[논문]교량 붕괴율 분석

이일근; 이일용

교량 붕괴율 분석
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일정 지역 교량 붕괴 DB를 활용하여 붕괴 원인을 파악하고 붕괴율과 붕괴확률을 결정하였다. 붕괴 원인을 타연구와 비교하였으며 주요 원인은 수압에 의해 발생함을 알 수 있었다. 매년 발생가능한 교량 붕괴율은 1/4,700정도 였으며, 이 수치는 미국 전역에 적용 가능할 것으로 추정한다. 현행 교량설계법과 비교하기 위해 설계수명 75년 동안의 파괴확률을 계산한 결과 1/63정도로서 LRFD 설계법에서 제시하는 파괴확률 1/5,000보다 높았다. 붕괴된 교량의 준공시점과 설계법 변천에 따른 붕괴율 차이는 확인하기 어려웠다. 미국 전체 교량에 대해 붕괴율을 적용한 결과 매년 87건에서 222건 정도의 붕괴가 발생할 것으로 예상한다.

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문제 정의

본 연구의 목적은 교량 붕괴 확률을 수치적으로 결정하는 것이다. 연구결과는 확률 방법론에 근거한 AASHTO LRFD Bridge Design Specification에도 적용될 것으로 기대된다.

대상 데이터

그중 철도교 1건, 보도교 10건이며 나머지는 92건의 공공 목적으로 관리되고 있는 교량이다. 붕괴율 해석은 이 92건(SD, Sample Data)을 가지고 분석하기로 한다. 92건 중 부분붕괴가 52건이고 완전붕괴가 40건이다.
본 연구에서도 본격적으로 DB가 쌓이게 된 ‘NYSDOT 교량 붕괴 데이터’를 활용하기로 한다. 이외 미연방도로관리청(FHWA)의 NBI(National Bridge Inventory) 데이터를 활용하기로 한다. NBI에서는 6.

성능/효과

(1) 최근에 발생한 미국 내 92건의 붕괴사고를 분석한 결과 기대교량붕괴율은 매년 1/4,700정도이며, 95% 신뢰구간에서는 1/6,900∼1/2,700으로 나타났다.
(3) AASHTO LRFD Bridge Design Specification에서는 붕괴확률을 75년 이내 1/5,000로 규정하고 있지만 실제 교량 붕괴율은 1/63으로 상당히 높은 것으로 나타났다.
(4) 붕괴의 주요 원인은 수압 52%, 충돌 20%, 과적 12% 그리고 열화 7%로 나타났다. 수압에 의한 붕괴율을 반으로 낮출 수 있다면 연 붕괴확률을 1/6,400으로 감소시킬 수 있다.
(5) 분석에 포함되지 않았던 보도교 붕괴 원인의 89%가 횡방향 충돌로 발행하였고, 11%는 시공중에 발생하였다.
Wardhana는 뉴욕주 붕괴 사례를 조사하였다. 1989년에서 2001년까지 교량 붕괴사례 503개를 조사한 결과 53%가 수압(hydraulic)에 의해 발생한 것으로 결론지었다.
이 규정에 따른 적절한 점검으로 수압으로 인해 발생하는 다수의 붕괴를 1/2로 줄일 수 있다면 75년 이내 붕괴확률을 1/85로 감소시킬 수 있다. 결론적으로 수압, 특히 세굴은 교량 붕괴를 감소시킬 수 있는 핵심 인자가 될 것이다.

후속연구

(6) 보다 정확한 붕괴율 모형을 만들기 위해선 더욱 정확한 붕괴 사례 데이터 수집 및 분석이 필요하다. 이를 위해선 연방정부 차원의 규정과 강제력이 필요할 것으로 판단된다.
본 연구의 목적은 교량 붕괴 확률을 수치적으로 결정하는 것이다. 연구결과는 확률 방법론에 근거한 AASHTO LRFD Bridge Design Specification에도 적용될 것으로 기대된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

완전붕괴는 무엇인가?

뉴욕연방교통국(NY DOT) 정의에 따르면 완전붕괴(total collapse)와 부분붕괴(partial collapse)로 구분하고 있다. 완전붕괴는 ‘한 경간 또는 수개 경간의 모든 주요 부재가 심한 변형을 일으켜 통행이 불가능한 상태’를 말하며, 부분붕괴는 ‘한경간 또는 수개 경간의 주요 부재 전부 또는 일부가 심한 변형으로 통행 허용 시 위험할 수 있는 상태’로 정의되고 있다.

AASHTO LRFD Bridge Design Specification에서는 교량 붕괴의 주요 원인을 무엇이라 기술하는가?

교량 붕괴 원인은 많은 교량 기술자의 관심사이다. AASHTO LRFD Bridge Design Specification에서는 교량 붕괴의 주요 원인이 세굴(scour)이라 기술하고 있다. 1847에서 1975년까지 전 세계에서 발생한 교량 붕괴 사례를 조사한 Smith도 세굴을 교량 붕괴의 주요 요인으로 보았다.

뉴욕연방교통국(NY DOT) 정의에 따르면 교량 붕괴는 무엇들로 구분되는가?

뉴욕연방교통국(NY DOT) 정의에 따르면 완전붕괴(total collapse)와 부분붕괴(partial collapse)로 구분하고 있다. 완전붕괴는 ‘한 경간 또는 수개 경간의 모든 주요 부재가 심한 변형을 일으켜 통행이 불가능한 상태’를 말하며, 부분붕괴는 ‘한경간 또는 수개 경간의 주요 부재 전부 또는 일부가 심한 변형으로 통행 허용 시 위험할 수 있는 상태’로 정의되고 있다.

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