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교량의 생애주기비용 효율적인 최적 내진보강과 유지관리전략 - (II) 생애주기비용해석 방법론
Life-Cycle Cost Effective Optimal Seismic Retrofit and Maintenance Strategy of Bridge Structures - (II) Methodology for Life-Cycle Cost Analysis 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학, v.26 no.6A, 2006년, pp.977 - 988  

이광민 (대림산업(주)) ,  조효남 (한양대학교 공학대학) ,  정지승 (동양대학교 철도토목학과) ,  안형준 ((주)삼안 구조부)

초록
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본 연구에서는 열화하는 교량의 생애주기비용(Life-Cycle Cost: 이하 LCC)-효율적인 최적 내진보강과 유지관리전략의 선정문제의 의사결정을 위한 현실적인 방법론을 제안하고자 한다. 제안된 방법론은 설계규준과 같은 제약조건하에서 내진보강비용, 기대 유지관리비용, 그리고 기대 경제손실비용의 합으로 표현되는 총 기대 LCC의 최소화 개념에 기초하고 있다. 본 연구에서 제안된 방법론은 동반논문에서 고려된 예제교량의 최적 내진보강과 유지관리전략의 선정을 위한 문제에 적용되었고, 부식환경과 교통조건에 따른 LCC-효율성에 대하여 고찰해 보았다. 또한, 개발된 방법론의 타당성을 검증해보기 위해 고려된 조건에 따른 LCC분석결과를 기존 연구에서 제안된 방법론과 비교 및 고찰을 수행하였다. 적용 예를 통해 제안된 방법론은 LCC-효율적인 내진보강과 유지관리전략의 선정을 위한 의사결정에 있어서 매우 효율적인 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The goal of this study is to develop a realistic methodology for determination of the Life-Cycle Cost (LCC)-effective optimal seismic retrofit and maintenance strategy of deteriorating bridges. The proposed methodology is based on the concept of minimum LCC which is expressed as the sum of present v...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 국내의 경우는 유지관리 적용시기에 대한 통계적 데이터가 정리되어 있지 않으므로, 동반논문에서 제안된 확률적 열화예측모델을 이용하였다. 동반논문에서 확률적 열화예측모델은 시간이력불확실변수인 철근단면 적의 변화를 예측하여 생애주기 지진신뢰성해석을 위한 목적으로 사용되었는데, 본 논문에서는 일련의 유지관리 적용 시기를 구하여 생애주기 동안의 유지관리확률을 구하기 위한 목적으로 사용되었다. 구조물의 생애주기 동안 유지관리 전략과 열화환경에 따른 일련의 유지관리 적용시기는 동반 논문에서 언급된 바와 같이 철근의 부식으로 인한 Rust로 인해 성장되는 균열크기를 예측하여 시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 지침(시설안전기술공단, 2003)에서 제시된 상태등급에 상응하는 균열이 성장하였을 때 점검을 통해 균열이 발견되어지고 유지관리가 행해진다는 가정 하에 구해질수 있다.
  • 이에 본 연구에서는 기존연구의 문제점을 개선하여 교량구조물에 대한 내진 LCC최적설계 뿐 아니라 최적 내진보강 및 유지관리전략의 선정에 있어서 의사결정을 위해 활용될 수 있는 현실적인 방법론을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 방법론은 동반 논문에서 생애주기 지진신뢰성해석을 위해 적용된 예제교량의 최적 내진보강과 유지관리전략의 선정을 위한 문제에 적용되었고, 열화환경과 교통조건에 따른 LCC-효율성에 대해 고찰해 보았다. 또한, 개발된 방법론의 합리성을 검증해보기 위해 고려된 조건에 따른 LCC분석결과는 기존연구(Cho 등, 2001)에서 제안된 방법론과 비교 및 고찰을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 열화하는 교량의 LCC-효율적인 최적 내진보강과 유지관리전략의 선정문제의 의사결정을 위한 현실적인 방법론을 제안하였다. 제안된 방법론은 기존연구에서 고려 하지 못한 구조물의 성능저하에 대한 열화 및 유지관리와의 관계, 내진보강으로 인한 각 부재의 다양한 손상수준에 대해 긍정적인 혹은 부정적인 영향을 LCC분석에 모두 반영할 수있도록 정식화하였다.
  • 즉, 내진 LCC최적설계나 성능개선 및 유지관리를 위한 연구는 아직까지도 미진한 실정이므로 구조물의 지진에 대한 LCC분석에 있어서 현실적인 방법론의 개발은 국가자원의 효율적인 운용을 위해 매우 절실하다 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 기존연구의 문제점을 개선하여 교량구조물에 대한 내진 LCC최적설계 뿐 아니라 최적 내진보강 및 유지관리전략의 선정에 있어서 의사결정을 위해 활용될 수 있는 현실적인 방법론을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 방법론은 동반 논문에서 생애주기 지진신뢰성해석을 위해 적용된 예제교량의 최적 내진보강과 유지관리전략의 선정을 위한 문제에 적용되었고, 열화환경과 교통조건에 따른 LCC-효율성에 대해 고찰해 보았다.
  • 식 (6)~(7)에 제시된 바와 같이 교통량은 인적물적 손실비용과 간접비용의 산정에 중요한 영향을 미친다. 이에 본 연구에서는 한국교통협회의 교통 DB의 자료(http:// www.ktdb.go.kr)에 기초하여 대도시(ADTV=76,510대/일)와 소도시(ADTV=27,269대/일)의 도로상에 건설된 교량으로 가정하여 LCC분석에 미치는 영향을 고찰해 보았다. 또한 우회도로의 교통량은 본 도로보다 1.

가설 설정

  • i) 예제교량은 1980년에 건설되어 이미 25년의 공용수명을 가진 교량으로 가정하였다.
  • ii) 예제교량의 향후 잔존수명은 50년으로 가정하였다. 따라서 LCC분석 기간은 2005년에서 2055년으로 가정하였고, 내진보강은 탄성받침과 구속케이블 등을 적용할 계획이며, 이는 2005년에 시행하는 것으로 하였다.
  • 간접비용을 산정하기 위해 앞서 제시된 데이터와 교통해석 프로그램 EMME/2를 사용하여 교통해석을 수행하였고, 교통해석 시 도로의 자유속도는 일반도로의 속도인 80 km/ hr로 가정하였다. 표 4는 대상도로의 교통해석결과를 보여주고 있다.
  • 동반논문에서 확률적 열화예측모델은 시간이력불확실변수인 철근단면 적의 변화를 예측하여 생애주기 지진신뢰성해석을 위한 목적으로 사용되었는데, 본 논문에서는 일련의 유지관리 적용 시기를 구하여 생애주기 동안의 유지관리확률을 구하기 위한 목적으로 사용되었다. 구조물의 생애주기 동안 유지관리 전략과 열화환경에 따른 일련의 유지관리 적용시기는 동반 논문에서 언급된 바와 같이 철근의 부식으로 인한 Rust로 인해 성장되는 균열크기를 예측하여 시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 지침(시설안전기술공단, 2003)에서 제시된 상태등급에 상응하는 균열이 성장하였을 때 점검을 통해 균열이 발견되어지고 유지관리가 행해진다는 가정 하에 구해질수 있다.
  • 낸 자료를 활용하였고, 복구공사 기간 및 방법은 국내의 전문가 설문조사에 의한 자료를 활용하였는데, 이는 표 2와 같다. 그리고 복구공사 동안의 교통의 통제는 Shirato 등 (2003)의 연구에 기초하여 보통손상의 경우는 중차량 제한및 속도 30 km/hr(Type-I)을 극심한 손상과 붕괴에 대해서는 전면통제(Type-II)를 가정하였다.
  • ii) 예제교량의 향후 잔존수명은 50년으로 가정하였다. 따라서 LCC분석 기간은 2005년에서 2055년으로 가정하였고, 내진보강은 탄성받침과 구속케이블 등을 적용할 계획이며, 이는 2005년에 시행하는 것으로 하였다.
  • 국내의 경우 할인율은 금리자유화가 시작된 이후 14년 간(1993~2002)의 자료가 있지만 할인율의 변동이 심하여 14년간의 자료를 그대로 통계분석하여 사용하면 비교적 큰 불확실변량을 가진다. 따라서 본 연구에서 할인율의 불확실변량은 향후 현행할인율에서 ±0.5%의 변동이 있을 것으로 가정하였다.
  • kr)에 기초하여 대도시(ADTV=76,510대/일)와 소도시(ADTV=27,269대/일)의 도로상에 건설된 교량으로 가정하여 LCC분석에 미치는 영향을 고찰해 보았다. 또한 우회도로의 교통량은 본 도로보다 1.2배 많은 교통량을 가지는 것으로 가정하였다.
  • 마지막으로 본 연구에서는 열화환경이 최적 내진보강과 유지관리전략의 선정에 미치는 영향을 고찰해보기 위해 예제 교량은 동반논문에서와 같이 해안지역과 도심지역에 건설된 교량으로 가정하였다.
  • 국내의 경우는 일반적으로 철근부식에 의한 교각의 균열을 보수하기 위해 실리콘주입공법과 부분교체공법이 많이 사용된다. 이중 본 연구에서는 부분교체공법을 유지관리방법으로 가정하였다. 시설안전기술공단(2000)에 의하면 부분교체공법의 경우 직접유지관리비용은 단위표면적당 253,670원이며, 평균보수물량은 상태등급 C와 D에 대해 각각 전체 교각의 14.
  • 한편, LCC분석에 있어서 대상교량은 그림 3과 같이 주도로(6 km)이외에 우회도로(18 km)를 2개 가지는 교량으로 가정하였다. 식 (6)~(7)에 제시된 바와 같이 교통량은 인적물적 손실비용과 간접비용의 산정에 중요한 영향을 미친다.
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참고문헌 (26)

  1. 건설교통부(2004) 강교의 최적설계와 경제적인 유지관리를 위한 Lee분석 기법 및 시스템개발. 2차년도보고서 

  2. 이광민(2006) 교량의 샘매주기비용 효율적인 최적 내진보강과 유 지관리전략 박사학위논문, 한양대학교 

  3. 이수범, 심재익 (1997) 교통사고비용의 추이와 결정요인 교통개발 연구원 연구보고서. 연구총서97-09 

  4. 한국개발연구원(2001) 예비타당성조사 표준지칩 연구 

  5. 한국도로공사 (2003) 고속도로 교량형식별 생매주기비용(Lee) 분석연구 

  6. 한국시설안전기술공단(2001) 국도상 기존교량의 내진성능 평가 및 보강방안 연구. 최종보고서 

  7. 한국시설안전기술공단(2000) 도로교의 공용수명연장방안. 최종보고서 

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  26. Wen, Y.K. and Kang, Y.K. (1998) Design criteria based on minimum expected life-cycle cost. Proceedings of Structural Engineers World Congress, Paper No T132-2 

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