[표지]
요약문
목차
제1장 서론 21
1. 연구배경 및 필요성 21
2. 연구개발 목표 및 내용 25
2.1. 연구개발 목표 25
2.2. 연차별 연구내용 26
제2장 내진설계 및 내진보강 공법 정립 27
1. 국내·외 내진설계 기준 및 내진보강 지침 현황파악 27
1.1. 미국 AASHTO 28
1.2. Eurocode 8 34
1.3. 일본 도로교시방서(V 내진설계편) 36
1.4. 교량설계코드-기타시설설계기준(한계상태설계기준) 38
1.5. 국내·외 받침설계기준 검토 요약 39
1.6. 국내·외 내진보강 지침 현황 40
1.7. 소결론 41
2. 지진 시 교량의 손상상태 조사 및 분석 43
2.1. 국내·외 지진이력 분석 43
2.2. 해외 손상사례 분석 46
2.3. 9.12(경주지역)지진, 포항지진 손상 50
2.4. 소결론 51
3. 교량 내진설계 및 내진보강 공법 정립 52
3.1. 국내 지진 및 내진 관련 법·제도 52
3.2. 국내 교량 내진설계 및 내진평가, 보강 현황 52
3.3. 국내 교량 내진보강공법 현황 54
3.4. 잔존수명을 고려한 내진보강 수준 연구 64
3.5. 교량 받침의 내진보강 절차 및 지침(안) 66
3.6. 전단키 내진보강 공법 연구 70
3.7. 받침 교체를 통한 보강공법 74
4. 교량설계기준 및 시방서 개선사항 77
4.1. 교량 내진설계기준 77
4.2. 교량 내진표준시방서 81
제3장 내진상태 파악을 위한 정밀 진단기술 연구 83
1. 기존 기술 파악 및 분석 83
1.1. 기존 교량받침 상태 83
1.2. 국내외 비파괴검사 현황 분석 84
2. 앵커볼트 매립깊이, 모르터 공동 탐사법 도출 87
2.1. 앵커볼트 비파괴검사 방안 87
2.2. 열화상 카메라를 이용한 앵커 묻힘길이 추정법 개발 89
2.3. 초음파법을 이용한 받침 공동탐사법 개발 93
제4장 비선형 내진해석 방법 연구 95
1. 기술 현황 및 개념 정립 95
1.1. 개요 95
1.2. 교량의 비선형 지진해석 96
2. 지진격리교량의 비선형 해석 103
2.1. 개요 103
2.2. 고무형 지진격리받침(탄성받침과 LRB) 모델 104
2.3. 마찰형 지진격리받침(Friction Pendulum Bearing) 모델 107
2.4. 복합형 지진격리받침(EQS Bearing) 108
2.5. 지진격리교량의 유형별 지진격리효과 109
2.6. 시간이력 비선형해석 프로그램 개발 117
3. 교대-기초-지진격리 상호작용 해석 119
3.1. 인공지진파 생성 연구 119
3.2. Mid-point integrated FE에 기초한 상호작용 해석 119
제5장 노후화 고려 교량 받침 내진평가방법 개발 123
1. 국내 교량 받침 노후화 및 손상도 분포 특성 분석 123
1.1. 국내 교량받침 점검 및 평가등급 123
1.2. 국내 교량받침 손상등급 분포 특성 125
2. 교량받침의 앵커볼트 설계 및 시공현황 분석 128
2.1. 교량받침 연결부(앵커) 연구의 필요성 128
2.2. 교량받침 앵커볼트 설계 및 시공현황 분석 128
3. 교량받침의 앵커볼트 설계기준 분석 130
4. 교량받침 앵커볼트 전단파괴 실험 133
4.1. 실험체 설계 및 제작, 불필요한 실험변수 제거 133
4.2. 실험방법 135
4.3. 실험결과 137
5. 교량받침 앵커볼트 설계지침(안) 141
제6장 내진장치의 성능평가방법 개발 143
1. 개요 143
1.1. 국내 내진장치 현황 143
1.2. 국내 내진장치 품질시험 현황 144
2. 지진격리받침의 성능평가 연구 145
2.1. 국내외 성능평가 기준 비교 145
2.2. 지진격리받침 품질기준(안) 146
2.3. 지진격리받침 시험지침(안) 146
2.4. 지진격리받침의 검증실험 150
3. 댐퍼의 성능평가방법 연구 159
3.1. 국내·외 성능평가 기준 비교 159
3.2. 댐퍼의 성능평가 기준(안) 166
3.3. 댐퍼의 검증 시험 172
제7장 결론 181
참고문헌 187
서지자료 192
판권기 193
표 2.1. 국내 발생지진 규모별 현황 44
표 2.2. 규모 4.8이상 국내 지진 발생 현황 45
표 2.3. 최근 5년간 해외 지진발생 이력 46
표 2.4. 포항지진 시 교량 피해 사례 50
표 2.5. 국토부 소관 교량의 내진실태현황 53
표 2.6. 지자체 소관 교량의 내진실태현황 53
표 2.7. 국토부 소관 교량의 내진실태현황 54
표 2.8. 보수 보강된 교량의 최소 요구성능수준 65
표 2.9. 성능 기반의 내진보강 범주 66
표 2.10. SRC 등급에 따른 보수/보강 필요 여부 67
표 2.11. 받침교체를 위한 교량인상공법 76
표 2.12. Sole-Plate 설치공법 76
표 2.13. 내진성능수준 분류체계 신구대비표 78
표 2.14. 시설물의 내진등급별 내진성능수준 신구대비표 78
표 2.15. 지반분류체계 신구대비표 79
표 2.16. 표준설계응답스펙트럼 신구대비표 79
표 2.17. 지진격리교량에 적용하는 기존 지반분류 80
표 3.1. 노후 교량받침 비파괴검사 방법 84
표 4.1. 교량의 지진 시 손상 97
표 4.2. 해석 대상 교량 109
표 4.3. 경원고가교 적용 LRB-S 물성치 110
표 4.4. 경원고가교 적용 SIP 물성치 111
표 4.5. 유전천교 적용 LRB-S 물성치 111
표 4.6. 유전천교 적용 SIP 물성치 111
표 4.7. 경원고가고 해석결과 단면력 요약 113
표 4.8. 유전천교 해석결과 단면력 요약 114
표 4.9. 경원고가교 낙교 검토 115
표 4.10. 유전천교 낙교 검토 116
표 5.1. 받침 점검항목 124
표 5.2. 교량받침 상태평가 기준 125
표 5.3. 받침 종류별 손상등급 현황 126
표 5.4. 실험 변수 133
표 5.5. 실험체 상세 134
표 5.6. 실험체 상세 137
표 6.1. 국내외 성능평가 기준 비교 145
표 6.2. 고무형 지진격리받침의 시험 항목 148
표 6.3. 마찰형 지진격리받침의 시험 항목 148
표 6.4. 시험종류에 따른 시험항목 및 시험체(고무형) 149
표 6.5. 표준시험체 규격(고무형 지진격리받침) 150
표 6.6. 시험종류에 따른 시험항목 및 시험체(마찰형) 150
표 6.7. 마찰형 받침시험체 제원(마우러코리아) 152
표 6.8. 받침 시험기 제원 153
표 6.9. 시험지침(안)에 따른 시험항목(안)(마찰형) 153
표 6.10. 압축-마찰시험 시험변수 154
표 6.11. 마찰형 받침 시험결과(최대수평마찰하중) 154
표 6.12. 마찰형 받침 시험결과 155
표 6.13. 마찰형 받침 시험결과 156
표 6.14. 유럽 내진댐퍼 성능평가기준 목차(EN 15129 - chapter 7) 162
표 6.15. 댐퍼 성능평가 기준(안) 목차 166
표 6.16. 시험값과 설계값 허용 한계치 168
표 6.17. 댐퍼 성능평가 시험방법 171
표 6.18. 실험 측정 방법 173
표 6.19. 교량 댐퍼 가력 속도 173
표 6.20. 건축물 댐퍼 가력 속도 173
표 6.21. Damper 1 178
표 6.22. Damper 2 178
표 6.23. Damper 3 178
표 6.24. 건축물 댐퍼 178
표 6.25. 내진 댐퍼 사양 및 에너지 소산 능력 179
표 6.26. 교량댐퍼 감쇠계수 및 비선형상수 180
그림 1.1. 교량 관절장치 지진 시 거동 21
그림 1.2. 지진 시 관절장치 파괴에 의한 교량 붕괴 사례 22
그림 1.3. 역대 지진 중 포항 지진 규모 22
그림 1.4. 포항 지진으로 인한 관절장치 파괴 모습 23
그림 1.5. 교량의 내진장치 시공현황(예시) 24
그림 2.1. 설계기준 검토에 사용한 각 국의 설계기준 28
그림 2.2. 교량의 가속도응답에 대한 지진격리받침 유연성의 영향 29
그림 2.3. 전형적인 지진격리받침의 힘-변위 관계 30
그림 2.4. 교량의 거동에 대한 감쇠비의 영향 30
그림 2.5. LRB의 단면 33
그림 2.6. 고무패드와 강판이 일체형으로 된 C형 받침 38
그림 2.7. 국내 지진 진앙분포도, 기상청 43
그림 2.8. 역대 지진 발생 규모 43
그림 2.9. 1978∼2017년 지진발생 현황, 기상청 44
그림 2.10. 국내 주요 지진피해 46
그림 2.11. 해외(일본) 교량 피해 사례(받침손상) 48
그림 2.12. 포항지진 시 교량 받침 등 손상 51
그림 2.13. 교량 내진성능향상 절차 54
그림 2.14. 솔 플레이트와 거더간 연결부 보강 사례 56
그림 2.15. Catcher Bar에 의한 솔플레이트-거더 연결부 보강 사례 57
그림 2.16. Expansion Bearing 보강 사례 58
그림 2.17. 횡방향 강성 향상을 위한 보강 사례 58
그림 2.18. 앵커 플레이트 보강 사례 59
그림 2.19. steel jacket 및 콘크리트 encasement에 의한 보강 사례 60
그림 2.20. 콘크리트 encasement에 의한 보강 사례 60
그림 2.21. 강재 받침재(pedestal)를 이용한 교체 사례 61
그림 2.22. 콘크리트 받침재(pedestal)를 이용한 교체 사례 61
그림 2.23. 대표적 지진격리 받침(예) 62
그림 2.24. 교대 backwall에 시공된 Knock-off 부재요소 63
그림 2.25. 내진보강 범주(seismic retrofit categories, SRC) 결정 절차 65
그림 2.26. 교량 구조물에 대한 내진보강 절차 68
그림 2.27. 보강 전략 수립 절차 70
그림 2.28. 전단키 종류별 설치방법 71
그림 2.29. 전단키 전면(앵커볼트 파단) 71
그림 2.30. 전단키 후면(내시경 촬영) 71
그림 2.31. 전단키 노후화(녹 발생) 71
그림 2.32. 전단키 앵커볼트 설치 72
그림 2.33. 강재전단키 설치 72
그림 2.34. 강재전단키 설치 개념도 72
그림 2.35. 콘크리트 전단키 설치 73
그림 2.36. 받침 교체 설치 부당 사례(철근 토막 용접) 74
그림 2.37. 받침 교체 설치 부당 사례(앵커볼트 빼고 에폭시 부착) 74
그림 2.38. 탄성받침 들뜸 현상(RC Slab) 75
그림 2.39. 탄성받침 미끄럼 현상(PC Beam) 75
그림 2.40. KS F4420 탄성받침 교체 75
그림 3.1. 교량받침 앵커볼트 및 무수축 모르터 손상 현황 83
그림 3.2. 신축이음장치 연결부 앵커볼트 손상 현황 83
그림 3.3. 교량받침 앵커볼트 손상 84
그림 3.4. 포트받침 무수축 모르터 공동 84
그림 3.5. 교량받침 비파괴검사법 85
그림 3.6. 강재 기둥구조물 앵커볼트 비파괴검사(Ultrasonic Wave) 85
그림 3.7. 교량 행거 핀 볼트(Ultrasonic Wave) 86
그림 3.8. 모르터 공동을 고려한 교량받침 고무 응력 해석 86
그림 3.9. 앵커볼트 파괴 양상 87
그림 3.10. 교량받침 앵커볼트 및 콘크리트 파괴 87
그림 3.11. 노후 교량받침 앵커볼트 묻힘길이 비파괴검사 기법 88
그림 3.12. 교량받침의 앵커볼트(예) 89
그림 3.13. 교량받침 및 앵커볼트 문제 89
그림 3.14. 열화상 카메라를 이용한 앵커 묻힘길이 추정법 90
그림 3.15. 앵커볼트 블록 시험체 제작 90
그림 3.16. 열화상 카메라 촬영 및 온도분포 이미지 91
그림 3.17. 아바쿠스를 이용한 열 수치 해석 91
그림 3.18. 선형회귀 과정 92
그림 3.19. 초음파 기법을 활용한 앵커묻힘 길이 및 모르터 공동 탐사 방안 93
그림 3.20. 다양한 공동 변수 시험체 93
그림 3.21. 초음파 기법을 활용한 공동 탐사 전경 94
그림 3.22. 초음파 속도 탐사 결과 94
그림 4.1. OpeeSees 해석절차 99
그림 4.2. 기초강성을 포함한 간단 교량 해석 모델 100
그림 4.3. 콘크리트단면의 fiber요소와 비구속 및 구속 콘크리트의 비선형 거동 101
그림 4.4. Fiber요소 비선형재료모델 101
그림 4.5. 지진격리교량의 비선형 거동 103
그림 4.6. 지진격리교량의 비선형 성능평가 절차 104
그림 4.7. 탄성받침과 LRB 모델과 opensees 입력방법 예 105
그림 4.8. Bouc-Wen 모델 106
그림 4.9. 경주지진파에 의한 LRB를 갖는 9경간 연속교량 해석 106
그림 4.10. Single Friction Pendulum 받침 모델과 opensees 입력방법 예 107
그림 4.11. 곡면 및 평면 마찰형 지진격리받침의 거동 비교 107
그림 4.12. EQS 받침 모델과 Opensees 입력방법 예 108
그림 4.13. 경원고가교 해석 모델 109
그림 4.14. 유전천교 해석모델 110
그림 4.15. 인공지진파[평균응답용] 112
그림 4.16. 인공지진파[최대응답용] 113
그림 4.17. 경원고가교 신축이음의 상대변위와 충돌 여부(LRB-S 적용) 114
그림 4.18. 경원고가교 신축이음의 상대변위와 충돌 여부(SIP 적용) 115
그림 4.19. 유전천교 신축이음의 상대변위와 충돌 여부(LRB-S 적용) 115
그림 4.20. 유전천교 신축이음의 상대변위와 충돌 여부(SIP 적용) 116
그림 4.21. Newmark 법 알고리즘 117
그림 4.22. Spring 요소 [강체팔을 갖는 2절점 스프링/댐퍼 요소] 118
그림 4.23. EarthSpring 요소 [강체팔을 갖는 1절점 지반 스프링/댐퍼 요소] 118
그림 4.24. Seed motion을 시간영역에서 스펙트럼 적합과정을 수행하여 얻은 지진파 119
그림 4.25. Mid-point integated FE 120
그림 4.26. 다공성 반무한 지반-구조물 상호작용계 120
그림 4.27. 원전구조물 SSI 해석 모델과 해석결과 121
그림 5.1. 교량받침 주요 점검포인트 123
그림 5.2. 받침 주요점검 부위 설정을 통한 받침 손상등급 결정 124
그림 5.3. 교량통합관리시스템 126
그림 5.4. 대표받침 상태등급 127
그림 5.5. 점검 연도별 받침 상태등급 127
그림 5.6. 경주지진 교량 받침 손상현황 129
그림 5.7. 전단하중에 의한 앵커 파괴 양상 130
그림 5.8. 전단하중에 의한 앵커 파괴 양상 131
그림 5.9. 교량 받침 설계지침의 받침부 상세 고려 사항 132
그림 5.10. 실험체 상세 134
그림 5.11. 조립된 보강철근 135
그림 5.12. 콘크리트 타설 135
그림 5.13. 콘크리트 블록아웃 135
그림 5.14. 모르타르 타설 135
그림 5.15. 전단실험 SETUP 모식도 136
그림 5.16. 실험체 파괴 양상 및 하중-변위 그래프 138
그림 5.17. 철근 변형률 게이지와 보강철근의 배근 위치(Specimen A5) 139
그림 5.18. 보강철근의 하중변화에 따른 변형률(Specimen A5) 140
그림 6.1. 다양한 교량 내진장치 143
그림 6.2. 고무형, 마찰형, 복합형 지진격리받침(예) 144
그림 6.3. 지진격리받침 업무 흐름도 147
그림 6.4. 표준 시험체의 단면 형상 149
그림 6.5. 고무형(LRB, NRB) 및 복합형(EQS) 받침시험체(1차년도) 151
그림 6.6. 마찰형 받침시험체(2차년도) 151
그림 6.7. 2축 받침시험기 152
그림 6.8. 동적저장용 데이터로거 152
그림 6.9. 마찰형 받침 시험장치(예) 153
그림 6.10. 압축-마찰시험(마찰형받침) 154
그림 6.11. 압축-마찰시험(마찰형받침) - 시험체#1, #2 155
그림 6.12. 압축-마찰시험(마찰형받침) - 각 변위별 155
그림 6.13. 압축-마찰시험(마찰형받침) 156
그림 6.14. 압축-마찰시험 결과(마찰형받침) 157
그림 6.15. 압축-마찰시험 결과(마찰형받침) 157
그림 6.16. 성능시험 후 마찰재 및 마찰면 조사 158
그림 6.17. 외력 Vs 속도 곡선 171
그림 6.18. FVD에 대한 단순 비선형 Dash-Pot 모델과 Maxwell 모델 비교 171
그림 6.19. 교량 댐퍼 실험체 상세 172
그림 6.20. 건축물 댐퍼 실험체 상세 172
그림 6.21. 실험 세팅 173
그림 6.22. Damper 1 시험 전경과 속도별 하중-변위 비교 174
그림 6.23. Damper 1 하중-변위 관계 174
그림 6.24. Damper 2 시험 전경과 속도별 하중-변위 비교 175
그림 6.25. Damper 2 하중-변위 관계 175
그림 6.26. Damper 3 시험 전경과 속도별 하중-변위 비교 176
그림 6.27. Damper 3 하중-변위 관계 176
그림 6.28. 건축물 댐퍼 시험 전경과 속도별 하중-변위 비교 177
그림 6.29. 건축물 댐퍼 하중-변위 관계 177
그림 6.30. 교량 댐퍼 3기 속도-외력 관계 179
그림 6.31. 교량 댐퍼 3기 속도-E.D.C. 관계 179
그림 6.32. 건축물 댐퍼 속도-E.D.C. 관계 180