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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 외관이 불량한 배전용 콘크리트전주에 대한 건전도 평가지표를 개발하여 효과적으로 콘크리트전주의 안전성을 확보하여 국민적 불안감을 해소하고 외관불량 콘크리트전주의 교체비용을 절감하는 것이다. 이를 위하여 현장에 설치된 배전용 콘크리트전주의 외관불량 유형 조사, 시료 수집, 상태 조사 및 측정, 전주강도 시험을 통하여 안전율에 통계적으로 유의한 영향을 미치는 요인을 확인하여 건전도 평가지표를 개발하고자 하였다.
- 따라서 본 연구의 목적은 외관이 불량한 배전용 콘크리트전주에 대한 건전도 평가지표를 개발하여 효과적으로 콘크리트전주의 안전성을 확보하여 국민적 불안감을 해소하고 외관불량 콘크리트전주의 교체비용을 절감하는 것이다. 이를 위하여 현장에 설치된 배전용 콘크리트전주의 외관불량 유형 조사, 시료 수집, 상태 조사 및 측정, 전주강도 시험을 통하여 안전율에 통계적으로 유의한 영향을 미치는 요인을 확인하여 건전도 평가지표를 개발하고자 하였다.
제안 방법
- 가로균열은 개수와 폭을 조사 및 측정하였다. 가로균열 개수는 전주 전체에 나타난 가로균열의 수를 조사하였고, 가로균열 폭은 균열 폭 측정자를 이용하여 최대 폭을 ㎜ 단위로 소수점 둘째자리까지 측정하였다.
- 가로균열은 개수와 폭을 조사 및 측정하였다. 가로균열 개수는 전주 전체에 나타난 가로균열의 수를 조사하였고, 가로균열 폭은 균열 폭 측정자를 이용하여 최대 폭을 ㎜ 단위로 소수점 둘째자리까지 측정하였다.
- 망상균열은 전주 둘레에 망상균열이 점유하는 최대비율을 % 단위로 측정하였다.
- 세로균열은 개수, 길이, 폭을 조사 및 측정하였다. 세로균열 개수는 전주 둘레에 나타난 세로균열의 최대 개수를 조사하였고, 세로균열 길이는 줄자를 이용하여 세로균열의 최대 길이를 m 단위로 소수점 둘째자리까지 측정하였으며, 세로균열 폭은 균열 폭 측정자를 이용하여 최대 폭을 ㎜ 단위로 소수점 둘째자리까지 측정하였다.
- 세로균열은 개수, 길이, 폭을 조사 및 측정하였다. 세로균열 개수는 전주 둘레에 나타난 세로균열의 최대 개수를 조사하였고, 세로균열 길이는 줄자를 이용하여 세로균열의 최대 길이를 m 단위로 소수점 둘째자리까지 측정하였으며, 세로균열 폭은 균열 폭 측정자를 이용하여 최대 폭을 ㎜ 단위로 소수점 둘째자리까지 측정하였다.
- 신품 전주는 납품수량에 따라 발취한 수량에 대하여 압축강도와 파단하중을 시험한다. 콘크리트 압축강도는 슈미트해머로 측정하였을 때 일반용과 중하중용은 49.
- 외관불량 배전용 콘크리트전주 53기에 대하여 상태 조사 및 측정, 강도 시험을 시행하고 그 결과를 분석하여 건전도 평가지표를 설정하고 활용 방안을 제시하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 외관불량 콘크리트전주의 강도시험 후에는 파단위치, 파단형태 등을 조사하였다. 파단위치는 지지점으로부터 파단부위 중심까지의 거리를 m 단위로 측정하였다.
- 콘크리트전주 파괴강도 시험 전에 외관불량 상태, 경과년수 및 콘크리트 압축강도를 다음과 같이 조사 및 측정하였다.
- 25m 하부의 하중점에 있는 완철구멍에 볼트를 삽입하고, 하중계가 설치된 와이어를 고정한 후에 콘크리트전주가 파괴될 때까지 서서히 하중을 증가시켰다. 콘크리트전주의 파단하중은 전주가 파괴될 때 하중계에 표시된 최대 하중으로 측정하였다. 콘크리트전주의 안전율(=파단하중/설계하중)은 측정된 파단하중을 설계 하중으로 나눈 값으로 계산하였다.
- 외관불량 콘크리트전주의 강도시험 후에는 파단위치, 파단형태 등을 조사하였다. 파단위치는 지지점으로부터 파단부위 중심까지의 거리를 m 단위로 측정하였다.
- 표면공극의 측정은 공극 면적이 가장 넓은 세로 0.3m의 전주 둘레를 측정영역으로 선정하고, 공극 면적이 큰 20개소를 ㎟ 단위로 측정하여 그 평균면적을 계산하였다.
- 표면풍화는 표면이 마모되어 모래 또는 자갈이 드러난 정도를 표 4에 의거하여 5등급으로 조사하였다.
대상 데이터
- 시료는 비용 절감을 위하여 경기 및 충청권의 현장에 설치되어 있다가 철거되어 인근 불용 콘크리트전주 집하장에 입고된 796기를 대상으로 2011년 8월 23일부터 11월 17일까지 외관상태를 조사하여 각 외관불량 요인이 골고루 포함되도록 총 53기를 표 3과 같이 수집하였다.
- 콘크리트전주 파단하중을 측정하기 위한 강도시험 방법은 KS F 4304[6]를 준용하였으며, 강도시험은 2011년 9월 26일부터 12월 2일까지 시행하였다. 시험 장치는 그림 2와 같이 남양주시와 대전시에 소재한 콘크리트전주 제조회사에서 기존 콘크리트전주 납품 시험에 사용하는 시험 장치를 활용하였다. 콘크리트전주의 설치방향은 가로균열 등 외관불량이 많이 있는 부위가 인장이 되도록 하였으며, 콘크리트전주의 고정을 위하여 표준근입에 의한 지지점(전주 밑에서부터 전주길이의 1/6지점, 단 16m 전주는 2.
데이터처리
- 가로균열의 폭과 개수가 안전율에 미치는 영향을 파악하기 위하여 Minitab 17을 이용하여 다중회귀분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 8과 같다. F통계량에 대한 p=0.
- 가로균열이 없는 전주와 있는 전주가 안전율에 대하여 통계적으로 유의한 차이가 있는지를 확인하기 위하여 독립표본 t-검정을 실시하였으며, 표 9 및 표 10과 같은 결과를 얻었다. 표 10에서 F값이 0.
- 표면풍화와 경과년수는 콘크리트전주의 노후도를 나타내는 변수들이다. 두 변수들을 독립변수로, 안전율을 종속변수로 설정하여 각각의 관계를 파악하기 위하여 회귀분석을 실시하였으며, 그 결과를 표 11과 표 12에 나타내었다. Model 2와 Model 3 회귀식의 설명력이 각각 8.
- 이상의 결과를 종합할 때, 가로균열(없음=0, 있음=1), 세로균열(개수), 망상균열(점유율%), 표면공극(㎟)의 4개 외관불량 요인들과 경과년수(년), 콘크리트 압축강도저하(=60-측정값MPa)의 전주특성 요인들이 콘크리트전주의 강도저하 잠재요인으로 생각된다. 이들 6개 요인들을 독립변수로, 안전율을 종속변수로 설정하고 이들 간의 영향관계를 파악하기 위하여 다중회귀분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 14와 같다.
- 콘크리트전주의 파단하중은 전주가 파괴될 때 하중계에 표시된 최대 하중으로 측정하였다. 콘크리트전주의 안전율(=파단하중/설계하중)은 측정된 파단하중을 설계 하중으로 나눈 값으로 계산하였다.
이론/모형
- 콘크리트전주 파단하중을 측정하기 위한 강도시험 방법은 KS F 4304[6]를 준용하였으며, 강도시험은 2011년 9월 26일부터 12월 2일까지 시행하였다. 시험 장치는 그림 2와 같이 남양주시와 대전시에 소재한 콘크리트전주 제조회사에서 기존 콘크리트전주 납품 시험에 사용하는 시험 장치를 활용하였다.
성능/효과
- F통계량에 대한 p=0.735>0.05로 나타나서 다중회귀식이 유의하지 않으며, 독립변수인 가로균열의 폭과 개수의 유의확률도 각각 p=0.562 및 p=0.735로 α=0.05보다 크게 나타나서 안전율에 통계적으로 유의한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- Model 2와 Model 3 회귀식의 설명력이 각각 8.4%, 16.4%로 나타났고, 표면풍화와 경과년수의 t값이 각각 -2.16과 -3.17이며, 유의확률이 각각 p=0.035, p=0.003으로 α=0.05보다 작게 나타나서 두 변수 모두 통계적으로 유의한 수준에서 안전율에 부(-)의 영향을 미친다고 할 수 있다.
- [1] 강도시험 결과, 17%만이 안전율 규정치인 2.0보다 낮고, 83%는 규정치보다 높게 나타나서 건전도 평가지표 개발의 필요성을 확인하였다.
- [2] 외관불량 요인들이 가장 밀집된 지점이 파단되었으며, 불량정도가 비슷한 경우에는 지지점 또는 보강근이 끝나는 지점에서 파단되었다. 따라서 건전도 평가는 이들 부위를 대상으로 시행하여야 한다.
- [3] 가로균열이 한 개라도 있는 전주가 없는 전주에 비하여 통계적으로 유의한 수준에서 안전율이 낮게 나타났다. 이러한 이유는 미세한 실금의 균열이라도 콘크리트가 이미 인장응력을 상실하였기 때문으로 판단된다.
- [4] 경과년수는 통계적으로 유의한 수준에서 표면 풍화에 정(+)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 콘크리트전주의 노후도는 경과년수로 평가하는 것이 타당함을 알게 되었다.
- [5] 다중회귀분석을 통해 표면공극의 면적이 넓을수록, 가로균열이 있는 경우, 망상균열이 전주둘레에 점유하는 비율이 클수록, 경과년수가 오래될수록, 세로균열의 개수가 많을수록, 압축강도 저하가 클수록 콘크리트전주의 안전율이 저하됨을 알게 되었으며(p<0.05), 다중회귀식에 근거하여 건전도 평가지표를 개발하였다.
- 01로 나타나서 경과년수는 통계적으로 매우 유의한 수준에서 표면풍화에 정(+)의 영향을 미침을 알 수 있다. 결론적으로 경과년수가 오래될수록 표면풍화가 심하게 나타나고, 안전율이 저하된다는 것을 알 수 있다.
- 결론적으로 표면공극의 면적이 넓을수록, 가로균열이 있는 경우, 망상균열이 전주둘레에 점유하는 비율이 클수록, 경과년수가 오래될수록, 세로균열의 개수가 많을수록, 압축강도저하가 클수록 콘크리트전주의 안전율이 저하된다는 것을 알 수 있다.
- 다중회귀분석 결과를 살펴보면, 다중회귀식의 설명력이 65.4%로 매우 높고, F통계량에 대한 유의확률이 p=0.000<0.01이므로 다중회귀식은 매우 유의하다고 할 수 있다.
- 독립변수들 중 가로균열, 망상균열, 표면공극, 경과년수는 통계적으로 매우 유의한 수준에서(p<0.01), 세로균열과 압축강도저하는 유의한 수준에서(p<0.05) 안전율에 부(-)의 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 배전용 콘크리트전주의 외관불량 유형을 한국전력공사 강남지사 인근의 배전용 콘크리트전주 350여기를 대상으로 조사한 결과, 그림 1과 같이 가로균열, 세로균열(접합부결함 포함), 망상균열, 표면공극, 표면풍화로 분류되었다.
- 이상을 종합할 때 가로균열, 세로균열, 망상균열, 표면공극, 표면풍화 등의 외관불량 요인들이 콘크리트전 주의 안전율에 저하에 영향을 미칠 것으로 생각된다.
- 이상을 종합할 때, 신품 배전용 콘크리트전주는 콘크리트의 압축강도와 강재의 인장강도가 안전율을 결정하는 것으로 생각된다.
- 이상의 결과를 종합할 때, 가로균열(없음=0, 있음=1), 세로균열(개수), 망상균열(점유율%), 표면공극(㎟)의 4개 외관불량 요인들과 경과년수(년), 콘크리트 압축강도저하(=60-측정값MPa)의 전주특성 요인들이 콘크리트전주의 강도저하 잠재요인으로 생각된다. 이들 6개 요인들을 독립변수로, 안전율을 종속변수로 설정하고 이들 간의 영향관계를 파악하기 위하여 다중회귀분석을 실시하였으며, 그 결과는 표 14와 같다.
- 따라서 건전도 평가지표의 활용 방안을 건전도 평가점수 150점을 기준으로 다음과 같이 제언하고자 한다. 첫째, 150점 이상의 전주는 강도 부족 전주로 판단하여 양품으로 교체하거나 강도 보강을 하여야 한다. 둘째, 150점 미만의 전주는 강도가 충분하지만 상태의 악화여부를 주기적으로 관찰할 필요가 있다.
- 공극은 콘크리트 구조물에 다음과 같이 두 가지 영향을 미친다. 첫째, 공극분포율이 증가하거나, 공기량이 증가할 때 압축강도가 감소한다[16,17]. 둘째, 공극율이 증가함에 따라 투기성이 큰 폭으로 증가하므로[18], 염화물 이온, 탄산가스 및 물과 같은 유해한 이온들의 이동 경로를 제공하여 중성화가 촉진되어 내부 강재가 부식된다[19∼21].
- 표 10에서 F값이 0.25이고 유의확률이 p=0.622>0.05이므로 등분산을 만족한다고 볼 수 있으며, 등분산이 가정된 상태에서 안전율의 차이추정치는 0.42, t값은 2.28, 유의확률이 p=0.027<0.05 이고, 평균 차이의 95% 신뢰구간에서 0이 포함되지않으므로 대립가설이 채택되었다.
후속연구
- 첫째, 150점 이상의 전주는 강도 부족 전주로 판단하여 양품으로 교체하거나 강도 보강을 하여야 한다. 둘째, 150점 미만의 전주는 강도가 충분하지만 상태의 악화여부를 주기적으로 관찰할 필요가 있다.
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