[논문]노후 교량 유지관리를 위한 상부구조물의 상태평가 결과와 교량의 안전성 및 내하력과의 상관관계 분석

박주현; 안효준; 한만석; 민지영; 이종한

doi:10.11112/jksmi.2020.24.4.64

노후 교량 유지관리를 위한 상부구조물의 상태평가 결과와 교량의 안전성 및 내하력과의 상관관계 분석
Examination of Correlation between the Condition Evaluation Results of Superstructure and the Safety and Load-carrying Capacity of Bridges 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.24 no.4, 2020년, pp.64 - 71

박주현 (인하대학교 사회인프라공학과) , 안효준 (인하대학교 사회인프라공학과) , 한만석 (인하대학교 사회인프라공학과) , 민지영 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 노후인프라센터) , 이종한 (인하대학교 사회인프라공학과)

초록
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최근 국내외적으로 노후화된 시설물이 증가함에 따라 사회인프라 공용시설물 유지관리에 대한 관심이 급증하고 있다. 사회인프라 공용시설물 중 교량은 인적 및 물적 통행량이 많은 안전성에 대한 중요도가 매우 높은 시설물이다. 교량의 유지관리를 위한 교량의 종합평가는 한국시설안전공단에서 제시된 상태평가와 안전성평가로 분류할 수 있다. 하지만, 3종 교량에 대해서는 현재 종합평가와 관련된 구체적인 기준이 따로 없는 실정이다. 일반적으로 교량의 상태평가 결과가 안전성평가 결과보다 낮게 평가되어, 실제적으로 교량의 종합평가는 상태평가 결과에 지배적이라 할 수 있다. 따라서 본 연구는 교량의 상부부재들간의 상태평가 지수를 비교 분석하고, 상태평가와 안전성 및 내하력 간의 상관관계를 분석하였다. 상태평가 결과와 교량의 안전성, 내하력 등의 성능평가 결과와의 상관관계를 분석함으로써 정량적이고 관련성이 높은 교량의 종합평가, 특히 3종 교량의 종합평가 기준 정립 시 활용할 수 있는 기초자료를 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, many infrastructure have been rapidly aging around the world, which grows interest in the maintenance of the infrastructure. Among the social infrastructure, bridge is a very important structure to transport lots of human and various products. The performance evaluation of bridge can be divided into the condition evaluation and safety evaluation, proposed by Korea Infrastructure Safety and Technology Corporation. However, there are no separate criteria for the performance evaluation of three-class bridges. In general, the performance of bridge is dominated by the results of the condition evaluation, which is lower than that of the safety evaluation. Therefore, this study assessed the correlation between the condition evaluation of superstructure and bridge and also between the condition evaluation and the safety and load-carrying capacity of bridge. The results of the study would provide a basic data for the more quantitative and higher relevant performance evaluation of the existing bridges, particularly for three-class bridges.

주제어

표/그림 (27)

그림 Fig. 1 Distribution of RC slab bridges according to the year of completion
그림 Fig. 2 Distribution of PSC I-girder bridges according to the year of completion
그림 Fig. 3 Number of PSC I-girder and RC slab bridges to be operated over 30 years
그림 Fig. 4 Examples of representative bridges: (a) Gwangjin bridge (b) Hagye bridge
표 Table 1 Rating criteria according to defect index and scores (KISTEC, 2019)
표 Table 2 Weighting values for each member of the bridge superstructure (KISTEC, 2019)
표 Table 3 Examples of condition evaluation scores for each member of the girder bridges
표 Table 4 Examples of condition evaluation scores for each member of the slab bridges
그림 Fig. 5 Relationship between the condition evaluation scores of deck and girder for the girder bridge
그림 Fig. 6 Relationship betweeㅌn the condition evaluation scores of deck and superstructure for the girder bridge
그림 Fig. 7 Relationship between the condition evaluation scores of deck and bridge for the girder bridge
그림 Fig. 8 Relationship between the condition evaluation scores of superstructure and bridge for the girder bridge
그림 Fig. 9 Relationship between the condition evaluation scores of girder and bridge for the girder bridge
그림 Fig. 10 Relationship between the condition evaluation scores of superstructure and bridge for the girder bridge
그림 Fig. 11 Relationship between the condition evaluation scores of slab and bridge of the slab bridge
그림 Fig. 12 Condition and safety evaluation of deck and girder for the girder bridges: (a) Bridges 1-6 (b) Bridges 7-12 (c) Bridges 13-19
표 Table 5 Safety evaluation standard (KISTEC, 2019)
그림 Fig. 13 Relationship between condition evaluation scores and safety evaluation scores of deck for the girder bridges
그림 Fig. 14 Relationship between condition evaluation scores and safety evaluation scores of girder for the girder bridges
그림 Fig. 15 Relationship between safety evaluation scores of deck and girder for the girder bridges
그림 Fig. 16 Condition and safety evaluation of deck for the slab bridges
그림 Fig. 17 Load-carrying capacity evaluation of bridge decks
그림 Fig. 18 Load-carrying capacity evaluation of girders
그림 Fig. 19 Relationship between the safety score of deck and the load-carrying capacity score of deck
그림 Fig. 20 Relationship between the safety score of girder and the load-carrying capacity score of girder
그림 Fig. 21 Relationship between the condition score of deck and the load-carrying capacity score of deck
그림 Fig. 22 Relationship between the condition score of girder and the load-carrying capacity score of girder

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 RC 슬래브교와 PSC I 형교를 대표 교량으로 선정하고 국내의 정밀안전진단 자료를 통한 현황조사를 실시하였다. 교량의 상부구조에 대한 상태평가 데이터를 취합 및 분석을 실시하여 상부구조의 각 부재들에 대한 상태평가 점수와 교량의 최종 상태평가 점수에 대한 상관관계를 분석하였다.
노후교량들이 급진적으로 증가하고 있는 추세에 적절하고 정량적으로 관련성이 높은 상태평가 방법과 안전성평가 방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 우선적으로 상태평가 및 안전성평가 결과를 비교 분석하였다. 본 연구에서는 시설안전공단 기준으로 수행된 서울특별시 교량의 정밀안전진단보고서 데이터를 사용하였다(Seoul Metropolitan Government, 2020).
교량의 상부구조에 대한 상태평가 데이터를 취합 및 분석을 실시하여 상부구조의 각 부재들에 대한 상태평가 점수와 교량의 최종 상태평가 점수에 대한 상관관계를 분석하였다. 또한 교량의 안전성평가와 상태평가 등급에 대한 현황과 내하력 및 교량의 종합평가 등급과의 관련성 연구를 진행하였다.
본 연구는 서울시 정밀안전진단 보고서를 바탕으로 교량의 상부구조물간의 상태평가 지수 상관관계를 분석하였다. 또한 교량의 상태평가 지수와 안전성 및 내하력과의 관계를 비교 분석하였으며, 본 연구의 주요 결론은 다음과 같다.

제안 방법

본 연구에서는 시설안전공단 기준으로 수행된 서울특별시 교량의 정밀안전진단보고서 데이터를 사용하였다(Seoul Metropolitan Government, 2020). 각 교량들의 본교, 램프교, 접속교 등을 포함하여 상부구조 부재별 가중치가 같은 거더교 형식(PSC I-거더교, PSC 상자형교, PSC 슬래브교, 강상자형교, 강판형교, 강 I형교)의 교량 50개와 슬래브교 형식의 교량 18개를 바탕으로 연구하였다. 이때 교량 상부구조 부재별 가중치가 같은 라멘교는 슬래브교 형식에 포함하였다.
내하력은 식 (4)와 같이 내하율과 응답보정계수를 고려하여 해당설계 활하중을 곱한 값이다. 각 교량들의 설계 활하중이 다르기 때문에 본 연구에서는 내하력을 내하율과 응답보 정계수의 곱의 값으로 분석하였다.
교량의 상부구조를 기준으로 거더교와 슬래브교로 나누어 각 상부구조 부재별 상태평가 점수간의 상관관계를 분석하였다. 거더교의 바닥판을 기준으로 거더, 상부구조, 교량의 상태 평가 지수간의 산점도는 Figs.
따라서 본 연구에서는 RC 슬래브교와 PSC I 형교를 대표 교량으로 선정하고 국내의 정밀안전진단 자료를 통한 현황조사를 실시하였다. 교량의 상부구조에 대한 상태평가 데이터를 취합 및 분석을 실시하여 상부구조의 각 부재들에 대한 상태평가 점수와 교량의 최종 상태평가 점수에 대한 상관관계를 분석하였다. 또한 교량의 안전성평가와 상태평가 등급에 대한 현황과 내하력 및 교량의 종합평가 등급과의 관련성 연구를 진행하였다.
17 & 18에 나타내었다. 내하력의 경우 등급 기준이 없기 때문에, 내하력 지수와 안전성 지수, 상태평가 지수를 비교 분석하였다. Figs.
또한 거더교의 거더를 기준으로 상부구조, 교량의 상태평가 점수간의 상관관계를 분석하였다. Figs.
안전성평가의 경우는 차량을 통한 재하시험을 실시하여 부재 강도와 하중에 의한 강도를 비교하여 안전율을 산정한다. 또한 교량의 각 부재에 발생되는 응력과 강도에 대한 내하율을 산정하여 안전율과 같이 안전성 등급을 결정한다.
본 연구는 서울시 정밀안전진단 보고서를 바탕으로 교량의 상부구조물간의 상태평가 지수 상관관계를 분석하였다. 또한 교량의 상태평가 지수와 안전성 및 내하력과의 관계를 비교 분석하였으며, 본 연구의 주요 결론은 다음과 같다.
또한, 거더교의 바닥판과 거더의 안전성 지수 간의 상관관계를 분석하였다. Fig.
슬래브교는 교량 상부구조 특성상 바닥판이 곧 상부구조이기 때문에 바닥판과 교량의 상관관계만을 분석하였다. 슬래브교의 바닥판과 교량의 산점도는 Fig.

대상 데이터

교량의 상부구조 안전성평가 시 거더교의 경우 거더와 바닥판으로 나누어 평가한다. 본 연구에서는 사용된 정밀안전진단 데이터 중 안전성평가가 이루어진 교량은 모두 거더교로써 총 19개이다. Fig.
따라서 본 연구에서는 우선적으로 상태평가 및 안전성평가 결과를 비교 분석하였다. 본 연구에서는 시설안전공단 기준으로 수행된 서울특별시 교량의 정밀안전진단보고서 데이터를 사용하였다(Seoul Metropolitan Government, 2020). 각 교량들의 본교, 램프교, 접속교 등을 포함하여 상부구조 부재별 가중치가 같은 거더교 형식(PSC I-거더교, PSC 상자형교, PSC 슬래브교, 강상자형교, 강판형교, 강 I형교)의 교량 50개와 슬래브교 형식의 교량 18개를 바탕으로 연구하였다.

성능/효과

교량의 등급 평가 시 외관조사에 따른 상태평가 결과와 안전성 검토에 근거한 안전성평가 결과 중 낮은 결과를 시설물의 종합평가로 결정한다. 22개의 대상 교량 데이터 중 상태평가 결과에서 B등급은 86.36%, C등급은 13.64%였으며, 안전성평가 결과에서는 A등급은 90.91%, B등급은 0.09% 였다. 또한 모든교량의 상태평가와 안전성평가 등급을 확인하였을때 모든 교량의 상태평가 결과가 안전성평가 결과보다 낮게 나타났다.
8 & 9에 보인 바와 같이 거더와 상부구조 상태평가 지수의 상관관계는 0.7820로 강한 상관관계를 보였고, 거더와 교량의 상태평가 지수 상관관계는 0.4879였다.
2445로 평가되었다. 거더 상태 등급과 거더 안전성 등급이 동일한 경우는 15.8%였으며, 상관관계 점수는 0.4558로, 바닥판에 비해서는 상대적으로 높게 분석되었다.
교량의 정밀안전진단 데이터를 분석한 결과 모든교량에서 상태평가 결과가 안전성평가 결과보다 낮게 나타났다. 이는 교량의 종합평가는 상태평가 등급에 의해 결정되는 것을 의미한다.
4458로 상대적으로 높았다. 대상 교량은 적었지만, 슬래브교에서는 바닥판의 상태평가와 안전성 평가지수간의 상관관계가 0.9279로 높게 나타났다.
또한 모든교량의 상태평가와 안전성평가 등급을 확인하였을때 모든 교량의 상태평가 결과가 안전성평가 결과보다 낮게 나타났다. 따라서 교량의 종합평가 등급은 상태평가 결과 등급과 같게 나타났으며, 서울시 교량 데이터 분석 결과에서도 교량의 종합평가는 상태평가 결과 등급에 지배되었다.
09% 였다. 또한 모든교량의 상태평가와 안전성평가 등급을 확인하였을때 모든 교량의 상태평가 결과가 안전성평가 결과보다 낮게 나타났다. 따라서 교량의 종합평가 등급은 상태평가 결과 등급과 같게 나타났으며, 서울시 교량 데이터 분석 결과에서도 교량의 종합평가는 상태평가 결과 등급에 지배되었다.
바닥판과 거더의 안전성과 내하력간의 관계를 분석한 결과 바닥판의 안전성과 내하력 지수간의 상관관계는 0.3389, 거더의 안전성과 내하력 지수간의 상관관계는 0.4401이었다. 바닥판의 상태평가 지수와 내하력 지수간의 상관관계는 0.
4879였다. 바닥판과의 상관관계에 비해 거더와 상부구조, 교량의 상관관계가 상대적으로 다소 높았다. 그리고, Fig.
4401이었다. 바닥판의 상태평가 지수와 내하력 지수간의 상관관계는 0.0836으로 상관관계가 거의 없었으며, 거더의 상태평가 지수와 내하력 지수간의 상관관계는 0.2814로 분석되었다. 본 연구의 결과는 제한적인 데이터 분석에 의한 것으로 향후 추가적인 데이터 확보 및 분석이 필요할 것으로 판단된다.
21 & 22에 나타내었다. 바닥판의 상태평가 지수와 바닥판의 내하력 지수간의 상관관계는 0.0836으로 상관관계가 거의 없었으며, 거더의 상태평가 지수와 거더의 내하력 지수간의 상관관계는 0.2814로 분석되었다.
거더교의 경우 바닥판과 거더의 상관관계는 거의 없었으며 바닥판 및 거더와 교량간의 상관관계는 일부 확인되었다. 반면에 바닥판과 상부구조와의 상관관계는 0.6274, 거더와 상부구조와의 상관관계는 0.7820으로 상대적으로 크게 분석되었다.
0305로 상관관계가 거의 없었다. 반면에 바닥판과 상부구조의 상태평가 지수 상관관계는 0.6274로 상대적으로 높은 상관관계를 보였고, 바닥판과 교량의 상태평가 지수 상관관계 점수는 0.3615로 다소 작게 평가되었다.
상태평가와 안전성평가 관계를 분석한 결과 거더교의 경우 바닥판 상태평가와 안전성평가 지수간의 상관관계는 0.2445로 낮게 나타났으며, 거더의 상태평가와 안전성평가 지수간의 상관관계는 0.4458로 상대적으로 높았다. 대상 교량은 적었지만, 슬래브교에서는 바닥판의 상태평가와 안전성 평가지수간의 상관관계가 0.
슬래브교는 교량 상부구조 특성상 바닥판이 곧 상부구조이기 때문에 바닥판과 교량의 상관관계만을 분석하였다. 슬래브교의 바닥판과 교량의 산점도는 Fig. 11과 같으며, 슬래브교의 슬래브와 교량 상태평가 지수의 상관관계 점수는 0.9080로 매우 높은 상관관계가 있음을 확인하였다.
RC 슬래브교는 대부분 2~3경간 교량에 사용되고 있다. 준공연도 분포 그래프 확인 결과 1980~2005년까지 많은 양의 RC 슬래브교가 가설되었지만, 최근에는 많이 건설되지 않는 것을 확인하였다(Fig. 1). RC 슬래브교에서 공용연수가 30년 이상 된 교량의 비율은 37.

후속연구

1). RC 슬래브교에서 공용연수가 30년 이상 된 교량의 비율은 37.2%를 차지하고 있으며, 향후 더욱 증가할 것으로 예측된다. PSC 거더교는 단경간 교량에서 가장 많은 분포를 보였으며, 준공연도 분포 그래프를 확인해 본 결과 1990년 이후 많이 건설되기 시작하여 현재까지도 많이 건설되는 추세이다(Fig.
특히, 3종 교량은 현재 안전성평가와 내하력평가 등과 같은 정밀안전진단 기준이 없는 실정이다. 따라서 상태평가 결과와 교량의 안전성, 내하력 등의 성능평가를 위한 관련성 연구가 더욱 필요할 것으로 사료된다.
2814로 분석되었다. 본 연구의 결과는 제한적인 데이터 분석에 의한 것으로 향후 추가적인 데이터 확보 및 분석이 필요할 것으로 판단된다.
9279로 상관관계가 높게 나타났다. 하지만 적은 데이터이기 때문에 향후 더 많은 데이터를 통한 추가적인 분석이 필요하리라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내에서 1985~2005년까지 건설된 교량의 갯수와 전체 교량의 비중은?	국내에서는 1980년대 중반부터 경제 성장으로 인해 사회 기반 시설물이 집중적으로 건설되기 시작하였다. 1985~2005년까지 건설된 교량은 19,091개로 전체 교량의 약 56%를 차지하고 있다(MOLIT, 2020). 건설된 교량들의 설계수명은 국토교통부 표준 시방서(MOLIT, 2016)에 따르면 교량의 등급에 따라 목표 내구 수명이 달라지는데 1등교의 경우 100년, 2등교는 65년.
	교량의 노후화에 따른 사고 사례에는 어떤 것들이 있는가?	특히, 노후화에 따른 사고는 매우 큰 인명피해를 불러올 수 있다는 점에서 교량의 상태와 안전을 평가하고 유지하는 것이 매우 중요하다(Yoon, 2019). 2018년 8월에는 이탈리아 리구리아주 제노바 A10 고속도로의 일부인 모란디(Ponte Morandi) 교량이 붕괴되어 교량 위를 달리던 차량이 추락하면서 최소 39명의 사망자가 발생하였다 (BBC, 2018). 또한 2019년 11월에는 프랑스 남부서 노후화된 현수교가 붕괴되어 차량이 최소 2대 추락하고 2명이 사망하는 사례가 있었다(Yonhapnews, 2019).
	교량의 유지관리를 위한 교량의 종합평가는 어떻게 분류할 수 있는가?	사회인프라 공용시설물 중 교량은 인적 및 물적 통행량이 많은 안전성에 대한 중요도가 매우 높은 시설물이다. 교량의 유지관리를 위한 교량의 종합평가는 한국시설안전공단에서 제시된 상태평가와 안전성평가로 분류할 수 있다. 하지만, 3종 교량에 대해서는 현재 종합평가와 관련된 구체적인 기준이 따로 없는 실정이다.

참고문헌 (9)

Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2020), 2020 Road Bridge and Tunnel Status Report, Sejong, South Korea.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2016), Standard specifications, Sejong, South Korea.
BBC. (2018), Italy: Emergency declaration of a bridge collapsed in Genoa. BBC NEWS Korea. Available at: www.bbc.com/korean/international-45204236.
Yonhapnews. (2019), Suspension bridge collapse in southern France. Yonhapnews. Available at: www.yna.co.kr/view/AKR20191118157152081.
S. G. Yoon. (2019), Evaluation of Bridge Load Carrying Capacity of PSC Girder Bridge using Pseudo-Static Load Test, Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 23(4), 53-60.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2020), Special Act on the Safety and Maintenance of Facilities, Sejong, South Korea.
Seoul Metropolitan Government. (2020), Available at: https://opengov.seoul.go.kr/research.
Korea Infrastructure Safety and Technology Corporation (2019), The Guidelines for Safety Inspections and Full Safety Examinations, Jinju, South Korea.
Korea Infrastructure Safety and Technology Corporation (2018), Performance Evaluation of Guidelines for Safety and Maintenance of Facilities, Jinju, South Korea.

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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