본 연구에서는 신뢰성 개념을 도입하여 최근 10년간의 한국도로공사 관할의 교량부재별의 유지보수 이력 데이터를 기반으로 적합한 모수적 수명 분포를 찾고 최대우도법으로 구해진 모수를 이용하여 교량 부재별 평균수명 및 신뢰도를 산정하는 방안을 제안하였다. 교량 부재별의 수명 데이터를 가장 잘 설명하는 모수적 수명 분포형태를 찾기 위해 많이 활용되는 지수분포, 와이블분포, 대수정규분포를 대상으로 분석한 결과 대수정규분포와 와이블분포가 해당 수명 데이터의 특성을 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다. 이 때 모수 추정을 위해서 최대우도법을 사용하였으며, 적합성 검정을 위해서는 AD통계량을 이용하였다. 추정된 모수를 기반으로 교량 부재별 평균수명을 산정한 결과, 강교도장이 18.51년으로 가장 길었으며, 바닥판이 17.56년으로 그 다음 순이었다. 배수시설과 교량받침의 경우 평균수명이 각각 12.27년, 12.57년으로 가장 짧았다. 또한 교량의 평균수명일 때 추정된 신뢰도 지표는 현재 교량 부재별 유지보수 시점이라고 할 수 있다. 교량받침, 바닥판, 하부구조, 배수시설의 경우 다른 부재보다 빠른 시기에 유지보수를 하는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 신뢰성 개념을 도입하여 최근 10년간의 한국도로공사 관할의 교량부재별의 유지보수 이력 데이터를 기반으로 적합한 모수적 수명 분포를 찾고 최대우도법으로 구해진 모수를 이용하여 교량 부재별 평균수명 및 신뢰도를 산정하는 방안을 제안하였다. 교량 부재별의 수명 데이터를 가장 잘 설명하는 모수적 수명 분포형태를 찾기 위해 많이 활용되는 지수분포, 와이블분포, 대수정규분포를 대상으로 분석한 결과 대수정규분포와 와이블분포가 해당 수명 데이터의 특성을 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다. 이 때 모수 추정을 위해서 최대우도법을 사용하였으며, 적합성 검정을 위해서는 AD통계량을 이용하였다. 추정된 모수를 기반으로 교량 부재별 평균수명을 산정한 결과, 강교도장이 18.51년으로 가장 길었으며, 바닥판이 17.56년으로 그 다음 순이었다. 배수시설과 교량받침의 경우 평균수명이 각각 12.27년, 12.57년으로 가장 짧았다. 또한 교량의 평균수명일 때 추정된 신뢰도 지표는 현재 교량 부재별 유지보수 시점이라고 할 수 있다. 교량받침, 바닥판, 하부구조, 배수시설의 경우 다른 부재보다 빠른 시기에 유지보수를 하는 것으로 분석되었다.
This study found a proper parametric life distribution based on maintenance history data of each bridge member under the jurisdiction of the Korea Expressway Corporation for the past 10 years by introducing the concept of reliability and suggested a measure to calculate the mean life and reliability...
This study found a proper parametric life distribution based on maintenance history data of each bridge member under the jurisdiction of the Korea Expressway Corporation for the past 10 years by introducing the concept of reliability and suggested a measure to calculate the mean life and reliability of each bridge member using the parameter obtained with the maximum-likelihood classification. As a result of analyzing the exponential distribution, weibull distribution and log normal distribution being utilized frequently in order to find the parametric life distribution type which well described the life data of each bridge member, it was found that the log normal distribution and weibull distribution described the characteristics of the relevant life data the best. As a result of calculating the mean life of each bridge member based on the estimated parameter, the average life of the steel bridge coating was 18.51 years which was the longest, followed by the bridge deck as 17.56 years. The mean life of the drainage facility and the bridge bearing were 12.27 years and 12.57 years respectively, showing the shortest life.
This study found a proper parametric life distribution based on maintenance history data of each bridge member under the jurisdiction of the Korea Expressway Corporation for the past 10 years by introducing the concept of reliability and suggested a measure to calculate the mean life and reliability of each bridge member using the parameter obtained with the maximum-likelihood classification. As a result of analyzing the exponential distribution, weibull distribution and log normal distribution being utilized frequently in order to find the parametric life distribution type which well described the life data of each bridge member, it was found that the log normal distribution and weibull distribution described the characteristics of the relevant life data the best. As a result of calculating the mean life of each bridge member based on the estimated parameter, the average life of the steel bridge coating was 18.51 years which was the longest, followed by the bridge deck as 17.56 years. The mean life of the drainage facility and the bridge bearing were 12.27 years and 12.57 years respectively, showing the shortest life.
따라서 본 연구는 교량유지관리시스템 기초연구로서, 최근 10년간의 고속도로 교량을 대상으로 조사한 교량의 유지보수 이력데이터를 이용하여 교량부재별 평균 수명 및 고장확률의 산정을 통해 관리자가 보다 효율적으로 유지관리 의사 결정을 할 수 있는 지표를 제시하였다.
제안 방법
본 연구는 교량 부재별의 유지보수 이력자료를 이용하여 적합한 모수적 수명 분포를 파악하고 여기서 구한 모수를 이용하여 교량 부재별의 평균수명을 추정하는 것이다.
본 연구에서는 신뢰성 개념을 도입하여 최근 10년간의 한국도로공사 관할의 교량부재별의 유지보수 이력 데이터를 기반으로 적합한 모수적 수명 분포를 찾고 최대우도법으로 구해진 모수를 이용하여 교량관리시스템(BMS) 기초 자료로 활용할 수 있는 교량 부재별 평균수명, B10수명, 신뢰도 등의 척도를 산정하는 방안을 제시하였다.
본 연구에서는 신뢰성 개념을 이용하여 최근 10년간 실제 고속도로 교량을 대상으로 8개 부재별로 구분하였다. 최적 수명 분포를 추정하기 위해 최대우도법을 이용하였으며, 가장 잘 설명하는 분포형태를 선정하고 추정된 분포를 통하여 교량부재별 공용수명과 기타 지표값을 산정하였다.
대상 데이터
따라서 본 연구에서도 공용 개시 시점에서 교량부재별로 노화에 따라 유지보수 기준(임계값)에 도달한 구간 가운데 유지보수가 이루어진 시점까지를 그 분석 대상으로 하였다.
본 연구에서는 교량 부재별의 파손확률과 평균 수명을 산정하기 위한 사례 분석으로 한국도로공사가 관리하고 있는 고속도로 교량을 대상으로 하였다. 먼저 2004년부터 2013년의 10년간의 고속도로 교량의 유지보수 이력자료를 이용하여 교량받침, 신축이음, 교면포장, 바닥판, 강교도장, 기초, 하부 구조, 배수시설 총 8개 부재로 구분하였다.
본 연구에서는 교량 부재별의 파손확률과 평균 수명을 산정하기 위한 사례 분석으로 한국도로공사가 관리하고 있는 고속도로 교량을 대상으로 하였다. 먼저 2004년부터 2013년의 10년간의 고속도로 교량의 유지보수 이력자료를 이용하여 교량받침, 신축이음, 교면포장, 바닥판, 강교도장, 기초, 하부 구조, 배수시설 총 8개 부재로 구분하였다.
데이터처리
교량 부재별의 수명 데이터를 가장 잘 설명하는 모수적 수명 분포형태를 찾기 위해 많이 활용되는 지수분포, 와이블분포, 대수정규분포를 대상으로 분석한 결과 대수정규분포와 와이블분포가 해당 수명 데이터의 특성을 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다. 이 때 모수 추정을 위해서 최대우도법을 사용하였으며, 적합성 검정을 위해서는 AD통계량을 이용하였다.
성능/효과
또한, 교량의 평균수명일 때 추정된 신뢰도 지표는 현재 교량 부재별 유지보수 시점이라고 할 수 있다. 교량받침, 바닥 판, 하부구조, 배수시설의 경우 다른 부재보다 빠른 시점에 유지보수를 하는 것으로 분석되었다.
56으로 그 다음 순이었다. 배수시설과 교량받침의 경우 평균수명이 각각 12.27년, 12.57년으로 가장 짧았다. 부재별 평균수명일 때 신뢰도를 살펴보면, 교량 받침, 바닥판, 하부구조, 배수시설의 신뢰도가 약 47%, 기초 43%, 교면포장 39%, 강교도장 37%, 신축이음 26%였다.
추정된 모수를 기반으로 교량 부재별 평균수명을 산정한 결과, 강교도장이 18.51년으로 가장 길었으며, 바닥판이 17.56년으로 그 다음 순이었다. 배수시설과 교량받침의 경우 평균수명이 각각 12.
후속연구
마지막으로 교량의 경우 교통량, 축하중 교통량, 제설제 등 여러 환경인자로 인해 수명이 짧아지므로, 이러한 환경인자들이 교량의 수명에 얼마나 영향을 미치는지 향후 연구로 고찰할 필요가 있다.
본 연구에서 제시한 방법론을 이용한다면 교량 유지보수 데이터가 축적되어갈수록 보다 정확한 분석이 가능하며, 관리자가 효율적으로 관리할 수 있는 신뢰도 지표가 될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고장률함수는 무엇을 의미하나?
즉, 고장률함수는 현재의 수명이 그 다음 짧은 기간 동안에 나타날 단위 고장 발생률을 의미하며 양의 실수 값을 가지는 것으로 식 (6)에서 알 수 있는 바와 같이 확률밀도함수의 신뢰도 함수에 대한 비율이며 그 자체는 확률이 아니라는 점에 유의해야 한다(Lancaster, 1990; 도명식, 2010)
대상 교량의 수명특성을 나타내는 지표는?
한편, 대상 교량의 수명특성을 나타내는 지표로 평균수명 (mean life)은 연속확률변수 T의 확률밀도함수가 f(t)일 때, 식(4)와 같이 나타낼 수 있다.
교량의 장기적인 관리전략의 수립이 가능한 유지관리 체계의 구축을 준비하여야 할 것으로 판단되는 근거는?
1995년 성수대교의 붕괴 이후 노후교량의 대규모 개축과 2000년을 전후하여 도로망이 확충되어 국내 도로 교량의 평균수명은 높지 않은 편이다. 그러나 교량의 건설현황에서 알 수 있듯이 공용수명이 20∼30년 이상되는 노후교량의 수가 조만간 급격히 증가할 것이다. 따라서 합리적인 유지관리 의사결정을 위해서 지금부터 자산관리적 관점에서 장기적인 관리전략의 수립이 가능한 유지관리 체계의 구축을 준비하여야 할 것으로 판단된다.
참고문헌 (30)
Ahn, J., Park, J., Lee, D., and Lee, M (2012). "A Study on Asset Valuation Method for Road Facilities Maintenance" Korean Journal of Construction Engineering and Management, KICEM, 13(4), pp. 141-151.
Bae, D. S., and Jeon, Y. L. (1999). "Reliability Analysis" ARKHE.
Do, M. S., and Kim, J. H. (2009). "Asset Evaluation Method for Road Pavement Considering Life Cycle Cost" Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 29(1D), pp. 63-72.
Do, M. S. (2010). "Estimation of Mean Life and Reliability of Highway Pavement Based on Reliability Theory" Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 30(5), pp. 497-504.
Do, M. S., and Kwon, S. A. (2010). "Selection of Probability Distribution of Pavement Life Based on Reliability Method" Journal of the Korean Society of Road Engineers, 12(1), pp. 61-69.
Do, M., Kwon, S., and Back, B. (2012). "Necessity of the Decision Making System for Efficient Road Management" KSRE J. of Road Engineering, 12(4), pp. 23-31.
Do, M., Kwon, S., Lee, S., and Kim, Y. (2014). "Development of the Decision-Making System for National Highway Pavement Management" Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 34(2), pp. 645-654.
Hudson, W., Hass, R. and Uddin, W. (1997). Infrastructure Management, McGraw Hill.
Kang, J., Lee, D., Park, J., and Lee, M. (2012). "A Study on Development of BIM-based Asset Management Model for Maintenance of the Bridge" Korean Journal of Construction Engineering and Management, KICEM, 13(5), pp. 3-11.
KICT (2010). Annual Research Report of the National Highway Pavement Management System 2009.
Kim, S., and Kim, N. (2006). "Development of performance prediction models in flexible pavement using regression analysis method" KSCE J. of Civil Engineering, 10(2), pp. 91-96.
KEC (2012). Pavement Management and Maintenance Manual.
KEC (2010). Exposure Environment Level Manual.
KEC (2011). "A Review of Performance Grade Level Standard of Asphalt"
Kwon, S. W., Jung, K. Y., and Seo, Y. C. (2002). "A Study on Decision Criteria of traffic volumes for Choosing of Modified Asphalt Pavement in Korea National Highway" Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 4(3), pp. 25-33.
Lee, Y., Kim, Y., and Lee, M. (2014). "Basic Study for Effective Management of Repairable Bridge" Proceedings of KICEM Annual Conference 2014, KICEM, pp. 2287-6065.
Loizos, A. and Karlaftis, M. G. (2005). "Prediction of pavement crack initiation from in-service pavements: A duration model approach" J. of the Transportation Research Board, 1940, TRB, pp. 38-42.
Seo, Y., Kim, J., Jeong, K. and Lee, K. (2000). "Development of the Main Algorithm of Pavement Management System for the Korea Expressway System" Proceedings of the KSRE Conference 2000, pp. 133-138.
TRB, NCHRP Report 632 (2009). "An Asset-Management Framework for the Interstate Highway System" Transportation Research Board.
Paterson, W. D. O. (1987). "Road Deterioration and Maintenance Effects, World bank Publications" Washington, USA.
Park, K., Song, J., and Hwang, Y (2014). "Bridge Management System Considering Life-Cycle Cost and Performance of Bridges" Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 62(6), pp. 10-15.
Park, D., Lim, J., and Nam, K (2006). "Life Distribution Concepts and Applications for Engineers" Youngji Publishers.
Park, J., Jo, N., Lee, J., Lee, D., Chae, M., and Kim, K . (2011). "Comparative Analysis of Asset Management in Highway considering LoS - Comparing FHWA vs EX" Proceedings of the KICEM Conference 2011, KICEM, pp. 185-186.
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