1. 안전점검 개요
구조물은 설계와 시공단계에서 철저한 검토를 거쳐 안전하게 건설되고 있지만, 실제 사용 중의 여러 상황으로 인해 많은 문제가 발생할 수밖에 없습니다. 이러한 문제를 미리 발견해 구조물의 사용기간 내에 더욱 안전하게 사용할 수 있도록 안전 점검을 수행해야 합니다.
토목 분야에서는 이렇게 구조물의 사용기간 내 안전을 확보하기 위해 정기안전점검, 정밀안전점검, 긴급안전점검을 수행하고 우선순위에 따라 정밀안전진단, 성능평가를 수행하여 단계별 안전진단을 실시하는 등 많은 노력을 기울이고 있습니다. 그리고 조사된 항목을 기록하기 위해 도면 프로그램을 이용해 한땀 한땀 엔지니어가 작업을 진행하고 있으며, 조사가 수행될 때마다 도면을 업데이트하는 작업에 많은 시간과 노력을 소비하고 있습니다. 또한 진단 및 성능평가 중 일부인 구조 안전성검토를 기술력 부재로 인해 불법 하도를 통해 해소하고 있는 현실입니다.
안전진단 분야에 관심을 가지고 있는 엔지니어를 위해 이번 콘텐츠에서는 안전점검 및 진단의 종류에 대해 알려드리고, midas Civil을 이용해 구조 안전성검토를 조금 더 편리하고 스마트하게 수행할 수 있는 방법을 알려드리겠습니다.
2. 안전점검의 종류
안전점검 등의 목적은 현장 조사 및 각종 시험에 의해 시설물의 물리적·기능적 결함과 내재되어 있는 위험요인을 발견하고, 이에 대한 신속하고 적절한 보수·보강 방법 및 조치방안 등을 제시함으로써 시설물의 안전을 확보하는 데 있습니다.
먼저 안전점검 및 진단에 대해 알아볼 텐데요, 안전점검은 “시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법”(약칭 시설물 안전법)에 따라 국토안전관리원, 안전진단기관, 시설물유지관리업체가 시행하며 안전점검은 정기안전점검, 정밀안전점검, 긴급안전점검으로 크게 3가지 종류가 있습니다.
2.1 정기안전점검
정기안전점검은 공용중인 시설물의 상태파악을 위해 정기적으로 실시하는 육안점검을 말합니다.
정기안전점검은 경험과 기술을 갖춘 사람에 의한 세심한 외관조사 수준의 점검으로서 시설물의 기능적 상태를 판단하고 시설물이 현재의 사용요건을 계속 만족시키고 있는지 확인하기 위한 관찰로 이루어집니다. 점검자는 육안과 간단한 측정기기로 검사하여 시설물의 결함·손상 등을 발견하고, 그 진전 상황을 지속적으로 관찰하여야 합니다.
또한, 점검자는 정기안전점검 실시 결과에 따라 시설물의 구조안전에 중대한 영향을 미치는 것으로 인정되는 결함 등이 있는 경우에는 즉시 관리주체에게 통보하여야 하며, 관리주체는 「시설물 안전법」 제 22조에 따라 즉시 관계행정기관의 장에게 통보하여야 하고, 관리주체는 정기안전점검 실시결과 필요할 경우 결함의 정도에 따라 긴급안전조치, 긴급안전점검 또는 정밀안전진단을 실시하는 등 필요한 조치를 취하여야 합니다.
대상 시설물은 1·2·3종(기존 안전진단 블로그 링크) 모두 해당되며, 대략적으로 전체 안전점검 업무 중 정기안전점검이 약 75%를 차지합니다. 점검주기는 안전등급에 따라 반기 1회 이상 실시하며, D·E등급은 1년 3회 이상 실시해야 합니다.
시설물 안전법에 따른 시설물의 종류가 궁금하다면? (클릭)↗
정기안전점검 흐름도는 다음과 같습니다.
<그림 1. 정기안전점검 흐름도 (참고 : 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침(안전점검·진단편), 2021.12)>
2.2 정밀안전점검
정밀안전점검은 시설물의 현 상태를 정확히 판단하고 최초 또는 이전에 기록된 상태로부터의 변화를 확인하며 구조물이 현재의 사용요건을 계속 만족시키고 있는지 확인하기 위하여 면밀한 외관조사와 간단한 측정·시험장비로 필요한 측정 및 시험을 실시하는 것입니다.
정밀안전점검에서는 정기안전점검 시 접근이 불가능하였던 부위에 점검차, 사다리 등 접근장비를 이용하여 근접 육안점검을 실시하며, 육안점검으로 상태를 파악하기 어려운 경우에는 간단한 비파괴 시험장비를 이용하여 조사 및 평가합니다.
외관조사 및 측정·시험 결과와 이전의 안전점검 등 실시결과에서 발견된 결함의 진전 및 신규발생을 파악하여 시설물의 주요 부재별 상태를 평가하고 이전의 안전점검 등 실시결과의 상태평가결과와 비교·검토하여 시설물 전체에 대한 상태평가결과를 결정하여야 하며, 결함부위 등 주요부위에 대한 외관조사망도 작성 등 조사결과를 도면으로 기록하여야 합니다. 또한 내진설계 여부를 확인하고, 「시설물 안전법 시행령」 제18조에 따라 시설물의 중대한 결함 등이 발생하는 등 필요한 경우에는 해당 부위에 대하여 안전성평가를 실시할 수 있고, 정밀안전점검 실시결과 결함이 광범위하게 발생하는 등 정밀안전진단이 필요하다고 판단될 경우에는 점검자는 관리주체에게 즉시 보고하여야 하며, 관리주체는 「시설물 안전법」 제12조 제2항에 따라 정밀안전진단을 실시하여야 합니다.
대상 시설물은 1·2종 시설물이 해당되며, 대략적으로 전체 안전점검 업무 중 정밀안전점검이 약 20%를 차지합니다.
점검주기는 안전등급에 따라 A등급은 3년에 1회 이상, B·C등급은 2년에 1회 이상, D·E등급은 1년에 1회 이상 실시해야 합니다.
2.3 긴급안전점검
긴급안전점검은 관리주체가 필요하다고 판단한 때 또는 관계행정기관의 장이 필요하다고 판단하여 관리주체에게 요청한 때에 실시하는 정밀안전점검 수준의 안전점검이며 실시목적에 따라 손상점검과 특별점검으로 구분합니다.
2.3.1 손상점검
손상점검은 재해나 사고에 의해 비롯된 구조적 손상 등에 대하여 긴급히 시행하는 점검으로 시설물의 손상 정도를 파악하여 긴급한 사용제한 또는 사용금지의 필요 여부, 보수·보강의 긴급성, 보수·보강작업의 규모 및 작업량 등을 결정하는 것이며 필요한 경우 안전성평가를 실시하여야 합니다. 점검자는 사용제한 및 사용금지가 필요할 경우에는 즉시 관리주체에 보고하여야 하며 관리주체는 필요한 조치를 취하여야 합니다.
2.3.2 특별점검
특별점검은 기초침하 또는 세굴과 같은 결함이 의심되는 경우나, 사용제한 중인 시설물의 사용여부 등을 판단하기 위해 실시하는 점검으로서 점검 시기는 결함의 심각성을 고려하여 결정합니다. 여기에는 1·2·3종 시설물 모두 해당되며, 대략적으로 전체 안전점검 업무 중 긴급안전점검이 약 5% 이내를 차지합니다.
정밀안전점검 및 긴급안전점검 흐름도는 다음과 같습니다.
<그림 2. 정밀안전점검 및 긴급안전점검 흐름도>
(참고 : 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침(안전점검·진단편), 2021.12)
시설물의 점검을 안전하고 효율적으로 수행하기 위해서는 철저한 사전계획과 준비가 필요합니다. 점검계획은 대상 시설물의 규모 및 중요도에 따라 적절하게 수립해야 하며, 사용자에게 끼칠 불편을 최소화하도록 배려해야 합니다. 또한 수심이 깊은 기초부, 붕괴유발부재의 피로 취약부 등 중요 부위 점검은 세심한 주의를 기울일 수 있도록 계획을 수립해야 하며 다음과 같은 사항들이 고려되어야 합니다.
∙ 점검의 종류, 범위, 항목, 방법, 장비, 시간, 소요 인원, 점검자의 자격
∙ 과거의 점검 및 보수 이력
∙ 대상 교량의 설계 및 시공 자료
∙ 대상 교량의 구조적 특성 및 붕괴유발부재의 유무
∙ 교량의 규모 및 점검의 난이도
∙ 교통량 및 교통통제에 따른 영향
∙ 점검장비의 접근성
∙ 점검시의 기상상태
∙ 대상 교량의 주변 환경
∙ 타 기관 또는 필요한 경우 사용자와의 협조 및 공지사항
∙ 기타 관련 사항
3. 교량 내진성능평가 개요
다음으로 교량의 내진성능평가에 대해 알아보겠습니다. 2016년 경주에서 발생한 5.8 강도의 지진과 2017년 포항에서 발생한 5.4 강도의 지진 발생을 기점으로 인적·물적인 피해를 초래함으로써 우리나라도 더 이상 지진 안전지대가 아님을 일깨워주었습니다. 이를 계기로 정부에서는 2008년 제정된 '지진재해대책법'을 2015년 재정비하여 '지진·화산재해대책법'으로 명칭을 변경하고 체계적으로 지진방재 정책을 수립·추진하고 있습니다.
교량 내진성능평가 과업은 '지진·화산재해대책법' 제 15조, 제 16조 및 같은 법 시행령 11조에 의거 실시하여 기존 교량 대상으로 지진에 대한 성능평가를 수행하여 안전관리 및 내구연한을 도모하기 위한 과업이며, 고속도로에 위치한 교량과 국도에 위치한 교량 중 1종으로 분류된 교량을 대상으로 수행합니다. 과업 수행 기간은 구조가 간단한 중소형 교량의 경우 2~6개월, 구조가 복잡한 특수교(사장교, 현수교 등)의 경우 6~12개월 정도 주어지며 외관조사망도와 내진성능 검토 보고서가 포함된 최종 보고서를 작성하여 제출해야 합니다. 이외에 과업 특이 사항이 있는 경우에는 발주처와 감독관과 협의를 통해 결정하여 이행해야 합니다.
성능평가 주기는 안전등급,구조물 종류 구분 없이 5년에 1회 이상 실시하도록 2022년 11월 개정되었고, 2024년 7월 개정된 '시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법 시행령'에 반영되었습니다. 10년 이상 된 교량의 첫 정밀안전진단시 1회 진행하는 것에서 주기적으로 수행하는 것으로 개정된 내용으로 앞으로도 꾸준하게 성능평가 과업 발주가 나올 것으로 예상되는 부분입니다.
시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법 시행령, 2024. 7. 17
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4. 교량 내진성능평가 구조 안전성 평가 주요 항목
교량 내진성능평가의 구조 안전성 평가는 국토안전관리원에서 제정한 '기존 시설물(교량) 내진성능 평가요령·해설 및 예제집'을 따라 과업을 수행합니다. 다만, 평가요령·해설 및 예제집은 내진성능평가를 수행하는 실무자의 이해를 돕기 위한 참고 도서로써 관계 법상 구속력이 없으므로, 관련 기준이나 지침의 내용과 상이한 경우는 발주처와 협의하여 결정된 사항을 따라야 합니다.
또한, 지간이 200m를 넘는 장대교량, 현수교, 사장교 등과 같이 거동 특성이 복잡하여 상세해석이 요구되는 교량에 대해서는 해당 평가 요령을 적용할 수 없습니다.
내진성능평가 구조 안전성 주요 검토 항목으로 교각, 교량받침, 받침지지길이, 교대, 기초, 지반액상화에 대한 검토를 수행해야 합니다.
MIDAS CIVIL의 내진성능평가 옵션을 이용해 구조 안전성검토를 수행 할 수 있는 교각, 교량받침, 받침지지길이에 대해 순서대로 하나씩 알아보겠습니다. 모든 내용을 설명할 수 없으므로 대략적인 내용을 서술하고, 자세한 설명과 실무적인 내용이 필요하신 경우에는 '기존 시설물(교량) 내진성능 평가요령·해설 및 예제집' 또는 마이다스아이티에서 진행하는 '내진성능평가 교육' 참석을 권장 드립니다.
4.1 교각 평가
교각의 내진성능평가 절차는 우선적으로 교각의 성능곡선을 산정하여 지배적인 파괴모드를 결정한 후, 이에 해당하는 보유성능과 소요성능을 산정하고, 이를 비교함으로써 구할 수 있습니다. 이때, 휨성능 곡선은 단면해석을 통해 구한 이상화된 모멘트-곡률 관계 곡선을 경험식을 통해 변환하여 얻을 수 있으며, 전단성능곡선은 최신 설계기준인 'KDS 24 14 21 : 2021'을 따라 적용합니다.
파괴모드가 결정되었다면 '휨-전단파괴모드'는 변위연성도로 평가하며, '전단파괴모드'는 단면강도, 즉 전단강도로 평가합니다. 교각의 최종 평가는 교축방향과 교축직각방향에 대하여 각 각 진행합니다.
4.2 교량 받침 평가
교량 받침 평가는 '받침본체' 및 '앵커부'에 대하여 내진성능을 평가합니다. 받침본체와 앵커부 평가에 사용되는 소요성능은 교각 평가에서 산정한 단면강도와 기둥 상단의 조합탄성지진력 중 작은 값을 사용하여 교축방향과 교축직각방향에 대해 각 각 안전성을 평가합니다.
4.3 받침 본체 평가
받침 본체의 보유성능은 교량받침 개수와 받침 1기당 횡방향 저항용량을 고려하여 산정하며, 앞서 언급한 소요성능과 비교하여 교축방향과 교축지각방향 모두 각 각 평가합니다.
4.4 앵커부 평가
앵커부 평가에는 '브레이크아웃 파괴'와 '프라이아웃 파괴'에 대해 검토하는 것이 일반적입니다. 두 파괴 모두 전단에 의해 파괴되나 파괴 양상에 따라 구분을 합니다.
브레이크아웃 파괴는 쉽게 생각하면 코핑부의 연단 거리가 충분히 확보되지 않아 연단부 콘크리트가 파괴되는 양상을 의미합니다. 브레이크아웃 파괴 검토의 주요 인자는 앵커 위치에서의 연단거리, 코핑의 높이, 앵커 종류, 앵커 설치 방법 등이 있습니다.
프라이아웃파괴는 앵커에 작용하는 전단에 의해 우력 모멘트가 발생하면서 코핑 안쪽 콘크리트가 들려 떨어져 나가는 파괴 양상을 보입니다. 프라이아웃파괴 검토의 주요 인자는 브레이크아웃파괴와 유사합니다.
다만, 전단강도 산정에 있어 가장 중요한 콘크리트 저항 면적이 앞서 브레이크아웃 파괴는 코핑부의 측면인 반면 프라이아웃 파괴는 코핑부의 상면임을 알고 있다면 '평가요령·해설 및 예제집'을 보다 쉽게 이해할 수 있습니다.
각 전단강도 산정 방법과 수식에 대한 상세 내용은 '기존 시설물(교량) 내진성능 평가요령·해설 및 예제집' 또는 첨부된 마이다스아이티 교육 기술자료를 참고 바랍니다.
4.5 받침지지길이 평가(낙교)
받침지지길이 평가는 교량 상부 구조물의 낙교를 방지하기 위해 평가를 수행하며, 앞서 설명한 평가 항목보다는 상대적으로 수월하게 평가할 수 있습니다. 받침지지길이 평가에 사용되는 보유성능은 실제 현장조사나 설계도면에서 얻은 교각 및 교대의 거더 단부 끝단까지의 거리로 합니다. 소요성능의 경우 'KDS 24 17 11 교량내진설계기준(한계상태설계법)'에서 제시하고 있는 최소받침지지길이 산정식 값과 유한요소 해석프로그램을 활용하여 얻을 수 있는 변위 중 큰 값을 사용합니다. 다른 검토 항목과 마찬가지로 교축방향과 교축직각방향에 대해 각 각 검토하여 낙교에 대한 안전성검토를 수행합니다.
5. MIDAS CIVIL을 활용한 교량 내진성능평가 수행
교량 내진성능평가의 구조 안전성 평가는 유한요소해석 프로그램을 사용할 수 밖에 없도록 설계 기준과 요령이 개정되었습니다(지진에 대한 기본 해석방법을 다중모드스펙트럼해석법을 사용하도록 개정).
유한요소해석 프로그램이라니...!
구조 관련 전공을 멀리해왔거나 비전공자인분들에게는 너무 멀게만 느껴질 수 밖에 없습니다.
하지만 교량 내진 설계와는 다르게 내진성능평가는 교량의 기본적인 구조계를 이해하고 있다면 MIDAS CIVIL을 활용하여 누구나 수행할 수 있습니다. 누구나 수행 할 수 있도록 요령 해설 및 프로그램 교육과 기술자료를 통해 해결해 드릴 예정이니 막연한 걱정은 제쳐두고 문의 해주세요!
MIDAS CIVIL에 대해 간략히 설명하면 토목 분야 구조물 구조해석을 위해 특화된 프로그램이라고 할 수 있습니다. 구조물 내진성능평가 이외에도 교량, 암거, 동바리, 가시설 등 다양한 구조해석이 가능한 프로그램입니다.
MIDAS CIVIL은 다양한 옵션으로 구성되어 있으며, 그 중에서 최근 가장 큰 이슈가 되고 있는 내진성능평가 옵션을 활용하여 교량의 교각/교량받침/받침지지길이에 대한 현황을 입력하면 아래 그림과 같이 안전성 검토 및 평가 보고서 출력이 가능합니다. 물론 이번 개정된 'KALIS 2023 기준'도 탑재되어 개정된 내용 누락 없이 평가 가능합니다.
걱정하지 마세요!
기술교육, 정밀안전진단 및 내진성능평가 프로젝트 1:1 교육 및 맞춤 컨설팅 등 다양한 지원을 해드릴 예정입니다!
* MIDAS CIVIL에서 자동 출력된 내진성능평가 보고서의 내용과 품질의 확인은 아래 버튼을 클릭하여 정보 작성 후 다운 받아 확인하실 수 있습니다.
E. btk0730@midasit.com
프로그램 관련 상담뿐만 아니라, 방문 1:1 교육 및 시연을 지원해드립니다.
보다 현실적으로 과업 적용 가능성을 확인할 수 있고, 맞춤 프로그램 교육이 가능합니다.
문의사항이 있으신 경우 언제든 편하게 문의 주시면 감사하겠습니다.
