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Ⅰ. 서론

1. 탐방 소개

이번 탐방은 먼 일본의 내진 설계와 보수․보강에 한 연구사례와 재 일본에

서 행해지는 다양한 연구와 실험을 조사하여 국내 교량의 내진 책의 개선을 도모

하는데 그 목 이 있다. 이를 해 일본의 고베지방에서 발생한 남부 효고 지진

이후 손된 교량의 복구와 보강에 많은 노력을 기울인 'Hanshin Expressway

Public Corporation'을 방문하여 지진에 한 세계 최고 수 의 보수․보강 공법을

조사하 다. 그리고 동경 지진 연구소, 교토 방재 연구소, 가지마 기술연구소,

PWRI 등을 방문하여 내진 설계에 한 최신 기술과 노하우에 한 정보와 내진

기술에 한 세계 인 흐름을 악하려 했다. 한 우리는 장 교량 18개가 한 지

역에 집 되어있는 혼슈-시코쿠 연결구간을 방문하고 그곳의 최신 교량형식과 최신

유지 리 방법을 탐방하여 21세기 한국 교량의 유지 리에 명을 가져올 수 있는

방안을 다각도로 검토하 다.

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2. 탐방 기 소개

2.1 도쿄 구조 연구실

여기서는 구조물의 이용자 입장에서 사회기반시설의 미 아름다움과 안 성, 쾌

성, 경제성에 한 연구를 수행하고 있다.

최근에는 인도교에서 인력하 에 의한 수직 이동, 이 를 이용한 장거리 구조물

의 거동 분석, 구조물에 쓰이는 부재의 형상에 따른 풍속에 의한 소리의 차별성에

한 연구를 실시하고 있다.

2.2 가지마 기술 연구소

KaTRI는 1949년에 가지마 그룹 내 건설 분야의 연구 개발을 목 으로 설립된 기

으로 연구 개발, 기술 수, 연구 성과 보 등의 활동을 하고 있다

최근에는 large scale의 bearing shoe의 성능실험(active damper, passive damper),

다양한 종류의 retrofit method의 개발, 내풍 구조물을 한 재진설계 공법 드응ㄹ

연구하고 있다.

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2.3 PWRI

1921년에 설립된 토목 연구소인 PWRI는 정부 건설성 산하의 연구기 으로서 건

설 사업과 련된 문제의 해결과 신기술 개발을 해 다양한 기 ․응용 과학 분야

의 연구 활동을 하고 있다.

최근에는 장 교량의 풍동 실험으로 장 교량의 공기동역학 인 안정성과 여러

가지 종류 joint의 large scale 피로, 삼축 shaking table을 이용한 isolating shoe의

실험을 실시하고 있다.

2.4 DPRI

실제 구조물 크기의 모형을 이용하여 다양한 퍼의 성능과 지진시의 구조물의 거동을 연

구하고 있다.

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2.5 한신고속도로 공단

1962년에 일본 앙 정부와 지방 정부가 공동으로 투자하여 설립된 한신 고속도로

공단(Hanshin Expressway Public Corporation)은 간사이 지방의 고속도로망을 정비,

운 함으로써 시민의 삶의 질을 높이고 도시 사회간 자본의 기능을 확장하는 역할

을 하고 있다.

최근에는 지진 발생 simulation을 통해 각 구간을 보강하고, 리 구간의 교통 흐

름 원활화, 보수․보강 이후의 교량의 내진성능 향상에 한 연구를 하고 있다.

2.6 HSBA

HSBA는 Honshu 지방과 Shikoku 지방의 균등한 발 을 한 두 지방간의 원활한

소통을 목 으로 1970년에 설립되었으며, Honshu와 Shikoku를 연결하는 교량과 이

들을 통과하는 도로 철도의 효과 인 건설 유지 리 기능을 수행하고 있다.

재는 혼슈-시코쿠 구간의 교량의 유지 리, 혼슈-시코쿠 구간의 교통 리,

장 교량의 유지 리에 필요한 다양한 로 의 개발 등의 일을 수행하고 있다.

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Ⅱ. 내진 설계 보수 보강

○국내 황

근래 들어 세계 으로 지진이 빈번하게 발생하고 있으며, 이로 인한 인명피해

와 구조물손상 등의 직 인 피해사례들이 보고되고 있다. 고베 지진으로 알려

진 1995년의 일본 효고 남부 지진, 1999년에 발생한 만지진과 터키지진 등은

이러한 지진의 심각한 피해를 잘 보여주고 있다. 이러한 피해사례 , 교량 등을 포

함한 기간시설물들의 괴는 교통의 두 기본생계를 하는데 필요한 자원부

족 등의 2차 인 사회혼란과 정신 피해를 래하므로 그 피해를 최소화시키는 연

구에 많은 심이 모아지고 있다.

일반 으로 한반도는 지진의 안 지 로 알려져 왔으나 역사지진과 계측에 따른

자료를 살펴보면 크고 작은 지진활동이 계속되어 왔다. 실제로 한반도에는 연평균

19회 정도 지진이 발생하고 있고, 20세기에 들어 서서히 증가하는 추세를 보이고

있다. 아직 지진으로 인한 구조물의 붕괴 등과 같은 형사고는 보고되지 않았으나,

규모 지진의 발생으로 인한 피해 가능성을 완 히 배제할 수는 없다. 한, 비슷

한 진도의 지진인 만지진과 터키지진의 피해사례로부터 알 수 있듯이 그 피해규

모에서 커다란 차이를 보이는 것은 내진설계에 한 개념의 부족이나 내진 비책의

요성에 한 인식부족 등에서 기인한 것으로 보이며, 이에 따라 과거 지진활동이

미약하여 지진에 해 둔감했던 나라들에서는 지진에 한 경각심을 불러일으키는

계기가 되었다. 이에 세계 으로 국가 인 차원의 내진 책 수립을 한 연구가

더욱 가속화되고 있다.

우리 나라는 1991년 도로교표 시방서에서 내진설계편을 처음 도입한 이후 지진

에 한 심이 증가되었으며, 이에 따라 내진설계에 한 많은 연구들이 수행되어

져 왔다. 그러나, 1991년 이 에 건설된 교량에 해서는 지진하 에 한 반 이

이루어지지 않았으므로 재 우리 나라의 부분의 교량은 지진에 해 험

성을 내포하고 있다. 그러므로, 상치 못한 지진이 우리 나라에 발생한다면, 이로

인한 피해는 상상을 월하는 엄청난 규모가 될 것이다. 따라서, 기존에 건설된 교

량에 한 안 성의 검토와 함께 한 보수․보강 방법의 용이 요구되고 있다.

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그림 2.1 한반도내의 지진 기록(1905～1996)

그림 2.2 한반도내의 지진 활동(1905～1996)

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1. 내진 설계

내진 설계라 함은 지진시나 지진이 발생한 후에도 구조물이 안 성을 유지하고 그

기능을 발휘할 수 있도록 설계시에 지진하 을 추가로 고려하여 설계를 수행하는

것을 말한다.

여기서는 우리 나라의 내진 설계 기 용 상의 문제 을 살펴보고 이러한 문

제 을 극복하기 해 우리가 해야할 일들을 알아보고자 한다.

1.1 도로교 표 시방서 내진 설계편

우리 나라의 교량 내진 설계 기 은 내진 설계의 기본 개념을 비롯한 부분의 내

용을 지진 다발 국가인 일본과 미국의 것을 그 로 따르고 있다. 때문에 우리 나라

의 내진 설계 규정들은 그들 나라에서 여러 검증 차를 거쳤던 것들이어서 공학

으로 크게 문제가 되는 부분은 없다. 하지만, 최근에 들어서 내진 설계 기 을 용

함에 있어서 여러 가지 문제가 지 되고 있다.

① 내진 설계 시방서의 용성

미국, 일본과 같이 지진 다발 지역의 내진 설계 방법이 우리 나라와 같이 지진의

발생 횟수나 강도가 평이한 지역에 여과 없이 용되는 것에는 문제가 있다는 것이

드러나고 있다. 강한 지진이 발생하는 지역의 내진 설계는 구조물의 에 지 흡수

능력을 크게 하고, 구조물이 연성 거동을 하도록 하는 것을 기본 개념으로 하고 있

다. 그러나, 우리 나라 같은 지역에서 잘 설계된 구조물은 탄성 한계 내에서 거동을

할 가능성이 매우 높다. 때문에 내진 설계의 방향을 지진 다발 지역 국가의 기 을

따라갈 필요가 없다는 지 이 나오고 있다. 내진 설계가 실제 국내 상황에 비해서

과하게 실시되어 경제 손해를 래하고 있다는 것이다.

② 규정간의 연계성 결여

재 내진 설계 기 의 다른 문제 은 세부 규정간의 연계성이 부족하다는

이다. 지반 분류와 지반 계수 설정, 설계 응답 스펙트럼 설정 등이 동시에 이루어지

다 보니 이들 규정들은 성능 요구도와 설계 원리 등에서 서로 간에 차이 을 보이

고 있다. 일정한 재해 방지 목표 수 을 결정한 후, 이를 기 으로 하여 일 된 잣

를 가지고 이들 규정들을 손질하는 작업이 필요하다.

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③ 지반, 내진 련 자료 부족

자료의 부족도 큰 문제 의 하나이다. 재의 내진 설계 기 은 외국의 것을

우리 나라 상황에 알맞도록 하게 수정한 것일 뿐, 우리 나라의 지반 상태나 지

진 특성에 합한 것이라고 보기는 힘들다. 자료량의 부족으로 인해 문제가 되는

부분은 많이 있지만 특히 지반 특성치 설정, 설계 스펙트럼과 설계 형의 결정 부

분은 내진 설계에 있어서의 그 요성 만큼이나 문제가 큰 부분이다.

- 지반 특성치 설정

지진에 의한 구조물의 거동은 지반의 성질에 따라 크게 달라진다. 일반 으로 지

반의 진동 특성과 스펙트럼은 다음의 4가지 요인에 의해 향을 받는다고 알려져

있다.

․지역의 기반을 구성하는 퇴 토의 특성치

․지반 운동을 일으키는 지진의 진도

․지반 운동을 일으키는 지진 발생 기구

․진앙지로부터의 거리 지진 경로 상의 지질

설계를 하는 경우에 의 요인을 모두 고려함이 원칙이지만 재로서는 자료의 부

족으로 모두 고려하는 것은 불가능하다. 최 가속도 스펙트럼 형상의 산정에

있어서 토질 조건의 향을 고려하기 한 자료는 충분하지만, 그 외의 요인에

하여는 알려져 있지 않기 때문이다. 따라서, 지반 조선의 향과 진앙지로부터의 거

리만을 고려하는 것으로 하고 있으며, 그 밖의 요인에 하여는 그 향을 제 로

반 하고 있지 못하다.

때문에 도로교 표 시방서에서는 미국 ATC의 연구 결과를 따라서 지반 종류를

4가지로 분류하고, 지반 종류 Ⅰ의 최 지반 가속도를 기 으로 하여 지반 종류

Ⅱ, Ⅲ에 하여 각각 20％, 50％를 증가시키고 있다.

그러나, 구조 설계에 있어서 지반 운동의 특성에 한 지역의 토질 조건의 향을

고려하고 있는 부분의 국가에서는 다른 토질 조건으로부터 자기 지역에 맞는 기

을 개발한 을 고려하여 볼 때, 지 우리 나라가 쓰고 있는 미국에서 들여온

지반 특성치가 우리 나라의 지반 조건에 부합하는 것인지는 알 수 없는 것이 사실

이다.

- 해석을 한 설계 스펙트럼과 설계 형의 결정

구조물의 내진 설계를 한 응답 스펙트럼 해석에 사용되는 지진은 일반 으로 설

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계 스펙트럼으로 표 된다. 설계 스펙트럼은 그 지역의 지반 조건과 최 지반 가

속도를 변수로 하여 작성되며, 과거 지진 기록을 이용한 응답 스펙트럼을 평탄화하

거나 유사한 특성을 가진 지진 기록에 한 응답 스펙트럼을 평균하여 작성한다.

우리 나라는 과거에 발생된 지진에 한 기록이 부족하고, 정확한 기록이 남아 있

지 않기 때문에 우리 나라 지역 특성에 따른 설계 스펙트럼이 인정되지 못하고 있

는 실정으로, 시방서에서는 미국 AASHTO의 설계 스펙트럼을 이용하고 있다.

마찬가지로 내진 해석의 한 가지인 시간 이력 해석을 수행하는데 필요한 지진 의

시간 이력 곡선은 진앙과의 거리, 지진 강도, 특속시간 등에 따른 다양한 지진 기록

이 있어야 작성이 가능하다. 그러나, 국내의 경우 계측 지진 자료의 부족과 부정확

성 때문에 설계에 사용할 수 있는 공인된 지진 형이 없는 상태이며, 일반 으로

그 지역의 특성을 표하는 과거 지진에 한 기록이나 유사한 특성을 가진 여러

가지의 지진 기록들을 합성한 인공 지진 형을 사용하고 있다.

④ 내진 해석 방법 용 기 상세화

시방서에서는 단경간교와 내진 2등 교의 내진 해석은 간편한 단일 모드 스펙트럼

법으로 할 수 있게 되어있다. 그러나, 실제 거의 부분의 설계회사에서는 공사 낙

찰을 해 정확한 해석이 불필요한 단순한 형태의 교량에 해서도 많은 시간과 돈

이 투자되는 시간이력 해석법으로 내진 해석을 하고 있다. 필요이상으로 많은 시간

과 돈이 낭비되고 있는 것이다. 내진 해석 방법의 용 기 규정에 설명되어있는

교량의 기능, 형태 등을 보다 구체화하여 과도한 해석이 이루어지지 않도록 하여야

한다.

⑤ 모델링 기법에 한 규정 부재

내진 해석 과정 에서 구조물의 내진 해석 모델링은 해석 결과의 신뢰성 정확

성에 지 한 향을 주므로 지진시의 구조물의 동 거동을 정확히 나타낼 수 있어

야 한다. 그럼에도 불구하고 기존의 내진 설계 시방서에는 모델링에 한 기 인

사항만을 명시하고 있을 뿐 모델링 차 방법에 한 구체 이고, 상세한 언

이 부족한 실정이다.

이러한 이유로 실무 설계 업무를 담당하는 설계자들이 내진 해석 모델 작성 단계

는 해석 단계에서 지나치게 주 인 경험과 공학 단에 의존해 왔다. 이에

따라 기술자에 따른 내진 해석 모델의 변동성이 증가하여 경우에 따라 상이한

해석 결과를 나타내기도 하 다.

따라서 구조물의 동 특성을 정확히 나타내면서 경제 이고 신뢰성 있는 해석 결

과를 얻을 수 있는 내진 해석 모델링 차를 확립하는 것이 필요하다.

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1.2 설계 용 개념

구조물의 내진 성능을 높이는 방법에는 크게 내진(耐震), 면진(免震), 제진(制震)의

3가지가 있다. 내진은 구조물의 강성을 확보하여 소성 거동을 하도록 하는 것이고,

면진은 구조물의 강성을 최소화하고 질량을 크게 하여 구조물의 유연성을 증가시키

는 것이다. 제진은 지진하 을 상쇄시키는 반 성질의 힘을 가하여 주는 것을 말

한다. 이들 내진은 이미 많은 성과가 있었던 부분이고, 재 연구가 진행되고 있

는 부분은 면진과 제진이다. 일본에서도 면진에 한 연구가 주로 이루어지고 있었

으며, 제진에 한 연구는 교량에 한 용 부분에 있어서는 아직 기 단계에 머

무르고 있었다.

① 내진

내진 설계는 지진에 항하는 설계 체를 지칭하기도 하지만, 내진 설계의 용

방식에서는 구조물의 고유 주기를 짧게, 즉 구조물의 질량을 최소화하고 강성을 최

화시킴으로서 지반과 구조물의 일체 거동 는 강체 거동을 유발시켜, 부재간의

상 변 를 최소화시키는 방법이다.

이러한 설계법은 주로 교량 하부구조에 용되는데, 지진 다발 지역 국가에서 내

진 설계 도입 기에 지진에 의해 발생했던 피해는 부분 하부구조에 큰 활동과

도 혹은 단 괴가 발생하여 상부구조가 낙교하는 형태의 것이었다. 이러한 하

부구조를 보강하기 한 여러 가지 방법은 이미 미국, 일본 등지에서 많은 성과가

있어서 하부구조의 강도부족에 의한 피해는 부분 극복된 상태이다. 이들 국가의

내진 설계 기 을 따른 우리 나라에서도 이러한 내진 설계 방식에서 크게 문제가

될 것은 없는 상태이다.

② 면진

면진 방식은 상부구조의 변 를 제어하는 방법으로서 지진하 에 의한 지반의 수

평진동이 하부구조를 통하여 상부구조로 달되는 것을 막는 방식이다. 내진 설계

에 의해 하부구조의 강성 부족으로 인한 문제 은 해결되었으나, 지진하 이 하부

구조를 거쳐 상부구조로 달되는 과정에서 상부구조의 성력에 의해 상부구조와

하부구조를 잇는 연결 부 가 과도한 힘을 받는 문제가 발생하게 되었다.

때문에 이러한 힘이 집 되는 지 에 수동 damper를 설치하여 지진 에 지를 흡

수하거나, rubber bearing 등의 base isolater를 이용하여 지반의 진동을 상부구조와

분리시키는 면진 방식이 연구되고 있다.

이러한 면진 방식은 여러 사회 간 구조물의 내진 설계에서 새로이 각 받고 있

는 방법이다. 그러나 건물, 교량들의 구조 시스템에 한 경제 효과에 한 연구

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는 많이 진행되고 있는 반면, 이러한 면진 설계된 교량의 경제 효과에 한 연구

는 매우 미미한 실정이다. 특히 한국의 경우 지진 다발 지역의 내진 설계 기 도

입에 따른 많은 비용을 이기 한 체 기술이나 설계 원리가 필요한 만큼 이 면

진 방식에 한 연구가 필수 이다.

③ 제진

제진 방식은 구조물에 하 이 가해질 경우에 active damper 등을 이용, 외력의 반

방향으로 힘을 가하여 이를 상쇄시키는 방법을 말한다. 이에 한 연구는 건물과

같은 소형 구조물에 한 연구는 이미 많은 결과가 나왔지만, 교량의 경우 그 큰

규모로 인하여 힘의 제어가 쉽지 않은 계로 아직 연구가 기 단계에 머물러 있

다.

이러한 제진 설비를 이용한 로는 특이 교량에 turn-mass 나 turned liquid

column damper 등을 설치한 것을 들 수 있다. 한, 최근에는 수교 가설 틸

버 공법으로 거더를 시공하는 경우, 공사 기간 에 지진이 발생하는 경우 거더

사이에 충돌이 일어나는 것을 막기 하여 active damper를 이용하기도 한다.

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1.3 내진 설계 발 방안

앞 에서 보듯이 재 우리 나라 내진 설계의 문제 은 크게 자료 부족과 용

기 불명확, 연구 부족 등으로 볼 수 있다. 용 기 이 불확실하여 일고있는 혼란

등의 문제는 국내에 내진 설계가 도입된 지 얼마 되지 않아서 겪고 있는 문제로서

앞으로 조 만 더 경험을 쌓아 각 규정들간의 향이 밝 지고 정량화시킬 수 있는

시 에서 재조정을 하는 것이 바람직하다.

지 시 한 것은 국 각지의 지반 지진 기록에 한 자료의 정리와 연구 활

동 지원 문제이다. 우리 나라 건설 회사들이 자료의 database화를 시작한 것은 매

우 최근의 일이다. 회사마다 자료의 산화 수 에 따라 틀리지만, 60～70년 에 건

설된 교량에 한 상세한 자료는 시공사에서도 찾기 힘든 경우가 많고, 심지어 80

년 시공된 구조물에 한 자료조차도 어디에 있는지 찾기가 매우 힘든 경우가 허

다하다.

때문에 국 각지에서 공사를 시작할 때마다 실시했던 지반에 한 조사 자료들도

이미 없어졌거나 여기 기 흩어져있어, 에 다른 시공사가 지반 조사를 했던

지역이라도 그 자료를 찾기가 힘들어서 많은 비용을 들여 다시 지반 조사를 실시하

고 있는 실정이다. 건설 회사들간에 이러한 자료를 모아 database화하여 공유한다

면, 국가 연구 기 에서는 지반 자료량을 확충할 수 있게되어 국내 지반 상태에 알

맞는 내진 설계 규 설정에 큰 도움이 되며, 시공시 지반 조사에 들어가는 복

투자 비용을 감할 수 있어 시공회사 입장에서도 경제 으로도 많은 이 을 거둘

수 있게 된다.

내진에 한 연구의 경우, 1995년 일본의 고베 지진 이후로 많은 수가 진행되고

있으나, 아직 연구 분야가 구조 분석에 한정되어 있는 실정이다. 이는 장비 자

본, 인력 부족 등 여러 가지 국내 사정으로 인한 것이기도 하지만, 우리 나라의 지

진 특성상 그리고 외국의 연구 추세를 볼 때 면진 제진 방식에 한 연구가 보

다 활성화되어야 할 것이다.

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2. 내진 보수․보강

본 탐구활동에서 지진하 에 한 보수․보강에 한 연구사례를 조사하여 국내

교량의 내진 책의 개선을 도모하고자 하 다. 이를 해 우리는 일본의 고베 지

방에서 발생한 남부 효고 지진 이후 손된 교량의 복구와 보강을 실제 으로 담

당한 'Hanshin Expressway Public Corporation'을 방문하여 지진에 한 보수․보

강 공법을 조사하 다.

○일본의 황

'Hanshin Expressway Public Corporation'에서는 고베 지방에서 발생한 남부 효고

지진 이후, 붕괴된 구조물에 한 복구와 동시에 보수․보강을 실시하 다. 즉

지진하 에 의해 손상된 구조물에 한 성능 평가를 수행하여, 사용할 수 있는 구

조물은 내진 성능을 향상시키기 해 보수․보강하 고, 더 이상 사용할 수 없는

구조물은 내진 설계가 도입된 새로운 구조물로 체하 다. 이 우리가 심을

갖는 부분은 기존의 구조물 그 에서도 교량의 내진 성능 향상을 한 보수․보강

공법이다.

여기서 우리는 'Hanshin Expressway Public Corporation'에서 내진 성능을 향상시

키기 해 도입한 보수․보강공법을 크게 4가지로 나 어 설명하고자 한다.

․교각의 보수․보강

․기 의 보수․보강

․base isolator 이용

․거더의 연속화, bridge restrainer 등 그 밖의 보수․보강 공법

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2.1 교각의 보수․보강

교각의 내진 성능 보강 방법은 재료에 따라 크게 2가지로 분류된다. 철근 콘크리

트 교각의 경우, 교각 주 에 철근 콘크리트를 타설하고 그 외각을 steel jacket으로

감 다. 강교각의 경우는 내부에 콘크리트를 주입하여 교각을 강화하 다.

2.1.1 철근 콘크리트 교각

'Hanshin Expressway Public Corporation'에서는 손상된 교각 잔류 변형이

15cm 이상인 교각은 철거후 재시공하고, 잔류 변형이 15cm 미만인 교각은 수리 후

보수․보강하 다. 'Hanshin Expressway Public Corporation'은 지진에 의한 교각

의 손상을 교각의 단강도와 연성(ductility)측면에 을 맞추고 분석하 다. 그

에 따라 철근 콘크리트 jacketing과 steel jacketing을 합성한 보강 방법이 기존의

철근콘크리트 교량의 보강 방법으로 채택되었다.

steel jacketing은 기 에 정착되지 않고, tie bar와 같이 설계되어 연성(ductility)과

단 지지력을 증가시키는 역할을 한다. 철근 콘크리트 jacketing은 교각이 한

연성을 지닐 수 있도록, 교각의 휨 지지력을 증가시키려는 목 으로 기존 교각의

표면에서 최소 30cm 두께로 설치되었다. 철근 콘크리트 jacketing의 철근은 기 에

화학 인 정착방법을 이용하여 고정되었다.

이러한 보강공법은 균열에 에폭시 수지를 주입하고 취약한 콘크리트를 제거하며

좌굴되거나 괴된 철근을 교체하는 보수 작업 뒤 이루어졌다.

그림 2.3 pier(교각)의 보수․보강 , 강교각(좌), 철근 콘크리트 교각(우)

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2.1.2 강 교각

남부 효고 지진이후, 'Hanshin Expressway Public Corporation'은 치명 인 좌

굴이나 균열이 교각의 표면에 발생한 강교각은 모두 제거하고, 부분 인 손상을 입

은 강교각은 교량 상부구조의 하 을 일시 으로 제거한 뒤, 손상 부분을 잘라내고

보수하 다. 그 이후 수평 방향 하 에 한 항력 증가를 해 rib plate를 강교각

의 내부에 설치하거나 교각 내부를 콘크리트로 채우는 방법 등을 이용하 다.

2.2 기 의 보수 보강

남부 효고 지진에 의한 기 의 피해는 상 으로 었다. 그리고 재하 시험 결

과 기 의 지지력은 감소되지 않은 것으로 밝 졌다. 따라서 기 의 보강 철근의

부식을 막기 해 균열면을 수지로 처리하는 공정을 거쳐 부분의 기 가 다시 사

용되었다.

그리고 기 의 수평력에 한 지지력이 교각의 수평력에 한 지지력과 동일해야

한다는 복구 시방서에 따라, 모든 기 의 수평력에 한 지지력이 교각의 지지력을

기 으로 조사되었고 보강이 필요한 교각은 pile 수를 늘리거나, 기 의 두께를 증

가시키는 방법으로 보수․보강하 다.

2.3 base isolator를 이용.

지진 하 에 한 구조물의 안 을 확보하기 한 방법은 보통 3가지로 나뉜다.

첫째, 구조물의 강성을 증가시키는 내진 설계, 둘째 하부구조와 상부구조를 고무 받

힘 등을 이용하여 분리 시켜 변 를 이는 면진 설계, 마지막으로 active damper

등을 이용하여 지진 하 시, 하 방향에 따라 능동 으로 하 을 가해 지진의 피

해를 막는 제진 설계가 바로 그것이다. 앞에서 언 한 교각의 보강방법은 첫 번째

방법을 이용한 것이다.

base isolating 방법은 그 두 번째 방법인 면진 설계를 이용한 방법이다. 이 방

법은 우리 나라에서 신설되는 교량의 지진 하 에 한 비 방법으로도 자주 사용

되는 것으로, bearing shoe에 상부구조와 하부구조의 분리가 가능한 rubber bearing

shoe를 이용하는 방법이다.

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남부 효고 지진이후 'Hanshin Expressway Public Corporation'은 부분 교량의

bearing shoe를 iron bearing shoe에서 rubber beaing shoe로 교체하 다. 특히 한

신 고속도로의 고베 노선 벤텐 구간에서는 19개의 경간이 연속된 rigid frame

교량에 isolator를 설치하 는데 이것은 rubber bearing shoe를 설치한 것이 아니고,

강교각 하부에 isolator를 설치하 다. 세계에서 처음 시도된 이 방법을 소개한다.

그림 2.4 base isolator

그림 2.5 강교각 하부에 isolator를

설치그림 2.6 강교각 하부에 설치된 bearing shoe

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2.3.1 기본 설계 원칙

벤텐 구간은 원래 8개의 교량으로 이루어져 있었다. 남부 효고 지진 이후 치명

인 손상을 입은 이 구간은 지진 직후 즉시 제거되었으며 다음 원칙에 따라 벤텐

구간의 고가 도로는 신 인 구조물인, 강교각 아래 seismic isolator가 장착된 19

경간 연속 rigid frame 교량으로 거듭났다.(그림 2.7참조)

․말뚝기 (pile foundation)은 손상을 입지 않았으므로 그 로 이용한다.

․기 에 작용하는 지진하 을 감소시키기 해 steel deck과 seismic isolator를 사

용하도록 한다.

․교량의 낙교를 방지하기 해 각 교량의 교각과 상부구조의 보는 rigid하게 연결

되어 있어야한다.

벤텐 고가도로가 해안 쪽으로 휘어져있고, 매달려 있는 cross beam의 길이가 조

씩 변화하기 때문에 2가지 종류의 체 구조 모델에 의한 해석이 이루어졌다.(그림

2.8참조)

그림 2.7 벤텐 고가도로의 모습

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2.3.2 동 해석

체 으로 간단한 모델을 만들기 해, 동 해석 모델에서 주 거더와 deck plate

는 모아서 하나의 보로 간주하 다. 타카토리 기차역에서 측정된 지진 를 지진으

로 인한 진동의 입력값으로 이용하 다.

그림2.9에서의 시간 이력은 P-470에서 seismic isolator의 수평변 와 보의 연결부

에서의 휨 모멘트의 응답이다. 지진 하 을 가하기 시작한 후 6 뒤, 교량의 종단

방향으로의 최 변형은 428mm이고, 교량의 횡단 방향으로 최 변형은 568mm

다. 보와 교각의 연결부의 응력은 최 응답값에서, 축방향 압축력과 2축방향 휨모

멘트를 받는 것으로 조사되었다.

seismic isolator에는 LRB(Lead Rubber Bearing)과 HDR(High Dumping Rubber),

두가지 종류가 있다. HDR이 층이 진 super elastic gum으로 이루어진 반면, LRB는

층이 진 고무 bearing 내부에 납 plug를 가지고 방향으로 움직이는 성질을 갖는

다. 벤텐 구간에서는 LRB가 여러 온도 역에서 부드러운 상태를 유지하고 강한

지진하 하에서는 단단해 진다는 특성이 고려되어 이용되었다.

그림 2.8 벤텐 고가도로의 해석 모델

- 19 -

정 ․동 해석을 통해 결정되 지진 시 구조물의 특성은 다음과 같다.

T(natural period of whole structure)=1.45sec

h(dumping constant of isolator when horizontal displacement=100mm)=22%

shear deflection of isolator(when Kh=0.23)=50%(design capacity=150%)

shear deflection of isolator(when Kh=0.68)=196%(design capacity=250%)

shear deflection of isolator(dynamic analysis)=357%(design capacity=400%)

한 seismic isolator의 회 변 와 교각의 축력에 한 시간 이력에 한 응답

해석도 확인되었다. 이것은 1/3 축척의 모형에 응답값을 이용하여 bearing의 효과를

시험 으로 확인한 뒤 결정되었다.

그림 2.9 시간 이력에 의한 응답해석의

- 20 -

2.3.3 진동 시험

교량의 동 특성을 확인하기 해서 실제 교량을 이용한 시험들이 수행되었다.

19경간의 교량은 진동장비를 이용한 진동시험을 하기에는 무 길고 무겁기 때문에

속 하 이완 시험(rapid force release test)을 수행하 고 힘이 이완된 뒤 free

damping virbration을 측정하 다.

그리고 base isolation의 탄성거동 한 요한 정하 을 재하한 상태에서 측정되

었다. 6개의 속 이완 시스템(rapid release system)이 하 을 재하하기 해 설치

되었고, 그것은 P-462와 P-464사이, 산 쪽과 해안 쪽 양방향 교각에 설치되었다.

그림2.10에서 보여주는 P-463 rigid frame의 변형은 각각 6개의 교각에 180tf 의

하 을 재하했을 때 발생하는 모습이다. 그림2.11는 횡방향 스피링 강성 (spring

rigidity)와 실제 교량과 동시에 수행된 실험실에서의 처짐 시험과의 계를 나타낸

다.

실제 교량의 횡방향 스 링 강성은 80mm의 처짐 방 내에서의 실험값과 거의

같음이 확인된다.

그림2.12에서는 하 이완 시험에 의한 하 의 이력, 교각의 처짐, 가속에 한 응

답과 동시에 퓨리어 진동 진폭이 보여지고 있다. 이 시험에서 교각의 수평 진동은

하 이 이완된 뒤 속히 감쇄하 고, 베어링 주변에서 rocking 진동이 찰되었다

는 사실과 rocking 상에 의한 높은 진동수의 진동이 발생했다는 사실을 알 수 있

었다.

응답 분석에서는 첫 번째와 세 번째 진동모드가 모두 0.7Hz 이하에 있을 것이라고

상되었다. 부분진동상태에서 수행된 실제 시험은 설계 진동특성과 다른 진동 요

소를 보여 주었기 때문에 응답 분석에서는 첫 번째와 세 번째 진동모드가 모두

0.7Hz 이하에 있을 것이라 상되었다.

그림 2.10 교각의 변형 (단 mm)

- 21 -

그림 2.11 스 링 강성의 설계와 측정

그림 2.12 속 이완 시험에 의한 응답 형

- 22 -

2.4 거더의 연속화, bridge restrainer 등 그 밖의 보수․보강 공법

그 밖의 보수․보강 공법으로 콘크리트 거더를 가벼운 강 거더로 교체하여 변 를

이는 방법과 거더와 거더 사이를 restrainer로 연결하여 지진 하 작용시 거더의

낙교를 방지하는 방법을 사용하여 지진에 의한 교량의 피해를 최소로 다.

2.4.1 bridge restrainer

거더의 joint 부근에서 충분한 seating 폭을 확보하 고, 강 이블의 교량 한 쪽

부분이 괴되더라도 연속된 다른 부분이 괴를 방지하는 fail-safe bridge

restrainer가 도입되어 강도를 증가시켰다. restrainer는 거더의 커다란 횡방향 변

에도 응할 수 있도록 설계되었다.

2.4.2 거더의 연속화

낙교를 방지하기 해 그림과 같이 거더를 연속화 시켰다.

그림 2.13 bridge restrainer

그림 2.14 거더의 연속화

- 23 -

2.5 결론

앞에서 언 했듯이 우리 나라에서는 기존 교량의 지진하 에 한 보수․보강 여

부에 한 결정도 아직 못 내리고 있는 실정이다. 그러나 우리 나라도 지진의 안

지 가 아닌 이상 기존 교량의 내진 성능 향상은 필수 이다. 물론 우리 나라가 미

국의 서부지역이나 일본처럼 지진이 잦은 지역은 아니기 때문에 우리 나라의 지역

특성을 고려한 경제 인 보수․보강 공법의 마련이 요구된다.

지진에 한 교량의 보수․보강 공법 국내에서 많이 쓰이는 방법은 bearing

shoe 교체이다. 기존 교량 부분의 bearing shoe는, 강재로 된 bearing shoe 이다

(그림2.15). 성수 교 붕괴이후 교량의 보수․보강이 활발해 지면서 bearing shoe의

교체도 이루어졌는데, 그림2.16와 같이 같은 종류의 강재 beating shoe로 교체를 실

시하 다. 그러나, 이러한 강제 bearing shoe는 지진하 에 한 항을 거의 하지

못하며, 오히려 지진 하 에 의한 수직 변 가 발생했을 때 거더를 괴하는 역할

을 한다. 그러므로 강재 bearing shoe 신 rubber bearing, 즉 base isolator를 사용

하여 면진의 효과를 노리는 것이 지진하 에 한 한 비책이라고 할 수 있

다.

rubber bearing shoe 에서도 심부에 납으로 된 이 들어간 lead rubber

bearing shoe은 일본을 비롯한 미국 등에서 주로 사용되는 bearing shoe이다.(그림

2.17, 2.18) 하지만 이 기구는 다소 고가이기 때문에 경제 인 문제가 발생할 수도

있다. friction pot bearing의 경우(그림2.19), read rubber bearing shoe와 성능은 비

슷하면서도 경제 이기 때문에 국내 교량의 보수․보강에 도입되기 할 것이다.

그림 2.17 lead rubber bearing shoe 그림 2.18 lead rubber bearing shoe

그림 2.15 동호 교의 교체 이 의

bearing shde

그림 2.16 동호 교의 교체 이후의

bearing shoe

- 24 -

그림 2.19 friction pot bearing

그리고 일본의 경우처럼 교각을 보강하고 steel jacketing을 하는 것도 교량의 내

진 성능 향상을 한 한 방법이라고 할 수 있다. 우리 나라 기존 교량의 교각

은 일본이나 미국 교량의 교각에 비해 직경이 작은 편이다. 이것은 교각의 강성이

그만큼 떨어진다는 것을 의미한다. 이러한 교각들의 두께를 증가시켜 교각의 강성

을 크게 하는 것도 국내 실정에 맞는 한 보수․보강 방법이다. 보강 시 교각의

직경은 우리 나라의 지역 특성에 맞도록 결정하는 것이 바람직 할 것이다.

그 밖에 낙교 방지를 해 bridge restrainer를 장착하거나, 거더를 연속화 시키는

것도 경제 인 보수․보강 방법이다.

우리 나라는 최근에 들어서야 교량의 지진에 한 안 성을 고려하고 있다. 그리

고 그 기 마련을 해 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다. 무엇보다도 먼 지

진하 에 안 하게 비 할 수 있으면서도, 경제 이고, 국내 실정에 맞는 내진 성

능 향상 공법을 마련되는 작업이 이루어져야 한다. 무조건 인 해외의 기술의 모방

이 아닌, 우리 실정에 맞는 그리고 안 한 공법의 도입은 우리가 시 히 해결해야

할 과제이다.

- 25 -

Ⅲ. 유지 리

1. 국내의 교량의 유지 리 황

우리 나라가 교량의 유지 리에 한 심을 가지게 된 것은 1994년에 일어난 성

수 교 붕괴사고 이후이다. 특별법이 제정된 1995년 이 에는 교량을 건설한 후

검 진단, 조사 등을 국소 으로 시행한 경우도 더러 있었지만 부분 조사로 끝

나는 것이 부분이었고, 주요 강교의 미장, 교량 바닥 보수, 신축이음장치 교체

등에 유지 리비를 책정하는 정도에 그쳤다. 한, 교량에 투입되는 유지 리비는

선진국의 1/7～1/10 정도이거나 아 없는 경우가 부분이었고, 과 차량의 단속도

고속도로와 국도일부를 제외하고는 무한 실정이었다. 이와 같이 유지 리비가 극

히 미미했기 때문에 교량의 보수보강기술의 도입이나 개발도 제 로 이루어 지지않

았다. 짧은 기간이었지만 1995년 이후 3년 동안 많은 변화를 겪고 있다. 특히 검,

진단, 계측, 보수, 보강기법의 도입과 응용을 통해 빠른 속도로 발 하고 있다.

1.1 체 인 리 시스템

우리 나라의 교량은 한국도로공사, 건설교통부, 각 역시․도가 나 어 리하고

있다. 모든 고속도로 상의 교량은 한국도로공사가 담당하고, 국도 상의 교량은 건설

교통부가 리하며, 이외의(강, 하천, 바다 의) 교량은 각 역시․도가 리한다.

한국도로공사의 경우 한국 도로공사 본사 아래 6개의 본부와 그 아래 지사가 있어

서 국의 2000여 개의 교량 각 지사가 50～60여 개를 담당한다. 서울 한강의

교량은 건설안 리본부 내의 교량 리부에서 리하며 각 교량 당 두 명씩 배정

되어 리한다.

1.2 기본 방침

시설물 리책임자가 매주 1일 이상 의무 으로 장 검하여 모든 부재가 반기

별 1회씩 반복 검되도록 하고, 시설물 리책임자 검사항 문지식이 요구

되는 부분은 정리하여 문가 합동 검으로 시행하며, 특수장비와 시험 등이 수반

되는 사항은 문업체의 용역으로 시행하여 실질 인 시설물 유지 리를 도모한다.

- 26 -

표 3.1 안 검․진단 계획

구분 상세구분 실시시기 시행방법

안 검

정기 검 년 2회(반기별 1회) 담당 공무원

외부 문가와 합동

안 진단 문기 용역

정 검 2년에 1회

긴 검 필요에 따라 실시

정 안 진단정기진단

10년 경과 1종 시설물

5년에 1회 이상안 진단 문기

시설안 기술공단긴 진단 필요에 따라 실시

① 정기 검(년 2회) - 리책임자 검

세부 검계획을 수립하여 6개월 동안 (2회 반복) 지속 으로 시설물의 구조 안

성, 기능상 장애여부 등을 검하고, 그 결과를 도면 리 장에 기록 리한

다.

다음 반기에 같은 방법으로 검하여 손상의 진행여부, 새로운 손상의 발생여부

등을 비교함으로써 구조 안 상 해요소를 조기에 악하고, 한 안 책을

강구한다. 매분기 마지막 주 검은 외부 문가와 합동으로 실시한다.

② 정 검(2년에 1회) - 문가 합동 검

반기별 검시 근 검이 어려운 부분( 검통로가 없는 하천상 교량의 상 하부

면 등) 에 한 검을 주로 실시하고 리책임자가 발견한 이상부분 무기

술을 요하는 부분에 하여 외부 문가와 합동으로 집 검을 함으로써 실효성을

도모한다.

련분야 문가가 고정 으로 검토록 함으로써 유지 리업무의 일 성을 제고

하고 용역으로 시행하지 않을 경우 2년에 1회 정기 검과 병행하여 실시한다.

③ 문기 에 의한 정 안 진단

10년 경과된 1종 시설물은 5년에 1회씩 시설안 기술공단 등 문기 에 의한 정

안 진단 시행 에 있으나, 정기 검 정 검 과정에서 구조 안 상 해

요소 발견시 문가의 자문 등을 거쳐 문기 에 의한 정 안 진단을 시행하여

재하시험, 계측 등 각종 특수장비와 기술을 활용, 구조내하력 안 성 조사에 만

을 기하고, 기에 보수․보강을 함으로서 구조 안 확보에 만 을 기한다.

- 27 -

그림 3.1 유지 리 흐름도

- 28 -

1.3 교량 등 산정

각 부재별로 가 치를 두고, 노후화+가능성-사용성에 의해 나온 결과에 따라 등

을 매긴다.

표 3.2 교량 등 상태

등 상태

A 문제 이 없는 최상의 상태

B 경미한 손상의 양호한 상태

C 보조부재에 손상이 있는 보통의 상태

D주요부재에 진 된 노후화(강재의 피로균열, 콘크리트의 단균열 등)로

긴 한 보수 보강이 필요한 상태로 사용제한 여부를 단

E주요부재에 심각한 노후화 는 단면손실이 발생하 거나

안 성에 험이 있어 시설물을 즉각 사용 지하고 개축이 필요한 상태

Q 근이 힘들어 다른 방법의 용이 필요한 상태

표 3.3 사업소별 장비보유 검 상 황

사업소명 보유장비 검 상교량 검개소 검소요일수

동부도로 리

사업소

굴 차(1)

고소작업차(1)

계 105 10

천호 교 20 2

올림픽 교 31 3

동 교 54 5

서부도로 리

사업소

굴 차(1)

고속작업차(1)

계 77 9

반포 교 25 3

동작 교 27 3

원효 교 5 1

마포 교 20 2

남부도로 리

사업소

굴 차(1)

고소작업차(1)

계 27 4

한강 교 24 3

천교 3 1

성동도로 리

사업소

굴 차(1)

고소작업차(1)

계 27 3

동호 교 27 3

강서도로 리

사업소고소작업차(1)

계 22 3

신정교 14 2

양화교 1 양평교 검시

양평교 7 1

1.4 특수 장비

돌산 교와 진도 교는 사장교인데 이 곳의 유지 리에 로 이 사용되고 있다. 로

은 사장교 이블에 매달리어 탑재된 카메라로 이블의 상태를 리사무소에 실

시간으로 달하고 있다.

- 29 -

2. 일본의 장 교량의 유지 리 황

일본의 경우 혼슈-시코쿠 연결 구간의 18개의 교량의 리하기 해 혼슈-시코쿠

교량공단(Honshu-Shikoku Bridges Authority)라는 하나의 정부 기 이 1950년도부

터 설립되어 설계 계획에서부터 건설 과정은 리․감독하고 있으며 완공 후 지

도 유지 리를 해서 새로운 유지 리 시방서를 독자 으로 제작하여 리하고 있

었다.

2.1 체 인 리 시스템

일본의 장 교량은 이 곳 혼슈-시코쿠 연결 구간에만 있기 때문에 일본에 있는 모

든 장 교량은 이 곳 혼슈-시코쿠 교량 공단이 리한다.

2.2 기본 인 기본 방침

1998년 3월 혼슈-시코쿠 교량공단은 혼슈-시코쿠 연결 구간의 18개 교량의 유지

리를 해 기존의 시방서와는 다른 독자 인 장 교량의 유지 리 지침을 만들어

교량을 리하고 있다.

2.2.1 장 교량의 유지 리 개요

2.2.1.1 검사 목

1) 사용자에게 피해를 끼치지 않기 해

2) 교량의 손상을 일으킬 수 있는 기 변형을 알아내어 교량을 안 한 상태에서

리한다.

- 30 -

2.2.1.2 조사의 분류

1) 일상 검

① 순찰 검: 사용자에게 향을 수 있는 변형을 으로 감지하는 것이다.

② 기본 검: 교량의 손상을 일으킬 수 있는 변형임에도 불구하고 순찰 검에

서 감지하기 힘든 기 변형을 찾아내는 것이다. 이를 해 검로나 검 장비를

이용하여 교량의 각 부재를 상세히 검하여 기록한다.

③ 근 검: 5년마다 정확하게 계측할 수 있는 특수장비를 이용하여 교량 체

의 안 에 요한 부분들을 검한다.

O : 각 교량마다 수행

P : 필요할 때만 수행

표 3.4 근 검의 개략

조사 항목

교량 형식

수

교사장교 아치교 트러스교 거더교

체

교량

캠버의

계측

온도 O O O O P

수직 정렬 O O O O P

주 이블의 새깅 O

주탑과 거더의 상 치 O

주탑의 기울기 O O

교 , 교각의 움직임과

회O O O O P

거더와 주탑의 상

움직임O

구조

부재

캠버의

계측

팽창 이음부의 거리 O O O O P

스 이 새들의 움직임 O

이블 이음부의 축방향 힘 P

행거 로 의 장력 O

사장교 이블의 장력 O

다른 부재의 캠버와 장력 P P P P P

2) 긴 검

① 이상 상황에서의 검

차량 통행의 제한이 상되는 기 을 충족시키는 상황에 실시한다.

② 특별 검

순찰 검이나 기본 검이 아닌 필요할 때 실시하는 근 검이다.

- 31 -

2.2.1.3 검사 계획의 문서화

검사가 시행되기 에 검사되어야 할 혼슈-시코쿠 교량 공단이 리하는 구조물과

다음과 같은 검사계획은 문서화되어야 한다.

1) 장기 검사 계획

기본 검사는 계획된 검사 주기에 따라 검사되어야 될 각 부재에 시행되어야 한다.

그래서 장기간 검사 계획은 검사가 시행되기 에 조사 계획과 보수 계획을 기본으

로 문서화되어야 한다. 다음 검사 계획은 매년 정당한 평가에 의한 재평가하여 결

정해야 한다.

2) 매년 검사 계획

장기 검사 계획, 순찰 검사를 한 검사 계획, 기본 검사에 기 하여 검사가 시행

되기 에 문서화되어야 한다.

3) 매달 검사 계획

순찰 검사와 기본 검사를 한 매년 검사계획에 따라 검사가 시행되기 에 문서

화되어야 한다.

2.2.1.4 기본 검에서 발견된 작은 변형의 보수

휴 용 장비로 보수될 수 있는 작은 변형이 있을 때는 기본 검사가 시행되는 동안

즉시 보수되어야 한다.

- 32 -

2.3 검사 행

2.3.1 변형의 구별

표 3.5 변형 구분

items

A B C D E F G H

코 도장 강재이블과

로볼트 콘크리트 기능 기타

변형

1 얼룩 탈색 흠 흠 느슨해짐 얼룩 결합

2undrained

water크랙 크랙 부식 변형

undrained

water변형

3

Dew

Conden-

sation

돌출 변형 느슨해짐 탈락 크랙 공간 변형

4 탈색 extrusions 부식 unraveling 부식크랙과 물의

수chattering

5 크랙 벗겨짐 균열새깅/느슨

해짐균열

spilling of

free lime이상 소리

6 돌출 떨어짐 구조 결함 partingfitting

defects보조재의 부식

spilled

lubrication oil

7 벗겨짐fitting

defects이상 진동 크랙

breakage/

destruction

8 녹이슴 균열 떨어짐 외부 물질

9non-

coating구조결함 물이 고임

10 구조 결함

11 기타 기타 기타 기타 기타 기타 기타

이러한 변형의 구별은 구조물의 재료와 구조물에 발생되는 치에 따라 나뉘어 진

다. 어떤 부분은 변형 부분이 으로 찰되는 반면 그 지 않는 변형들도 있다.

- 33 -

2.3.2 변형 단

변형 단 기 (구조 시스템)

표 3.6 변형 상태 단 기

기 변형 상태

A변형 상태가 심하여 교통 장애나 사용자에게 방해가 되고

있거나 될 가능성이 있는 경우

B 변형이 심하나 보수가 필요할지 안 할지 검사가 있어야 함

C 변형은 작으나 더 자세한 검사가 있어야 함

D 변형이 없거나 미세하여 보수가 필요 없음

E 검사가 불가능하여 다른 방법이 필요함

2.4 검사와 단의 흐름도

그림 3.2 검사와 단의 흐름도

- 34 -

2.5 특수 장비

2.5.1 Repair Robot(for High-Rise Structures)

기능 : TV 카메라로 근 검사가 가능

표면 세척, 보수, 표면 처리 작업

장 : 힘이 뛰어나지만 가볍고, 자석이 부

착된 바퀴를 가지고 있어서 강재로

된 높은 구조물의 표면을 탐사할

수 있으며 특히 기존의 로 이 지

나갈 수 없었던 볼트 조인트부분도

지나갈 수 있게 만들어짐.

원격 조정 장치에 의해 사람이 직 로

의 팔과 비슷한 기계를 움직여 세 한 작

업을 TV화면으로 구조물의 표면을 찰하며 작업을 수행할 수 있다.

구조 내역

표 3.7 구조 내역

로 부분

상승/하강 장치 자석 바퀴, 3개의 바퀴

부착력 650kgf

상승/하강 속도 Max 5m/min

조종 부분

종류 5방향 조인트

조정 시스템 직류 보조 동기

loading 허용치 5kgf

자 200kgf

올라갈 수 있는 최 높이 300m

2.5.2 Gantry

1) 외부 Gantry

U자형 Gantry로 바닥에 작업 랫폼과 측면 임과 신축자재의 발 으로 이루

어져 있으며 거더 을 지나다닌다. 작업 랫폼은 교량의 축방향으로 움직일 수

있고, 신축자재의 발 은 교량의 축에 직각과 수직방향으로 움직일 수 있다. 이러한

세 방향 움직임은 주요 구조물, 낮은 측면 구조물, 주 트러스 측면부등을 리할 수

있다. 이 기계는 작동 오류를 없애기 해 컴퓨터에 의해 조정된다.

그림 3.3 Repair Robot

- 35 -

구조 내역

표 3.8 구조 내역

조정 시스템 4바퀴 모두 자 모토로 조정됨

loading 허용치

사람 10*75kg 750kg

자재 2000kg

합계 2750kgf

작업 기계 본체

부가 인 상승/하강 발

82,600kg/vehicle

900kg * 2 = 1800 kg

통행 속도 0 ～ 30m/min

상승/하강 속도 5m/min

발 속도 5m/min

자

모토

통행 AC440V/60Hz,3ψcage type induction motor,22kW×2,

상승/하강 AC440V/60Hz,3ψcage type induction motor,11kW×2,

찰용 AC440V/60Hz,3ψcage type induction motor,0.4kW×2,

추가 상승/하강 발 용 (ascending/descending:2.2kW transverse motion:0.1kW)×2

크리 방지용 기계 반 력 활동 시스템/수력 항 시스템

밧 시스템 핀 삽입 시스템

작업 동력원 AC 440V/60Hz, 3ψ동력원, 단열 트롤리

기타 음성 통신 시스템 - 1set

그림 3.5 아카시 교의 Gantry 그림 3.4 타타라 교의 Gantry

- 36 -

2) 내부 Gantry

이 gantry는 갑 사이의 앙 넓은 통로 사이에 설치된 일을 따라 움직이며 다

음과 같은 작은 부분으로 이루어져 있다.

․교량축 방향으로 움직이기 한 자체 추진 작업 gantry

․수직으로 움직이기 한 자체 수직 버 다리

․교량 축 방향으로의 찰 발

․ 찰 발 로 수직으로 움직이기 한 횡축 발

․90도 회 발

이 내부 gantry는 외부 gantry로는 근할 수 없는 강바닥 구조물의 기 부재,

갑 트러스의 쪽 면의 보수와 검사를 한 것으로 사용된다.

구조 내역

표 3.9 구조 내역

유형 회 가능한 내부 gantry

조정 시스템 2 wheel × 4 cradle, 모든 바퀴는 모토 조정 시스템

구조물 재료 알류미늄 합

재하 한계치

사람 5×75kg 375kg

재료 775kg

합계 1,150kg

작업 gantry 자 21.3t

보조 발 0.9t/vehicle ×1.8t

모토 조정 발생기 17t

통행 속도 0～30m/min,

상승/하강 속도 1.8m/min

회 속도 90도/min

모 토

통행용 AC220V/60Hz,3ψcage type induction motor,5.5kW×4

상승/하강용 AC220V/60Hz,3ψcage type induction motor,7.5kW×2

회 용 AC220V/60Hz,3ψcage type induction motor,0.4kW

보조 상승/하강용 AC220V/60Hz,3ψcage type induction motor,0.4kW

일 고정 장치 역 하 활동/수력 항 시스템

밧 시스템수평 장치 : Pin plate 삽입 시스템

수직 장치 : 상승 방치 장치

조정 동력원 AC220V/60 Hz, 8.5kVA, 모토 조정 발생기

기 타 음성 장치 시스템 1 set

- 37 -

2.5.3 Cable Work Cages

Cable work cages는 이블과 이블 착부의 검사

와 보수를 해 아카시 교와 오나루토 교에 사용되었

다. 작업 발 무게는 3t이고 작업 장소 앞까지 도달할

수 있다. 수교의 주 이블은 말안장 모양의 cage와

cage 아래의 미끄럼 으로 이루어진 이 자체 작업 장

치로 모든 곳에 도달할 수 있다. 한 이 장치는 최고

25도 각도 경사까지 올라갈 수 있다.

2.5.4 Gondola with Magnetic wheels

수교의 주탑은 강재의 부식을 막기 해 코 된

다. 이 코 은 경 상 좋은 상태를 유지되어야 하는

데 노화를 통해 약해지기 마련이어서 재코 이 필수

불가결하다. 이러한 주탑의 코 을 해서 이

gondola가 쓰인다. 그러나 이러한 작업은 바다 의

높은 곳에서 행해지기 때문에 바람에 흔들려 험성

을 내포하고 있다. 그래서 일본에서는 주탑 표면에

gondola를 지탱할 수 있는 자석 바퀴 시스템을 개발

하여 사용하고 있다. 자석은 네오디늄 소재로 250kgf

의 부착력을 가지고 있다. 이 gondola는 크게 3개로

크게 나뉜다. 하나는 주탑의 수직 평면용 둘째는 각선과 수평부재의 수직평면용,

셋째는 각선과 수평부재의 바닥 평면용이다. 이러한 세 개의 gondola로 주탑의

모든 평면에 근할 수 있다.

그림 3.7 아카시 교의 Gantry 그림 3.6 아카시 교의 Gantry

그림 3.8 Cable Work Cages

그림 3.9 Gondola with Magnetic wheels

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2.6 특수 방법

1) 수교 이블의 부식 방지 방법(Dry-air injection system)

조사 결과 수교 이블 다발 속에는 수분이 존재하며 이러한 수분은 이블의

열화를 진시키는 역할을 한다. 물론 이를 막기 해서 이블을 여러 겹으로 코

을 하는 방법이 쓰이고 있으나 근본 인 해결책이 되지 못한다. 따라서 일본에서

는 dry-air injection system을 개발하여 수교 이블을 보호하고 있다. 이

dry-air injection system은 혼슈-시코쿠 구간의 수교에 실제 사용되기 , 이블

의 표본으로 부식 방지 정도와 이블 다발 속의 수분 제거 능력, 부식 발생의 경

계 습도 등에 한 많은 연구의 결과물로 그 실효성을 인정받았으며 실제 사용 결

과 외부의 상 습도는 60～70%인 반면 이블 속의 상 습도는 30%정도를 유지

하고 있다.

1 공기 주입 이

2 공기압 측정기

3 검사 창

그림 3.10 쿠루시마 교의 Dry-air injection system그림 3.11 Dry-air injection control system

그림 3.12 아카시 교의 Dry-air injection system

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2) 강 이슨의 표면의 기 퇴 물 방지법

강이나 하천 바다를 횡단하는 교량의 경우, 부분의 교량의 교각 하단 부분은 물

에 잠겨 있게 된다. 이로 인해 물 속에 있는 많은 부유물질과 해 류 등이 교각에

붙어 기생하게 되며 이러한 상이 지속될 경우 교각의 주재료인 콘크리트 표면의

균열을 진시킴으로써 그 안에 있는 철근의 부식까지 래하게 된다. 이는 교각의

안 성을 크게 하게 된다. 이에 일본에서는 기를 이용하여 교각에 붙은 부유

물을 제거하는 방법을 고안하여 실제 몇 개의 교량에 용하여 사용하고 있다.

그림 3.13 이론 배경

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2.7 비교 분석 안 제시

우리는 일본에서 교량 유지 리의 세계 흐름을 감지할 수 있었다. 그것은 바로

유지 리가 인력보다는 첨단 장치와 로 과 같은 기계에 의해서 자동으로 이루어진

다는 것이었다. 교량의 각 부분에 설치된 카메라는 교통정보의 제공은 물론 교량

각 부분의 상태를 실시간으로 종합 리센터로 송하여 유지 리의 자동화를 진

시키고 있었고, 수교 이블의 부식방지 장비인 Dry-air injection system은 이

블 교체와 이블 표면의 코 작업의 번거러움을 없애주었다. 한 repair 로 의

사용으로 이제는 간단한 조작만으로도 사무실에 앉아서 교량 각 부분의 페인트 도

장상태를 확인할 수 있고 이상 발견 즉시 보수를 할 수 있게 되었다.

그리고 우리가 배울 은 교량의 설계 과정에서부터 교량 완공후의 유지 리 계획

이 반 되는 사실이었다. 를 들면, 최근에 짓는 수교와 사장교에는 모두 gantry

를 설치하 고, 주탑 안에는 elevator를 설치하여 완공 후 유지 리의 편의를 도모

다. 우리 나라의 경우 기본 인 검로 설치는 성수 교 붕괴 이후 법제화되어

잘 시행되고 있으나 사실 수교와 사장교의 경우는 특수한 장비 없이 거더 을

찰하기란 거의 불가능함에도 불구하고 수교와 사장교의 유지 리에 있어서 필

수 인 gantry의 설치는 경제 인 이유로 잘 시행되고 있지 않다. 빠른 제도 인

장치가 필요한 실정이다.

한 일본의 혼슈-시코쿠 교량 공단은 국가 기 으로 발족하여 불구하고 막강한

경제력과 풍부한 인 자원을 동원하여 혼슈-시코쿠 구간의 18개 교량을 유지 리하

고 있다. 우리 나라의 경우, 한강에 20개의 가까운 교량은 서울특별시 산하의 건설

리본부에서 리하고 있으나 부족한 인력과 산으로 재의 상태를 유지하는데

하고 있다. 그러나 지 일본처럼 한강교량을 리하는 새로운 정부기 을 설

립하거나 정부의 폭 인 지원만을 기 할 수 있는 상황이 아니다. 따라서 국가

기 이 독 하고 있는 교량의 유지 리에 민간 기업의 참여를 제도 으로 유도하는

정책이 필요하다.

한편, 우리 나라의 경우 유지 리 문업체가 부족하며 문 기술능력을 가진

문가가 부족하다. 때문에 장경험이 1년 이상이 되고, 정부에서 실시하는 교량 유

지 리 교육 로그램에 참석하기만 하면 교량을 유지 리 할 수 있는 자격을 얻게

된다. 하지만 이들도 실제 교량 검 시 건설교통부가 제작한 교량 유지 리 지침

서를 들고 다니며 하나 하나 참고 자료의 사진과 조하여 교량 각 부분의 등 을

별하는 수 이다. 보다 문 인 교육기 이 설립되어 교량 리자의 검 능력

이 향상되어야 할 것이며 나아가서는 다양한 계측장비의 개발과 컴퓨터 해석 로

그램이 개발되어 교량의 유지 리가 보다 정량 이고 객 인 자료에 의해 시릿

되어야 할 것이다.

이 외에도 시공도 안 시공 등을 검할 수 있는 시공계측 리는 이제 시작단

계에 불과하다. 이 때문에 시공계측 리 때 자료를 토 로 작성되는 유지․ 리

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지침서가 아직 작성되지 않고 있을 뿐만 아니라 유지․ 리․보수 시스템이 제 로

갖춰지지 않았다. 이런 상황에서는 아무리 첨단 장비를 동원하여 교량의 상태를 나

타내는 여러 계측값을 얻어낸다 하더라도 이를 실제 교량의 유지 리에 사용하기는

어렵다. 이에 따라 교량 유지 리를 한 교육 기 을 설립해 문요원을 양성해야

하며 이들이 근무할 교량유지 리 담기구도 설치해야 한다.

우리 나라는 교량의 유지 리의 부분에 있어서 아직 걸음마 단계의 수 에 있다.

하지만 성수 교의 붕괴로 인해 다른 어느 나라보다 교량의 유지 례에 한 심

은 높은 때이다. 이번 기회를 잘 이용하여 건설 련 문가와 정부 그리고 국민의

힘을 모아 교량의 유지 리에 한 확고한 기반을 닦는다면 제2의 제3의 성수 교

붕괴사고는 일어나지 않을 것이며 머지 않아 교량의 유지 리의 분야에서도 당당히

선진국의 열에 낄 수 있을 것이다.

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Ⅳ. 우리들의 행보

8월 2일

기 와 두려움을 안고 일본 나리타 공항에 도착.

도착하자마자 우리는 도쿄 교량공학 연구실로 달려갔다.

그곳에서 자신들의 연구분야를 친 하게 소개해 Professor

Fujino와 함께

8월 3일

일본에서 첫날밤을 보낸 후 우리는 가지마 기술 연구소로 향

했다. 보안상 실험동에 한 사진은 한 장도 지 못했지만,

가지마 기술연구소 정문 앞에서 사진 한 장을 을 수 있었다.

8월 4일

동경에서 2시간 정도 떨어진 추쿠바에 치한 건설성토목연

구소(PWRI)를 방문하기 해 날 늦은 밤 추쿠바에 도착한

우리는 다음날 아침 일 부터 PWRI를 탐방하 다.

우리와 함께 PWRI 연구 시설을 둘러본 미국에서 온 Dr.

Chung과 국에서 온 Professor Dawood와 함께 PWRI의

main building 앞에서.

8월 5일

주 5일 근무체제로 기 탐방이 불가능한 토요일.

하지만 가만히 있을수 없다!!

도쿄의 교량을 찾아 배에 올랐다. 사진은 뱃머리에서 바라본

Rainbow Bridge.

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8월 6일

도쿄를 떠나 DPRI 탐방을 해 교토로 향했다. 일본에서 처

음 맞는 일요일. 그 동안 바쁜 일정 때문에 쉬지 못했던 우리

는 쿄토에서 잠시 휴식을 취했다.

교토의 한 료칸에서 엽기 인 포즈를 취한 2인......

8월 7일

우리의 기억 가장 더웠던 날. 이 날만큼 양복이 주스러

웠던 은 없었다. 하지만 더 도 우리를 막을 수는 없었다.

하지만 인물 사진은 한 장도...

뙤약볕 아래서 탐방한 교토 안에 있는 실제 구조물 크기의

내진 실험 모형.

8월 8일

날 오사카에 도착한 우리는 한신 고속도로공단을 방문했다.

이 날 우리는 고배 지진으로 피해를 입은 실제 지역을 방문하

고, 지진 후 보수․보강된 구조물을 Mr. Kagayama의 상세한

설명을 들으며 탐방할 수 있었다.

재해 상황 발생시 한신 고속도로의 리를 담당하게되는 모

니터실에서 진지하게 이야기를 나 고 있는 우리들.

8월 9일

혼슈- 시코쿠 교량 리 공단에서는 우리를 해 2시간의 강

의를 비해 주었다.

우리는 그 강의를 통해 다음날부터 수행할 실제 교량 탐방에

서 주목해야 할 을 다시 한번 확인할 수 있었다.

8월 10일

드디어 실제 교량 탐방에 돌입했다. 배를 타고 이쿠치시마 섬

에 도착한 우리는 녁 무렵 자 거를 타고 세계 최장의 사장

교인 Tatara bridge 앞에 섰다.

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8월 11일

날 Tatara Bridge 근처에서 숙박한 우리는 자 거 도로를

타고 오노미치-이마바리 구간의 교량을 탐사하 다. 이날 우

리는 40km를 자 거로 달렸고, 모두 빨갛게 익어버리고 말았

다.

8월 12일

코지마-사카이데 구간은 자 거 도로가 없는 계로 기차를

타고 건넜다. 우리 나라에는 아직 없는 복층교( 층은 자동차,

아래층은 기차)를 달리며 우리는 감탄 감탄사를 연발하

다.

다리의 도시 코지마에 있는 교량 박물 앞에서.

8월 13일

녁에 고베에 도착, 세계 최장교인 Akashi-Kaikyo Bridge에

도착했다. 마지막 탐방 상인 이 교량의 야경은 우리를 압도했

다.

흥분을 감출수 없던 우리들 드디어 폭주...

8월 14일

드디어 마지막 날이 찾아왔다. 우리는 Akashi-Kaikyo Bridge

박물 을 탐방하고 교량의 한 가운데 있는 망 에서 식사를

했다. 그리고 Akashi-Kaikyo Bridge를 뒤로하고 오사카로 향

했다.

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Ⅴ. 결론

일본으로 출발하기 , 우리는 우리가 탐방하는 일본 기 과 비슷한 업무를 수행

하는 국내기 을 탐방하여 우리의 탐방 주제인 교량의 내진 설계 지진하 에

한 보수․보강, 그리고 장 교량의 유지 리에 한 우리 나라의 주소를 살펴

보았다. 건설 안 기술 연구소, 한국 도로 공사, 서울시 건설안 리 본부, 종

교 건설 장 등, 국내 기 을 방문하면서 우리가 느낀 은 교량의 내진 설계와

유지 리에 한 국내 계자들의 심이 매우 높고, 연구도 활발하지만 구조물에

한 일 된 용 체계와 인력의 부족으로 그러한 심들이 반 될 여건이 마련되

어있지 않다는 것이다. 하지만 일본의 경우, 구조물 별로 정 한 내진 설계 용 체

계와 첨단 장비와 정 인력을 이용한 유지 리 시스템의 마련으로 교량이 안 하

게 설계, 리되고 있었다.

우리나라의 내진 설계와 유지 리 시스템은 아직 과도기 상태를 벗어나지 못하

고 있다. 하지만 선진 기술에 한 지속 인 심과 연구, 그리고 우리나라 실정에 맞는

기술과 체계를 개발하고 용하는 노력을 경주한다면 국내 교량도 국민이 믿고 이용할 수

있는 안 한 구조물이 될 수 있을 것이다.