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탄산화 기반의 한계상태함수를 활용한 지하구조물의 내구성 평가
Durability Analysis of Underground Structure based on Limit State Function Considering Carbonation 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.18 no.3, 2014년, pp.69 - 75  

추진호 (한국시설안전공단) ,  이태종 (한국시설안전공단) ,  윤태국 (한국시설안전공단) ,  이상철 (한국시설안전공단)

초록
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서울지역 28개 지하구조물에 대한 정밀안전진단 결과를 활용하여 제안된 균열집중구간 및 탄산화 기반 한계상태함수를 산정하여 우선적인 보수구간을 선별하고자 하였다. 상태평가를 위해 분할된 503개 쉬트에 대한 균열밀도는 로그정규분포, 탄산화 및 피복은 정규분포의 현장조사 결과를 얻었다. 각 구간별 실시한 강도, 초음파속도, $CO_2$농도, 철근부식도, 염화물함유량 등을 고려할 수 있도록 환경지수를 도입하여 합리적인 보수 우선순위를 제안하고자 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The priority of repair areas are chosen with the probability distribution of 0.3mm wide crack and carbonation induced corrosion. Data is analyzed and evaluated based on the 28 section of Precise Inspection for Safety and Diagnosis (PISD) in seoul. As the crack is distributed in log-normal, the carbo...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 각 구간별로 산정된 지수값들에 대한 명확한 근거 및 연구는 추가적으로 필요하며 합리적인 방법을 사례연구를 통해 검증하고자 하였다.
  • 또한, 환경적인 지수 산정을 위한 예를 통해 본 연구의 가능성을 확인하고자 한다.
  • 본 연구는 기존 정밀안전진단 결과를 반영한 목표년도 지하구조물의 잔존수명을 평가하는 내용이다. 서울지역 정밀안전진단 자료를 반영한 한계상태함수 (g-function)를 설정한 이후에 조사구간에 대한 신뢰성지수 (Reliability Index) 및 내구성 (Durability)를 평가하여 전체 조사 구간 중 우선적인 보수 구간을 합리적으로 판별하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 외관조사상의 균열집중구간과 탄산화에 의한 내구성 평가 결과를 반영한 보수방안을 제안하였다.
  • Duracrete에서 제안되고 있는 구조물의 사용성 (Serviceability)은 ①과 ②, 사용성과 극한파괴 (Ultimate Failure)대해서는 ③, 붕괴 (④)를 나타내는 과정을 내구설계하고 있다. 본 연구에서는 철근부식을 유발할 수 있는 원인 중 균열과 탄산화 진행으로 내구성에 미치는 영향을 정밀안전진단 결과를 이용하여 분석하였다.
  • 지하구조물을 평가하는 항목으로는 균열, 누수, 파손 및 손상, 박리, 층분리 및 박락, 백태, 재료분리, 철근노출, 탄산화, 염화물 함유량, 주변상태 (배수상태, 지반상태, 갱문상태, 공동구상태), 특수조건 등을 고려한 평가를 실시하게 된다. 상태평가의 탄산화와 염화물은 철근부식을 감안한 구조물의 내구성을 판단하는 지표가 되며 본 연구에서는 탄산화로 한계상태함수를 산정하여 내구성 평가를 실시하였다.
  • 서울지역 정밀안전진단 자료를 반영한 한계상태함수 (g-function)를 설정한 이후에 조사구간에 대한 신뢰성지수 (Reliability Index) 및 내구성 (Durability)를 평가하여 전체 조사 구간 중 우선적인 보수 구간을 합리적으로 판별하고자 하였다.

가설 설정

  • 이후 유지관리를 위한 집중구간을 10%로 관리할 경우를 가정하여 이에 대한 외관조사상의 집중구간을 선정하였으며 그 절차는 Fig. 2와 같으며 로그-정규분포함수이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지하 구조물의 내구수명을 좌우하는 요인은 무엇인가? 그에 따라 주변 변형을 최소화하기 위해 변위를 억제하는 다양한 지반보강과 이에 따른 구조물 설계, 시공 및 보강을 실시하게 된다. 지하구조물의 일반적인 보강방법으로 철근콘크리트 구조물을 시공함에 따라 누수 및 지반의 영향으로 지하구조물의 철근 부식문제가 구조물의 내구수명을 좌우하게 된다 (B. Capra et al.
EuroCode에서 제안하고 있는 콘크리트에 대한 내구수명을 평가하는 확률론적인 접근방법은 무엇이 있는가? EuroCode에서 제안하고 있는 콘크리트에 대한 내구수명을 평가하는 확률론적인 접근방법으로 1)탄산화 진행에 의한 부식을 기반한 내구성 평가, 2)염화물 확산농도에 의한 부식을 기반한 내구성 평가, 3) 1),2)를 통합적인 방법에 의한 내구성 평가, 4) 환경요인 분석에 의한 내구성 평가 등의 연구가 수행되어지고 있다. 탄산화에 따른 내구수명 평가는 다양한 분야에서 연구되어 왔다 (Kwon et al.
외관조사상의 균열집중구간과 탄산화에 의한 내구성 평가 결과를 반영할 때 기존 방법과의 어떤 다른점이 있는가? (1) 기존의 구간별 상태평가는 균열, 누수 등의 외관조사에 집중되어진 평가 방법으로 내구성을 병행하여 평가하기에는 현장 시험 개소의 제한으로 미흡한 실정이다. 제안된 외관조사의 균열집중구간 평가 및 신뢰성 지수를 반영한 내구성 평가결과는 구조물 관리주체의 합리적이며 경제적인 유지관리를 실시할 수 있을 것으로 판단된다.
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참고문헌 (18)

  1. B. Capra, J. Le Drogo, and V. Wolff (2006), Reinforced Concrete Corrosion: Application of Bayesian Networks to the Risk Management of a Cooling Tower, J. Phys. IV, France 136, 213-222. 

  2. Brad Violetta (2002), Life-365 Service Life Prediction Model, Concrete International, Dec., 53-57. 

  3. Cornell, C. A. (1969), A Probability Based Structural Code, ACI-Journal, 66, 974-985. 

  4. DARTS (2002), Durable and Reliable Tunnel Structure. Data Report, European Commission, Growths 2000, Project GrD1-25633. 

  5. DuraCrete (2000), Statistical Quantification of the Variables in the Limit State Function, the European Union-brite Euram III. 

  6. EuroCode 1: DIN V ENV 1991 (1991), Grundlangen der Tragwerksplanung und Einwirkung auf Tragweke, Teil 1-4 (English Version). 

  7. Evan, C. Bentz (2003), Probabilistic Modeling of Service Life for Structures Subjected to Chlorides, ACI Materials Journal, Title No. 100-M44, 391-397. 

  8. Hasofer, A. M., and Lind, N. C. (1974), An Exact and Invariant First Order Reliability Format, Journal of Engineering Mechanics, Div. Proc. ASCE, 100(EMI), 111-121. 

  9. Jung, H. J., Kim, G. S. (2010), A Long-term Durability Prediction for RC Structures Exposed to Carbonation Using Probabilistic Approach, Journal of Korea Institute of Safety Inspection, KSMI, 14(5), 119-127 (in Korean with English abstract). 

  10. Kim, J. H., Oh, K. C., Park, S. B. (2008), A Study on Carbonation Velocity for Concrete Structures, Journal of Korea Institute of Safety Inspection, KSMI, 12(2), 163-170 (in Korean with English abstract). 

  11. KISTEC (2011), Guideline of Precise Inspection for Safety and Diagnosis, Tunnel, 1-171 (in Korean). 

  12. KSA, KS F 2712: 2002 Testing Method for Half-cell Potentials of Reinforcing Steel in Concrete. 

  13. Kwon, S. J., and Na, U. J. (2001), Prediction of Durability for RC columns with Crack and Joint under Carbonation based on Probabilistic approach, International Journal of Concrete Structures and Materials, 5(1), June, 11-18 (in Korean with English abstract). 

  14. Kwon, S. J., Park, S. S., Nam, S. H., Lho, B. C. (2008), A Service Life Prediction for Unsound Concrete Under Carbonation Through Probability of Durable Failure, Journal of Korea Institute of Safety Inspection, KSMI, 12(2), 49-58 (in Korean with English abstract). 

  15. Life-365 Service Life Prediction Model (2012), Life-365 Consortium. 

  16. Michael H. F. (2006), Chapter 11-Seminar on the Finite Element Method and the Analysis of Systems with Uncertain Properties. 

  17. Nabil S., Tarek Z. (2010), A Stochastic Diagnostic Model for Subway Stations, Tunnelling and Underground Space Technology, 25, 32-41. 

  18. Peter S., Christoph G., Gesa K. (2004), Assessment and Service Life Updating of Existing Tunnels, First International Symposium, Prague, 189-197. 

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