탄산화는 지하구조물에서 발생하는 대표적인 열화현상으로 내구성 문제를 야기하며, 이는 보수를 통하여 사용성능을 확보해야 한다. 본 연구는 확률론적인 방법을 고려하여 최적의 보수시기를 도출하며 초기 및 보수조건을 고려하여 복잡한 확률 해석 없이 최적의 보수시기 도출식을 제안하는 것이다. 이를 위해 초기시공에 따른 내구수명, 보수를 통해 연장된 내구수명, 그리고 각각의 변동성을 고려하여 보수횟수를 감소시킬 수 있는 기간을 평가하였다. 각각의 기간을 독립적으로 가정하여 10~50년간의 해석을 수행하였으며, 최적의 보수시기를 평가할 수 있는 식을 회귀분석을 통해 제안하였다. 변동계수의 변화는 보수횟수를 줄이는 데 큰 영향을 주지 못하지만 임계시점에서의 확률변화에 큰 영향을 주었다. 또한 보수재를 통한 내구수명의 증가는 보수횟수를 줄이는 데 큰 역할을 하였다. 제안된 식은 정량적인 수명의 변동성을 정의한다면 효과적인 유지관리 기법으로 사용될 수 있다.
탄산화는 지하구조물에서 발생하는 대표적인 열화현상으로 내구성 문제를 야기하며, 이는 보수를 통하여 사용성능을 확보해야 한다. 본 연구는 확률론적인 방법을 고려하여 최적의 보수시기를 도출하며 초기 및 보수조건을 고려하여 복잡한 확률 해석 없이 최적의 보수시기 도출식을 제안하는 것이다. 이를 위해 초기시공에 따른 내구수명, 보수를 통해 연장된 내구수명, 그리고 각각의 변동성을 고려하여 보수횟수를 감소시킬 수 있는 기간을 평가하였다. 각각의 기간을 독립적으로 가정하여 10~50년간의 해석을 수행하였으며, 최적의 보수시기를 평가할 수 있는 식을 회귀분석을 통해 제안하였다. 변동계수의 변화는 보수횟수를 줄이는 데 큰 영향을 주지 못하지만 임계시점에서의 확률변화에 큰 영향을 주었다. 또한 보수재를 통한 내구수명의 증가는 보수횟수를 줄이는 데 큰 역할을 하였다. 제안된 식은 정량적인 수명의 변동성을 정의한다면 효과적인 유지관리 기법으로 사용될 수 있다.
Carbonation is a representative deterioration for underground structure, which causes additional repair for service life. This study proposes a simplified equation for optimum repair timing without complicated probability calculation, considering initial and repair conditions For the work, initial s...
Carbonation is a representative deterioration for underground structure, which causes additional repair for service life. This study proposes a simplified equation for optimum repair timing without complicated probability calculation, considering initial and repair conditions For the work, initial service life, extended service life through repair, and their COVs(Coefficient of Variation) are considered, and the periods which can reduce number of repair are evaluated. Assuming the two service lives to be independent, the repair timings are derived from 10 to 50 years based on the probabilistic method, and the regression analysis technique for optimum repairing timing is proposed. Decreasing COV has insignificant effect on reducing repairing number but shows a governing effect on changes in probability near the critical repairing stage. The extension of service life through repairing is evaluated to be a critical parameter for reducing repairing number. The proposed technique can be efficiently used for maintenance strategy with actual COV of initial and additional service life due to repairing.
Carbonation is a representative deterioration for underground structure, which causes additional repair for service life. This study proposes a simplified equation for optimum repair timing without complicated probability calculation, considering initial and repair conditions For the work, initial service life, extended service life through repair, and their COVs(Coefficient of Variation) are considered, and the periods which can reduce number of repair are evaluated. Assuming the two service lives to be independent, the repair timings are derived from 10 to 50 years based on the probabilistic method, and the regression analysis technique for optimum repairing timing is proposed. Decreasing COV has insignificant effect on reducing repairing number but shows a governing effect on changes in probability near the critical repairing stage. The extension of service life through repairing is evaluated to be a critical parameter for reducing repairing number. The proposed technique can be efficiently used for maintenance strategy with actual COV of initial and additional service life due to repairing.
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문제 정의
본 연구에서는 탄산화에 노출된 RC(Reinforced Concrete) 구조물을 대상으로 설계인자에 대한 확률론적 수치해석을 수행하였으며, 최적의 보수시기를 해석결과로부터 도출하였다. 시뮬레이션 결과부터 초기 시공된 조건의 내구수명과 보수재로 연장된 내구수명결과를 이용하여 최적화된 보수횟수를 도출할 수 있는 식을 제안하였다.
가설 설정
0.2의 COV를 사용하고, \(T_1\)을 50으로 최대한 길게 가정하였으며, \(T_2\)를 10∼50년으로 변화시키면서 보수시점을 평가하였다.
동일한 COV를 사용하고, \(T_1\)을 40으로 비교적 길게 가정하였으며, \(T_2\)를 10∼50년으로 변화시키면서 보수시점을 평가하였다.
변동계수가 최적의 보수시기에 미치는 영향을 분석하기 위해, \(T_1\)및 \(T_2\)을 모두 20년으로 가정하고 변동계수를 0.1에서 0.4로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 보수비율을 쉽게 이해하기 위해 1회당 보수비용은 100으로 가정하였으며, 그 결과를 Fig.
4로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 보수비율을 쉽게 이해하기 위해 1회당 보수비용은 100으로 가정하였으며, 그 결과를 Fig. 3에 도시하였다.
제안 방법
2로 고정하고 \(T_1\)을 10년으로 \(T_2\)를 10∼50년으로 변화시키면서 도출되는 최적의 보수시점을 평가하였다. 2년 단위로 1회의 보수시점을 평가하고 2회의 보수비용의 중앙값(150)에 도달할 때 까지 해석을 수행하였다.
3. \(T_1\) 과 \(T_2\)를 독립적으로 가정하고 해석결과에 따른 회귀분석을 수행하여 확률해석을 수행하지 않더라도 보수횟수를 1회 줄일 수 있는 식을 제안하였다. 제안된 식은 초기 시공조건에서의 내구수명 (\(T_1\) )과 보수재를 통한 내구수명 (\(T_2\))로 구성되어 있으므로 실험 등을 통하여 수명에 대한 확률변동성이 정의된다면 효과적으로 사용될 수 있다.
동일하게 고정된 0.2의 COV를 사용하고, \(T_1\)을 20으로, \(T_2\)를 10∼50년으로 변화시키면서 최적의 보수시점을 평가하였다.
본 절에서는 10년에서 50년까지 10년 단위로 경과시점을 고정하고 변동계수의 변화에 따른 보수 확률변화를 분석하도록 한다. Fig.
본 절에서는 초기 내구수명 (\(T_1\))과 보수재로 인한 내구수명 (\(T_2\))가 10년에서 50년까지 변화할 때의 \(k\)값의 변화를 종합적으로 분석하도록 한다. 초기 내구수명 (\(T_1\))이 10년에서 50년으로 증가할 때, 보수회수를 줄일 수 있는 최대 기간을 도시하면 Fig.
본 연구에서는 탄산화에 노출된 RC(Reinforced Concrete) 구조물을 대상으로 설계인자에 대한 확률론적 수치해석을 수행하였으며, 최적의 보수시기를 해석결과로부터 도출하였다. 시뮬레이션 결과부터 초기 시공된 조건의 내구수명과 보수재로 연장된 내구수명결과를 이용하여 최적화된 보수횟수를 도출할 수 있는 식을 제안하였다. 제안된 기법은 구조물의 중요도에 따라 목표내구수명이 설정될 경우, 초기 시공조건에 따른 최적의 보수시기를 도출하는데 효과적인 기법으로 사용할 수 있다고 판단된다.
제안된 확률론적 기법은 보수횟수를 줄일 수 있으며, 관련된 시공비 및 탄소량을 절감할 수 있다(TOTAL-LCC 2010). 현재 수준으로는 좌우극한을 이용한 정규분포 함수를 가정하고 있기에 이론적으로 최적 보수시기를 평가할 수 없으므로 수치해석을 통하여 최적의 보수시기를 도출하도록 한다.
성능/효과
1. 결정론적인 방법과 다르게 확률론적인 보수시기 평가를 수행할 경우, 1회의 보수시기를 감축할 수 있다. 초기의 내구수명 (\(T_1\) ) 및 보수재로 인한 내구수명 (\(T_2\) )의 변동계수가 증가할수록 확률론적인 방법은 점차 선형의 형태를 가지는데, \(T_1\) 및 \(T_2\)의 표준 편차가 증가하므로 임계 평균값에 접근하기 전에 파괴확률이 증가하기 때문이다.
2. \(T_1\) 과 \(T_2\)를 10년에서 50년으로 각각 변화시키면서 최적의 보수 시기를 평가한 결과, \(T_2\)의 증가에 따라 최적의 보수시기를 선정할 수 있는 기간이 뚜렷하게 증가하였다. \(T_1\)이 가장 작은 10년일 경우, \(T_2\)가 10년에서 50년으로 연장됨에 따라 4.
Fig. 4에서 알 수 있듯이 사용수명이 시간이 증가할수록 보수회수를 나타내는 확률분포가 우측으로 이동하고 있으며, 분산이 큰 경우는 (COV=0.4) 1~5회까지 보수할 수 있는 폭은 커지지만, 평균에서의 확률이 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 보수재가 확보할 수 있는 내구수명과 이에 따른 변동계수의 설정은 실질적인 유지관리 계획 수립 시 중요함을 알 수 있다.
)의 중요성이 대두되고 있는데, 이는 전생애주기동안 발생하는 비용뿐 아니라, 탄소 발생량을 평가하여 환경부하를 저감시키려는 평가기법이다. 제안된 확률론적 기법은 보수횟수를 줄일 수 있으며, 관련된 시공비 및 탄소량을 절감할 수 있다(TOTAL-LCC 2010). 현재 수준으로는 좌우극한을 이용한 정규분포 함수를 가정하고 있기에 이론적으로 최적 보수시기를 평가할 수 없으므로 수치해석을 통하여 최적의 보수시기를 도출하도록 한다.
후속연구
전반적으로 복잡한 확률 해석 없이 간단한 식으로 최적의 보수횟수를 만족하는 기간을 도출하고 있음을 보여준다. 본 연구에서는 각 단계에서 확보되는 내구수명을 정규분포의 함수로만 가정하였으므로 실제로 적용되는 보수재의 특성을 고려한 최적 확률분포함수의 제시가 필요하다.
시뮬레이션 결과부터 초기 시공된 조건의 내구수명과 보수재로 연장된 내구수명결과를 이용하여 최적화된 보수횟수를 도출할 수 있는 식을 제안하였다. 제안된 기법은 구조물의 중요도에 따라 목표내구수명이 설정될 경우, 초기 시공조건에 따른 최적의 보수시기를 도출하는데 효과적인 기법으로 사용할 수 있다고 판단된다.
\(T_1\) 과 \(T_2\)를 독립적으로 가정하고 해석결과에 따른 회귀분석을 수행하여 확률해석을 수행하지 않더라도 보수횟수를 1회 줄일 수 있는 식을 제안하였다. 제안된 식은 초기 시공조건에서의 내구수명 (\(T_1\) )과 보수재를 통한 내구수명 (\(T_2\))로 구성되어 있으므로 실험 등을 통하여 수명에 대한 확률변동성이 정의된다면 효과적으로 사용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탄산화에 대한 보수시기 평가를 위한 결정론적인 방법의 특징은 무엇인가?
일반적으로 탄산화에 대한 보수시기 평가에 대한 연구는 결정론적인 방법을 이용한다. 이러한 방법은 탄산화 깊이에 대한 정량 적인 지배방정식을 필요로 하며, 내구한계 상태를 정의하여 목표 내구수명동안 소요 성능을 유지하는 것을 기본으로 한다(CEB 1997; Izumi et al. 1986).
탄산화에 대한 지배방정식은 어떻게 발전되어 왔는가?
1986). 탄산화에 대한 지배방정식은 1900년대부터 장기폭로자료를 기반으로 한 반경험적 공식들이 주로 사용되었으나 (Izumi et al. 1986), 1990년대 이후, 공극률, 수화도, 수산화칼슘 생성, 탄산화 반응률 등 초기재령 거동 모델링과 물리-화학적 연성모델을 이용하여 발전되어 왔다(Ishida et al. 1998; Song and Kwon 2007; Papadakis et al.
탄산화는 무엇인가?
1986). 탄산화는 외부의 이산화탄소가 내부로 유입되면서 공극수의 pH가 낮아지고 이로 인해 매립된 철근이 부식하는 지하 구조물의 대표적인 열화현상이다(Izumi et al. 1986).
참고문헌 (17)
CEB. (1997). New Approach to Durability Design, CEB Bulletin 238, 96-102.
CEN. (2004). EN-1992-1-1: Eurocode 2: Design of Concrete Structure, European Committee for Standardization, Brussels, Belgium.
Ishida, T., Chaube, R.P., Kishi, T., Maekawa, K. (1998). Modeling of pore content in concrete under generic drying wetting conditions, Concrete Library of JSCE, 31(564), 275-287.
Izumi, I., Kita, D., Maeda, H. (1986). Carbonation, Kibodang Publication, Japan, 35-88.
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