Correlation Analysis between Damage of Expansion Joints and Response of Deck in RC Slab Bridges

RC 슬래브교의 신축이음 손상과 바닥판 응답과의 상관관계 분석

RC slab bridges account for the largest portion of deteriorated bridges in Korea. However, most RC slabs are not included in the first and second classes of bridges, which are subject to bridge safety management and maintenance. The highest damaged components in highway bridges are the subsidiary facilities including expansion joints and bearings. In particular, leakage through expansion joints causes deterioration and cracks of concrete and exposure of reinforced bars. Therefore, this study analyzed the effect of adhesion damage at expansion joints on the response of the deck in RC slab bridges. When the spacing between the expansion joints at both ends was closely adhered, cracks occurred in the concrete at both ends of the deck due to the resistance rigidity at the expansion joints. Based on the response results, the correlation analysis between displacements in the longitudinal direction of the expansion joint and concrete stress at both ends of the deck for each damage scenario was performed to investigate the effect of the occurrence of damage on the bridge behavior. When expansion joint devices at both sides were damaged, the correlation between displacement and stress showed a low correlation of 0.18 when the vehicles proceeded along all the lanes. Compared with those in the intact state, the deflections of the deck in the damaged case at both sides showed a low correlation of 0.34 to 0.53 while the vehicle passed and 0.17 to 0.43 after the vehicle passed. This means that the occurrence of cracks in the ends of concrete changed the behavior of the deck. Therefore, data-deriven damage detection could be developed to manage the damage to expansion joints that cause damage and deterioration of the deck.

우리나라 노후화 교량 중 많은 부분을 차지하는 RC 슬래브 교량은 대부분이 교량 안전 관리 및 유지관리의 대상인 1, 2종 교량에 포함되지 않는다. 또한 고속도로 교량에서 가장 높은 손상율을 차지하는 부속시설은 신축이음과 교량 받침부이다. 특히, 신축이음부를 통한 누수는 콘크리트 교량의 열화를 유발하고 균열 및 철근부 노출 등의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 RC 슬래브교의 신축이음부 유간 밀착 손상이 바닥판 응답에 미치는 영향을 분석하였다. 양단 신축이음의 유간이 밀착된 경우 바닥판의 교축방향 변위가 발생되지 못해, 양쪽 단부 콘크리트에서 균열이 발생하였다. 또한, 응답 결과를 바탕으로 손상시나리오 별 신축이음부의 교축방향 변위와 바닥판 양단 콘크리트 응력과의 상관관계를 분석하고, 손상발생이 교량 거동에 미치는 영향을 파악하였다. 신축이음 장치 양면손상이 발생한 경우 변위와 응력과의 상관관계는 차량이 모든 차선을 지날 때 0.18로 낮은 상관성을 보였다. 무손상 상태와 비교했을 때도 바닥판 처짐은 차량이 지나는 동안 0.34~0.53, 차량이 지나간 후 0.17~0.43으로 낮은 상관성을 보였다. 이는 단부 콘크리트의 균열 발생으로 바닥판 전체 거동에 변화가 생긴 것을 의미한다. 따라서 바닥판 응답 데이터 기반 상관관계 분석과 이를 활용한 데이터 기반의 손상탐지가 가능하며, 이를 통해 바닥판 손상 및 열화의 원인이 되는 신축이음부의 조기 보수 및 보강, 사전관리에 기여하여 많은 도움이 될 것으로 기대된다.