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과제기본정보

받침의 노후화 및 역학적 특성을 고려한 교량 지진위험도 평가기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C163620-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 기초
과제명 받침의 노후화 및 역학적 특성을 고려한 교량 지진위험도 평가기술 개발
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 윤혜진
소속 한국건설기술연구원 직위 수석연구원
전화번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 0 0 0 210,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 [비전] 교량 구조물의 지진 재난과 노후화에 선제적 대응을 위한 기반기술 마련 기여

[목표] 받침의 노후화 및 역학적 특성을 고려한 교량 지진위험도 평가기술 개발을 통한 노후 교량구조물의 고도화된 지진 안전기술 확보

[연구 내용]
○ ‘받침의 노후화 및 역학적 특성을 고려한 교량 지진위험도 평가’ 기술 개발
- 교량 받침의 이상 거동 시나리오 정립
- 교량 받침의 결함 및 노후도를 고려한 설계변수 캘리브레이션 기법 개발
- 받침의 노후화 및 역학적 특성을 고려한 교량 지진위험도/지진여유도 평가기법 개발
- 대표 교량 대상의 평가 예제

[연구 개발 성과]
○ 기술적 측면
- 교량 받침부 노후화 및 이상거동 평가 라이브러리 구축
- 받침의 품질 수준에 따른 교량의 내진성능수준 결정 기술
- 노후도와 받침의 역학적 특성이 반영된 지진취약도 정립 기술
- 노후도와 받침의 역학적 특성이 반영된 지진여유도 정립 기술
- 국내 받침 품질 특성을 반영한 교량시스템의 유한요소해석 모델링 기법
○ 정책적 측면
- 도로교설계기준 개선을 위한 기반자료 제공
- 정밀안전진단 개선을 위한 기반자료 제공

[기대효과]
○ 국가주도 연구개발을 통한 기술/경제/사회적 기대효과 창출
- 받침 상태의 불확실성을 고려함으로써 설계 및 유지보수 단계에서의 교량 안전성 증대
- 교량 받침의 역학적 및 열화 특성을 반영해 받침의 합리적인 교체주기 결정
- 지진 시 교량의 기능 유지를 위한 중요 부재로서 교량받침에 대한 인식 전환
- 지진 시 실제 예상되는 위협을 최소화함으로써 도로시설물 이용에 따른 국민 만족도 향상
최종목표 [최종 목표]
받침의 이상 거동을 고려한 지진위험도 평가를 통해 교량 구조물의 고도화된 지진 안전기술 확보
[세부 목표]
- (주관) 받침의 이상 거동 시나리오를 고려한 교량 지진위험도 평가법
1차년도: 교량 받침의 이상 거동 시나리오 정립
2차년도: 받침의 노후화 및 역학적 특성을 고려한 교량 지진위험도 평가

- (공동) 받침의 결함 및 노후도를 고려한 교량의 내진성능평가
1차년도: 교량 받침의 결함 및 노후도를 고려한 설계변수 캘리브레이션 기법 개발
2차년도: 설계기준 초과지진에 대한 결함 및 노후 받침 교량의 지진여유도 평가
연구내용 및 범위 [1년차]
○ 주관연구개발기관(한국건설기술연구원) : 교량 받침의 이상 거동 시나리오 정립
① 받침 종류별 이상거동 요인 분석 및 정량적 지표 설정
- 국내외 받침 품질 특성을 고려한 교량 설계 기준 및 현황 조사
- 받침 종류별 이상거동 요인 분석 및 파손 사례 조사
- 고정단 받침의 거동 한계 조사
- 이동단 받침의 거동 한계 조사
- 주요 받침의 역학적 특성 실험적 특성 분석
② 교량 연결부 이상 거동 시나리오 구축
③ 받침 노후도와 역학적 특성을 고려한 교량 취약도 평가 기초체계

○ 공동연구개발기관(홍익대학교 산학협력단): 교량 받침의 결함 및 노후도를 고려한 설계변수 캘리브레이션 기법 개발
① 받침의 역학적 특성 및 노후도를 고려한 교량시스템의 디지털트윈 구성
- 받침의 설계변수의 특성을 반영한 교량시스템의 비선형 유한요소모델링
- 받침의 수직 및 수평강성 구성관계 모델링
- 마찰받침의 정지 및 동적 마찰계수 모델링
- 받침을 포함한 교량시스템 유한요소모델의 타당성 평가
- 모드해석 및 벤치마크 지진해석을 통한 교량시스템 응답의 타당성 평가
- Push-over 테스트를 통한 로컬 및 시스템 응답의 hysteresis 특성 분석

② 교량 받침의 결함 패턴 및 노후도를 반영한 설계변수 캘리브레이션
- 받침 성능 데이터베이스를 이용한 교량 유한요소모델 업데이팅
- 시공 결함 패턴과 부식 효과를 고려한 마찰받침 설계변수의 캘리브레이션
- 받침의 결함 및 노후화에 따른 교량의 지진응답 변동 범위 분석

[2년차]
○ 주관연구개발기관(한국건설기술연구원) : 받침의 이상 거동을 고려한 교량 지진취약도 평가법 개발
① 연결부를 고려한 교량의 지진 취약도 평가법 개발
② 받침부 노후화 및 이상거동 지표의 타당성 평가
- 노후화 받침부 성능평가
- 이상거동 받침부 성능평가
③ 받침부의 역학적 특성과 노후화를 복합 고려한 교량의 지진취약도 구축
- 재난 시나리오 예측
- 받침부의 품질관리 수준에 따른 지진 취약도 비교
- 받침부의 품질관리 수준에 따른 지진 피해 평가
○ 공동연구개발기관(홍익대학교): 결함 및 노후 받침 교량의 지진여유도 평가기법 개발
① 교량시스템의 한계상태응답 기반 지진여유도 평가기법 개발
- 지진여유도 평가를 위한 교량시스템의 손상단계 결정
- 받침의 손상단계 별 교량시스템의 지진응답 매트릭스 도출
- 결함 및 노후 받침 교량시스템의 극한한계상태 설정
- 받침 결함 및 노후도를 반영한 교량시스템의 지진여유도 평가

② 설계기준 초과지진(Beyond-Design-Basis Earthquake; BDBE)에 대한 결함 및 노후 받침 교량의 지진여유도 평가
- 받침 설계변수 값의 변화에 따른 지진 강도와 지진여유도의 관계 도출
- 결함 또는 노후 받침 교량의 임계 지진여유도 평가

③ 임계 지진여유도에 기반한 교량 받침부의 설계 및 시공 개선방안 도출
- 받침의 지진손상을 최소화하기 위한 받침 설계변수의 최대 변동 범위 제시
- 결함 또는 노후 받침을 고려한 교량의 지진여유도 평가기법 매뉴얼 작성
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ○ 주관기관(한국건설기술연구원) : 교량 받침의 이상 거동 시나리오 정립
○ 공동기관(홍익대학교 산학협력단): 받침의 결함 및 노후도를 고려한 설계변수 캘리브레이션 기법 개발
(주관) 교량 받침의 이상 거동 시나리오 정립
① 받침 종류별 이상거동 요인 분석 및 정량적 지표 설정
② 교량 연결부 이상 거동 시나리오 구축
③ 받침 노후도와 역학적 특성을 고려한 교량 취약도 평가 기초체계 정립

(공동) 교량 받침의 결함 및 노후도를 고려한 설계변수 캘리브레이션 기법 개발
① 받침의 역학적 특성 및 노후도를 고려한 교량시스템의 디지털트윈 구성
- 받침의 설계변수의 특성을 반영한 교량시스템의 비선형 유한요소모델링
- 받침을 포함한 교량시스템 유한요소모델의 타당성 평가
② 교량 받침의 결함 패턴 및 노후도를 고려한 받침 설계변수 캘리브레이션
- 받침 성능 데이터베이스를 이용한 교량 유한요소모델 업데이팅
연구성과 기술적 기대성과 - 받침의 역학적 특성을 반영한 내진설계기술 향상으로 성능기반설계 개념에 기반의 선진국 수준의 내진설계기술 확보
- 받침 상태의 불확실성을 고려한 내진설계기술 마련으로 성능기반설계 개념에 기반의 선진국 수준의 내진설계기술 확보
- 교량 받침의 결함 및 노후도를 고려한 합리적 지진여유도 평가 가능
- 받침의 품질 수준에 따른 내진성능 측정으로 받침 품질 향상 기술 개발 촉진
- 노후 교량의 실효적인 지진취약도 제시로 보수·보강 의사결정 방법론 지원
- 지진 위험도 및 여유도 평가 기술은 종합적인 성능기반 설계의 요소기술로 활용
사회 경제적 파급효과 ○ 사회적 측면
- 지진 시 교량 기능 유지를 위한 중요 부재로서의 교량받침에 대한 인식 전환
- 지진 시 실제 예상되는 위협을 최소화함으로써 도로시설물 이용에 따른 국민 만족도 향상
- 교량뿐만 아니라 다른 사회기반구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있는 기술의 개발을 통해 구조물 안전에 대한 신뢰성 확보
- 교량 내진성능평가에 대한 지속적인 연구 및 고급인력 양성, 타학문분야와의 연구교류 유도

○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 지진 재난 발생 시 국가경제 피해 최소화
- 교량 받침의 역학적 및 열화 특성을 반영해 받침의 합리적인 교체주기 결정
- SOC 시설물 노후화의 적정 대처로 인한 사용수명 증가
활용방안 ○ 국내 교량 받침부의 내진설계기준 개선 및 활용
- 연구 결과물을 노후 교량받침 내진성능 평가체계 구축을 위한 근거자료로 활용
- 교량 받침의 장기 내진성능 평가를 위한 기초자료 제시

○ 교량 유지관리를 위한 디지털트윈 구축 및 활용 사례 제시
- 받침의 결함 및 노후화를 반영한 교량 디지털트윈 연구결과 홍보
- 데이터사이언스 기술을 활용한 교량 내진성능 예측 후속연구에 활용
- 사회기반구조물 내진공학 전문인력 양성을 위한 교육자료로 활용

○ 주관연구기관에서 운영 중인 「교량 부속장치 기술교류회」를 통해 개발기술의 적극 홍보
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 교량받침 위험도평가 지진여유도 교량설계 교량 유지관리
영문 Bridge Bearings Risk Assessment Seismic Margin Bridge Design Bridge Maintenance
최종보고서
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