대도시 및 지하구조물에서 주로 발생하는 탄산화는 사용기간의 증가에 따라 철근부식이 발생하며, 이러한 철근부식은 구조물의 성능저하로 진전된다. 하나의 RC 구조물이라 하더라도, 콘크리트 시공에 의해 건전부뿐 아니라 시공이음부 또는 균열부와 같은 취약부가 발생하기가 쉽지만, 진단시에는 일반적으로 건전부만을 대상으로 탄산화 거동을 분석하고 있다. 본 연구에서는 대도시에서 사용중인 고가교의 RC 교각을 대상으로 하여 건전부, 균열부, 시공이음부 콘크리트의 탄산화 실태조사를 수행하였다. 조사된 탄산화 깊이와 측정된 피복두께를 확률변수로 하여, 사용기간에 따라 증가하는 내구적 파괴확률을 도출하였다. 한편 국내 시방서에서 제시하는 목표파괴확률을 기준으로 대상구조물의 내구수명을 평가하였다. 동일한 기둥부재라 하더라도 건전부, 균열부, 시공이음부 콘크리트에 따라 도출된 내구수명은 각각 다르게 평가되었으며, 피복두께가 작고 균열폭이 큰 경우에서는 매우 빠르게 감소함을 알 수 있었다. 피복두께의 변동계수에 따라서도 내구적 파괴확률의 변화가 크므로 적절한 시공과 품질확보가 중요함을 알 수 있다.
대도시 및 지하구조물에서 주로 발생하는 탄산화는 사용기간의 증가에 따라 철근부식이 발생하며, 이러한 철근부식은 구조물의 성능저하로 진전된다. 하나의 RC 구조물이라 하더라도, 콘크리트 시공에 의해 건전부뿐 아니라 시공이음부 또는 균열부와 같은 취약부가 발생하기가 쉽지만, 진단시에는 일반적으로 건전부만을 대상으로 탄산화 거동을 분석하고 있다. 본 연구에서는 대도시에서 사용중인 고가교의 RC 교각을 대상으로 하여 건전부, 균열부, 시공이음부 콘크리트의 탄산화 실태조사를 수행하였다. 조사된 탄산화 깊이와 측정된 피복두께를 확률변수로 하여, 사용기간에 따라 증가하는 내구적 파괴확률을 도출하였다. 한편 국내 시방서에서 제시하는 목표파괴확률을 기준으로 대상구조물의 내구수명을 평가하였다. 동일한 기둥부재라 하더라도 건전부, 균열부, 시공이음부 콘크리트에 따라 도출된 내구수명은 각각 다르게 평가되었으며, 피복두께가 작고 균열폭이 큰 경우에서는 매우 빠르게 감소함을 알 수 있었다. 피복두께의 변동계수에 따라서도 내구적 파괴확률의 변화가 크므로 적절한 시공과 품질확보가 중요함을 알 수 있다.
Generally, steel corrosion occurs in concrete structures due to carbonation in down-town area and underground site and it propagates to degradation of structural performance. In general diagnosis and inspection, only carbonation depth in sound concrete is evaluated but unsound concrete such as joint...
Generally, steel corrosion occurs in concrete structures due to carbonation in down-town area and underground site and it propagates to degradation of structural performance. In general diagnosis and inspection, only carbonation depth in sound concrete is evaluated but unsound concrete such as joint and cracked area may occur easily in a concrete member due to construction process. In this study, field survey of carbonation for RC columns in down-town area is performed and carbonation depth in joint and cracked concrete including sound area is measured. Probability of durable failure with time is calculated through probability variables such as concrete cover depth and carbonation depth which are obtained from field survey. In addition, service life of the structures is predicted based on the intended probability of durable failure in domestic concrete specification. It is evaluated that in a RC column, various service life is predicted due to local condition and it is rapidly decreased with insufficient cover depth and growth of crack width. It is also evaluated that obtaining cover depth and quality of concrete is very important because the probability of durable failure is closely related with C.O.V. of cover depth.
Generally, steel corrosion occurs in concrete structures due to carbonation in down-town area and underground site and it propagates to degradation of structural performance. In general diagnosis and inspection, only carbonation depth in sound concrete is evaluated but unsound concrete such as joint and cracked area may occur easily in a concrete member due to construction process. In this study, field survey of carbonation for RC columns in down-town area is performed and carbonation depth in joint and cracked concrete including sound area is measured. Probability of durable failure with time is calculated through probability variables such as concrete cover depth and carbonation depth which are obtained from field survey. In addition, service life of the structures is predicted based on the intended probability of durable failure in domestic concrete specification. It is evaluated that in a RC column, various service life is predicted due to local condition and it is rapidly decreased with insufficient cover depth and growth of crack width. It is also evaluated that obtaining cover depth and quality of concrete is very important because the probability of durable failure is closely related with C.O.V. of cover depth.
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문제 정의
본 연구에서는 대도시에서 탄산화 환경에 노출된 교 각을 대상으로 건전부, 시공이음부, 균열부에 대한 실 태조사를 수행하였다. 실태조사 결과 건전부 콘크리 트, 시공이음부 콘크리트, 균열부 콘크리트에 대한 탄 산화 속도계수를 도출하였으며, 사용기간에 따른 내구 수명을 산정하였다.
가설 설정
. 광범위한 실태조사를 수행하여, 균열폭에 대한 탄 산화 회귀 분석 식을 사용하는 것이 가장 바람직하지만, 본연구에서는 0.1~0.2mm의 균열폭을 대상으로 하였으며, 이 결과를 이용하여 균열폭의 함수로 탄산화 깊이를 가정한 것이다.
시간에 따라 증가하는 탄산화깊이와는 다르게, 피복 두께는 일정하게 가정하고 있는데, 본 연구에서는 실태조사 결과를 이용한 피복두께의 확률분포를 도출하였다. Table 2에서는 정규분포를 가정한 피복 두께의 측정 결과를 나타내고 있다.
제안 방법
있다.(1) 피복두께에 대한 영향을 분석하기 위하여 30mm, 50mm로 감소시켜 내구적 파괴확률을 조사하였다. 동일한 상태를 가정하기 위하여 변동계수(표준편차/평균)는 실태조사 결과인 0.
1) 본 연구에서는 대도시에 노출된 RC 교각에 대하여 탄산화에 관련된 실태조사를 수행하였으며, 건 전부, 균열부, 시공이음부의 탄산화 거동을 분석하였다. 한편 시간에 따른 탄산화 깊이와 실태조사 결과를 기본으로 한 피복두께를 확률변수로 선정하여 내구적 파괴확률을 평가하였다.
2) 국내의 내구성 평가기준인 목표내구적 파괴확률과의 비교를 통하여, 대상구조물의 내구수명을 평가하였다. 내구수명은 균열폭의 진전에 따라서 크게 감소하였는데, 균열폭이 0.
시공 당시의 정확한 배합은 알 수 없었으나, 설계도서로부터 설계 강도는 24MPa였으며, 반발경도에 의한 환산 강도 값은 26~ 30MPa의 범위를 나타내고 있었다. Table 1 에서는 대상구조물의 노출환경을 나타내고 있으며, 탄산화 깊이 측정시 페놀프탈레인 1% 용액과 디지털 버어니어 캘리퍼스를 사용하여 0.05mm 단위로 측정하였다.
균열부의 탄산화 깊이 측정시, 균열면을 끌을 이용하여 쪼아낸 후 탄산화 깊이를 측정하였으며, 시공 이음부에 대해서는 최대한 신구콘크리트의 표면 차이가 없는 부위를 기준으로 하여, 표면을 쪼아낸 후 시공 이음 면의 탄산화 깊이를 측정하였다.
본 장에서는 도출된 내구적 파괴확률과 사용 기간의 관계를 통하여, 내구수명을 도출하도록 한다. 기존의 이론에서는, (13) 일정시점에서 외부작용외력과 내부저항응력과의 절대치 비교를 통한 결정론적 설계방법 (deterministic design method)이 있으며, 목표 내구 수명 동안 목표파괴확률을 넘지 않게 하는 확률론적 설계 방법(stochastic design method)으로 크게 분류할 수 있다.
본 절에서는 일반적으로 나타나는 피복두께 변동계수 수준인 0.2 및 0.3을 적용하여 내구적 파괴확률의 변화를 분석하도록 한다. 0.
본 연구에서는 대도시에서 탄산화 환경에 노출된 교 각을 대상으로 건전부, 시공이음부, 균열부에 대한 실 태조사를 수행하였다. 실태조사 결과 건전부 콘크리 트, 시공이음부 콘크리트, 균열부 콘크리트에 대한 탄 산화 속도계수를 도출하였으며, 사용기간에 따른 내구 수명을 산정하였다. 한편 실태조사자료를 기본으로 한 피복두께뿐 아니라 피복두께의 변화와 균열폭의 변화에 따른 탄산화 속도계수를 이용하여 건전부 및 취약 부 콘크리트의 내구적 파괴확률을 도출하였다.
실태조사를 통하여 조사된 탄산화 속도를 기준으로 하고, 피복두께를 변화시키면서 내구적 파괴확률의 변화를 분석하였다. 계산결과는 실태조사의 탄산화 속도계수에 피복두께의 변화만 고려한 것이며 그 결과를 Table 5 및 Fig.
한편 시간에 따른 탄산화 깊이와 실태조사 결과를 기본으로 한 피복두께를 확률변수로 선정하여 내구적 파괴확률을 평가하였다.
실태조사 결과 건전부 콘크리 트, 시공이음부 콘크리트, 균열부 콘크리트에 대한 탄 산화 속도계수를 도출하였으며, 사용기간에 따른 내구 수명을 산정하였다. 한편 실태조사자료를 기본으로 한 피복두께뿐 아니라 피복두께의 변화와 균열폭의 변화에 따른 탄산화 속도계수를 이용하여 건전부 및 취약 부 콘크리트의 내구적 파괴확률을 도출하였다. 이러한 확률론을 고려한 내구수명 도출기법은 시공 또는 설계 상의 많은 변동성을 고려할 수 있으며, 대규모의 실태 조사를 통하여 다양한 확률변수를 고려할 수 있다면 합리적인 설계기법이 될 것이라고 예상된다.
대상 데이터
대상구조물은 국내 대도시에 있는 RC 교각으로 준공 후 18년간 사용되고 있는 구조물이다. 시공 당시의 정확한 배합은 알 수 없었으나, 설계도서로부터 설계 강도는 24MPa였으며, 반발경도에 의한 환산 강도 값은 26~ 30MPa의 범위를 나타내고 있었다.
대상구조물인 RC 교각에는 연직방향으로 0.1 ~ 0.2 mm의 균열폭이 존재하였고, 시공이음부를 가지고 있었으므로, 건전부 뿐 아니라 균열부와 시공이 음부에 도탄 산화 깊이를 측정하였다.
이론/모형
즉 피복 두께, 탄산화 깊이 등의 확률변수를 어떠한 정규분포를 가정해야 하는지, 어떠한 표준편차범위를 사용해야 하는지에 대한 연구는 연구자마다 다양하며, 실태조사 값도 다양하게 나타난다. 본 연구에서는 和泉(3) 의 신뢰성 해석을 기본이론으로 하고 있는데, 시간에 따라 증가하는 탄산화 깊이의 변동성과 피복두께의 변동성을 정규분포로 고려하고 있다. Fig.
성능/효과
3) 변동계수를 변화하면서 해석한 결과, 변동계수가 낮을수록 내구적 파괴확률은 매우 빠르게 감소하였으므로, 콘크리트의 피복두께 확보와 품질확보가 내구성 설계에서 매우 중요한 인자임을 알 수 있었다.
11와 같이 내구수명 변화를 도시할 수 있다. Fig. 10에서 알 수 있듯이 탄산화 속도가 매우 낮은 수준이므로 내구수명은 매우 크게 평가되었으나, Fig. 11과 같이 피복두께가 작고 균열폭이 큰 경우에는 내구수명이 급격하게 감소하고 있음을 알 수 있었다. 특히 피복두께 3cm, 균열폭 0.
3으로 변동계수가 감소함에 따라 내구적 파괴확률은 매우 작게 감소하였다. Fig. 12에서는 변동계수 0.2에 대하여 도시하였는데, 피복두께가 5cm인 경우는 내구적 파괴확률이 매우 작은 수준으로 평가되어서 값의 차이가 명확하지 않지만, 피복두께가 3cm인 경우에서는 균열폭 0.4mm, 사용기간 100년시 최대 0.976%의 내구적 파괴확률이 평가되었다.
시공 당시의 정확한 배합은 알 수 없었으나, 설계도서로부터 설계 강도는 24MPa였으며, 반발경도에 의한 환산 강도 값은 26~ 30MPa의 범위를 나타내고 있었다. Table 1 에서는 대상구조물의 노출환경을 나타내고 있으며, 탄산화 깊이 측정시 페놀프탈레인 1% 용액과 디지털 버어니어 캘리퍼스를 사용하여 0.
4mm로 증가하면서 최대 62%의 파괴확률의 증가를 나타내고 있으며 5cm인 경우 40%의 파괴확률의 증가를 나타내고 있다. 한편 피복두께가 3cm, 균열폭 0.1mm의 내구적 파괴확률이 피복두께 5cm, 균열폭 0.4mm보다 높은 내구적 파괴확률을 나타내고 있었다. Fig.
후속연구
한편 실태조사자료를 기본으로 한 피복두께뿐 아니라 피복두께의 변화와 균열폭의 변화에 따른 탄산화 속도계수를 이용하여 건전부 및 취약 부 콘크리트의 내구적 파괴확률을 도출하였다. 이러한 확률론을 고려한 내구수명 도출기법은 시공 또는 설계 상의 많은 변동성을 고려할 수 있으며, 대규모의 실태 조사를 통하여 다양한 확률변수를 고려할 수 있다면 합리적인 설계기법이 될 것이라고 예상된다.
참고문헌 (14)
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