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국내 고속도로 교량의 차량 충돌 위험도 평가
Vehicular Collision Risk Assessment on the Highway Bridges in South Korea 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.20 no.5, 2016년, pp.9 - 17  

민근형 (충남대학교 토목공학과) ,  김우석 (충남대학교 토목공학과) ,  조준상 (도로교통연구원) ,  길흥배 (도로교통연구원)

초록
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차량충돌은 가장 빈도가 높은 교량 붕괴의 원인 중 하나로 알려져 있으며, 최근 재해에 대하여 대책 수립 및 관리의 필요성이 공익 안전을 위해 제기되고 있다. 본 연구에서는 차량 충돌로 인한 교량 피해에 대하여 위험도 분석을 실시하였다. 위험도 분석 단계는 세 단계로 구분하였고, 예비위험분석 단계에서는 충돌의 발생가능성을 확인하며, 기본위험분석 단계에서는 발생가능성, 취약성, 중요도에 대한 위험도 점수평가를 통한 위험도 등급을 산정하였다. 마지막 상세위험분석 단계에서는 위험도가 높은 등급에 대하여 상세분석을 실시한다. 본 연구에서는 예비위험분석과 기본위험 단계에 집중하여 위험도 등급 구분을 위한 네 가지의 급간분류법을 적용하였다. 충돌 사례와 분석 결과를 비교하여 적절한 급간분류법을 결정하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 위험도 분석법은 유사한 재난에 대한 대책수립을 위해 사용될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Vehicle collision to bridges has been known as one of the causes of bridge collapse, and the emergency plans and disaster management has been recently emphasized to secure public safety. This study conducted risk assessment of vehicular collision to bridges for highway bridges in Korea. Risk assessm...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 미국의 경우 하상교량이 많은 것을 고려할 때 이는 국내의 실정과는 상이할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 차량의 교량 충돌에 대한 위험도 분석을 하고자 한다.
  • 교량의 자산가치는 유지관리(Maintenance), 개보수(Repair, Rehabilitation), 운영(Operation) 등의 다양한 단계에서 비용을 포함한 가치를 부여하는 절차를 포함한다. 따라서 본 연구에서는 교량의 피해액을 간접적으로 표현하기 위하여 교량의 자산 가치를 사용하였다.
  • 또한, 차량 충돌의 사례를 확인하고 확률분석 및 시뮬레이션 기법 등을 활용하여 차량 충돌에 대해 현재 공용 중인 8425개소의 국내의 고속도로 교량의 위험도 분석를 수행하였다. 또한, 위험도 분석 결과를 실제 사례와 비교하여 차량 충돌의 위험도 분석에 적절한 급간 분류법을 선정하고자 하였다.
  • 본 논문에서는 고속도로 교량 재난발생 분석 및 긴급복구 방안 연구를 수행함에 있어, 교량 붕괴에 영향을 미치는 인적 재해인 충돌에서 차량 충돌(Vehicle Collision)에 대한 인자를 조사하였다. 또한, 차량 충돌의 사례를 확인하고 확률분석 및 시뮬레이션 기법 등을 활용하여 차량 충돌에 대해 현재 공용 중인 8425개소의 국내의 고속도로 교량의 위험도 분석를 수행하였다.
  • 기존 연구 및 자료를 통하여 기준별 상태나 능력이 제시되어있는 인자에 대해서는 문헌을 이용하여 급간을 선정하였으며 기준이 없는 경우에는 공용중인 고속도로 교량의 인자별 자료를 취합하여 앞에서 선정한 4가지 급간분류법의 급간 결정 방법을 통하여 Table 4와 같이 급간별 점수를 부여하였다. 본 연구에서 교각 형식은 종류와 형식이 다양하여 단순한 계산을 위해 배제하였다.

가설 설정

  • 교통량은 교량의 중요성을 평가하는 가장 핵심적인 요소로서 연평균일 교통량(Annual Average Daily Traffic, AADT)으로 표현 가능하다(Kodur, 2013). AADT는 다수의 연구에서 교량의 중요도를 평가 시 필수적으로 고려되며 교량의 경제적 가치는 교통량에 비례하는 것으로 가정하였다. 따라서 국내의 각 교량별 AADT를 조사하여 교량의 중요도 평가를 수행하여야하며 조사한 AADT를 급간 분류법을 통해 아래의 급간별로 점수를 부여하여 위험도 평가를 수행하였다.
  • (2014)는 RC 기둥에 차량충돌하중을 재하 하여, AASHTO LRFD의 기준을 비교 분석하였다. AASHTO LRFD에서는 차량 충격하중을 일정한 전단력으로 가정한다. 그러나 실제로는 차량의 속도 및 질량 등 다양한 변수에 의해 불규칙한 전단력을 보이는 것을 확인하였으며, 주요 변수의 하나로 교각의 세장비를 선정하였다.
  • 충돌방지시설은 차량이 주행 중에 주행차로를 벗어나 도로상의 구조물과의 충돌을 방지하기 위한 보호시설이다. 따라서 충돌방지시설이 설치되어 있으면 충돌에 의한 붕괴가 발생하지 않다고 가정할 수 있으며 이는 PRA단계에서 검토 가능하다. 또한 최근 개정된 도로교 설계기준(2012)에서 차량충돌하중에 대한 내용이 상세하게 규정되었으며, 구조물이 아래와 같이 충돌로부터 보호된 경우 차량충돌하중을 적용시킬 필요가 없다고 제시되어 있다.
  • 먼저 PRA 단계에서는 스크리닝 작업을 통해, 화재 위험도 평가의 필요 여부를 정하게 되며, 두 번째 SRA 단계는 PRA 단계에서 위험도 평가가 필요하다고 분류된 교량에 대해서 위험도 분석을 실시하였으며, 위험도 분석 단계는 화재의 발생가능성(Occurrence), 취약성(Vulnerability), 교량의 중요도 (Importance) 관점으로 접근하였다. 발생가능성의 항목으로는 하부도로 종류, 환경조건, 교량하부 조건으로 가정하였다. 화재에 대한 취약성은 교량에 적용된 주요 재료, 경간 특성, 유지관리 상태, 설계하중을 고려하여 교량하부에서 발생하는 대형화재에 대해 평가하였으며, 교량의 중요도는 교량이 가지는 사회적, 경제적 중요도로 평가한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
한국도로공사에서는 위험 기반 방법론을 무엇으로 정의하고 있는가? 한국도로공사(2013)는 위험 기반 방법론은 구조물에 물리적 피해를 일으킬 수 있는 근원(Hazard)을 정의하고 피해의 가능성과 심각성을 측정하기 위하여 가용한 정보를 체계적으로 활용하여 위험 평가(Risk Assessment)를 수행하고, 이를 기반으로 위험 대응책 및 복구 전략을 제시하는 접근법이라고 정의하고 있다.
국내에서 재난관리시스템 구축 방안을 모색하는 이유는 무엇인가? 미국교통부는 인적 및 자연재해의 잠재적 위협에 대응하기 위해 비상 관리 계획 수립의 필요성을 제시하였다(Bai and Burkett, 2006). 또한 국내에서도 막대한 피해를 가져오는 재난을 예방하고 인적 및 자연 재난 발생 시 피해를 최소화할수 있도록 재난관리시스템 구축 방안을 모색하고 있다(Kim, 2008). 특히 Barker and Puckett(1997)은 (1) 교량은 시스템의 용량을 조절, (2) 길이당 비용이 가장 높음, 그리고 (3) 교량이 붕괴된다면, 교통네트워크도 붕괴되는 이유로 인해 교통 네트워크 중 가장 중요한 구성요소를 고속도로 교량으로 선정 하였다.
위험도 분류에서 급간을 분류하는 것이 핵심 중의 하나인 이유는 무엇인가? 위험도 분류에서 핵심 중 하나는 급간을 분류하는 것이다. 급간이 적절하게 결정된다면 좀 더 신뢰성이 높은 결과를 도출할 것이다. 즉, 급간 분류는 어느정도의 수준을 좋음, 보통, 나쁨의 구간으로 설정할 것인지를 결정하는 방법이다.
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참고문헌 (15)

  1. AASHTO (2012), AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, Customary U.S. Units, 6th Edition. Washington, DC: AASHTO. 

  2. Bai, Y., and Burkett, W. R. (2006), Rapid Bridge Replacement: Processes, Techniques, and Needs for Improvements, Journal of Construction Engineering and Management, 132(11), 1139-1147. 

  3. Barker, R. M., and Puckett, J. A. (1997), Design of Highway Bridges, Wiley. 

  4. Cook, W., Barr, P. J., and Halling, M. W. (2013), Bridge Failure Rate Analysis, Transportation Research Board, Transportation Research Board 92nd Annual Meeting, 13(1249), 1-14. 

  5. Cremona, C., Cordir, P., and Neiers, S. (2012), Application of Risk Analysis for the Preservation of Post-Tensioned Girder Bridge Decks, Bridge Maintenance, safety, management, resilience and sustainability, 2885-2892. 

  6. Kim, G. S. (2008), Model of Road Design and Location of Urban Facilities ofr the Prevention of Disasters, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Korean Society of Hazard Mitigation, 8(3), 59-65. 

  7. Kim, J. H., Yi, N. H., Phan, D. H., Kim, S. B., and Lee, K. W. (2010), Development of Performance Based Resistance Capacity Evaluation Method for RC Compression Member under Vehicle Impact Load, Journal of the Korea Concrete Institute, Korea Concrete Institute, 22(4), 535-546. 

  8. Kodur, V. K. R., and Naser, M. Z. (2013), Importance Factor for Design of Bridges Against Fire Hazard, Engineering Structure, 54, 207-220. 

  9. Korea Expressway Corporation (2013), Development of Fire Risk Assessment Process for Expressway Bridges. 

  10. Korea Infrastructure Safety Corporation (2010), Guideline of Safety Inspection and In-depth Safety Inspection for Structures. 

  11. Lee, J. H., Kim, K., Jeong, Y., and Kim, W. (2015), A Comparison Study of Model Reduction Method with Direct Impact Analysis of Truck-column Collision, Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, Computational Structural Engineering Institute of Korea, 28(6), 675-682. 

  12. Ministry of Land, Infrastructure, and Transport (2014), Statistical year book of MOLIT 2014, Ministry of Land, Infrastructure, and Transport. 

  13. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2012), Limit State Based Highway Bridge Design Code, Korea Road and Transportation Association. 

  14. Sharma, H., Gardoni, P., and Hurlebaus, S. (2014), Probabilistic Demand Model and Performance-Based Fragility Estimates for RC Column Subject to Vehicle Collision, Engineering Structures, 74, 86-95. 

  15. The Korea Transport Institute (2015), An Analysis of Emergency Restoration Plan and Disaster Profiling for Highway Structure, The Korea Transport Institute. 

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