내하력 평가

왜 배우는가: 기존 교량이 현재 하중을 안전하게 견디는지 판단하는 근거가 되므로 실무에서 보수·보강과 교통 통제 결정에 직접 쓰인다. 설계기준이 허용응력설계법에서 강도(한계상태)설계법으로 옮겨 가면서 두 방법을 비교하는 문제가 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제135회 1교시 8번, 제89회 1교시 10번, 제68회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의

내하력 평가는 교량이 설계하중과 현재 하중을 견디는 능력을 해석과 시험으로 확인하고 내하율로 판정하는 절차다.

핵심 키워드

• 내하력: 교량이 안전하게 지지할 수 있는 하중의 크기다.
• 안전성평가: 현장조사 자료와 설계도서를 바탕으로 구조 안전성을 판정하는 단계다.
• 재하시험: 시험하중을 가하고 변위와 변형률을 측정해 실제 거동을 확인하는 시험이다.
• 구조해석: 해석 모델로 부재 응력과 단면 내력을 계산하는 작업이다.
• 허용응력설계법: 탄성 응력을 허용응력과 비교하는 방법이다.
• 강도설계법: 하중계수와 강도감소계수를 적용해 극한 상태를 검토하는 방법이다.
• 내하율: 부재의 내력과 하중 효과를 비교해 활하중 여유를 나타낸 값이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 다리가 지금 얼마나 버틸 수 있는지를 따져 보는 일이다. 새로 설계할 때는 설계하중을 기준으로 단면을 정하지만, 기존 교량은 설계 당시 기준과 현재의 교통량, 열화 상태가 다르므로 별도로 평가한다.

정식 정의는 다음과 같다. 특별법 제2조 제6호는 정밀안전진단을 구조적 안전성과 결함 원인을 조사·측정·평가하여 보수·보강 방법을 제시하는 행위로 정의한다. 내하력 평가는 이 과정에서 부재의 저항능력을 하중과 비교하는 부분이다.

안전성평가는 법 시행 지침 제2조 제3호에 따라 설계도서와 기존 점검 결과를 참고해 구조 안전성을 평가하는 것이다. 안전성평가는 정밀안전진단과 관련해 수행하는 구조 안전성 평가 단계다.

재하시험과 구조해석은 내하력을 확인하는 두 축이다. 지침 제26조 제2항은 재하시험(계측) 및 구조해석 또는 기존 안전성평가 자료와 함께 부재별 상태와 재료시험 결과를 종합하도록 한다.

내하율은 부재 내력과 하중 효과의 비로 나타낸다. 산정한 내하율은 해당 하중 조건에서의 부재 여유를 평가하는 데 활용한다. 허용응력설계법은 사용하중 상태의 응력을, 강도설계법은 계수된 하중에 대한 극한 강도를 기준으로 비교한다.

두 방법의 차이는 다음과 같다. 허용응력설계법은 탄성 범위 응력을 허용응력과 비교하고 안전율을 응력 단계에서 반영한다. 강도설계법은 하중계수와 강도감소계수를 나눠 적용하여 극한 상태의 여유를 본다. 웹 자료에서도 허용응력설계법은 비계수 하중과 항복강도를, 강도설계법은 계수 하중과 극한강도를 쓴다고 정리한다.

3. 등장 배경과 필요성

교량은 시간이 지나면서 재료 열화, 피로, 교통량 증가로 설계 당시 가정과 달라진다. 특히 준공 후 장기간 사용된 교량은 설계 당시 활하중보다 큰 차량이 통행하면서 내하력이 부족해질 수 있다. 이 때문에 준공 후 일정 기간이 지나면 정밀안전점검이나 정밀안전진단을 통해 내하력을 확인한다.

설계기준이 바뀐 것도 배경이다. 기존 교량은 허용응력설계법으로 설계된 경우가 많은데, 현재 신설 교량은 한계상태설계법(강도설계법 계열)으로 설계한다. 따라서 평가자는 두 설계법의 하중과 강도 정의가 다르다는 점을 알고 평가 방법을 선택해야 한다.