교각 내진보강

교각 내진보강 개요

교각 내진보강은 기존 교각의 내진성능을 설계지진 요구 수준까지 높이는 공사다.

강성, 강도, 연성을 개선해 지진 때 교각이 무너지지 않고 버티도록 한다.

보강의 목표는 소성힌지 부위가 취성적으로 깨지지 않고 변형하며 하중을 견디게 하는 것이다.

보강이 필요한 이유

국내에는 설계기준 이전에 지어진 교량이 많다. 1995년 고베 지진에서는 고가교 기둥이 횡방향으로 파괴되어 넘어졌다.

보강은 첫째 기둥의 연성 부족을 줄여 붕괴를 막고, 둘째 기초의 저항 능력을 확보하며, 셋째 낙교를 방지한다.

이 세 가지가 보강 공법을 고르는 기준이 된다.

소성힌지와 횡구속

지진 때 교각은 큰 수평력을 받고, 소성힌지가 생기는 부위에서 변형이 집중된다.

띠철근이나 외부 재료로 감싸면 횡구속 효과가 생겨 콘크리트의 압축 변형능력이 높아진다.

연성도는 극한 변위를 항복 변위로 나눈 값이며, 클수록 붕괴 전에 많이 변형할 수 있다.

보강은 이 소성힌지 구간의 연성을 확보하는 데 초점을 둔다.

보강 공법 비교

보강 공법은 재료에 따라 강판 자켓, CFRP 랩핑, 콘크리트 증대로 나뉜다.

강판 자켓과 CFRP 랩핑은 모두 구속 효과로 연성을 높이지만, 중량과 시공 방식이 크게 다르다.

콘크리트 증대는 강도 보강에 유리하나, 단면이 바뀌어 기초와 강성을 다시 검토해야 한다.

공법을 고르기 전에 파괴 모드를 먼저 판정해야 한다.

보강 절차

교각 내진보강은 먼저 기존 상세와 재료를 조사하고, 내진성능을 평가하는 순서로 진행한다.

평가에서 연성도가 부족한 구간이 나오면 보강 목표를 세우고 방식과 범위를 고른다.

보강 후에는 성능을 다시 평가해, 목표에 미달하면 보강 방식을 다시 선정한다.

기초와 상부 구조의 영향도 함께 확인한다.

핵심 정리와 직접 풀기

마지막으로 핵심을 정리한다. 구속효과와 전단내력이 보강 설계의 두 축이다.

보강 후에는 휨 파괴가 전단 파괴보다 먼저 일어나도록 설계한다. 이제 직접 풀어 보자.

정답과 정리

정답은 콘크리트 증대다. 단면을 키우므로 기초와 강성을 다시 검토해야 한다.

기출에서는 보강 방법의 설명, 능력 스펙트럼법, 설계와 시공 주의점을 묻는다.

능력 스펙트럼법은 용량곡선과 요구 스펙트럼의 교점이 성능점이라는 점을 기억하자.