교량 내진성능 향상

왜 배우는가: 교량은 지진 시 붕괴되면 긴급 수송과 인명 피해로 이어지므로 기존 교량의 내진성능을 평가하고 보강하는 것이 실무의 핵심 과제다. 노후 교량이 늘고 지진 발생 우려가 커지면서 기존 교량 보강은 기술사 시험에서 반복해 출제되는 주제다.

출제 이력: 제117회 1교시 12번, 제99회 3교시 6번, 제94회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

교량 내진성능 향상은 지진 발생 시 교량이 기능수행수준과 붕괴방지수준의 요구조건을 만족하도록 구조 내력, 변형 능력, 지진력 분담 체계를 개선하는 기술적 조치를 말한다.

교량 내진성능 향상은 지진 시 교량의 기능을 유지하고 붕괴를 막도록 내력·연성·지진력 전달 체계를 높이는 조치다.

• 키워드: 내진성능수준, 기능수행수준, 붕괴방지수준, 내진보강, 연성, 지진력 저감, 내진등급

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 지진이 와도 교량이 무너지지 않고 차량 통행이 가능한 상태를 유지하도록 하는 것이다. 지진 때 교량에 작용하는 수평력을 줄이거나, 교량이 그 힘을 견디도록 강도와 변형 능력을 높이는 것이 핵심이다.

정식으로는 내진성능수준을 기능수행수준(OBE, 지반운동 세기는 낮으나 발생빈도가 높은 지진에 대해 정상 기능 수행이 가능한 수준)과 붕괴방지수준(SSE, 지반운동 세기는 높으나 발생빈도가 낮은 지진에 대해 전부 또는 일부 붕괴되지 않아야 하는 수준)으로 구분한다. 내진성능 향상은 이 두 수준의 요구조건을 기존 교량이 만족하도록 만드는 행위다.

기능수행수준은 도로 기능에 장애를 주지 않는 정도의 소성변형만 허용하고 긴급차량 통행을 보장하는 목표다. 붕괴방지수준은 부분적 소성변형은 허용하되 취성파괴는 허용하지 않고, 단기간 보수가 가능해야 한다는 목표다.

지진력 저감은 받침부와 감쇠장치로 지진 에너지를 흡수하거나 상부구조를 지반 운동으로부터 분리해 부재에 전달되는 힘을 줄이는 방법이다. 연성은 부재가 항복 후에도 변형하며 에너지를 소산하는 능력으로, 취성파괴를 막는 기본 요소다.

기능수행수준과 붕괴방지수준을 구분하는 것이 내진성능 향상 설계의 출발점이다.

3. 등장 배경과 필요성

국내 교량은 과거 내진설계가 없거나 약하던 시기에 건설된 것이 많다. 국내 내진설계 규정은 1978년 홍성지진과 1985년 멕시코지진의 피해를 계기로 1987년에 처음 작성되었다. 이 때문에 그 이전에 설계된 교량은 현행 기준으로 보면 내진 성능이 부족한 경우가 많다.

교량 받침은 연직하중과 수평하중을 하부구조로 전달하고 변위를 수용하는 부재다. 지진 시에는 받침의 수평 지지와 변위 수용 능력이 부족하면 상부구조가 낙교하거나 받침이 파손될 수 있다. 따라서 받침장치 교체와 지진 격리 기능 추가가 보강의 주요 대상이 된다.

또한 교량의 일부 부재만 강화해도 전체 구조계의 거동이 바뀌므로, 국부 보강과 전체 보강을 함께 검토해야 한다. 최근 지진 발생 빈도가 높아지고 노후 교량이 늘면서 기존 교량의 내진 성능 평가와 보강 필요성이 커지고 있다.