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각 부재의 정적하중에 의한 처짐 및 변형률을 실측하여 실측값과 이론에 의한 해석값을 비교하고 교량의 실제 내하력을 구할 수 있는 정적 재하시험과 차량 주행시 교량에 발생하는 응력 및 변위 이력 등을 측정 분석하여 차량 주행시 발생하는 충격의 정도와 교량의 동적인 특성을 파악하기 위하여 동적 재하시험을 병행하여 실시하여야 한다. 현재 MISUNG은 WIDAS(특허번호: 10-1121215)를 이용하여 무선으로 노이즈없이 재하시험의 결과 값을 노트북으로 데이터를 취득할 수 있다. WIDAS는 Main Controller와 Client로 이루어져 있으며 Client에 각종 센서를 연결하여 무인원격 실시간 감시 및 구조물 재하시험이 가능하다.

시험용 재하차량은 설계최대 통행차량 + 적재중량이 각 등급 교량의 총 통과 적재

하중의 60% 이상으로 하고 아래에 1등급 교량일 때의 "예"를 표시한다.
[통과하중 43TON인 1등급 (차량자중 + 적재중량) 교량일 때 재하시험용 차량의 예]

시험경간은 주형의 손상상태, 신축이음의 상태, 교량 받침상태, 보수 및 보강이력등을 고려하여 종합적으로 가장 취약한 1 개 경간을 선택함을 원칙으로 하되 교량 총연장에 따라 시험경간 개소를 증가시킬 수 있다.

상부구조가 2개 이상의 형식으로 구성되었거나 연속교와 단순교의 조합으로 구성된 경우, 형식별로 1개 경간을 선정하여 재하시험을 실시함을 원칙으로 한다. 단 주형식 이외의 나머지 형식의 일부로 분류 가능하거나 손상 및 노후상태, 하부구조상태, 구성비율, 보강이력 등을 고려할 때 재하시험의 필요성이 명백히 없는 경우는 예외로 한다.

국부적 충돌사고 및 손상, 일부경간의 보강효과 검증 등 특수한 목적을 위한 재하시험은 예외로 한다.

재하위치는 교량에서 제일 하중을 많이 받는 위치(1/2 지점) 또는 제일 위험한 부재에 설정한다

본 교량의 설계하중, 총연장, 경간장, 상부구조형식, 교폭 및 시험목적에 따라 시험의 종류- 센서 및 계측기의 종류, 부착위치 및 수량, 재하하중, 시험회수 등을 결정한다.

계측기와 센서는 압축, 인장 휨변형률, 전단 변형률, 최대처짐, 진동 및 동적특성, 균열거동 등을 계측하기 위하여 부착한다.

본 교량에 부착되는 계측기와 센서의 부착수량은 앞서 도면에 명시된 곳과 같이 시행하고 슬래브교의 경우 시험 트럭의 축 간 거리 간격만큼 이격시켜 전폭에 대하여 계측기와 센서를 부착함을 원칙으로 하며, 특수 교량이나 박스교의 경우는 시험 목적에 맞게 결정한다.

연속교의 경우 하중 영향범위를 고려하여 정, 부 모멘트부에 공히 계측기와 센서를 부착하여야 한다.

슬래브상부에 센서를 부착할 경우 직사광선, 습기, 이물질에 의한 손상 및 간섭을 받지 않도록 별도의 방습 및 보호처리를 하여야 한다.

1개소에 부착하는 계측기와 센서는 항상 2조로하여 측정결과를 상호 비교할 수 있어야 한다.

재하하중은 교량 설계하중의 60% 범위에서 전륜/후륜의 축중비가 도로교시방서 규정을 크게 벗어나지 않는 범위에서 토사를 적재한 덤프트럭을 사용한다. 단 교량의 노후 및 손상 정도가 심하여 재하시험으로 추가적인 손상이 우려되는 경우는 예외로 한다.

재하시험용 덤프트럭은 성능이 양호한 차량을 선택하여야 하며, 2차선 교량의 경우는 1대, 4차선 이상의 교량은 2대를 교폭 방향으로 동시재하 시킨다. 2대의 덤프트럭이 사용되는 경우 트럭간 총중량의 차이는 ±5% 이내여야 한다.

재하시험 시기는 교량의 주변여건, 교통량, 보행자의 안전 등 경제적, 사회적 손실을 고려하여 교통통제의 영향이 적은 시간대를 선정한다.

우천시나 대기온도가 계측기의 작동범위를 벗어날 때는 재하시험을 실시하지 아니한다.

콘크리트교의 경우 재령 56일 이전에는 재하시험을 실시하지 아니한다.

초기 재하시험은 차량 통제 개시일 전에 실시하여 그 결과를 기록 관리하고 추후 교량의 거동에 관한 계측 결과와 비교하여야 한다.

재하시험원 및 교통 통제원은 주, 야간 모두 육안식별 가능한 복장을 착용하여야 한다.

차량의 안전운행을 위하여 각종 교통통제용 입간판, 비상조명등, 보조장비를 설치하여 운영한다.

재하시험 종료 후 부분적으로 훼손된 교량표면을 원상 복구하여야 한다.

교량의 설계시 예측한 초기거동은 공용기간이 장기화됨에 따라 재료의 내구성 감소 및 구조적 노후로 점차 건전성이 저하되어 간다. 따라서 교량 각 부재의 정적하중에 의한 처짐 및 변형률을 실측하여 대상교량의 실제거동을 분석하고 실측값과 이론에 의한 해석값을 비교하여 교량의 실제 내하력을 구할 수 있다. 교량의 정적재하시험은 다음과 같은 목적에 따라 측정위치, 시험차량의 재하위치 등을 결정하여 정적처짐과 정적변형률을 측정한다.

중립축 위치 결정

하중의 횡분배

주형과 바닥판과의 합성작용

부재의 강성

응력 및 처짐의 영향선

계산응력과 측정응력의 비교

계측센서에 나타난 거동에 대한 분석

시험방법

1-1) 재하시험은 재하차량 이외에 일반 차량이 완전히 통제된 상태에서 실시한다.

1-2) 재하경우별로 시험경간에 재하차량을 포함한 하중이 일체 재하되지 않은 상태에서 초기값을 설정한다.

1-3) 시험 차량 재하 후 상부구조에 진동, 소음, 충격 등 측정 결과에 영향을 미칠 수 있는 일체의 영향요소들이 소멸된 다음 측정을 시작한다.

1-4) 재하경우별로 3회 이상의 반복 측정을 실시함을 원칙으로 한다.

1-5) 4차선 이상의 교량인 경우 재하경우별로 초기값 설정후, 1대 재하, 교폭방향 2대 동시 재하로 구분하여 측정한다.

정적처짐 정적처짐의 측정 위치는 대상교량의 규모와 재하시험의 목적에 따라 결정한다. 각 주형의 지간 중앙에는 반드시 측점을 설치하고 필요에 따라 경간의 1/4 지점, 3/4 지점 (또는 1/3 지점, 2/3 지점) 등 측점수를 증가시킨다.

정적변형률

정적변형률의 측정위치는 측정의 결과로부터 부재단면력 및 응력분포를 알 수 있도록 결정한다.

3-1) 단순교의 경우 최대 휨모멘트가 발생하는 단면의 상부, 하부 및 변형률 게이지를 부착한다.

3-2) 연속교의 경우 최대 정, 부 휨모멘트가 발생하는 단면의 상부, 하부 및 복부에 변형률 게이지를 부착한다.

3-3) 주형 지점부의 전단 변형률을 측정하기 위하여 로제트 게이지를 부착한다.

3-4) 합성주형의 경우 콘크리트 바닥판과 주형의 합성거동을 검토하기 위하여 최대 모멘트가 발생하는 단면의 상부 플랜지 부분과 이와 접하는 바닥판에 변형률 게이지를 부착한다.

교량의 동적 재하시험은 크게 두가지로 분류할 수 있다. 시험차의 주행에 따른 동적응답으로부터 실제 교량의 충격 계수 및 진동 평가를 위한 시험이 있다.

차량 주행 시험

1-1) 특수한 목적을 제외하고 동적재하 시험은 재하차량 이외에 일반차량이 완전히 통제된 상태에서 실시한다.

1-2) 정적재하시험용 계측기와 동적 재하시험용 계측기가 상이한 경우 계측기의 측정오차를 검정하기 위하여 동적재하 시험용 계측기를 사용하여 정적 재하시험과 동일한 1개 재하 경우를 선택하여 정적재하 시험을 실시한다.

1-3) 시험차량의 주행 속도는 의사 정적하중인 최저 5㎞/h에서 설계최고속도 까지로 하되, 접속도로의 선형, 노면상태, 차량 통제 현황등이 허락되지 않을 경우에는 예외로 한다.

1-4) 주행속도별로 상행차선과 하행차선에서 각각 동일 속도의 주행시험을 실시한다.

1-5) 측정결과를 이용하여 교량의 충격계수, 동적변형률, 가속도, 진동주기, 여진동, 고유진동수 등과 같은 교량의 동적 특성 을 분석한다.

동적특성 시험

2-1) 교량의 동적 특성 즉 고유진동수, 감쇠율, 모드형상을 구하는 시험으로써 상시 미진동, 주행차량에 의한 거동, 가진기에 의한 진동 등을 가속도계 및 변위계로 측정하는 시험이다.

2-2) 장대교의 경우 내진안전도, 내풍안전도를 평가함에 있어 대상교량의 동 특성이 기본 자료로 활용되며 공용중인 교량에서 기간 경과에 따른 동 특성의 차이는 교량의 손상 정도를 평가하는데 사용될 수 있다.

재하위치 : 1/2경간 - Load Case별 재하위치

정적내하력 평가방법

☞ 주요 측정사항 및 측정센서 설치방법

- 정적 변형률 : 내하력 검사에 유용하게 이용될 수 있는 각 교량의 형태별 strain gauge 부착위치 및 측정시점 등에 대한 방법을 기존의 자료와 연구실내에서의 computer simulation을 이용하여 결정한다.

- 정적 처짐 : 교량의 정적 내하력 평가에 있어서 장대교의 경우 문제가 되는 정적처짐 측정을 위한 dial gauge의 부착을 용이하게 하는 방법 혹은 이를 대치할 수 있는 방법을 자료 및 실제시험에 의하여 모색한다.

- 지점 반력 : 주기적 계측방법의 일환으로 지점반력을 제공할수 있는 load cell에 의한 교량 시공당시의 설치 방법 및 위치를 결정한다.

- 케이블 장력 : 사장교나 현수교에 있어서 문제가 되는 케이블의 장력을 효율적으로 구하기 위한 측정센서와 그 부착위치 그리고 설치방법에 대한 오차를 극소화 시킬 수 있는 방법을 기존의 자료와 수치해석을 통하여 결정한다.

동적 내하력 평가방법

☞ 주요 측정사항 및 측정센서 설치방법

- 가속도 : 기존의 자료와 컴퓨터 모의해석에 의해 내하력 검사에 유용한 가속도 측정을 위한 측정 기자재, 측정 방법 및 측정 위치를 결정한다.

- 동적 변형률 : 동적 변형률을 측정하여 가속도 및 동적변위 측정결과와의 상관관계를 비교하여 이에 따라 동적 변형율의 내하력검사에 대한 유용성을 파악하고 이용하도록 한다.

- 동적 변위 : 구조물의 동특성중 대표적인 동적변위를 측정하여 유용성을 검토하고 가속도 및 동적 변형율과의 계정립 내지는 허용치에 대하여 검토한다.

대상 교량에 대한 기본내하력을 평가하기 위하여 구조해석 프로그램의 여러종류 또는 유한요소 모델링을 이용한 구조해석을 행한다. 구조해석은 사하중과 두종류의 시험하중 및 설계하중의 재하에 따른 각 부재의 응력 및 처짐등을 계산하고, 이에 따른 기본 내하력을 기초로 공용내하력을 추정한다.