[논문]상태평가와 내하성능평가를 통한 소규모 노후교량의 유지관리 적정성 분석

이후석; 노화성; 선종완; 박경훈

doi:10.5762/kais.2019.20.2.59

상태평가와 내하성능평가를 통한 소규모 노후교량의 유지관리 적정성 분석
Analysis of Appropriateness for Maintenance of Aged Small Bridges based on Condition and Load Carrying Capacity Evaluation 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.2, 2019년, pp.59 - 66

이후석 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) , 노화성 (전북대학교 토목공학과) , 선종완 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) , 박경훈 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부)

초록
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현재 시설물 안전 및 유지관리에 관한 특별법에 의하면 소규모 교량은 육안점검 위주의 정기점검만 실시하고 있다. 특히 공용년수 30년 이상의 교량은 노후화에 따라 개축여부에 관한 의사결정이 필요하지만 외관상태만으로 결정해야 하는 상황이 발생하여 안전적인 유지관리의 측면에서 미흡한 부분이 있다. 본 논문에서는 기존의 교량 점검시 사각지대에 있는 일반국도의 공용년수 30년 이상의 소규모 노후교량 12개소에 대해서 육안점검을 통한 상태평가와 차량재하실험을 통한 내하성능평가를 수행하였다. 정기적인 내하성능평가를 수행하지 못하는 소규모 교량들에 대해서 육안점검을 통해 결정된 상태등급과 교량의 내하성능평가 결과를 비교하여 개축 여부 의사결정과 관련된 유지관리의 적정성을 검토하였다. 검토결과 대상 교량 중 2개소가 상태평가 결과 안전에 이상이 없는 것으로 나타났으나 내하력이 부족한 것으로 나타났다. 이것은 육안점검만으로 소규모 노후교량에 대해 안전성을 판단하고 개축에 관한 의사결정을 수행하는 것은 유지관리에 미흡한 부분이 발생할 수 있다는 나타낸다. 따라서 소규모 노후교량의 유지관리를 위해서는 상시 계측 및 내하성능평가에 대한 추가적인 연구와 교량관리시스템의 이용을 통해 가 필요한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Small bridges carry out only general inspections based on visual inspection. The Bridges with more than 30 years of public use need to be decided on whether or not they will be reconstruction according to aging. However, there are some situations that need to be determined only by appearance condition, which is insufficient in terms of safety maintenance. In this paper, the condition evaluation and the load carrying capacity evaluation were carried out for aged small bridges. A comparison of the evaluation results was conducted to examine the appropriateness of the maintenance related to the decision making of the reconstruction. As a result of reviewing, two of the bridges showed that there are no abnormality in the safety of the state evaluation, but the load capacity were insufficient. Thus evaluation the safety and performing the reconstruction decision of aged small bridges by visual inspection alone with may cause problems. Therefore, it is necessary to carry out additional research on the ambient measurement and load carrying capacity evaluation for the maintenance of the bridges, and to supplement it through application of the bridge management system.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. Properties of bridges
그림 Fig. 1. Results of visual inspection (a) corrosion of bearing (Br.10) (b) corrosion and white efflorescence of deck (Br.1) (c) spalled of cross beam (Br.2) (d) crack of pavement (Br. 11) (e) clog of drainage (Br.12) (f) water contact erosion of pier (Br.3)
표 Table 2. Criteria for evaluating condition rating of bridge/element based on damage score [7]
표 Table 3. Results of condition evaluation
그림 Fig. 2. Vehicle loading test (a) installation of sensors (b) static loading test
그림 Fig. 3. Positioning of sensors
그림 Fig. 4. Responses of the Br. 2 (a) static displacement (b) strains (c) dynamic displacement (d) accelerations (e) FFT
그림 Fig. 5. Comparison of evaluation results
표 Table 4. Results of load carrying capacity evaluation

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 기존의 교량 점검시 사각지대에 있는 일반국도의 공용년수 30년 이상의 소규모 노후교량 12개소에 대해서 육안점검을 통한 상태평가와 차량재하실험을 통한 내하성능평가를 수행하였다. 정기적인 내하성능평가를 수행하지 못하는 소규모 교량들에 대해서 육안점검을 통해 결정된 상태등급과 교량의 내하성능평가 결과를 비교하여 개축 여부 의사결정과 관련된 유지관리의 적정성을 검토하였다.

제안 방법

2의 5개 거더에 계측기 설치위치를 나타낸 것이다. 가장 외측 거더와 중앙부거더, 중앙부 인접 거더에 변위계측기(DT1, DT2, DT3)를 차례대로 설치하였으며, 변형률계는 중앙부 거더와 변위계측기가 설치되는 않은 다른 두 개 거더의 상부와 하부에 두 개씩 총 6개(S1～S6)를 설치하였다. 가속도 계측기는 중앙부와 가장 외측거더(A1, A2)에 설치하였다.
따라서 부재단면의 손상정도를 정량적으로 평가하기가 어려움을 고려하여 공칭강도의 산정시에는 현재상태에 따른 단면감소와 재료강도를 고려하고 강도감소계수는 설계시의 값을 그대로 사용하였다. 고정하중과 활하중에 의한 단면력은 현재 작용하고 있는 고정하중과 현행 도로교 설계기준의 설계활하중(DB 또는 DL하중) 및 콘크리트 구조설계기준을 사용하여 구조해석을 통하여 구하였다. 두 가지 내하성능평가 방법 중 허용응력법에 관한 설명은 본 논문에서는 생략하였으며 강도설계법에 의한 내하력 평가방법은 다음과 같다.
공용년수가 30년 이상인 소규모 노후교량 12개소에 대해서 탄산화와 염화물시험을 제외한 육안점검을 통해 상태평가를 수행하였다. 또한 차량재하실험을 통한 내하성능평가를 수행하고 두 평가 결과를 비교 분석하였다.
교량의 상태평가는 육안점검을 통해 시설물의 각 부재에서 발견한 결함, 손상, 열화 등을 근거로 평가하고 상태등급은 세부지침의 상태평가 기준 및 절차에 따라 조사·평가하였다.
그러나 정기적 정밀점검 및 안전진단을 수행하지 않은 대상교량들은 기존의 내하성능평가 결과가 존재하지 않아 도면을 통해 교량의 수치해석모델을 만들어 평가에 필요한 값들을 계산하여 사용하였다.
내하성능평가는 허용응력법과 강도설계법을 부재에 맞게 적용하여 수행하였다. 단면강도는 단면의 현재 상태에 따라 재료강도와 단면손실 등을 고려하여 도로교설계기준의 공칭강도와 강도감소 계수를 적용하여 계산하였다.
내하성능평가는 허용응력법과 강도설계법을 부재에 맞게 적용하여 수행하였다. 단면강도는 단면의 현재 상태에 따라 재료강도와 단면손실 등을 고려하여 도로교설계기준의 공칭강도와 강도감소 계수를 적용하여 계산하였다. 부재강도 감소계수는 부재강도의 산정에 있어서 재료강도에 대한 불확실성, 설계와 시공단면의 오차 등을 고려하는 계수이나 내하성능평가시에는 불확실성이 상당히 감소하므로 공용중에 부재단면의 손상정도에 따라 결정되어야 한다[7].
공용년수가 30년 이상인 소규모 노후교량 12개소에 대해서 탄산화와 염화물시험을 제외한 육안점검을 통해 상태평가를 수행하였다. 또한 차량재하실험을 통한 내하성능평가를 수행하고 두 평가 결과를 비교 분석하였다. 대상교량들은 상태평가결과 환산도지수가 0.
그러나 정기적 정밀점검 및 안전진단을 수행하지 않은 대상교량들은 기존의 내하성능평가 결과가 존재하지 않아 도면을 통해 교량의 수치해석모델을 만들어 평가에 필요한 값들을 계산하여 사용하였다. 모델들은 수행된 재하실험에서 계측된 데이터를 이용해 동일한 차량하중을 가하는 수치해석을 수행하여 모델의 정확성을 검증하였다. 차량재하실험과 수치해석을 통해 충격계수, 내하율, 응답보정계수를 계산하여 각 교량의 내하성능을 평가하였다.
교량의 상태평가는 육안점검을 통해 시설물의 각 부재에서 발견한 결함, 손상, 열화 등을 근거로 평가하고 상태등급은 세부지침의 상태평가 기준 및 절차에 따라 조사·평가하였다. 부재별 상태평가 기준은 부재의 중요도를 감안하여 전체 상태평가 기준과 부합하도록 조정하고 부재별 가중치를 적용하여 결함도 점수(Damage score)를 구하였다. 결함도 점수는 시설물 전체의 상태평가 결과를 산정하기 위한 기준값이며, Table.
2(b)는 차량 재하를 통해 정적재하시험을 하는 전경이다. 전체 교량 중거더교에는 변위, 변형률, 가속도 계측기를 모두 설치하였으며, 슬래브 교량과 라멘 교량의 경우에는 변위와 가속도만을 계측하였다.
본 논문에서는 기존의 교량 점검시 사각지대에 있는 일반국도의 공용년수 30년 이상의 소규모 노후교량 12개소에 대해서 육안점검을 통한 상태평가와 차량재하실험을 통한 내하성능평가를 수행하였다. 정기적인 내하성능평가를 수행하지 못하는 소규모 교량들에 대해서 육안점검을 통해 결정된 상태등급과 교량의 내하성능평가 결과를 비교하여 개축 여부 의사결정과 관련된 유지관리의 적정성을 검토하였다.
지침에 따라 교량의 내하성능을 평가하기 위해 탄성 거동에 영향을 주지 않는 크기의 차량하중을 직접 재하하여 설치한 계측기를 통해 거동을 계측하였다. Fig.
차량의 정적재하는 부재의 최대변형과 처짐이 발생되도록 위치를 결정하여 수행하였으며, 동적재하의 경우에는 차량의 속도를 10km/h에서 각 교량의 도로구간별 규정속도까지 10km/h씩 증가시켜가며 수행하였다.
모델들은 수행된 재하실험에서 계측된 데이터를 이용해 동일한 차량하중을 가하는 수치해석을 수행하여 모델의 정확성을 검증하였다. 차량재하실험과 수치해석을 통해 충격계수, 내하율, 응답보정계수를 계산하여 각 교량의 내하성능을 평가하였다. Table 4는 평가 결과를 정리하여 나타낸 것으로 교량 2개소에서 공용내 하력이 설계내하력 보다 낮게 나타났다.

대상 데이터

상태등급 평가와 내하성능을 평가하기 위해 선정된 교량은 일반국도에서 준공된 지 30년이 이상 소규모 교량 12개소이다. 선정된 교량들은 25m 단경간 교량 1개소를 제외하고는 경간장 20m이하의 소규모 교량들이다.
상태등급 평가와 내하성능을 평가하기 위해 선정된 교량은 일반국도에서 준공된 지 30년이 이상 소규모 교량 12개소이다. 선정된 교량들은 25m 단경간 교량 1개소를 제외하고는 경간장 20m이하의 소규모 교량들이다. 교량의 상부구조형식은 RC슬래브교량이 7개소, PSCI형교가 4개소, 라멘교가 1개소로 구분되었다.

이론/모형

선정된 대상 교량들에 대하여 육안점검을 실시하여 안전점검 및 정밀안전진단세부지침[7]에 따라 상태평가를 수행하였다. 교량의 상태평가는 육안점검을 통해 시설물의 각 부재에서 발견한 결함, 손상, 열화 등을 근거로 평가하고 상태등급은 세부지침의 상태평가 기준 및 절차에 따라 조사·평가하였다.

성능/효과

대상교량들은 상태평가결과 환산도지수가 0.26～0.44범위에 분포하여 상태등급 C등급으로 평가되었으며 이는 지침에 의하면 안전에는 이상이 없는 보통이상의 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났다.
각 교량별 상부구조형식은 한 종류였기 때문에 모든 교량의 연장비는 1로 동일하였다. 육안점검에서 제외된 기초를 제외하고 각 평가 부재의 환산결함도 지수 평가 결과를 나타냈으며 최종 결함도 지수는 0.26～0.44의 범위에 분포되어 상태등급 C등급의 안전에는 이상이 없는 보통 이상의 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났다.

후속연구

그러나 향후 지속적으로 늘어나게 될 소규모 노후교량에 대해서 한정된 예산으로 정밀점검 또는 정밀안전진단을 정기적으로 수행하기에는 어려움이 있다. 따라서 소규모 노후교량의 안전한 유지관리와 개축에 관한 적절한 의사결정을 위해서는 현재 규정상 정기적인 정밀점검 및 안전진단이 수행되지 않는 현황을 보완하기 위한 방법으로 지속적인 거동계측을 통해 상시 내하성능평가를 수행하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 또한 소규모 노후교량의 유지관리를 위해서는 수행된 안전점검 및 정밀안전진단의 결과를 교량관리시스템 등을 이용하여 반드시 저장하고 지속적인 유지관리에 활용해야 한다.
따라서 소규모 노후교량의 안전한 유지관리와 개축에 관한 적절한 의사결정을 위해서는 현재 규정상 정기적인 정밀점검 및 안전진단이 수행되지 않는 현황을 보완하기 위한 방법으로 지속적인 거동계측을 통해 상시 내하성능평가를 수행하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 또한 소규모 노후교량의 유지관리를 위해서는 수행된 안전점검 및 정밀안전진단의 결과를 교량관리시스템 등을 이용하여 반드시 저장하고 지속적인 유지관리에 활용해야 한다.
따라서 현재 시설물안전법에 의해 수행되는 교량의 점검 및 진단에서 상대적으로 소홀해지는 종별 이외의 노후교량의 경우 공용년수가 30년 이상이 될 때 정밀점검 이상의 점검 또는 진단이 수행하는 것이 교량의 유지 관리에 적절할 것으로 판단된다. 또한 수행된 안전점검 및 진단의 결과는 교량관리시스템 등을 이용하여 반드시 저장하고 향후 유지관리에 활용되도록 해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	교량의 상태평가란 무엇인가?	선정된 대상 교량들에 대하여 육안점검을 실시하여 안전점검 및 정밀안전진단세부지침[7]에 따라 상태평가를 수행하였다. 교량의 상태평가는 육안점검을 통해 시설물의 각 부재에서 발견한 결함, 손상, 열화 등을 근거로 평가하고 상태등급은 세부지침의 상태평가 기준 및 절차에 따라 조사․평가하였다. 부재별 상태평가 기준은 부재의 중요도를 감안하여 전체 상태평가 기준과 부합하도록 조정하고 부재별 가중치를 적용하여 결함도 점수(Damage score)를 구하였다.
	결함도 점수란 무엇인가?	부재별 상태평가 기준은 부재의 중요도를 감안하여 전체 상태평가 기준과 부합하도록 조정하고 부재별 가중치를 적용하여 결함도 점수(Damage score)를 구하였다. 결함도 점수는 시설물 전체의 상태평가 결과를 산정하기 위한 기준값이며, Table.2 의 결함도 점수 범위에 따른 기준을 적용하여 시설물 전체에 대한 상태평가 결과를 구하였다.
	소규모 교량의 유지관리 측면에 미흡한 부분이 발생될 수 있는 이유는 무엇인가?	그러나 3종 시설물과 3종 시설물에 지정되지 못한 소규모 교량들은 기존과 동일하게 육안점검 위주의 정기점검만을 받게 되고 1, 2종 시설물과는 달리 정밀안전점검, 정밀안전진단 및 성능평가의 정기적인 수행은 제외된다. 특히 소규모 교량의 경우 공용년수가 30년이 경과되면 노후화로 인한 개축여부에 관한 의사결정이 필요함에도 불구하고 외관(상태)만으로 결정하는 문제를 발생시킨다. 이는 노후 교량이 증가되는 최근 상황에서 소규모 교량의 유지관리 측면에 미흡한 부분이 발생될 수 있음을 의미한다.

참고문헌 (7)

Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTM), Special Act on The Safety Control and Maintenance of Establishments (in Korean), 2018.
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H. Lee, H. Roh, K. H. Park, "Load Carrying Capacity Evaluation of Single Span Bridge using Impact Factor Response Spectrum", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (in Korean), Vol. 17, No. 12, pp.730-736, 2016. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.12.730

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H. Roh, H. Lee, K. H. Park, "Development of Impact Factor Response Spectrum based on Frequency Response of Both Ends-Fixed Beam for Application to Continuous Bridges", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (in Korean), Vol. 17, No. 12, pp.301-306, 2016. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.12.301
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTM) and Korea Infrastructure Safety and Technology Corporation (KISTEC), Specific Guidelines of Safety Inspection and In-depth Safety Inspection of Bridges (in Korean), 2012.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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