[논문]위험도 지수 기반 중소규모 교량 성능평가 우선순위 결정 방안 제안

이희현; 신병길; 이영일; 김영민

doi:10.11112/jksmi.2019.23.6.70

초록
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본 논문은, 시설물안전법의 적용을 받지 않아 안전사각 지대에 놓여 있는 중소규모 교량들의 유지관리 전략 수립시 기초자료로 활용할 수 있는, 중소규모 교량 성능평가 우선순위 결정 방안을 제시하기 위해 실시하였다. 이를 위해 취약도와 영향도를 기반으로 하는 위험도 지수를 산출하고, 산출된 위험도 지수에 따라 이들 교량들을 성능평가 즉시실시교량, 단기실시교량 및 관찰교량으로 구분하여 제안하고, 실제 공용중에 있는 중소규모 교량에 적용하여 제안한 방안의 현장 적용성을 확인하였다. 연구결과, 여기서 제시된 방안은 향후 중소규모 교량의 유지관리 전략 수립에 적절히 활용되어 중소규모교량 사고 방지 및 유지관리 예산절감에 기여할 수 있을 것으로 판단되었다.

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This paper presents a methodology for priority decision of performance evaluation of small-and-medium-sized highway bridges. This methodology could be used for establishing a maintenance strategy of those bridges which are not liable to the law of the Special Act on the Safety Control and Maintenanc...

This paper presents a methodology for priority decision of performance evaluation of small-and-medium-sized highway bridges. This methodology could be used for establishing a maintenance strategy of those bridges which are not liable to the law of the Special Act on the Safety Control and Maintenance of Establishments and are thought laid under blind spot. The risk index are calculated considering vulnerability and social influence, then the bridges are classified as three types, one requiring immediate evaluation, the other one requiring evaluation within next year, and the third one observing, according to the index. The suggested method was applied to a small bridge under service and its field applicability verified. From this study, it was judged that this methodology could be used appropriately for establishing maintenance strategy and saving the maintenance budget.

주제어

표/그림 (13)

그림 Photo 1 Rupture of Sidewalk at PSC Slab Bridge
표 Table 1 Definition of Small-and-Medium-Sized Bridge
표 Table 2 History of Korean Highway Bridge Design Code
그림 Photo 2 Overall View of Test Bridge
그림 Fig.1 Approximate Dimension of Test Bridge
표 Table 3 Method and Items for Performance Evaluation of the 1st and 2nd Class Bridges by the Present Specific Guidelines
표 Table 4 Outline of Test Bridge
표 Table 5 Results of Performance Evaluation for Test Bridge
표 Table 6 Evaluation Items and Score for Vulnerability
표 Table 7 Evaluation Items and Score for Social Influence
표 Table 8 Classification of Bridges by the Risk Index
표 Table 9 Calculation of Risk Index for Test Bridge
표 Table 10 Target Performance for Small-and-Medium-Sized Bridges

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 별도의 구조해석이나 현장조사 없이, 안전 사각 지대에 놓여 있는 중소규모 교량을 대상으로 네트워크와 프로젝트 레벨에서의 성능목표를 설정하고자 한다.
본 논문의 주요 목적은, 관리주체에서 보유하고 있는 자료만을 이용하여, 별도의 구조해석이나 현장조사 없이, 취약도와 영향도를 산정하고, 이로부터 위험도 지수를 계산하여 네트워크 수준에서 중소교량들의 성능평가 우선순위를 산정하기 위한 방안을 제시하는 것이다. 그리하여 여기서는 취약도와 영향도를 결정하는 항목을 도출하기 위해, 현행 세부지침에서 규정되어 있는 성능평가를 위한 조사항목 및 방법을 검토하였다(KISTEC-3, 2019).

제안 방법

1) 중소규모 교량들에 대해 취약도와 영향도를 고려하여 위험도 지수를 산출하고, 이 위험도 지수에 따라 성능평가 우선실시 교량을 선정하는 방안 및 실시시기를 제안 하였다.
1차적으로 취약도, 영향도를 고려하여 위험도 기반 평가를 통해 네트워크 차원에서 우선순위를 산정하고, 즉각적인 평가를 요구되는 교량의 경우 2차적으로 일평균교통량(ADT, Average Daily Traffic)과 공용연수를 토대로 프로젝트레벨에서의 각 교량의 성능목표(안)을 제시하였다.
앞에서 살펴본 바와 같이, 성능평가 세부지침에는, 교량의 성능을 안전성능, 내구성능 및 사용성능으로 구분하고 있고, 이들 성능 중 안전성능을 가장 중요시하여, 일반 도로교량의 경우, 3가지 성능에 대한 가중치를 약 7 : 2 : 1로 부여 하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 세부지침과의 일관성을 유지하기 위하여 취약도와 영향도 지수에 7 : 3의 가중치를 고려하여 식(1)에 의해 위험도 지수를 계산하고, 계산된 위험도 지수에 따라 교량을 3개의 그룹, 즉, 성능평가 즉시실시 교량, 단기실시 교량 및 관찰교량으로 구분하여 성능평가를 실시하는 시기를 제시하고, 이때 동일 그룹내에서 성능평가 실시 우선 순위는 위험도 지수가 높은 교량부터 하도록 제안하였다.
본 논문에서는, 취약도와 영향도에 적절한 가중치를 부여하여 계산되는 위험도 지수(Risk Index, RI)를 계산하고, 계산된 위험도 지수가 높은 순으로 3개의 그룹, 즉, 성능평가 즉시 실시 교량, 단기실시 교량 및 관찰교량으로 구분하여 성능평가를 실시하는 방안을 제시하였다. 여기서, 즉시실시교량이란 예비비등을 사용하여 우선순위 산정 후 6개월 이내에 성능 평가를 실시해야 하고, 단기실시교량은 다음 연도 이내에 실시해야 되는 교량을 의미한다.
본 연구에서는, 성능평가 우선순위 방법 및 결과의 적정성을 확인하기 위하여, 국도상에 가살된 중소규모 교량 1개소를 선정하여 현행 세부지침에 따라 2종 성능평가를 실시하고, 그 결과를 본 논문에서 제시하는 방법에 의한 우선순위 산정 결과와 비교해 보았다. 연구대상 교량의 개략적인 제원 및 현황은 Photo 2, Table 4 및 Fig.
성수대교 붕괴 이후, 1995년 1월 5일 ｢시설물의 안전관리에 관한 특별법(이하 ‘시특법’이라 한다.)｣이 제정/공포됨에 따라 시설물의 안전관리에 대한 업무를 체계화하고 점검/진단과 유지관리를 전문적으로 수행할 수 있는 법적 체계를 구축하였다.
취약도와 영향도의 가중평균으로 위험도 지수(Risk Index)를 산출하여 평가 우선순위를 산정하는 방안을 제시하였으며, 우선순위 선정방법 및 절차의 적정성을 확인하기 위하여 실 교량을 대상으로 2종 성능평가를 실시한 결과와 비교해 보았다.

대상 데이터

문헌(KICT and KISTEC, 2018)에 의하면, 2017년 12월 기준 33,572개 교량 중, 1, 2종 교량(9,667개)을 제외한 23,905개교량이 본 논문의 대상 교량인데, 이들 교량 중 공용연수 30년이상인 동시에 DB-18 이하로 설계된 교량도 2,849개 있어, 이들 교량의 안전관리가 중요함을 알 수 있다. 문헌(KOCED, 2016)에서는 공용연수 30년 이상이고 C등급 이하인 교량을 노후교량으로 정의하고 있다.

데이터처리

제시한 성능평가 우선순위 산정방안의 적용성을 확인하기 위하여, 3.2절의 성능평가 실시 교량을 대상으로 위험도 지수를 산출하고, 그 결과를 성능평가 결과와 비교해 보았다. 대상 교량에 대한 위험도 지수 산정결과, 이 교량의 위험도 지수는 Table 9에서 알 수 있는 바와 같이 40.

성능/효과

2) 비교적 단시간에 교량의 안전성에 영향을 줄 수 있는 요인으로 정의되는 취약도와, 비교적 장시간에 걸쳐 서서히 교량의 안전성을 위협하는 요인과 교량 폐쇄시 사회⋅경제적으로 큰 영향을 주는 요인 및 교량의 유지관리 부재로 야기되는 민원 등을 고려하는 영향도를 고려하여 성능평가 우선순위를 산정하기 위해서는, 취약도에 가중치 7, 영향도에 가중치 3을 부여하여 우선순위를 산정하면 본 연구의 목적에 부합될 것으로 판단되었다.
3) 공용기간이 오래되고 교통량도 많지 않은 중소규모교량을 1, 2종 교량과 같은 성능목표를 유지토록하는 것은 다소 과도한 유지관리 대책으로 판단되어, 중소규모 교량들에 대해서는 1, 2종 교량에 비해 한 단계 낮은 등급으로 관리하는 방안을 제안하였다.
4) 국도상에 공용중에 있는 중소규모 교량을 선정하여, 2종 성능평가를 실시하고, 그 결과를 본 연구결과와 비교한 결과, 여기서 제시한 성능평가 우선순위 결정방안과 성능목표는 비교적 합리적인 방안임을 알 수 있었다.
Table 3에서, 안전성능은 단기간에 교량의 안전성에 영향을 주는 성능으로 판단되며, 내구성능은 장기간에 걸쳐 교량의 안전성에 영향을 주는 성능이고, 사용성능은 사용자의 편의성과 교량 폐쇄시 미치는 사회적 영향을 판단하는 지표이다. 따라서, 성능평가 우선순위 산정시 고려되는 취약도는 안전성능과 밀접한 관계가 있고, 영향도는 내구성능 및 사용성 능과 밀접한 관계가 있는 것으로 간주할 수 있을 것이다. 세부 지침에서 안전성능, 내구성능 및 사용성능에 대한 가중치는 도로교의 경우 Table 3과 같이, 약 7 : 2 : 1 이므로, 이 연구와 같이 취약도와 영향도를 고려하여 성능평가 우선순위를 산정하기 위해서는 7 : 3 의 가중치를 사용하면 세부지침의 내용과 부합할 것으로 판단된다.

후속연구

이러한 사실로부터 바닥판에서 많은 손상이 발견되고 이로 인해 포장 파손도 빈번하다는 것을 다소 이해할 수 있다. 그러므로, 향후 유지관리시에는 공용연수가 40년을 초과하는 교량의 경우 매우 세심히 관리할 필요가 있을 것으로 판단된다.
본 논문에서 제시한 방법은 실무에 적용되어 유지관리 예산절감 뿐 아니라 중소교량의 안전사고 예방에 널리 기여할수 있을 것으로 판단되나, 저자들의 경험을 토대로 제안한 방법이므로, 지속적으로 보완하여 현업에 맞게 개정하면서 사용할 것을 건의한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	취약도의 정의는 무엇인가?	2) 비교적 단시간에 교량의 안전성에 영향을 줄 수 있는 요인으로 정의되는 취약도와, 비교적 장시간에 걸쳐 서서히 교량의 안전성을 위협하는 요인과 교량 폐쇄시 사회⋅경제적으로 큰 영향을 주는 요인 및 교량의 유지관리 부재로 야기되는 민원 등을 고려하는 영향도를 고려하여 성능평가 우선순위를 산정하기 위해서는, 취약도에 가중치 7, 영향도에 가중치 3을 부여하여 우선순위를 산정하면 본 연구의 목적에 부합될 것으로 판단되었다.
	PSC 슬래브교(2ⓐ12.5m) 보도부 파손의 원인은 무엇인가?	관리주체가 지정한 3종 교량은 법체계에 의해 유지관리를 수행하고 있으나, 대부분의 3종 이하 중소 규모의 교량은 관리주체의 인력부족 및 유지관리 예산부족 등의 문제로 인해 적절하고 체계적인 안전관리가 이루어지지 않은 실정이다.
	성능평가 우선순위의 산정시 합당한 가중치 비율은 무엇인가?	2) 비교적 단시간에 교량의 안전성에 영향을 줄 수 있는 요인으로 정의되는 취약도와, 비교적 장시간에 걸쳐 서서히 교량의 안전성을 위협하는 요인과 교량 폐쇄시 사회⋅경제적으로 큰 영향을 주는 요인 및 교량의 유지관리 부재로 야기되는 민원 등을 고려하는 영향도를 고려하여 성능평가 우선순위를 산정하기 위해서는, 취약도에 가중치 7, 영향도에 가중치 3을 부여하여 우선순위를 산정하면 본 연구의 목적에 부합될 것으로 판단되었다.

참고문헌 (15)

Ministry of Land, Infrastructure and Transportation (MOLIT) (2018), Special Act on the Safety Control and Maintenance of Establishments. (in Korean)
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (KISTEC-1)(2019), Specific Guidelines on the Safety Control and Maintenance of Establishments(Part of Performance Based Evaluation)_Common Requirement, Ministry of Land, Infrastructure and Transportation(MOLIT). (in Korean)
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (KISTEC-2)(2019), Specific Guidelines on the Safety Control and Maintenance of Establishments(Part of Safety Inspection and Precise Safety Diagnosis)_Bridge, Ministry of Land, Infrastructure and Transportation(MOLIT). (in Korean)
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT), Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (KISTEC)(2018), Integrated Bridge Management System - 2017 Operating Work. (in Korean)
Engineer & Human(2018), Newspaper, July 31. (in Korean)
Duck-Yong Ryu, Dong-Woo Yoo, Sung-Young Kim(2013), The Current State of Maintenance on Small Infrastructures, KSCE, 61(6), 2013, pp.45-52. (in Korean)
Korea Construction Engineering Development Collaboratory Management Institute(KOCED)(2016), Establishment of Research Base for Long Life of Aged Bridges by Performance Evaluation, Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement. (in Korean)
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (KISTEC-3)(2019), Specific Guidelines on the Safety Control and Maintenance of Establishments(Part of Performance Based Evaluation)_Bridge, Ministry of Land, Infrastructure and Transportation(MOLIT). (in Korean)
Mori T. Hee-Hyun Lee, Kab-Soo Kyung(2007), Fatigue life estimation parameter for short and medium span steel highway girder bridge, Engineering Structures 29, Elsevier.
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT 2003), Traffic Monitoring System(www.road.re.kr), Ministry of Land, Infrastructure and Transportation(MOLIT). (in Korean)
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (KISTEC-2)(2004), Evaluation of Seismic Performance of Existing Bridges, Ministry of Land, Infrastructure and Transportation(MOLIT) (in Korean)
Earthquake Engineering Society of Korea(EES)(2010), Revision of Guideline on Evaluation and Enhancement of Seismic Performance of Existing Bridges, Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation(KISTEC) (in Korean)
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (KISTEC) (2015), Guideline of Evaluation and Its Commentary on Enhancement of Seismic Performance of Existing Bridges, Ministry of Land, Infrastructure and Transportation(MOLIT) (in Korean)
Korea Infrastructure Safety & Technology Corporation (KISTEC), Korea Railroad Research Institute(KRRI), Construction Technology Consultant (CTC) (2013), Evaluation of Seismic Performance and Retrofitting of High Speed Rail Structures, Korea Rail Network Authority. (in Korean)
Korea Long Life Bridge Center(KLLBC), Construction Technology Consultant (CTC) (2019), Research Report on Precise Safety Diagnosis and Performance Evaluation for A Bridge. (in Korean)

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