[논문]노후 콘크리트 구조물의 실용적 유지관리를 위한 콘크리트 구조물 안전진단 지침 분석

이주형; 조재열

doi:10.5804/lhij.2020.11.3.83

노후 콘크리트 구조물의 실용적 유지관리를 위한 콘크리트 구조물 안전진단 지침 분석
Analysis of Safety Evaluation Guidelines for Practical Maintenance of Existing Concrete Structures 원문보기

LHI journal of land, housing, and urban affairs, v.11 no.3, 2020년, pp.83 - 92

이주형 (서울대학교 건설환경공학부) , 조재열 (서울대학교 건설환경공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In South Korea, problems caused by material deterioration of time-worn concrete structures have been increased recently. Because severe material deterioration could damage the structure's safety, it's important to evaluate the old structure's condition and structural capacity regularly to keep its proper performance. The safety evaluation of concrete structures has been initiated and performed periodically since 1995 according to a guideline in accordance with a law in Korea. The guideline prescribes the evaluation types, intervals and methods of the target structure. A lot of cost and labor have been invested every year to carry out the regular safety evaluation. However, it's not clear that the current manual could inspect the old structure's condition and assess the structural capacity precisely. Thus, the verification study initiated to figure out the Korean safety evaluation manual's practicalness. First, the Korean manual was analyzed and then compared with that of other countries for concrete bridges which are representative concrete structure. After that, the previously written evaluation reports were collected and analyzed to find out how the safety evaluation has been carried out. Based on the study results, the parts requiring verification of the manual were drawn. A research program is in progress in order to verify the parts by performing tests with actual structural members from decommissioned concrete bridges.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Defects of Concrete Building and Bridge (Chosunilbo, 2019) (Seoul Metropolitan Government, 2017)
그림 Fig. 2. Flow Chart of Concrete Bridge Safety Evaluation in South Korea
표 Table 1. Type and Interval of Evaluation
표 Table 2. Material Testings in Condition Inspection
표 Table 3. Structure Capacity Assessment of Concrete Bridges
표 Table 5. Interval and Methods of Condition Inspection
표 Table 4. Guidelines of Concrete Bridge Safety Evaluation
표 Table 6. Summary of Structure Capacity Assessment Methods
표 Table 7. Cases of Existing Concrete Bridges
그림 Fig. 3. History of Rebound Tests on Girders
그림 Fig. 4. History of Rebound Tests on Slabs
그림 Fig. 5. Rating Factors of Bridges

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 국내·외 콘크리트교 안전진단 지침을 적용하여 평가되는 구조성능이 어떻게 다른지 살펴보았다.
본 연구에서는 국내·외 콘크리트 교량 안전진단 지침의 비교 분석하고, 기수행된 국내 안전진단 결과를 분석하였다.

제안 방법

2) 콘크리트교량의 구조성능은 기본적으로 강도설계법을 적용한 안전율로 평가하며, 필요 시 재하시험을 동반한 공용내하력을 평가한다. 하지만 기수행 안전진단 보고서를 분석한 결과 안전율이 1.
국내 콘크리트 구조물 안전진단 지침 분석에 이어 국외 콘크리트 교량 안전진단 지침을 분석하여 국내·외 지침을 비교 분석하였다.
국내 콘크리트교량은 국내 설계기준의 활하중을 기준으로 설계되었으므로, 이를 적용하여 비교를 수행하였다. 부재 강도계산 시, PSC-I 교량의 경우 정확한 해석을 위하여 변형률 적합 조건을 적용한 단면해석을 수행하였고, RC 교량의 경우 설계기준에서 규정하는 직사각형 응력블록을 이용하여 단면 강도를 계산하였다.
캐나다 교량 평가지침으로 사용되는 Canadian Highway Bridge Design Code S6-14의 경우, 거더 조건에 따라 고정 및 활하중계수가 다르게 적용된다. 따라서 분석대상 교량의 종류에 해당하는 하중계수를 적용하여서 분석을 진행하였다. 적용되는 내하율에 대한 비교 결과를 그래프로 나타내면 그림 5와 같다.
철근 부식은 배근된 철근을 둘러싼 콘크리트의 건전도에 큰 영향을 받는다. 따라서 콘크리트의 탄산화깊이와 염화물 함유량을 측정하고 균열 깊이를 조사하게 된다.
국내 콘크리트교량은 국내 설계기준의 활하중을 기준으로 설계되었으므로, 이를 적용하여 비교를 수행하였다. 부재 강도계산 시, PSC-I 교량의 경우 정확한 해석을 위하여 변형률 적합 조건을 적용한 단면해석을 수행하였고, RC 교량의 경우 설계기준에서 규정하는 직사각형 응력블록을 이용하여 단면 강도를 계산하였다. 부재 강도계수 또는 재료계수는 각 안전진단 지침의 값을 적용하여 그 값에 따라 평가되는 교량의 구조성능을 비교하였다.
부재 강도계산 시, PSC-I 교량의 경우 정확한 해석을 위하여 변형률 적합 조건을 적용한 단면해석을 수행하였고, RC 교량의 경우 설계기준에서 규정하는 직사각형 응력블록을 이용하여 단면 강도를 계산하였다. 부재 강도계수 또는 재료계수는 각 안전진단 지침의 값을 적용하여 그 값에 따라 평가되는 교량의 구조성능을 비교하였다. 캐나다 교량 평가지침으로 사용되는 Canadian Highway Bridge Design Code S6-14의 경우, 거더 조건에 따라 고정 및 활하중계수가 다르게 적용된다.
3) 국외 안전진단 지침을 분석한 결과, 상태평가는 모든 지침에서 정기적으로 수행하도록 규정되어 있었다. 상태평가는 기본적으로 육안조사와 타음검사를 통해 교량 외관 상태의 건전성을 평가하였다. 반면 구조성능평가의 경우, 상태평가에서 심각한 결함이 발견되어 구조성능 저하가 의심되는 경우 등의 필요한 경우에 수행하고 있었으며, 재하시험 역시 구조해석으로 충분한 평가가 되지 않는 경우에만 수행하고 있었다.
서울에 위치한 콘크리트 교량들의 재료시험 이력을 분석하였다. 여기서 분석된 비파괴 재료시험 종류는 반발경도와 탄산화깊이 측정으로 정밀안전점검에서 2년마다 수행되는 시험 항목이다.
설계강도 산정 시, 도로교 설계기준(국토해양부, 2010)의 강도감소계수와 강도계산식을 동일하게 적용하며, 재료강도는 해당 구조물의 설계기준 강도를 적용한다. 소요강도 산정 시, 고정하중으로 인한 효과는 실측 제원에 재료별 단위중량을 적용하여 계산하고, 활하중으로 인한 효과는 설계기준의 하중계수를 동일하게 적용하여 계산한다.
김민영(2019)의 연구에서 서울특별시에 위치한 콘크리트 교량(한강 상의 교량 제외) 230개 중에서 29개 교량의 안전진단 보고서를 입수하였고, 이 중에서 설계도면 확보가 가능한 14개 교량에 대한 상세 분석을 수행하였다. 여기에 폐교량 실증실험 연구대상 교량들의 안전진단 보고서를 추가하여 분석하였다. 각 교량들의 개요는 표 7에 정리하였다.
)에 곱해져서 공용내하력을 계산하게 된다. 이렇게 얻어진 공용내하력을 설계 활하중과 비교하여 교량의 구조성능을 평가한다.
따라서 현행 안전진단 시스템이 노후 구조물의 성능을 정확히 평가할 수 있는지에 대한 검증이 필요하다고 판단된다. 이를 위하여 본 연구에서는 국내 콘크리트 구조물 안전진단 지침을 분석하였고, 국외 안전진단 지침과 비교 분석하였다. 추가로 국내 콘크리트교 안전진단 사례를 수집 및 분석하여 추후 검증이 필요한 사항을 확인하였다.
국내 콘크리트 구조물 안전진단은 외관조사와 재료시험을 통한 상태평가와 안전율 또는 공용내하력 평가로 구조성능을 평가하는 안전성평가로 구성되어 있다. 콘크리트 교량과 건축물 모두 기본적으로 안전율(=설계강도/소요강도)을 통해 그 구조성능을 평가한다. 콘크리트 교량의 경우, 평가된 안전율이 0.

대상 데이터

국내·외 콘크리트교 안전진단 지침 비교 분석에 이어 기수행된 국내 콘크리트교 안전진단 케이스를 수집 및 분석하였다.
국내·외 콘크리트교 안전진단 지침 비교 분석에 이어 기수행된 국내 콘크리트교 안전진단 케이스를 수집 및 분석하였다. 김민영(2019)의 연구에서 서울특별시에 위치한 콘크리트 교량(한강 상의 교량 제외) 230개 중에서 29개 교량의 안전진단 보고서를 입수하였고, 이 중에서 설계도면 확보가 가능한 14개 교량에 대한 상세 분석을 수행하였다. 여기에 폐교량 실증실험 연구대상 교량들의 안전진단 보고서를 추가하여 분석하였다.

성능/효과

그림 3과 4에 콘크리트교량의 거더와 바닥판에서 수행된 반발경도 시험 결과를 측정 연도별로 정리하였다. 13번 교량을 제외하고는 모두 상태평가에서 B등급 이상으로 양호한 상태였지만, 측정되는 콘크리트 반발경도는 연도마다 크게 다르게 평가되었다. 탄산화깊이 측정 결과 이력 역시 반발경도와 유사한 경향을 보였다.
3) 국외 안전진단 지침을 분석한 결과, 상태평가는 모든 지침에서 정기적으로 수행하도록 규정되어 있었다. 상태평가는 기본적으로 육안조사와 타음검사를 통해 교량 외관 상태의 건전성을 평가하였다.
4) 미국과 캐나다의 안전진단 지침에서는 평가 목표에 따른 하중 계수를 제시하고 있었는데, 이는 설계 시보다 감소한 공용 중 상태의 재료 및 하중의 불확실성을 반영하기 위함이다. 추가로 미국 AASHTO MBE의 경우, 교량의 외관상태가 불량한 경우, 재료시험을 하지 않더라도 적용할 수 있는 강도감소계수를 제시하고 있었다.
5) 기수행된 콘크리트 교량의 안전진단 보고서를 수집 및 분석한 결과, 현재 비파괴 재료시험 수행방법으로는 일관성있는 재료열화 경향성 파악이 어려웠다. 그리고 국내·외 지침에 따라 동일한 교량의 구조성능을 평가한 경우, 국내 안전진단 지침에서 가장 낮은 안전율과 내하율이 산정되었다.
각 국의 콘크리트교 구조성능평가 지침 분석 결과, 모두 평가 교량의 현재 상태를 반영하여 설계 개념과 동일한 방법으로활하중에 대해 어느 정도의 구조성능을 가지고 있는지에 대해 평가하고 있다는 것을 확인하였다. 하지만 상태평가와 마찬가지로 정기적인 구조성능평가(정밀안전진단)를 수행하는 한국과 달리, 국외에서는 필요 시에만 구조성능을 평가하고 있었다.
국내외 상태평가 지침을 비교 분석한 결과, 모든 국가에서 정기적으로 상태평가가 수행되고 있으며, 육안조사가 기본적인 평가방법인 것을 확인하였다. 반면 외국에 비하여 국내에서는 재료시험이 주기적으로 수행되고 있으며, 수행 주기 역시 가장 짧은 등 요구되는 상태평가 수준이 높은 것을 알 수 있었다.
그리고 국내·외 지침에 따라 동일한 교량의 구조성능을 평가한 경우, 국내 안전진단 지침에서 가장 낮은 안전율과 내하율이 산정되었다.

후속연구

국내 콘크리트 구조물 안전진단 지침을 분석하고, 국외 지침과 비교한 결과, 국내 지침의 효율성 및 정확성에 대해 추가검증연구가 필요한 것을 알 수 있었다. 현행 국내 콘크리트 구조물 안전진단 지침의 검증 및 개선에 관한 연구는 폐교량에서 입수한 부재를 대상으로 재료 및 부재단위 실증실험을 통하여 현재 진행 중에 있다.
이를 위하여 본 연구에서는 국내 콘크리트 구조물 안전진단 지침을 분석하였고, 국외 안전진단 지침과 비교 분석하였다. 추가로 국내 콘크리트교 안전진단 사례를 수집 및 분석하여 추후 검증이 필요한 사항을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트 구조물에서 발생하는 대표적 손상 및 열화는?	특히 콘크리트 구조물은 그 재료적 특성과 공정의 대부분이 현장에서 이루어지는 시공 상의 이유로 노후화로 인한 손상 및 열화가 발생하는 빈도가 강구조물에 비해 많다(국토해양부, 한국건설교통기술평가원, 2009). 콘크리트 구조물에서 발생하는 대표적 손상 및 열화는 균열, 백태/누수, 박리/박락, 재료분리 등이 있다.
	국내 콘크리트 구조물의 안전진단 종류에는 무엇이 있는가?	국내 콘크리트 구조물의 안전진단 종류는 정기안전점검, 정밀안전점검 및 정밀안전진단으로 구성되어 있다. 진단대상 구조물의 종에 따라 진단 종류가 결정되며, 표 1과 같이 전차 진단에서 산정된 안전등급에 따라 진단 주기가 결정된다.
	콘크리트 구조물의 공용년수 증가에 따른 한국의 노후화 문제의 전망은?	콘크리트 구조물의 공용년수 증가에 따른 노후화 문제가 점차 중요시되는 것은 통계자료에서도 확인할 수 있다. 한국의 경우, 1970~80년대의 급속한 경제 성장과 더불어 교량 건설이 본격화되기 시작되었다. 따라서 2020년에는 공용년수 30년 이상의 교량 비율이 15%에 불과하지만, 향후 10년 이내에 공용년수 30년 이상의 교량 비율이 44%에 도달하게 되는 등 노후 교량의 비율이 급속히 증가할 것으로 예상된다(국토교통부, 2019). 건축물의 경우에도 2020년을 기준으로 서울 건축물의 49.

참고문헌 (21)

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국토교통부(2020), 시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법.
국토해양부(2009), 사회기반 콘크리트 구조물의 성능평가 통합시스템 구축.
국토해양부(2010), 도로교 설계기준.
김민영(2019), 공용 중인 콘크리트 교량의 성능평가 방법 타당성 분석, 석사학위논문, 서울대학교.
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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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