교량 시설물의 내진성능평가 및 내진보강

이번 시간에는 교량 시설물의 내진성능평가 대상 부재와 내진성능 평가 후 내진보강방안에 대해 알아 보도록 하겠습니다. 

1. 교량 내진성능 평가 개요

교량은 지진 발생 시 구조적 안전성이 확보되어야 하며, 이에 대한 평가를 위해 내진성능 평가가 필수적입니다. 내진성능 평가를 통해 교량의 구조적 취약성을 분석하고, 필요한 보강 방법을 결정합니다. 일반적으로 내진성능 평가 대상 부재는 다음과 같습니다.

• 교 각(Pier) : 주요 하중을 지지하는 구조물로, 지진시 안정성 및 붕괴 위험 분석 필요
• 받침장치(Bearing Device) : 상부구조와 하부구조를 연결하며, 상부구조의 하중을 하부구조로 전달. 지진 하중을 분산
• 받침부 앵커볼트(Bearing Anchor) : 받침장치를 하부구조에 연결하는 요소
• 기 초(Foundation) : 교량을 지지하는 구조물로, 지진 하중에 대한 저항 성능 평가
• 낙교 방지(Fall Prevention System) : 지진 시 상부구조의 이탈을 방지
• 지반액상화(Liquefaction) : 지진에 의해 지반이 액체처럼 변하는 현상 평가

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2. 부재별 내진 성능 부족 시 보강 방법

2.1 교각의 내진 보강 방법

교각은 교량의 주요 구조 요소로, 지진 하중을 효과적으로 저항해야 합니다. 내진 성능이 부족한 경우 다음과 같은 보강 방법을 적용할 수 있습니다.

 

(1) 철근 콘크리트 단면 증설

• 기존 교각 주변에 추가 철근과 콘크리트를 배치하여 강성을 증가시킴
• 연성(ductility) 향상 및 지진 하중 저항 성능 강화

(2) 강재재킷(강판 보강)

• 강재 플레이트를 교각 외부에 부착하여 전단 및 압축 강도 증대
• 기존 교각의 취성 파괴를 방지하고 연성 증가

(3) 탄소섬유 보강(Carbon Fiber Reinforcement)

• 경량이면서도 높은 강도를 가진 탄소섬유를 이용하여 교각 보강
• 시공이 용이하고 유지보수 비용 절감 가능

 

2.2 받침장치(Bearing Device) 및 받침부 앵커볼트의 내진 보강 방법

받침장치는 교량의 상부구조와 하부구조를 연결하고, 상부구조의 하중을 하부구조로 전달하는 요소로, 지진 발생 시 받침장치의 종류에 따라서 수평하중을 지지하거나,  지진에 의한 수평변위를 허용할 수 있어야 합니다. 내진 성능이 부족한 경우 다음과 같은 보강 방법이 적용됩니다.

 

(1) 면진받침(LRB, Lead Rubber Bearing) 설치

• 기존 받침을 제거하고 납고무받침(Lead Rubber Bearing, LRB)으로 교체
• 지진력을 효과적으로 흡수하여 상부구조의 흔들림을 감소시키고, 하부구조로 전단되는 수평하중을 감소시킴
• 면진받침의 설치로 인해 지진력이 감소하여, 받침장치 및 기초부에 전달되는 지진력을 감소 시킬수 있음

(2) 탄성받침(Elastomeric Bearing) 보강

• 탄성고무 및 철판을 조합하여 제작된 탄성받침을 사용하여 변위 허용 능력 향상
• 기존 받침의 성능이 부족한 경우 추가 보강 가능

(3) 전단키(Shear Key) 보강

• 내진성능평가 결과, 받침장치 만이 내진성능이 부족할 경우, 받침에 작용하는 수평저항력을 분산하여 저항할 수 있는 전단키를 설치

 

2.3 기초(Foundation) 및 지반의 내진 보강 방법

기초는 교량의 하중을 지반으로 전달하는 역할을 하며, 지진 시 휨 또는 전단력이 설계강도를 초과하거나, 지반의 변형이 발생하면 구조적 문제를 초래할 수 있습니다.

 

(1) 면진장치 설치

• 기초부는 직접적인 보강이 현장 여건 상 어려우므로, 면진장치의 설치 등으로 기초에 전달되는 단면력을 줄이는 방안으로 접근

(2) 마이크로파일 보강(Micropile Reinforcement)

• 기존 기초 주변에 마이크로파일을 추가하여 하중 분산 및 안정성 향상

(3) 지반개량(Soil Improvement)

• 주변 지반의 지지력을 향상시키기 위해 치환공법, 주입공법 등을 활용

 

2.4 낙교 방지 장치(Fall Prevention System) 보강 방법

교량 상부구조가 지진 시 하부구조에서 이탈하는 것을 방지하는 장치로, 내진 성능이 부족한 경우 다음과 같은 보강 방법이 적용됩니다.

 

(1) 낙교 방지 케이블 설치

• 상부구조와 하부구조를 연결하는 강재 케이블을 추가하여 지진 시 이탈 방지

(2) 충격 흡수 장치 설치

• 에너지 흡수를 위한 감쇠장치를 추가하여 상부구조의 급격한 이동을 방지

 

2.5 지반액상화(Liquefaction) 방지 보강 방법

지진 시 지반이 액체처럼 변하여 구조물이 불안정해지는 현상을 방지하기 위해 다음과 같은 보강 방법이 적용됩니다.

 

(1) 지반개량(Soil Improvement)

• 모래지반의 액상화를 방지하기 위해 고결재 주입(Grouting), 모래다짐말뚝(Sand Compaction Pile, SCP) 등의 공법 적용

(2) 차수벽 및 배수 공법

• 지반 내 배수 시스템을 구축하여 액상화 발생을 방지하는 차수벽 및 배수공법 적용

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3. 결 론

교량의 내진성능 평가 후 성능이 부족한 부재에 대해 적절한 내진 보강 방법을 적용하는 것은 지진 발생 시 구조적 안전성을 확보하는 중요한 과정입니다. 특히 교각, 받침장치, 받침부 앵커, 기초부, 낙교 및 지반액상화에 대한 적절한 보강 방법을 적용하면, 교량의 내진 성능을 향상시키고 구조적 안전성을 확보할 수 있습니다. 이러한 내진 보강 방법을 통해 지진으로부터 인명과 재산을 보호하고, 안전한 도로망을 유지하는 것이 필수적입니다. 오늘 이시간에는 교량의 내진성능 평가 주요부재 및 내진보강방안에 대해 알아 보았습니다.

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