설계인자를 활용한 강박스거더교량 내하율 평가 및 개선

Abstract

사회간접자본의 하나인 교량은 준공이후 2017년에 개정된 “시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법”에 의해 관리되고 있다. 교량구조물은 도로시설물의 장애물을 통과하는 중요한 구조물의 하나이다. 그러므로 교량구조물을 설계하는 경우는 일반적으로 도로시설물의 주요 설계변수가 교량구조물의 규모를 결정하게 된다. 도로시설물 설계시에 교량구조물과 관계되는 주요 설계인자 중 1차 설계인자로는 교량의 전체연장(경간장 구성 및 최대경간장 포함)과 차로수(폭원 포함)가 될 것이다. 이러한 1차 설계인자는 교량구조물의 고정하중의 크기에 영향을 준다. 또한 강교량의 고정하중 크기는 1차 설계인자이외에 교량구조물 규모를 나타내는 2차 설계인자인 거더규모인 거더의 폭 및 높이, 그리고 거더 개수, 거더높이/최대경간길이도 관계된다. 그리고 이들 1차, 2차 설계인자와 관계되는 종속 설계인자로는 거더의 단면적, 강재 총중량, 단위길이당 강재중량, 단위면적당 강재중량을 고려할 수 있다. 본 연구에서는 현재 국내에 건설되어 공용중인 교량의 형식별 분포를 분석하고, 그중 가장 많이 건설되어 있는 고속국도 강박스거더교 116개 교량을 대상으로 각종 설계인자들 상호간의 상관관계를 분석하고, 이러한 인자들이 장래 교량의 내하율에 미치는 영향을 분석하였으며, 그 분석 결과를 바탕으로 상관관계식을 도출하였다. 이렇게 도출된 상관관계식의 검증을 위해 1차적으로 분석 대상과 동일한 고속국도 30개 교량을 대상으로 분석하였고, 2차적으로 일반국도 32개 교량을 대상으로 상관관계식의 검증을 실시하였다. 그 결과 고속국도를 대상으로 한 경우 결정계수는 최대 0.971, 정규분포 ±10.0% 이내의 확률은 최대 91.5%로 대부분 매우 높은 유의성을 나타내며, 일반국도를 대상으로 한 경우 결정계수는 최대 0.958로 상당히 높은 유의성을 나타내나 정규분포 ±10.0% 이내의 확률은 최대 72.4%로 대부분 상당히 낮은 유의성을 나타내을 확인하였다. 이러한 연구는 향후 교량설계단계부터 내하력을 고려한 설계를 가능케하므로써 경제성 확보 및 교량 유지관리에 도움이 될것으로 판단된다. 현재 국내의 교량 설계는 그 기준을 한계상태설계법을 기준으로 하고 있다. 그럼에도 불구하고 내하력평가는 여전히 허용응력설계법에 기초한 기준을 사용하고 있어 서로 불합리한 점을 내포하고 있다. 일부 연구논문 및 기관에서 신뢰도 기반의 내하력 평가방법을 제시하고 있으나, 응답보정계수의 적용에 대한 불명확성 등을 내포하고 있다. 따라서 본 연구에서는 신뢰도 기반의 내하력 평가시 응답보정계수의 적용타당성을 제시하고, 허용응력설계법에서 변위 또는 변형률 기반의 응답보정계수 대신 신뢰도 기반의 내하력 평가시 적용 가능한 모멘트기반의 응답보정계수 산정 방법을 제시하였으며, 두가지방법의 응답보정계수를 비교.분석하므로써 모멘트기반의 응답보정계수에 대한 신뢰성을 확인하였다. 이러한 연구는 향후 신뢰도 기반의 내하력 평가 지침을 정립하는데 일익을 담당할 수있을 것으로 판단된다