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과제기본정보

노후 도로시설(교량, 터널, 사면, 옹벽)의 내진성능관리 의사결정지원 기술 개발4년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 21SCIP-B146946-04
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물점검 진단기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 달리 분류되지 않는 시설물안전 유지관리 기술 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 노후 도로시설(교량, 터널, 사면, 옹벽)의 내진성능관리 의사결정지원 기술 개발
주관연구기관 인하대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 신수봉
소속 인하대학교 직위 교수
기관 대표번호 032-260-3000 FAX 032-863-6517
총 연구기간 2018-04-13 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
4차년도 2,093,000,000 0 0 0 2,093,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 * 본 과제는 교량, 터널, 옹벽 및 사면과 같은 노후 도로시설물을 대상으로 지진에 대한 안전성을 확보하여 국민의 생활안전을 보장한다는 비전 아래, 대표 도로시설물의 노후도 및 보수보강 효과를 반영하여 표준화된 지진취약도 함수를 개발하고자 함. 또한 대표 도로시설물별 표준화된 지진취약도 함수를 바탕으로 사회?경제적 복원력과 내진성능평가를 통해 효과적으로 도로망의 내진성능을 관리하기 위한 내진성능관리 의사결정기술 시스템을 개발하고자 하며, 이를 Test Bed 지역에 성공적으로 적용 및 검증하는 것을 연구목표로 함
* 따라서 다음과 같이 2개의 분야로 구분하고, 각 분야별 세부 목표를 설정하여 연구를 진행하고자 함
- 도로시설의 노후도를 고려한 물리적 지진취약도 평가기술 개발
(목표1) 도로의 중요도에 따른 내진성능수준 및 부재 손상수준 결정 기술 개발
(목표2) 노후 도로시설의 노후도 및 보수보강 효과를 반영한 지진취약도 기술 개발
(목표3) 도로시설물 대표재료의 노후화 특성 모델 개발
(목표4) 내진보수보강 공법 및 향상효과 D/B 라이브러리 구축
- 도로망의 지진복원력 평가를 통한 노후 도로시설의 내진성능관리 의사결정지원 기술 개발 및 시범적용
(목표1) 노후 도로시설 내진성능관리 의사결정지원 시스템 Test Bed 실증
(목표2) 노후 도로망의 확률론적 내진성능평가 및 보수보강 의사결정지원 기술 개발
(목표3) 도로시설 노후도를 고려한 도로망 내진성능 저하 및 회복 평가 기술
(목표4) 노후 도로시설 및 도로망의 사회??경제적 복원력 유형 분석 및 평가 기술
최종목표 * 본 연구개발의 최종 목표는 ‘노후 도로시설(교량, 터널, 사면, 옹벽)의 내진성능관리를 위한 의사결정지원 기술 개발’임
* 1세부과제는 노후 도로망에 포함된 교량, 터널, 옹벽, 사면과 같은 도로시설물의 지진취약도 분석을 바탕으로 수행되는 내진성능 및 사회적·경제적 복원력 평가를 통해 지진에 대한 구조물의 성능관리 체계를 수립하고자 하며, 이를 위하여 노후 도로시설의 노후도와 내진보수보강 효과를 고려한 물리적 지진취약도 함수를 개발하고, 이에 대한 D/B 및 관련 기초자료들의 라이브러리를 구축하는 것임.
* 1세부는 아래와 같이 총 6개의 구성기술로 세분화하여 세세부과제 연구를 수행하고자함
- 주관연구기관(인하대학교)
1-1. 노후 교량의 지진취약도 구축 및 기초의 내진성능평가 기술 개발
- 위탁연구기관(토론토대학교)
1-1(위탁). SSI 및 액상화를 고려한 교량 기초의 내진성능 분석 기술 개발
- 공동연구기관(국민대학교)
1-2. 노후 교각의 내진성능평가 기술 개발
- 공동연구기관(울산대학교)
1-3. 노후 교량받침부의 내진성능평가 기술 개발
- 공동연구기관(한양대학교)
1-4. 터널, 사면, 옹벽의 노후도를 고려한 지진취약도 평가 기술 개발
- 공동연구기관(경상대학교)
1-5. 도로시설물 대표재료의 노후화 및 보강 특성 모델 개발
- 공동연구기관(한밭대학교)
1-6. 도로 시설물의 내진보수보강 공법 라이브러리 구축

* 2세부과제 목표는 도로망의 지진복원력 평가를 통해 노후 도로시설의 내진성능관리 의사결정지원 기술을 개발하고, 선정된 Test-Bed 지역의 지반특성을 반영하여 실제 도로망에 개발 기술을 실증함으로써 의사결정시스템의 신뢰도를 제고하는 것임.
* 2세부는 총 4개의 구성기술로 세분화하여 세세부과제를 수행하고자함.
- 협동연구기관(한국시설안전공단)
2-1. 노후 도로시설 내진성능관리 의사결정지원 시스템 Test Bed 실증
- 위탁연구기관(인천대학교)
2-1(위탁). 확률기반 내진성능 보강기술 개발
- 공동연구기관(서울대학교)
2-2. 노후 도로망의 확률론적 내진성능평가 및 보수보강 의사결정지원 기술 개발
- 공동연구기관(울산과학기술원)
2-3. 도로시설 노후도를 고려한 도로망 내진성능 저하 및 회복 평가 기술
- 공동연구기관(연세대학교)
2-4. 노후 도로시설 및 도로망의 사회?경제적 복원력 유형 분석 및 평가 기술
연구내용 및 범위 (도로의 중요도에 따른 내진성능수준 및 부재 손상수준 결정 기술 개발)
* 도로의 중요도(등급)에 따른 도로시설의 내진성능수준 결정 기술 및 부재 손상수준 결정 기술 개발
- 도로의 내진 등급에 따른 내진성능수준 결정 기술
- 도로시설물의 내진성능수준에 따른 부재 손상수준 결정 기술
- 도로망과 도로시설물의 내진성능수준 연계 기술

(노후 도로시설의 노후도 및 보수보강 효과를 반영한 지진취약도 함수 개발)
* 대표 교량의 분류
* 대표 터널, 사면, 옹벽의 분류
* 대표 교량의 지진취약도 함수 구축
* 대표 터널, 사면, 옹벽의 지진취약도 함수 구축
* 도로시설물 대표요소에 대한 요구내진성능수준별 지진거동특성 정량화 기술 개발
* 도로시설물 대표재료 및 대표요소의 실험 검증과 문헌자료 분석을 통한 노후거동특성 모델 개발
* 내진보수보강 공법별 내진성능향상 효과 정량화 기술 개발

(도로시설물 대표재료의 노후화 특성 모델 개발)
* 도로시설물(교량, 터널)의 대표 재료에 대한 노후화 관련 기존 선행 연구자료 조사 및 분석
* 콘크리트의 노후화 특성 검증
* 철근 부식에 대한 특성 도출
* 노후화된 콘크리트의 보강거동 특성 분석
* 내진 보강된 철근콘크리트의 철근 부식 특성 분석
* 도로시설물 대표 재료의 노후화 특성 모델 제안
* 콘크리트 시설물 노후화 평가 매뉴얼 제안

(내진보수보강 공법 및 향상효과 D/B 라이브러리 구축)
* 주요 구성요소 노후화/손상모드별 보수보강 공법의 정립
* 구성요소별/손상모드별 보수보강기법의 내진성능 향상효과 D/B구축
* 교각의 보수보강에 따른 내진성능향상효과를 반영한 라이브러리 구축
* 내진보수보강된 노후교각의 내진성능 수치해석
* 내진성능 보수보강 공법의 기본매뉴얼 개발

(노후 도로시설 내진성능관리 의사결정지원 시스템 Test Bed 실증)
* 실증을 통한 의사결정지원 기술 평가 사례조사 및 도로시설물 내진성능관리 의사결정지원 운영기법 분석
* 결정론과 확률론적 방법에 따른 의사결정 기법검토 및 의사결정지원 기술매뉴얼 작성
* 국내외 도로시설물 내진성능관리 체계 및 제도 등을 검토하고 노후도로시설물 내진성능관리 의사결정제도(안)을 수립하여 실증 및 의사결정지원 시스템과 연계방안 도출
* 내진성능의사결정 대상 도로망 선정 및 추진전략 수립하고 실제도로망의 지반특성을 반영한 Test Bed 시행
* Test Bed 결과를 바탕으로 의사결정 시스템, 의사결정제도 및 매뉴얼 검증 및 개선

(노후 도로망의 확률론적 내진성능평가 및 보수보강 의사결정지원 기술 개발)
* 발생 지진에 따른 도로망 네트워크 시스템의 요구 지진강도(Seismic demand)인 지진동 강도(Seismic intensity)의 공간적 분포와 상관관계를 확률적으로 예측
* 도로망 시스템을 이루는 시설물들의 영향인자인 노후화 변인, 노후화 진행 속도 등을 고려하여 시설물의 지진동 수용력(Seismic capacity) 추정
* 영향인자를 고려하여 도출된 요구 지진강도와 지진동 수용력, 사회?경제적 영향 등을 기반으로 확률론적 내진성능평가를 수행하기 위한 샘플링 알고리즘 개발
* 지진발생전 도로망 시스템의 체계적인 내진성능관리를 위해 의사결정 지원 방법론 개발
* 개발될 내진성능평가 기술과 의사결정지원 방법론을 테스트베드에 적용하고 소프트웨어 개발을 위한 기술 지원

(도로시설 노후도를 고려한 도로망 내진성능 저하 및 회복 평가 기술)
* 도로망의 내진성능 평가를 위한 지수 개발
* 시스템신뢰성 해석 기반 도로망 성능 저하 평가 기법 개발
* 노후 도로시설 및 도로망 성능 회복 모델링 및 평가 기법 개발
* 노후 도로망 내진성능 저하 및 회복 평가 기법의 의사결정시스템 적용

(노후 도로시설 및 도로망의 사회?경제적 복원력 유형 분석 및 평가 기술)
* 지진 발생에 따른 도로시설의 사회?경제적 직간접 손실 영향 범위 분석 및 사회?경제적 취약도 분석
* 지진재해의 사회?경제적 직간접 손실 분석모형 개발 및 복원력 유형 분석
* 지진 발생에 따른 도로시설 및 도로망의 사회?경제적 복원력 평가기술 개발
* 테스트베드에 대한 복원력 평가기술 적용 및 복원력 향상방안 도출
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
4차년도 [1-1]
* 도로의 중요도에 따른 도로시설 내진성능수준 결정 기술 및 부재 손상수준 결정 기술 조사 분석
* 국내외 교량 분류 체계 조사/분석
* 내진성능 평가를 위한 국내 교량의 분류체계 개발
* 교량의 표준 지진취약도 분석 방법 개발
* 국내 교량기초 형식 분류 및 내진성능 평가를 위한 교량기초 모델 및 설계기준 조사/분석

[1-1 위탁]
* 기초 형식별 SSI 해석을 위한 수치 모델링 방법에 관한 문헌조사

[1-2]
* 교각에 대한 요구내진성능수준별 지진거동특성 정량화 기술 개발
* 문헌자료 분석을 통한 국내 교각의 내진상세 설계·시공 현황 및 노후도 특성 조사
* 노후도를 고려한 부착실험 설계 및 준비
* 노후도를 고려한 교각실험 설계 및 준비

[1-3]
* 성능수준별 교량받침의 거동한계(손상수준) 및 노후도 특성 조사·분석

[1-4]
* 터널, 사면, 옹벽 분류체계 개발
* 터널, 사면, 옹벽 내진성능수준 및 부재손상수준 결정기술 개발
* 터널, 사면, 옹벽 대표요소의 노후거동 특성 조사
* 터널, 사면, 옹벽 취약도 함수 표준형식 결정

[1-5]
* 도로시설물 대표재료의 노후화 관련 선행 연구자료 조사 및 분석

[1-6]
* 국내외 내진성능 보수보강 공법의 적용사례 조사
* 재료적 열화 및 기하학적 손상모드, 보수보강특성을 고려한 구조 및 내진성능평가기술 관련 연구자료의 조사
* 내진성능 보수보강 라이브러리 개발 방향 및 템플릿(안) 구축

[2-1]
* 도로시설 내진성능 의사결정 시스템 운영현황 조사
* 노후도로시설 내진성능 의사결정지원기술 실증 사례조사 및 전략수립

[2-2]
* 도로망 시스템 시설물의 확률적 상관관계를 고려한 요구 지진강도 및 지진동 수용력 예측 및 추정 기술 개발 세부 로드맵 수립
* 내진성능관리 최적의사결정법 기초 모델 설계

[2-3]
* 도로망의 내진성능 평가를 위한 지수 개발

[2-4]
* 지진 발생에 따른 도로시설 및 도로망의 사회·경제적 직간접 손실 영향 범위 분석 및 사회·경제적 취약도 분석
[1-1]
- 국내외 교량의 분류 체계 개발 및 활용 사례에 대한 자료 수집
- 교량의 지진 응답 및 내진성능에 영향이 큰 인자를 바탕으로 분류기준 제안
- 전문가 의견 수렴 후 분류체계 정비 및 최종 분류결과 도출
- 교량의 표준 지진취약도 요건 분석
- 분류별 대표 교량의 표준 지진취약도 도출
- 국내 교량기초 데이터베이스를 기반으로 교량기초의 형식을 분류
- 내진성능 평가를 위한 교량기초 모델 및 설계기준 조사

[1-1 위탁]
- 최근 발표된 논문 및 미국/캐나다의 실무에서 적용하고 있는 기초의 수치해석 모델링 방법에 대한 조사
- 수치해석 모델링 방법에 대한 실험적 검증에 대한 조사

[1-2]
- 도로시설의 내진성능수준을 만족시키기 위한 교각의 손상수준을 정량적으로 결정하기 위한 방안 도출
- 교각에 대한 요구내진성능수준별 지진거동특성 정량화 기술 개발
- 기존 부식 방법론 검토 및 적용방법 도출
- 대표 교각에 대하여 fiber 요소를 이용한 비선형 해석모델 개발 및 해석
- 축소모형/실물크기 노후 교각 실험을 위한 변수 설정
- 노후도를 포함한 중요변수에 대한 교각 축소모형/실물크기 실험체, 실험 set-up 등 설계
- 노후화에 따른 철근의 인장이음강도 변화 검토를 위한 철근콘크리트 보 실험 설계

[1-3]
- 교량받침부 거동한계 조사·분석
- 교량받침 및 앵커부 노후도 특성 조사·분석
- 영향요인별 시험변수 설정 및 시험체 설계

[1-4]
- 취약도 함수 개발을 위한 터널, 사면, 옹벽 설계도면 DB 구축 및 분류체계 개발
- 내진성능을 지배하는 터널, 사면, 옹벽의 대표요소 결정 및 노후거동 특성에 대한 조사
- 도로중요도에 따른 터널, 사면, 옹벽의 내진성능수준 결정기술 개발
- 터널, 사면, 옹벽 내진성능수준별 부재손상수준 결정기술 개발
- 터널, 사면, 옹벽 대표요소의 성능예측을 위한 최적 지반진동변수 및 취약도 함수 표준형식 결정

[1-5]
- 도로시설물 대표재료의 노후화 특성 관련 기존 선행 연구 자료 수집
- 도로시설물에 사용되는 대표재료 조사
- 대표재료의 노후화 특성 분류 및 분석과 노후화 특성 모델 정리
- 철근콘크리트 동결융해 실험 및 염해 촉진 시험 장치 구성
- 시편 몰드 및 거푸집 제작

[1-6]
- 국내외 도로교량 노후화 특성 분석
- 보수보강 공법 조사
- 국내 적용 가능 내진성능 보수보강 공법의 기본 분류
- 교각의 대표 재료들의 열화특성을 반영할 수 있는 등가재료모델에 대한 자료조사 및 분석
- 교각의 주요 기하학적 손상모드를 수치적으로 반영할 수 있는 재료 및 기하학적 모델링기법에 대한 자료조사 및 분석
- 교각의 보수보강공법을 수치적으로 반영할 수 있는 재료 및 기하학적 모델링기법에 대한 자료조사 및 분석
- 비선형 비탄성 수치해석기반 교각 내진성능해석기술의 이론 및 수치적 이행방법 분석
- 교각 수치적 내진성능평가방법 및 주요 성능지표에 대한 국내외 매뉴얼 분석
- 소요 기술정보 및 특성 항목, 구성 방안의 정립

[2-1]
- 국내외 도로시설물 내진성능관리 의사결정지원 운영기법 분석
- 실증을 통한 의사결정지원기술 평가 사례조사
- 도로시설물 내진성능관리 의사결정지원 실증전략 수립
- 국내외의 노후도로시설물 내진성능관리 의사결정지원 프로그램 현황 조사
- 국내에 기 구축된 FMS, BMS 등과의 연계방안 도출
- 의사결정지원 프로그램 분석통한 국내 도로시설물에 적합한 알고리즘 개발

[2-2]
- 공간적 상관관계가 고려된 지진동 강도 예측 기술 자료조사
- 도로 시설물의 지진동 수용력 추정 기법 문헌 및 자료 조사
- 도로망 시스템의 요구 지진강도 예측 및 지진동 수용력 추정 기술 기초 방법론 설계
- 보수·보강 의사결정법 관련 자료조사
- 구조물의 노후화가 고려된 재난복원력 평가 모델 자료조사
- 내진성능관리 최적의사결정법의 제약 조건 및 목적 함수 정립

[2-3]
- 도로시설 및 도로망의 내진성능 평가에 관한 기존 자료조사
- 도로시설 및 도로망의 성능저하 및 회복에 대한 기존 기술 및 연구동향 파악
- 지진에 대한 노후 도로망의 성능 평가를 위한 지수 개발

[2-4]
- 빅데이터를 활용한 지진재해의 사회·경제적 직간접 손실 영향 범위 분석
- 지진재해의 사회·경제적 직간접 손실 추정 방법론 분석
- 지진 발생에 따른 도로망 및 지역의 사회·경제적 취약도 분석
- 국내외 지진재해 발생 시기에 보도된 뉴스기사를 수집·분석하여 빅데이터를 활용한 지진재해의 사회·경제적 직간접 손실 영향 범위 분석
- 선행연구 검토를 통한 지진재해의 사회·경제적 직간접 손실 추정 방법론 비교·분석
- 통행패턴변화 분석을 통한 지진 피해 영향권 분석 및 지역의 사회·경제적 취약도 분석
연구성과 기술적 기대성과 (기술적 측면)
- 기능수행, 즉시복구, 장기복구, 붕괴방지 성능수준에 해당하는 교량시스템 및 구조부재의 정량화된 손상수준을 제시하여 교량의 지진취약도 평가 기반 기술 마련
- 내진보강을 반영한 취약도함수를 이용하여 내진보강 효과 판단 가능 시스템 구축
- 노후 도로망 시스템의 내진성능 확률론적 평가 및 보수·보강 의사결정지원 방법론 개발
- 지진피해에 따른 도로시설 및 도로망의 사회·경제적 복원력 평가체계 구축
- 내진설계 및 보강 기술 개발을 통해 국내 엔지니어링 업체의 기술경쟁력 강화
사회 경제적 파급효과 (경제적?산업적 측면)
- 내진성능 평가 및 보강 활성화에 따라 관련 산업 발전
- 합리적이고 투명한 내진보강에 의해 관련 정부예산 절감
- 지진 피해를 최소화하여 국가 경제에 대한 충격 최소화 및 단기간 회복
(사회적 측면)
- 시설물의 지진안전성에 대한 정보제공 및 관심 유도
- 지진재난 대비를 통해 재난에 대한 국가 시스템 안정성 확보
- 대형 지진재난으로부터 국민의 생명과 재산 보호
- 철저한 재난 대비를 통해 정부 정책에 대한 국민의 신뢰도 향상
활용방안 - 대표재료의 노후도에 따른 안전성 평가, 보강시기 결정을 위한 기술개발에 활용
- 국내 내진성능수준에 따른 부재별 손상한계 제시 가능
- 대표 교량에 따른 지진취약도 함수 DB 구축을 통한 표준화된 취약도함수 평가 절차 제시 가능
- 교량, 터널, 옹벽 및 사면의 노후도 등에 따른 지진취약성 곡선의 개발로 내진성능 평가 및 내진설계에 활용
- 도로시설물의 대표재료에 대한 노후도 평가 원천 기술을 활용하여 대표요소에 대한 보강설계 시기 결정기술에 활용가능
- 내진성능관리 의사결정지원 시스템기반의 효율적인 예산분배 가능(관리주체기관)
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 노후 도로시설 지진취약도 지진복원력 내진성능관리 의사결정지원기술
영문 Aged Road Facilities Seismic Fragility Seismic Resilience Seismic Performance Management Decision Supporting Technology
최종보고서
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