교량내진설계

*내진설계에 대한 개념만 보시면 되고, 오래전 내진설계에 대한 검토사항이니 참고만 하시기 바랍니다.

 

Ⅰ. 개 요

1. 지진의 안전지대로 생각해왔던 우리나라는,

- 일본 고베시 지진('95.1월)을 계기로 점차 내진설계 대한 인식이 고조되었으며,

- 최근 터키 및 대만의 지진으로(사망자수 4만5천명, 유엔추정) 지진에 대한 관심을 새롭게 하고 있다.

2. 우리나라는 1992년부터 도로교표준시방서에 내진설계편을 재정하여,

지진에 대비한 구조물설계를 시행하고 있으나,

 

 

3. 내진설계로 인한 추가공사비가 막대하게 투입되고,

한반도 지진특성이 반영되지 않은 외국의 내진설계를 여과없이 적용하고 있어,

우리나라현실과는 거리가 있다는 지적이 나오고 있다.

4. 따라서, 여기서는 현행 내진설계의 문제점 및 개선방향에 대하여 기술해 보고자 한다.

 

Ⅱ. 내진설계란

1. 정 의

: 내진설계란,

- 발생되는 지진하중에 의하여 구조물의 일부 부재는 손상을 입을 수 있으나,

- 지진발생후에도 구조물이 정상적인 기능을 유지할 수 있도록,

전체적으로 붕괴될 확률이 매주 낮도록 설계하는 것.

 

 

2. 내진설계의 기본원칙

가. 소규모의 지진 발생시 구조물 부재가 탄성 영역내에서 저항하여 심각한 손상을 받지 않아야 하며,

나. 비교적 큰 규모의 지진시 교량의 전부 또는 일부가 붕괴되어서는 안된다.

 

3. 지진피해 유형

1) 상판의 연단거리 부족으로 인한 탈락 및 붕괴

2) 연결부의 붕괴

3) 교대, 교각의 상대적 변위에 의한 붕괴

4) 휨강도에 비해 상대적으로 작은 전단 강도에 의한 기둥의 좌굴

5) 휨강도 및 유연성 부족으로 인한 파괴 등으로 나눌 수 있다.

 

Ⅲ. 현행 설계적용 현황

1. 지역구분

: 지진발생 빈도 및 규모에 따라, 1등급 지역, 2등급지역으로 구분

2. 지역구분에 따른 지진가속도계수

: 각각 0.07g와 0.14g로 나누어 적용

3. 해석 방법

1) 2등급교와 단경간교 : 사하중의 20%를 수평력으로 산정

2) 1등급교 및 연속경간교

- 단일모드 스펙트럼에 의한 해석 방법을 원칙으로 하고,

- 다중모드 스펙트럼 등 정밀해석 시행

3) 연속 경간장이 200m 넘는 큰 교량

- 납보강 탄성받침, 기초분리장치 등 면진장치 사용

5. 소성힌지 영역

: 심부구속철근을 띠철근 또는 격자망 형태의 Cross tie를 사용하여 설계

 

 

Ⅳ. 현행 설계의 문제점

1. 정책상 문제점

가. 내진설계로 인한 막대한 추가공사비 소요

ex) ‘99년 한국도로공사의 조사에 의하며,

- '95년이후 설계한 교량(1,600여개)의 공사비는 10조원 정도이며,

- 이중 8,500억원(8.5%) 정도가 내진설계로 인한 추가 공사비로 조사됨.

나. 외국의 내진설계를 여과없이 적용하고 있어, 한반도 지진특성이 미반영됨.

2. 시방서상 문제점

가. 시방체계와 상이

- 도로교 표준시방서 하부구조편 : 일본 도로교 표준시방서 적용

- 도로교 표준시방서 내진설계편 : 미국 AASHTO-시방서 적용

나. 하중조합계수간 상이

- 도로교 표준시방서 공동편 : 하중조합 1.30+1.7H+1.3Q+1.3E

- 도로교 표준시방서 내진설계편 : 하중조합 1.0(b+H+Q+E)

다. 교각 높이가 낮아 기둥이 탄성영역으로 거동하는 경우에도

연성거동에 의한 심부 구속철근을 배치토록 되어 있어 예산낭비 및 시공성 저하

라. 원형교각의 심부구속철근 산정시, 띠철근에 의한 환산단면식을 사용하도록 되어있어, 과대한 철근 배치로 콘크리트 타설 곤란

마. 기존교량 단순확장하는 경우 기존 교량의 내하력 평가방법 부재

 

 

Ⅴ. 개 선 방 안

1. 최적화 내진설계

가. 국가경쟁력 및 경제성을 고려한 지진재현주기 결정

나. 모든 교량의 일률적으로 내진설계 적용하기보다는

교량의 규모, 주변여건 등을 고려하여 내진설계 적용범위결정.

 

2. 한반도 지진에 대한 연구 선행

: 내진설계에 앞서 한반도의 지진활동, 발생가능한 최대 잠재지진 규모, 발생확률 등에 대한 연구시행으로 우리나라 특성에 맞는 내진설계변수 정립.

 

3. 시방서 정비 필요

가. 하부구조와 내진설계 시방체계 정비

나. 하중계수정비

다. 탄성설계 허용

라. 면진장치 등의 해석방법과 품질확보 방안 마련

마. 기존 시설물에 대한 내하력 평가 방법 마련

 

 

Ⅵ. 결 론

1. 해마다 내진설계로 고속도로 공사에서만 2,000억원이상의 추가 공사비가 소요되므로 최적화된 내진설계 적용방안 마련이 시급한 현시점에서,

2. 한국도로공사에서는 지난해 4월 관련분야 종사자 및 전문가를 대상으로

토목구조물에 대한 내진설계의 적용방안에 대한 설문조사를 시행한 바 있으며,

3. 설문조사 결과,

내진설계의 필요성에 대하여는 대부분이 긍정적인 의견을 제시하였으나,

다음과 같은 문제점 보완 필요 제기

1) 최적화 내진설계를 위해 경제성을 고려한 지진재현주기 결정 필요

2) 모든 교량의 일률적인 내진설계 적용보다는 반드시 필요한 구조물에 대하여만 적용

3) 내진설계에 앞서 한반도 지진활동, 발생가능한 최대 잠재지진 규모, 발생확률 등에 대한 선행연구 시행 → 우리나라 실정에 맞는 내진설계변수 마련

4. 또한, 내진설계부문 시방기준 정비시 설계기준은 최소한의 기준만을 제시하고, 발주자 및 설계자의 판단에 따라 세부설계방법을 적용할 수 있도록 적용범위의 완화가 필요함.