향을 격벽화된 강관 트러스 구조로 구성하고

격벽화된 강관 트러스 위치에 횡방향 직각흡음체

를 설치함으로써 토출소음을 저감할 수 있다. 이

절에서는경량방음터널공법의주요한특징인직

각흡음체설치에따른토출소음저감성능분석사

례를제시한다. 토출소음저감효과분석은소음해

석 전용 프로그램인 SoundPLAN(SoundPLANGmbH, 2015)을이용하여그림 4와같은음장해

석을 통해 분석하였다. 해석 결과, 방음터널은 측

면과지붕에방음판이설치되어터널내부의높은

음에너지 밀도가 터널의 입출구 쪽으로 더 강한

세기로 전파되어 상대적으로 큰 토출소음이 발생

되지만이논문에서검토한강관을이용한트러스

형 방음터널은 직각흡음체의 영향으로 평균 약

1.0 dB(A)의토출소음이저감되는것으로평가되

어주거환경적인측면에서상대적으로우수한성

능을 보유한 것으로 도출되었다. 또한, 직각흡음

체가미설치된길이 420 m 방음터널의소음해석

결과와직각흡음체가설치된길이 400 m 방음터

널의소음해석결과를비교한결과횡방향흡음체

12소음·진동제29권 제4호, 2019년

특집: 도심도로교통소음저감기술및가이드라인개발

그림3 경량방음터널설계적합성검토결과

그림4 흡음체가설치된길이400 m 방음터널의소음해석사례

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13소음·진동July 2019

특집: 도심도로교통소음저감기술및가이드라인개발

설치에 따른 터널연장 감소효과는 약 20 m 정도

임이확인되었다.

2.4 경량방음터널실물스케일구조시험평가

이절에서는기존 H형강프레임방식이아닌고

강도 강관 트러스 빔을 활용한 경량 방음터널 공

법의 구조적 안전성을 평가하기 위하여 실물스케

일의 구조성능 시험을 수행한 사례를 소개하고자

한다. 구조시험 결과, 그림 5에서 제시된 바와 같

이경량방음터널은설계하중내에서선형탄성거

동을보이며, 적설하중의경우설계하중대비 3배이상, 풍하중의경우설계하중대비 4배이상의극

한내력을보유한것으로도출되어경량방음터널

은구조적안전성이충분히확보되고있음을확인

할수있다.

2.5 난류성바람에의한경량방음터널구조물

내풍성능평가

이 절에서는 CFD 해석에 의한 난류성 바람에

의한경량방음터널구조물영향도검토사례를소

개하고자 한다. 난류를 도입한 40 m/s 기본 모델

에대한차선폭별 CFD 해석결과, 지붕부의최대

압력은 1.62 kPa~2.17 kPa 수준으로 약 39 m/s~45 m/s 수준의기본풍속이작용할때의단위면

적당설계풍압(1.63 kPa~2.16 kPa) 값과일치한

다. 특히, 차선폭 20 m일 때는 난류의 영향이 거

의 없으며, 차선 폭 30 m~40 m의 경우 난류의

영향을 받는 것으로 분석되었다. CFD 해석 결과

로 도출된 난류성 유동압력을 구조물의 압력으로

맵핑하여 구조 연성해석을 수행한 결과, 최대 압

력이발생하는시점에서구조내력은모두허용응

력기준치를만족하는것으로도출되었다. 그림 6은 경량 방음터널 구조물의 내풍성능을 평가하는

절차를보여준다.

2.6 등가정적하중법에의한경량방음터널구조물

내진성능평가

방음터널은 일반적으로 다수의 차량 통행에 의

한소음민원을해결하기위해도심지내의도로에

설치가되므로지진발생시구조물에미치는영향

그림5 고강도강관트러스빔활용경량방음터널실물스케일구조시험평가결과

그림6 유체-구조연성해석을통한경량방음터널구조의내풍안정성평가사례

CFD 유동해석

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14소음·진동제29권 제4호, 2019년

특집: 도심도로교통소음저감기술및가이드라인개발 을고려할필요가있다. 따라서 이절에서는고강

도 강재를 적용한 강관 트러스형 경량 방음터널

구조물에 대한 지진하중의 영향도를 등가정적 해

석법을 통해 검토한 사례를 소개하고자 한다. 서

울지역지진구역계수와중요도2의내진등급을적

용하여그림 7에서보이는바와같이방음터널폭

별(20 m, 30 m, 40 m) 종방향변위해석을수행

한결과, 방음터널의폭이넓어질수록지진하중에

의한종방향변위가증가하고있으나구조물에미

치는영향은매우미미한것으로도출되었다.

3. 맺음말

이 기사에서는 경량화를 통해 교량에 추가적인

하중을최소화하고, 시공성을향상시키기위해개

발된경량방음터널공법의설계적합성, 토출소음

저감효과, 구조적안전성, 내풍안전성, 내진성능

을검증하기위한실험적, 해석적 평가사례를소

개하였다. 이 글에서소개한다양한성능평가방

법과결과를정리하면다음과같다.

(1) 경량 방음터널의 구조설계는 도로교설계기

준(2010), 건축구조기준및해설(2009) 및강구조

설계기준(2003) 등을 참고로 하여 수행하며, 자

중, 적설하중, 풍하중, 온도하중을 고려하여 허용

응력설계법에 의해 설계한다. 설계결과, 경량 방

음터널의구조재및기초부와용접부는구조적안

전성을확보하고있는것으로나타났으며, 사용성

또한만족하는것으로나타났다.

(2) 직각흡음체의 설치에 따른 방음터널 출입구

쪽발생하는토출소음의저감효과를분석하기위

해 SoundPLAN ver. 7.4를 이용하여 소음해석을

수행하였으며, 해석 결과, 직각흡음체 설치할 경

우 평균적으로 약 1.0 dB의 소음 저감효과와 약

20 m의터널연장감소효과는확인되었다.

(3) 경량 방음터널 실물스케일 구조 시험 평가

결과, 경량방음터널은설계하중내에서선형탄성

거동을 하며, 적설하중에 대하여 설계하중의 3배이상, 풍하중에대하여설계하중의 4배이상의극

한 저항성능을 보유한 것으로 나타났다. 따라서

설계하중 내에서 경량 방음터널공법은 구조적 안

전성을확보하고있는것으로나타났다.

(4) 난류성 바람에 의한 경량 방음터널 구조물

의 내풍성능 평가는 CFD 유동해석을 통해 방음

터널에 작용하는 풍압을 도출한 후, 이 풍압을

방음터널에 작용하는 외력으로 맵핑하여 구조해

석을 통해 수행되었다. 유체-구조 연성해석 결

과, 최대 압력이 발생하는 시점에서구조 내력은

모두 허용응력 기준치를 만족하는 것으로 도출

되었다.

(5) 경량방음터널구조물내진성능평가는등가

정적하중법에 의한 구조해석을 통해 수행되었고,

서울지역 지진 구역계수와 중요도2의 내진등급을

적용하여방음터널폭별종방향변위해석을수행

한결과, 방음터널의폭이넓어질수록지진하중에

의한 종방향 변위가 증가하고 있으나 구조물에는

큰영향이없는것으로확인되었다.

그림7 등가정적하중법에의한방음터널폭별내진성능평가사례

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