Suggestion of Flexural Strengthening Ratio of NSM Strengthened Concrete Railroad Bridge based on Probability and Reliability

확률.신뢰도에 기초한 표면매립보강(NSM) 콘크리트 철도교의 휨보강비 산정

The purpose of this study is to evaluate the critical strengthening ratio of concrete railroad bridge strengthened with NSM using CFRP plate. The railroad bridge is usually under vibration and impact in service state. Therefore, it is important that the effective strengthening performance must be exhibited under the service loading is acted. To widely apply the NSM method for the concrete railroad bridge in field, it needs that reasonable strengthening parameter such as strengthening ratio has to be investigated and evaluated when the strengthening design is conducted. In this study, to suggest more reasonable strengthening ratio, material and geometrical uncertainty was considered and applied by Monte Carlo Simulation (MSC) technique. Lastly, the critical strengthening ratio of concrete railroad bridge strengthened with NSM using CFRP plate was evaluated by using the limit state function with the target reliability index.

FRP를 적용하는 대표적인 보강공법으로는 외부부착공법으로서, FRP Plate 또는 fiber sheet를 사용하여 노후화된 보강면에 FRP 보강재를 부착하는 형식이다. 하지만, 이러한 외부부착공법은 FRP보강재의 인장특성을 충분히 발휘하지 못하는 단점이 있다. 따라서 외부부착공법의 단점을 보완하기 위해 표면매립공법, 즉, Near Surface Mounted(이하 NSM)공법이 제안되었다. 이는 FRP 보강재를 매립함으로써 부재와 보강재의 부착 성능을 증가시킴에 따라 효율적인 응력전달 및 조기 debonding을 사전에 방지할 수 있으며, 이로 인해 FRP 보강재의 인장특성이 효율적으로 발휘될 수 있다. 효율적인 NSM 보강을 위해서는, 구조물에 가해지는 하중, 구성재료, 구조물의 기하학적 형상 등이 갖는 불확실 특성을 반영하여, 보강 후 구조물의 신뢰도를 기준으로 한 보강성능 평가가 필요하다. 본 연구에서는 노후화된 철도교 실교량 모델을 선정하여 외부하중, 재료 및 기하학적 형상의 불확실성을 Monte Carlo Simulation확률기법을 적용하여 그 분포특성을 분석한 후, NSM 보강에 대한한계상태 함수를 통해 목표신뢰도에 부합할 수 있는 휨보강비를 도출하고자 하였다. 해석결과 LS-25하중을 상회하는 내하력 증진효과를 확률분포로써 확인할 수 있었다. 따라서 확률신뢰성기법을 적용한 보강설계의 유효성을 확인할 수 있었으며, 추후 다양한 보강공법으로의 적용이 가능할 것으로 판단된다.