교량 내진성능평가

한 줄 정의

교량 내진성능평가는 기존 교량이 지진 시 요구되는 내진성능을 만족하는지 판정하는 절차다.

공급역량은 구조물이 발휘할 수 있는 강도와 변형 능력이고, 요구역량은 지진이 주는 수요다.

공급역량은 보유성능이라고도 하며, 이 값이 요구를 넘으면 기준을 만족한다.

평가가 필요한 이유

신설 교량은 설계 단계에서 내진성능을 확보하지만, 기존 교량은 실제 성능을 다시 산정해야 한다.

콘크리트 중성화와 철근 부식은 강도와 연성을 함께 떨어뜨린다.

그래서 평가의 출발점은 현장 제원과 상세 조사다.

파괴모드별 보유성능

교각은 휨 파괴와 전단 파괴의 보유성능이 다르므로 각각 산정해야 한다.

휨 파괴는 연성 파괴이고 전단 파괴는 취성 파괴다.

보유 연성도는 극한변위를 항복변위로 나눈 값이며, 요구 연성도보다 커야 휨 파괴 기준을 만족한다.

취성 전단 파괴가 먼저 나타나면 연성 확보와 무관하게 부족으로 판정된다.

정답은 전단 강도다. 취성 전단 파괴는 전단 강도로 판정한다.

내진성능수준

내진성능수준은 기능수행수준과 붕괴방지수준 두 단계로 구분한다.

기능수행수준은 발생 빈도가 높고 세기가 낮은 지진에 경미한 손상만 허용하면서 교량의 통행 기능을 유지하는 수준이다.

붕괴방지수준은 발생 빈도가 낮고 세기가 높은 지진에 교량 전부 또는 일부의 붕괴를 막는 수준이다.

붕괴방지수준은 부분적인 소성변형은 허용하지만 취성파괴는 허용하지 않는다.

평가 절차와 보강 흐름

평가는 자료 수집에서 시작한다. 도면과 재료시험, 현장조사 자료로 치수와 철근량을 확인한다.

교각별 휨 모멘트와 곡률로 항복 상태를 정의하고, 파괴모드별 보유성능을 산정한다.

지진 요구량은 응답스펙트럼 또는 비선형 해석으로 구하고, 보유성능과 비교해 적합 여부를 판정한다.

부족한 교각, 받침, 기초에 보강방안을 도출하고, 보강 후 재평가로 성능 목표 만족을 확인한다.

계산 예제

가상의 예로 항복변위 0.05m, 극한변위 0.25m인 교각을 본다.

휨 파괴 기준의 변위연성도는 극한변위를 항복변위로 나눈 5.0이다.

같은 교각이 전단으로 파괴되면 극한변위가 0.12m로 줄어 연성도는 2.4가 된다.

같은 교각이라도 파괴모드에 따라 보유 연성이 절반 이하로 떨어진다.

정리와 시험 포인트

답안에서 가장 많이 빠지는 것은 파괴모드의 순서다. 휨 파괴는 연성, 전단 파괴는 취성이다.

성능 목표는 기능수행수준과 붕괴방지수준을 함께 쓴다.

평가 결과가 부족하면 보강하고, 보강 후 재평가로 성능 목표 만족을 확인한다.

정리하면 자료 조사, 해석, 성능 비교, 보강, 재평가 순서로 진행한다.

정답은 붕괴방지수준이다. 기능수행수준은 경미한 손상만 허용한다.