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문제 정의
- Video 촬영은 일반국도(PH지역, BB지역)와 고속국도(SW지역)에서 수행되었다. PH지역과 BB지역은 이전 연구에서 차량중량자료가 수집된 지역이며, SW지역은 중량자료는 수집되지 않았으나 타지역에 비해 교통량이 많고 정체가 자주 발생하는 지역이어서 결과의 신뢰성을 높이기 위해 선정되었다. 또한 Nowak(1993)의 연구 자료도 참고하여 함께 분석하였다.
- 각 차종별 총중량의 확률분포는 상위 20%만의 자료를 이용하여 극한분포로 가정하고, 선형회귀선을 이용하여 100년 최대중량을 예측하였다. 본 논문에서는 이전 논문에서 예측된 차량의 최대중량과 두 대 이상의 차량이 교량상에 동시에 재하되는 경우를 고려하여 최대하중효과를 계산하고 이에 적합한 설계활하중모형을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 신뢰도기반 도로교설계기준을 위한 새로운 활하중모형을 개발하였다. 신뢰도기반의 설계기준을 위해서는 합리적 하중모형과 함께 하중의 통계적 특성의 구축이 중요하다.
- 두 경우 모두 두 대 이상의 차량이 교량에 재하될 확률을 고려하여, 두 대 이상의 차량의 중량을 구하고 이를 반영한 차량활하중모형이 정해지게 된다. 본 연구에서는 직렬의 차량효과를 고려한 하중모형에 대해 연구하였으며, 병렬의 차량효과는 포함하지 않았다. 기존의 WIM이나 BWIM시스템을 이용하여 수집된 자료에 차량도착시간이 있으나 연행의 확률을 구할 수 있을 정도로 정밀한 시간을 잴 수 없었으므로, 본 연구에서는 직접 Video촬영을 하여 자료를 수집하였다.
가설 설정
- 이전 논문에서는 WIM(Weigh-In-Motion)시스템 및 BWIM(Bridge WIM)시스템을 이용하여 수집된 국내 8개 지역의 자료를 분석하여 대표적인 차량의 종류를 구분하였으며 각 차종별 대표적인 크기 및 중량분포를 구하였다. 각 차종별 총중량의 확률분포는 상위 20%만의 자료를 이용하여 극한분포로 가정하고, 선형회귀선을 이용하여 100년 최대중량을 예측하였다. 본 논문에서는 이전 논문에서 예측된 차량의 최대중량과 두 대 이상의 차량이 교량상에 동시에 재하되는 경우를 고려하여 최대하중효과를 계산하고 이에 적합한 설계활하중모형을 제시하고자 한다.
- 수집된 자료로부터 대표적인 차량의 종류를 구분하였으며 각 차종별 대표적인 크기 및 중량분포를 구하였다. 각 차종별 총중량의 확률분포는 상위 20%의 자료를 이용하여 극한분포로 가정되었으며 이 확률분포를 사용하여 100년 최대중량을 예측하였다. 또한 차량이 직렬로 동시에 재하되는 확률을 분석하여 그 중량을 예측하였으며 이에 따른 하중효과를 분석하였다.
- 공칭 하중모형은 그림 10에 근거하여 결정된다. 그림 10은 교량의 수명(100년)동안 발생할 수 있는 최대하중효과로 간주될 수 있으며, 본 연구에서는 공칭하중에 하중계수를 곱한 값(계수하중 또는 극한하중)과 동일하다고 가정하였다. 이에 따라 그림 10의 값을 가정한 활하중계수로 나눈 값과 같은 모멘트비를 갖도록 공칭하중모형을 결정하였으며, 또한 공칭하중모형은 상위 20% 차량자료의 평균중량을 갖는 차량에 의한 효과와 가능한 유사하도록 결정하였다.
- 선행논문의 결과로부터 3장에서 중차량의 최대중량은 극한 제1분포인 Gumbel분포로 가정하였다. 따라서 활하중의 중량에 대한 확률분포함수는 Gumbel분포로 간주하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
- 이와 같은 계산에 의하여 4대까지의 연행차량에 대하여 각 지역별로 계산한 최대중량의 평균값은 표 2와 같으며, 그림 3에 도식적으로 나타내었다. 실제 연행의 확률은 차종 구분없이 구한 값이지만, 본 연구에서는 같은 차종끼리의 연행의 확률로 가정하였다.
- 그림 5는 Code70과 Code91의 두 대의 직렬차량에 의한 단순지지된 보의 중앙점 휨모멘트이다. 여기서 휨모멘트 계산시 차량의 간격은 기존의 연구(김상효 등, 1991)에서 제안된 정체시 선행차량과 후행차량의 범퍼간 최소간격 1.2 m임을 고려하여 선행차량의 마지막 축과 후행차량의 첫번째 축간의 거리를 5 m로 가정하였다. 세로축은 모멘트비로서 차량에 의한 중앙점 최대휨모멘트를 현재 도로교설계기준(2005)의 1등교 활하중인 DB24/DL24에 의한 중앙점 최대휨모멘트로 나눈 것이다.
- 충격하중계수의 평균값은 약 10%정도인데, Nowak(1999)의 연구에 의하면 충격하중의 변동계수는 약 70%정도이다. 이를 활하중의 값으로 환산하여 충격하중의 변동요인을 약 10%로 가정하였다. 네 번째로 구조해석에 관계된 변동요인을 들 수 있다.
- 총중량에 대한 확률분포는 이전 논문에서와 마찬가지로 상위 20%의 자료를 Gumbel분포로 가정하여 구하였다. PH지역의 두 대의 Code 91에 대하여 완전무관확률 1/50을 적용하여 최대중량을 추정하는 계산과정은 다음과 같다.
- 이에 따라 그림 10의 값을 가정한 활하중계수로 나눈 값과 같은 모멘트비를 갖도록 공칭하중모형을 결정하였으며, 또한 공칭하중모형은 상위 20% 차량자료의 평균중량을 갖는 차량에 의한 효과와 가능한 유사하도록 결정하였다. 활하중계수는 일반적으로 하중의 통계적 특성에 따라 결정되는데 본 연구에서 결정된 하중의 통계치는 3.2에 기술되어 있으며, 활하중계수는 1.75로 가정하였다. 제안된 하중모형은 그림 11과 같다.
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