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.
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.
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...
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 carbonation and cover are in normal distribution. To have rational in repair sections among 503 sheets of underground structure, it is adopted the reliability index as well as the environment factors: strength, sonic speed, $CO_2$ concentration, corrosion, and content of chloride.
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 carbonation and cover are in normal distribution. To have rational in repair sections among 503 sheets of underground structure, it is adopted the reliability index as well as the environment factors: strength, sonic speed, $CO_2$ concentration, corrosion, and content of chloride.
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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.
제안 방법
28구간의 지하구조물에 대한 정밀안전진단을 수행하였고 관리주체의 보수 우선순위 결정을 위한 근거 자료가 필요하였다.
Step 1: 전 구간에 대한 외관조사를 실시하여 정밀정검 및 정밀안전진단 세부지침에 의해 균열등급에 따른 평가를 실시하며 이후에 0.3mm 이상의 집중구간을 선정한다.
각 구간에 대한 탄산화속도계수를 5년 전의 평균값을 이용하여 Fig. 4와 같이 각 구간별 탄산화속도계수를 산정하였다. 계산된 탄산화속도계수를 이용하여 구간별 목표년도의 탄산화 평균을 계산하였다.
각 구간에서 실시된 내구성 평가 항목 중 탄산화평가를 위한 탄산화 진행 및 철근피복에 대한 자료를 분석하여 새롭게 접근한 반연계적모델로 산정한 신뢰성지수로 내구성 평가방안을 제안하였다.
건식으로 직경 43mm 코어를 채취한 후 쪼개어 3점 이상의 위치에서 탄산화 진행을 Fig. 3과 같이 측정하였으며 보수여부, 습윤 여부를 병행 분석하여 자료에 대한 분석 신뢰도를 향상하고자 하였다. 탄산화의 직접적인 영향인자를 판단하기 위한 CO2 농도 및 온⋅습도를 측정하였으며 개인측정오차를 줄이기 위해 조사자를 지정하여 실시하였다.
95의 값을 적용하였다. 또한, 콘크리트 내부를 투과되어 측정되는 초음파속도 값도 위와 같이 기존의 측정값과의 차이를 열화요인으로 판정되는 지수로 산정하였다.
본 연구에서 제안된 반연계적 해석은 목표설정 시간마다 해석을 수행하여 적용된 시간의 신뢰성지수를 결정하게 된다.
본 연구에서는 탄산화 가속시험 (Accelerated Carbonation Test)을 통한 현장 탄산화 측정값의 보정은 Duracrete에서 제안한 값을 적용하였으며, CO2의 외기농도, 탄산화 깊이, 철근피복 등은 현장조사 결과를 반영하였다.
서울 지역의 지하구조물 28개소 (정거장을 제외한 본선 구간을 경계로 분할하여 구간으로 산정)에 대한 정밀안전진단을 실시하였다. 각 구간에서 실시된 내구성 평가 항목 중 탄산화평가를 위한 탄산화 진행 및 철근피복에 대한 자료를 분석하여 새롭게 접근한 반연계적모델로 산정한 신뢰성지수로 내구성 평가방안을 제안하였다.
외관조사상의 중점구간을 선정하여 열화에 대한 진행정도를 육안으로 확인하였으며 정밀안전진단 시 수행된 비파괴 시험을 통해 각 구간에 대한 탄산화에 따른 100년 내구성의 신뢰성지수를 산정하여 우선적으로 보수가 필요한 구간을 Fig.
철근콘크리트 피복은 RC-radar (NJJ-95A), Ferroscan, G.P.R를 이용하여 외관조사에서 구분되는 Sheet별 평가구간 (보통 30m)에 측벽 (바닥에서 1.2~1.5m의 높이) 10m 연장을 측정하여 1m간격마다 분석한 철근피복 자료를 분석하여 정리하였으며 Fig. 5와 같다.
탄산화의 직접적인 영향인자를 판단하기 위한 CO2 농도 및 온⋅습도를 측정하였으며 개인측정오차를 줄이기 위해 조사자를 지정하여 실시하였다.
데이터처리
계산된 탄산화속도계수를 이용하여 구간별 목표년도의 탄산화 평균을 계산하였다.
이론/모형
지하구조물이 시공된 위치의 CO2 농도 및 자연전위는 열화환경을 평가할 수 있어 정밀안전진단에서는 KS F 2712(2002)에 근거하였으며 그 이전의 자료에 대해서는 ASTM C876-80의 기준으로 부식확률이 높은 경우에 대해 0.90, 90% 이상 부식확률이 있으나 상반된 결과도 조사되는 경우 0.9, 그 이외의 양호한 경우는 1.0을 적용하였다.
성능/효과
각 구간의 박스구조는 21MPa, 터널은 18MPa의 설계강도로 시공되어 금년도에 실시된 일축압축강도 및 비파괴강도가 기존 2002년, 2008년에 분석된 값의 최대값 보다 작은 경우, 설계기준에는 부합되나 열화요인을 감안할 수 있도록 0.95의 값을 적용하였다.
본 연구에서 실시한 정밀안전진단 구간 내 건축한계 및 내공단면은 확보되어 사용성을 확보하고 있는 것으로 분석되었다. 터널라이닝은 향후 GPR결과를 반영한 시공성 평가도 진행될 계획이다.
채취된 코어를 이용한 단위중량, 시멘트함유량을 고려하여 전염화물 농도를 산정하였으며 전 구간에 대한 허용기준을 만족하고 있는 것으로 분석되었다.
후속연구
(2) 탄산화 진행에 의한 부식을 기반한 상태함수는 지하구조물의 내구성 평가에 적용이 용이하며 지속적인 안전점검 및 정밀안전진단결과의 자료를 업데이트하는 식으로 표본수를 늘려 향후 평가의 신뢰도를 높일 수 있을 것 판단된다.
(3) 상태평가 또는 신뢰성지수만으로 구조물 보수 우선순위를 결정하기보다는 다양한 분석결과를 바탕으로 제안된 내구성 신뢰성지수를 반영하여 책임기술자 판단의 합리성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
Step 4: Step 3에 환경지수를 고려한 분석도 가능하며 향후 조건변화 및 환경지수값의 변화에 대한 검증이 필요하다.
제안된 외관조사의 균열집중구간 평가 및 신뢰성 지수를 반영한 내구성 평가결과는 구조물 관리주체의 합리적이며 경제적인 유지관리를 실시할 수 있을 것으로 판단된다.
터널라이닝은 향후 GPR결과를 반영한 시공성 평가도 진행될 계획이다.
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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