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고속도로 WIM 데이터의 통계분석을 통한 교량 설계활하중 KL-510의 모멘트 효과 분석
Analysis of Moment Effect of Bridge Design Live Load KL-510 by Statistical Analysis of WIM Data of Expressway 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.29 no.6, 2017년, pp.467 - 477  

백인열 (가천대학교, 토목환경공학과) ,  정길환 (가천대학교, 토목환경공학과)

초록
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현행 국내 교량 설계기준의 활하중 모형인 KL-510의 하중 효과를 실측된 통행자료로부터 통계적으로 추정한 트럭의 연행효과 및 국내외 관련 설계기준이 하중모형과 비교한다. 과적단속 전후에 고속도로에서 측정된 트럭의 중량 자료를 이용하여 설계기준의 활하중 모형 결정과 동일한 과정을 따라서 트럭 중량을 산정하여 그 하중효과를 KL-510과 비교하였다. KL-510은 운행제한중량을 초과하는 트럭을 일부 포함하는 자료로부터 추정한 트럭의 연행에 의한 하중효과와 매우 부합하는 결과를 보였다. KL-510은 미국 AASHTO LRFD의 활하중 모형과 일관성 있는 결과를 주며, 기존 하중 모형인 DB-24보다 하중효과의 비율이 균일하였다. 이 연구의 결과로 가상의 하중 모형인 KL-510에 해당하는 실제 트럭의 조합을 구성하였으며, 향후 공용중인 교량의 평가와 허가차량의 하중계수 보정에 적용할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The live load effect of KL-510 of the current Korean bridge design code is examined by comparing with that of the multiple trucks of which the weights are statistically estimated from measured traffic data as well as with those of the related live load models. The truck weight data measured on the e...

주제어

#한계상태설계법   #연행 트럭 효과   #WIM 자료   #통계적 추정   #교량 설계   #활하중  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 국내 도로법의 운행제한기준인 총중량 40톤(392.4kN)으로 진입중량을 제한하고 있는 고속도로 구간에서 실측된 KECRI[6] 자료를 대상으로 통계 분석을 통하여, 실제 운행하는 국내 트럭의 중량과 복수로 연행하는 효과를 구하고, 활하중계수를 적용하지 않은 KL-510의 하중효과와 비교하는 연구를 수행한다. 또한 KL-510의 하중효과를 기존 DB-24 활하중 및 미국의 HL-93 활하중에 의한 하중효과와 비교하여 새로 도입된 설계활하중의 합리성을 분석한다.
  • 경제의 발전으로 운송량이 증가함에 따라, 중차량이 연행 하는 경우에 교량에 미치는 하중효과가 크므로, 이를 설계에서 반영하기 위하여 트럭과 등분포하중을 동시에 재하시키는 방식으로 국내 도로교설계기준의 활하중 모형인 KL-510이 개발되었다. 이 연구에서는 KL-510과 동일한 하중효과를 주는 국내 대표적인 트럭 차종의 무게와 거리를 구하여 제시하였다. 이 결과는 추후 공용중인 교량에 대한 안전성 평가 및 중량제한을 초과하는 허가차량에 대한 활하중계수의 산정 분야 에서 KL-510과 동일한 효과를 내는 실제 트럭의 참고 값으로 사용할 수 있다.

가설 설정

  • 두 차로에 트럭이 나란하게 병렬로 연행하는 경우에 발생하는 최대 모멘트를 구하기 위해서는 병렬로 주행하는 두 트럭의 중량을 정해야 한다. 이 연구에서는 Nowak[2] 및 Hwang[10]의 연구에서 채택한 방법을 동일하게 적용하여, Table 9와 같은 병렬 주행 확률을 가정한다. 즉, 완전무관인 경우에는 한 차선에 주행하는 매 15번째 트럭에 한 번 꼴로 옆 차선에도 트럭이 나란하게 주행하는 확률이다.
  • 이 연구에서는 계측된 트럭 중에서 중량 상위 10%의 데이터를 이용하여 최대 하중효과를 추정하는데 적용하였으며, 이들의 분포는 제 1형 극치분포(Extreme Type I, Gumbel Distribution)를 따른다고 가정하였다. 이 연구에서는 차종별 중량분포가 정규분포와 로그정규분포에 비하여 극치분포가 더 적합함을 확인하였으며, Hwang[3]의 연구에서 정규분포와 비교하여 극치분포가 더 적합함을 보였으므로 지면 제약 상 참고문헌으로 대신하다.
  • 차량의 중량은 연행 확률에 의하여 구하게 되며, 이 연구에서는 Nowak[2]과 Hwang[3],[4]이 설계기준의 활하중모델을 결정하는 과정에서 적용한 확률을 사용한다. 이와 더불어, 이 연구에서 사용하는 국내 고속도로 WIM 데이터에 사고 상황이나 정체 상황을 적용하여 차량들이 앞뒤 순서 그대로 간격이 좁혀지는 경우를 가정하고, 이에 대한 연행 확률도 참고로 포함시켰다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정밀한 계측자료의 확보가 필요한 이유는? 계측자료를 기반으로 객관적이며 합리적인 분석과정을 통하여 활하중의 크기를 산정하기 위해서는 정밀한 계측자료의 확보가 필수적이다. 최근에 측정된 대표적인 운행트럭에 대한 중량 자료로는 한국도로공사에서 고속 WIM(weigh in motion) 시스템을 사용하여 과적단속을 시범적으로 시행하면서 과적단속 전후의 운행차량의 중량을 측정한 자료가 있다[6].
KL-510은 무엇인가? 현행 국내 교량 설계기준의 활하중 모형인 KL-510의 하중 효과를 실측된 통행자료로부터 통계적으로 추정한 트럭의 연행효과 및 국내외 관련 설계기준이 하중모형과 비교한다. 과적단속 전후에 고속도로에서 측정된 트럭의 중량 자료를 이용하여 설계기준의 활하중 모형 결정과 동일한 과정을 따라서 트럭 중량을 산정하여 그 하중효과를 KL-510과 비교하였다.
활하중계수를 곱하기 전의 KL-510 활하중 모형 자체의 하중효과를 실제 운행하는 트럭과 연관 지어 정의하는 것이 중요한 이유는? 새로 국내에 도입된 설계활하중인 KL-510의 초기 설계적용 과정에서 기존 DB-24 활하중과 지간별로 하중효과에서 차이가 발생하는 이유에 관한 설명이 필요하고, 실제 운행 트럭의 연행에 따른 최대 하중효과를 나타내기 위하여 설계 목적으로 도입된 가상의(notional) 활하중 모형이 주는 하중효과의 크기에 대한 설명이 필요한 시점이다. 이를 위해서는 활하중계수를 곱하기 전의 KL-510 활하중 모형 자체의 하중효과를 실제 운행트럭과 연관시켜서 정의하는 것이 매우 중요하다.
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참고문헌 (10)

  1. AASHTO (2015 AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, American Association of State Highway and Transportation Officials, 7h ed., Washington, D.C. 

  2. Nowak, A.S. (1999) Calibration of LRFD Bridge Design Code, NCHRP Report 368, Transportation Research Board, Washington D.C, pp.B1-B15. 

  3. Hwang, E.S. (2009a) Development of Vehicular Load Model using Heavy Truck Weight Distribution (I), Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.29 No.3, pp. 189-197 (in Korean) 

  4. Hwang, E.S. (2009b) Development of Vehicular Load Model using Heavy Truck Weight Distribution (II), Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.29 No.3, pp. 199-207 (in Korean) 

  5. MLTM (2015) Highway Bridge Design Code (Limit State Design Method), Korea Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs, Seoul (in Korean) 

  6. KECRI (2013) Improvement of Enforcement System for Restricted Access Vehicles in Expressway using the Automatic Measuring Equipment, Korea Expressway Corporation Research Institute, Hwaseong, pp.68-77 (in Korean) 

  7. Yoon, T., Ahn, S.S., Kwon, S.M. and Paik, I. (2016) Estimation of Live Load Effect of Single Truck Through Probabilistic Analysis of Truck Traffic on Expressway, International Journal of Highway Engineering, Vol.18, No.1, pp.1-11 (in Korean) 

  8. MLTM (2006) Vehicle Classification Guide for Traffic Survey by Twelve classes, Korea Ministry of Land, Transportation and Maritime Affairs and Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, Seoul (in Korean) 

  9. KIBSE (2015) Commentary of Highway Bridge Design Code (Limit State Design Method), Korea Institute of Bridge and Structural Engineering, Seoul (in Korean) 

  10. Hwang, E.S. and Nguyen, T.H. (2011) Determination of Multi-Lane Loading Factors for Vehicular Load of Bridges using Weigh-In-Motion Data, International Journal of Highway Engineering, Vol.1 No.4, pp.123-132 (in Korean) 

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