교량의 내진설계와 내진성능평가 교육자료

교량의 내진설계와 내진성능평가 교육자료

 

제목 : 교량의 내진설계와 내진성능평가 교육자료

행사 : 서울시설관리공단 교육

발표 : 2017. 2.

저자 : 이재훈 교수, 영남대학교 건설시스템공학과

출처 : 서울시설관리공단

자료 다운로드 : 교량의_내진설계와_성능평가-이재훈교수_(2017.02.14)

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교량의 내진설계와 내진성능평가 교육자료

 

주요 내용

 

교량의 내진설계 

- 1,000년 재현주기 설계지진의 지반진동으로 상부구조가 좌우로 진동하여 발생하는 지진력을 교각이 강도와 연성능력으로 저항할 수 있도록 철근을 배치하고, 교각의 휨파괴와 전단파괴 및 정착파괴, 기초 파괴, 받침 파괴, 연결부 파괴 등의 구조물 파괴와 낙교 및 지반의 액상화가 발생하지 않도록 조치하는 작업

 

교량의 내진성능평가

- 이미 시공이 완료되어 사용 중인 교량에 1,000년 재현주기의 설계지진(PGA 0.154g)이 작용한다면 어떤 현상이 발생할지 해석적으로 simulation하여, 가장 먼저 파괴가 발생할 취약부분을 찾아내는 일

- 따라서 교량의 현재 상태를 정밀하게 현장조사하고, 이를 바탕으로 가장 먼저 파괴가 발생할 취약부분을 찾아내는 정밀해석을 수행하여야 하므로, 내진설계보다 더 높은 기술 수준이 요구됨

 

교량의 내진보강 

- 정교하게 시행된 교량의 내진성능 평가결과에 따라 도출된 취약부분을 보강하려면 어떤 보강방법이 적절하지 여러 가지 보강방법을 검토하여 최적의 보강방법을 도출하는 내진보강설계를 실시하여야 함 

- 제시된 보강방법을 적용하여 보강한다고 가정하고, 보강된 교량에 1,000년 재현주기의 설계지진(PGA 0.154g)이 작용할 때 내진설계에서 목표로 하고 있는 내진성능이 발휘될지 해석적으로 검증하여야 함 

- 이와 같은 해석적 검증 후 제시된 보강방법에 따라 보강시공을 수행하여야 함 

- 교량의 내진보강 방법으로는 다음 방법을 고려할 수 있음 

① 받침 교체 및 다점 고정 (탄성받침, 면진받침 등으로 지진력 분산 또는 흡수) 

② 내진 전단키 설치 (지진력을 여러 교각으로 분산) 

③ 감쇠기 설치 (STU 등 감쇠장치로 지진력 흡수) 

④ 교각 보강 (강판이나 섬유시트 보강으로 교각의 강도 및 연성능력 증진) 

⑤ 기초 또는 교대 보강 (기초 크기 확대, 교대 앵커 등) 

⑥ 낙교방지장치 설치 (교대와 교각의 브래킷, 전단키, 상부구조 연결 케이블 등)

 

교량의 내진설계 개념 

- 교각의 강도와 연성능력을 이용하여 교각이 지진 작용력에 저항하도록 하는 설계개념으로, 교각이 충분한 내진성능을 발휘할 때까지 낙교, 기초 파괴, 받침 파괴, 연결부 파괴, 지반의 액상화 등이 발생하지 않도록 하는 설계 개념 

- 교각의 하단부에 축방향철근이 연속되도록 배치하고(겹침이음 금지), 교각의 하단부(경우에 따라 상단부도 추가)에 많은 양의 횡방향 철근을 배치하여야 교각의 내진성능이 향상됨 

- 시공할 때 철근을 더 배치하면 되는 비교적 간편하고 경제적인 방법

 

교량의 면진설계 개념

- 지진격리장치(탄성받침, LRB 등 면진받침, STU 등 감쇠장치 등)을 이용하여 교량의 상부구조와 하부구조를 분리시키고 지진격리장치에서 에너지를 분산시킴으로써, 상부구조의 질량과 가속도에 의한 지진력이 교각과 기초에 전달되지 않도록 하는 설계 개념

- 구조물의 손상을 최소화 할 수 있는 장점이 있는 방법

- 그러나 고비용의 지진격리장치를 사용하여야 하므로 경제성이 낮고, 엄격하게 품질관리를 하지 않으면 성능을 장담할 수 없으며, 적용한지 오래 되지 않아 장기적 내구성능이 아직 입증되었다고는 할 수 없음

 

내진설계, 내진성능평가, 내진보강의 골격 

1. 설계지진 때 교량구조시스템 전체가 어떻게 움직이는지 파악 - 즉, 변위를 검증하여, 교각이 괜찮은지, 낙교 되지는 않는지 확인 

2. 교량시스템 전체가 움직이는 동안 파괴되는 요소는 없는지 확인 

3. 파괴될 때 가장 먼저 문제가 발생하는 부분이 어디인지 파악 

4. 먼저 발생하는 문제부터 보강하여 내진성능을 향상시킴