1. 교량의 현황

본 연구는 교량의 현황을 확인하고 공공사업을 둘러싼 사회환경을 부감한다.

다리길이 15m 이상의 도로교는 15만개를 초과하고 있고, 대부분은 1960년대부터 1980년대에 걸쳐 건설되었다. 그 내역을 보면, 다리 수에서는 RC, PC등의 콘크리트 다리가 반수 이상을 차지하고 있지만, 교량의 연장으로 비교하면 강교(鋼橋)의 비율이 크다.

다리 수(다리길이 15m 이상)은 151,960개, 총 연장은 9,367,467m이다. 평균적인 교량모습은 평균 다리길이 61.6m, 형식은 형교(桁橋), 사용기간은 약 28년이다. 현재 사용중인 총 도로교 수와 건설수의 추이를 보면, 고도성장기에 대량으로 건설되었으며, 그대로 고령화가 진행되어 교량군의 평균연령은 2030년에 50년을 초과할 것으로 보인다. 50년 이상의 교량은 2010년 시점에서 약 13,000개 정도이지만, 2020년에는 40,000개를 넘게 되며 고령화되는 교량이 가속도적으로 증가한다는 것을 알 수 있다.

긴기지방정비국관내의 교량의 가설착공년을 보면, 전국 동향과는 약간 다른 결과를 나타내고 있으나, 고도성장기에 대량으로 건설된 것이 고령화되어 가는 모습은 비슷한 상태라고 생각된다.

과거에 국토교통성 관할 도로교에 관하여 도로교 교체의 이유를 조사한 결과, 손상을 받아 교체를 시행한 교량이 20% 정도이며, 거의 기능상의 문제 및 사용조건의 변화 등에 의해 교체를 시행하고 있다.

상부공에 관한 교체의 이유를 보면, 강교(鋼橋)에 관해서는 상판의 손상에 의한 교체가 67%이며, 강재의 부식이 26%로 되어 있다. 또한, PC교, RC교에 관해서는 콘크리트 자체의 균열 및 박리가 반정도를 차지하고 있으며, 상판의 손상이 30% 정도를 차지하고 있고, 전체 형식을 통해 상판의 손상이 뚜렷한 것으로 나타났다.

직할국도에서 2004년도 교량의 정기점검 결과로부터 강형부식의 부분별 손상수(점검 수 566개 경간(径間))는 내형(안쪽 도리)에 비교하여 외형(바깥쪽 도리)이 환경작용에 의한 손상을 상당부분 받고 있다는 것을 알았다. 또한, 균등하게 부식되지 않고, 외행 끝부분이 교면(橋面)배수 등 처리설비의 양호도에 지배된다는 것을 알았다.

앞으로는 막대한 스톡을 어떻게 유지관리하여 연명을 도모할 것인가가 중요하다. 앞으로 다가올 대변신 시대에 대비하기 위해 연명화를 도모하는 것은 단순하게 비용효과를 보다 크게 하는 것뿐만 아니라, 갱신경비의 경감 및 평준화에 크게 기여하는 것으로 생각된다. 그것을 위해, 예방적인 유지관리를 추진하는 것이 중요하다. 또한, 최근의 중대사고, 손상사례 및 교량의 점검과 진단이 적절하게 이루어지지 않았던 사례 등에 비추어 PDCA(plan-do-check-action)의 검토를 수행하고, 추가적인 행위(J: judge) 즉, 확인의 검증을 실시하여 유지관리를 위한 PDCAJ 사이클을 수행하는 것이 보다 중요하다고 생각된다. 지금까지의 상식에 새로운 상식을 추가하여 지금까지 이상의 안심, 안전하고 쾌적한 것을 유지 및 향상시키는 것이 중요하다.

2. 모니터링에 기초한 교량균의 건전성 평가

현재, 다리길이 15m 이상의 교량은 15만개를 넘었으며, 대부분의 교량에서 고령화가 진행되고 있다. 이러한 상황에서 막대한 수의 기설교의 관리를 효율적으로 수행하는 것이 필수사항이 되고 있다. 기설교의 경우, 다리 수는 RC, PC 등 콘크리트 교량이 반수 이상을 차지하고 있지만, 교량의 연장거리에서는 강교의 비율이 크다.

강교의 노화현상은 주로 RC 상판의 피로, 강재의 부식, 강재의 피로, 볼트의 파괴 등이 있다. 이러한 현상 중 상판의 피로손상에 과해서는 손상도의 판정이 목시(사람의 눈)에 의한 것이 많아 정량적으로 평가하는 것이 어렵다. 또한, 피로 모니터링을 실시한 경우에도 초기자료의 부족 때문에 축적된 피로현상에 관한 평가가 이루어지지 않는 경우가 많다.

본 연구에서는 현시점에서의 하중특성을 간편한 교량축중추정법(B-WIM)에 의해 평가하고, 비교적 입수하기 쉬운 교통센서스에 의한 누적 손상도를 추정함으로써 상판의 피로손상을 평가하는 방법을 제안한다. 이 방법은 센서스에 의해 축중의 이력을 추정하는 방법으로, 손상도 평가의 정도가 높다고는 할 수 없지만, 교량관리를 위한 1차 스크리닝으로서의 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 제안수법을 실제 교량에 적용하여 판상피로 손상도의 평가를 수행한 결과를 나타내었다. 또한, 동일 노선 위에 있는 교량군에 대해서도 동일한 평가를 수행하여 상대적인 피로손상도에 기초한 교량의 유지관리 전략을 나타내었다.

현시점에서의 하중특성을 간편하게 교량축중측정법에 의해 평가하고 교통센서스 등을 이용하여 누적피로 손상도를 추정함으로써 상판의 피로를 평가하는 방법을 제안하였다. 또한, 동일 노선 위에 설치된 교량군의 상대적인 피로손상도를 산정하여 유지관리 전략의 방법에 관하여 구체적인 사례를 나타내었다.

(1) 피로손상도의 산정에는 교통모델 등에 의해 평균화된 모델이 아니라, 간이 모니터링 등으로 얻어진 축중분포를 이용할 필요가 있다.

(2) 현재의 축중분포, 교통센서스에 의한교통량 및 과적재 위반차량의 추이로부터 과거의 축중분포를 추정하고 피로손상도를 산정하였다. 그 결과, 실제 교랴에서 상부의 교체시기와 손상도는 거의 일치하는 결과가 나왔다.

(3) 제안방법의 사고방식에 기초하여 동일 노선상의 교량군 손상도를 산정하고 유지관리 전략의 구체적인 예를 나타낼 수 있었다.

본 연구에서는 실제 자료에 기초하여 합리적인 사고방식을 나타낼 수 있었으나, 손상도의 산정에서 몇 가지 가정을 세웠기 때문에 앞으로 이것에 대한 검증이 필요하다.

3. 조사 및 계측기술의 선정시스템

기존 구조물의 조사, 점검은 처음에 목시(비파괴)를 기본으로 한 1차조사에 의해 노화기구의 추정을 수행하고, 그 후 보다 상세한 내부품질 조사, 계측(미파괴, 파괴)를 수반한 이차조사에 의해 노화기구의 판정, 노화상태의 파악 등을 실시한다. 시스템화에 있어, 실제 작업의 흐름에 준거하여 구성함으로써 사용자(시설 관리자)가 사용하기 쉽고, 실용적인 시스템 구성을 시도하였다.

또한, 노화기구는 중성화, 알칼리골재반응(ASR, alkali-aggregate reaction), 염해, 상판피로, 화학적 침식, PC 강재관련 6개점에 관하여 취급하고, 콘크리트 부재와 같이 강부재에 관해서도 대응한 시스템이다.

본 시스템은 “기본정보입력”, “일차조사”, “이차조사”등 세 가지로 구성되어 있다. “일차조사”는 환경조건 조사결과 및 외관조사 결과를 입력함으로써 노화기구의 추정이 가능하다. 또한, “이차조사’는 노화기구의 판정, 노화상태의 조사, 노화예측 조사, 내하성능 조사 등 4개 항목으로 분류하고, 각 조사항목, 조사/계측기술을 데이터베이스화함으로써 사용자가 기존 구조물의 유지관리를 적절하게 수행할 수 있도록 구성되어 있다.

구조물의 진단에 필요한 조사/계측기술을 정리하고, 합리적으로 선정된 시스템의 개발을 수행하고, 현시점까지 다음과 같은 결과를 얻었다.

(1) 일차조사에서 환경조건 조사결과, 외관조사결과를 입력함으로써 노화기구의 추정을 가능케 하였다.

(2) 이차조사에서 각 노화기구에 관하여 필요한 조사항목 일람을 나타내고 그 조사항목에 대한 조사방법을 데이터베이스화 하였다. 또한, 각 평가를 명시함으로써 상황에 맞는 조사방법을 선택하는 것이 가능해졌다.

앞으로는 신기술의 추가, 평가내용의 검토 등 데이터베이스화 되어 있는 조사방법 일람표를 충실화 시킬 필요가 있다.