해양 환경에 노출된 구조물의 열화를 평가하는데 있어서 신뢰성을 확보하기 위해서는 기존의 사양설계에 비해 한 단계 발전된 신뢰성에 기반한 확률론적 설계가 필요하다. 또한 내구성 설계에 있어서 중요한 변수가 되는 임계염화물량은 국내 콘크리트 시방서에서 $1.2kg/m^3$으로 결정되었으나, 실설계 적용시 과다 설계를 유발하는 등의 문제를 보여주고 있다. 본 논문에서는 기존 문헌을 통해 임계염화물량의 확률 특성을 결정하고, 실제 실험 및 문헌 고찰을 통하여 표면염화물량, 확산계수, 피복두께의 확률적 특성을 고려하였다. 이를 이용하여 Monte Carlo Simulation을 활용한 신뢰성 염해 내구성 해석을 침매 터널 구조물에 대해 수행하여 대상 구조물의 염해내구성능을 평가하고 콘크리트 표준시방서에서 제시한 부식 임계 염소이온농도에 대한 타당성을 검토하였다. 분석 결과, 현실적인 염해 내구성 설계 및 평가를 위하여 기존에 제안된 $1.2kg/m^3$의 임계값에 대한 검토 및 개선이 필요함을 알 수 있었다.
해양 환경에 노출된 구조물의 열화를 평가하는데 있어서 신뢰성을 확보하기 위해서는 기존의 사양설계에 비해 한 단계 발전된 신뢰성에 기반한 확률론적 설계가 필요하다. 또한 내구성 설계에 있어서 중요한 변수가 되는 임계염화물량은 국내 콘크리트 시방서에서 $1.2kg/m^3$으로 결정되었으나, 실설계 적용시 과다 설계를 유발하는 등의 문제를 보여주고 있다. 본 논문에서는 기존 문헌을 통해 임계염화물량의 확률 특성을 결정하고, 실제 실험 및 문헌 고찰을 통하여 표면염화물량, 확산계수, 피복두께의 확률적 특성을 고려하였다. 이를 이용하여 Monte Carlo Simulation을 활용한 신뢰성 염해 내구성 해석을 침매 터널 구조물에 대해 수행하여 대상 구조물의 염해내구성능을 평가하고 콘크리트 표준시방서에서 제시한 부식 임계 염소이온농도에 대한 타당성을 검토하였다. 분석 결과, 현실적인 염해 내구성 설계 및 평가를 위하여 기존에 제안된 $1.2kg/m^3$의 임계값에 대한 검토 및 개선이 필요함을 알 수 있었다.
In order to prevent deterioration of reinforced concrete structures exposed to marine environment, performance based durability design than the design by conventional deemed-to-satisfy rule should be concerned. For example, even though chloride threshold level, which is a major parameter for durabil...
In order to prevent deterioration of reinforced concrete structures exposed to marine environment, performance based durability design than the design by conventional deemed-to-satisfy rule should be concerned. For example, even though chloride threshold level, which is a major parameter for durability design, is defined as a 1.2 $kg/m^3$ in the Korean concrete specification, it shows that the chloride threshold level leads to over design in its real application so that realistic value should be determined for the performance design. In this paper, not only the probabilistic properties of chloride threshold level obtained from published data are taken into account, but also the experimental results of the probabilistic properties using surface chloride content, diffusion coefficient, cover depth are considered in the assessment utilizing the concept of performance based durability design. In computation, the Monte Carlo Simulation (MCS) is used to perform an assessment due to chloride attack for a target submerged tunnel box. This study found that the specification on current chloride threshold level should be modified for more rational and accurate assessment and design.
In order to prevent deterioration of reinforced concrete structures exposed to marine environment, performance based durability design than the design by conventional deemed-to-satisfy rule should be concerned. For example, even though chloride threshold level, which is a major parameter for durability design, is defined as a 1.2 $kg/m^3$ in the Korean concrete specification, it shows that the chloride threshold level leads to over design in its real application so that realistic value should be determined for the performance design. In this paper, not only the probabilistic properties of chloride threshold level obtained from published data are taken into account, but also the experimental results of the probabilistic properties using surface chloride content, diffusion coefficient, cover depth are considered in the assessment utilizing the concept of performance based durability design. In computation, the Monte Carlo Simulation (MCS) is used to perform an assessment due to chloride attack for a target submerged tunnel box. This study found that the specification on current chloride threshold level should be modified for more rational and accurate assessment and design.
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문제 정의
2kg/m3으로서 임계염화물량을 정의하고 있지만, 콘크리트 단위체적당 중량으로 나타내는 임계치는 결합재의 부식저항특성을 제대로 나타내지 못하는 문제가 발생하여 구조물의 내구수명을 과소평가할 우려가 있다6). 따라서 본 연구에서는 국내외 관련 기준에서 제시한 임계염화물량을 문헌조사를 통해 구한 실제 실험값과 비교분석하여 그 타당성을 평가하고자 한다.
이는 기존의 국내외 기준에서 제시한 값에 비해 약 75%이상 큰 값을 보이는 것으로 나타났다. 콘크리트 표준시방서 내구성편(2004)3)에서 제시한 임계값인 1.2kg/m3과의 비교분석을 위하여, 본 연구에서는 해석 적용 임계염화물량을 BS81104)에서 제시한 결합재 단위중량 대비 0.4%와 앞서 수행한 문헌 분석을 통해 얻어진 결합재 중량 대비 0.69%의 총 세가지 경우에 대해서 해석을 수행하고자 한다(표 1).
제안 방법
본 연구에서는 성능중심의 확률론적 내구성 평가 기법을 통해 실제 구조물의 실측결과와 문헌조사를 통한 입력 변수를 적용하여 염해를 받는 콘크리트 구조물의 내구수명을 예측하였다. 해석에 앞서 염해 관련 주요 변수 중에서 임계염화물량을 조사하기 위하여 다수의 문헌조사를 통해 분석한 결과, 임계치의 평균값이 결합재 중량 대비 0.
목표내구수명 100년으로 설계된 대상 구조물에는 4성분계 콘크리트가 사용되었으며, 단위 결합재량은 400kg/m3, 콘크리트의 물-결합재비는 35%로 설계되었다. 표면염화물량, 염소이온 확산계수와 피복두께는 기존 문헌 및 현장 실험을 통해 구한 값을 입력 변수로 사용하였다7). 임계염화물량의 적용을 위하여 우선 기존의 국내외 여러 문헌에서 보고한 실험값을 정리 하여 그 히스토그램을 다음의 그림 1과 같이 나타내었다.
69%의 값을 나타내고 있어, 콘크리트 표준시방서 내구성편에서 제시하고 있는 값과 비교하였을 때 약 2배 이상의 값을 보임을 알 수 있었다. 현재 콘크리트 시방서에서 제시하고 있는 임계염화물량의 타당성을 분석하기 위하여, 국외 기준에서 제안한 결합재 중량대비 0.4% 및 실험자료를 바탕으로 조사한 결합재 중량대비 0.69%의 임계치를 국내 기준의 1.2kg/m3과 함께 내구수명을 예측하여 이를 비교하였다. 해석 결과로부터 1.
대상 데이터
본 연구에서 제안한 확률론적 내구수명 예측 기법을 실제 구조물에 적용하기 위하여 대상 구조물로서 해저 RC 터널 구조물을 선정하였다. 목표내구수명 100년으로 설계된 대상 구조물에는 4성분계 콘크리트가 사용되었으며, 단위 결합재량은 400kg/m3, 콘크리트의 물-결합재비는 35%로 설계되었다. 표면염화물량, 염소이온 확산계수와 피복두께는 기존 문헌 및 현장 실험을 통해 구한 값을 입력 변수로 사용하였다7).
본 연구에서 제안한 확률론적 내구수명 예측 기법을 실제 구조물에 적용하기 위하여 대상 구조물로서 해저 RC 터널 구조물을 선정하였다. 목표내구수명 100년으로 설계된 대상 구조물에는 4성분계 콘크리트가 사용되었으며, 단위 결합재량은 400kg/m3, 콘크리트의 물-결합재비는 35%로 설계되었다.
성능/효과
임계염화물량의 적용을 위하여 우선 기존의 국내외 여러 문헌에서 보고한 실험값을 정리 하여 그 히스토그램을 다음의 그림 1과 같이 나타내었다.8) 총 65개 실험값의 통계적 분석을 통하여 임계염화물량은 대수정규분포를 따르고 있으며, 평균이 결합재 중량 대비 0.69%이고 표준편차가 0.39%임을 알 수 있었다. 이는 기존의 국내외 기준에서 제시한 값에 비해 약 75%이상 큰 값을 보이는 것으로 나타났다.
결과로부터 알 수 있듯이, 국내 기준에서 제시된 임계치를 통한 내구수명은 85년으로서 대상 구조물의 설계시 정한 목표내구수명(100년)을 만족하지 못했다. 또한 결합재 중량대비 %로 규정한 BS81104) 기준에서 제시한 임계염화물량 0.4%에 비해 내구수명이 과소 평가되었음을 알 수 있었 으며, 실제 실험값(0.69%)에 의한 내구수명의 50%에도 미치지 못하는 결과를 도출하였다. 국내 기준에서 제시한 임계염화물량이 안전측을 고려한 하한치로 설정되었을지라도, 단위체적당 중량단위 (kg/m3)으로 정의된 임계치는 앞서 설명한 바와 같이 결합재의 부식 저항 특성을 고려하지 못한다는 문제가 있다.
2kg/m3과 함께 내구수명을 예측하여 이를 비교하였다. 해석 결과로부터 1.2kg/m3을 적용하였을 때, 다른 두가지 경우와 달리 대상 구조물이 목표내구수명(100년)을 만족하지 않음을 알 수 있었다. 해수중에 침지되어 있는 콘크리트의 임계염화물량은 유럽의 기준에서 결합재 중량대비 1.
본 연구에서는 성능중심의 확률론적 내구성 평가 기법을 통해 실제 구조물의 실측결과와 문헌조사를 통한 입력 변수를 적용하여 염해를 받는 콘크리트 구조물의 내구수명을 예측하였다. 해석에 앞서 염해 관련 주요 변수 중에서 임계염화물량을 조사하기 위하여 다수의 문헌조사를 통해 분석한 결과, 임계치의 평균값이 결합재 중량 대비 0.69%의 값을 나타내고 있어, 콘크리트 표준시방서 내구성편에서 제시하고 있는 값과 비교하였을 때 약 2배 이상의 값을 보임을 알 수 있었다. 현재 콘크리트 시방서에서 제시하고 있는 임계염화물량의 타당성을 분석하기 위하여, 국외 기준에서 제안한 결합재 중량대비 0.
후속연구
2kg/m3의 값은 구조물의 여러 염해 환경 조건을 고려하지 않고 일관되게 적용하고 있으며, 실제 실험값에 비해서도 상당한 차이를 보이므로 대상 구조물에 대해 과다 설계를 유발할 가능성이 크다고 판단된다. 따라서 효율적인 염해 내구성 설계 및 평가를 위하여 이에 대한 개선 및 검토가 필요할 것이다.
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