최근 국내에서도 대규모 지진의 발생이 관측되기 시작하였으며, 소, 중규모 지진 또한 꾸준히 발생하기 시작하였다. 지진의 관측에 따라 사회적으로 지진에 대한 관심이 증가하고 구조물의 내진성능에 대한 중요성이 대두되고 있다. 또한, 한국은 1980년 이후 급격한 도시화와 인구 집중으로 인해 많은 도로시설물이 건설되었으므로 대부분의 도로시설물이 공용연수 30년 이상으로 노후화가 진행 중이다. 이러한 노후 구조물들은 지진에 의해 특히 취약할 수 있으므로 구조물의 노후화에 따른 빠르고 정확한 내진성능의 평가가 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 지역 환경 및 노후화 영향을 반영한 개별 교량의 지진취약도 분석 및 예측과 더 나아가 교량 네트워크의 취약도 분석 및 예측에 적용할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다.
기존 노후 구조물의 지진취약도 해석 방법은 개별 구조물의 독립적인 결과를 제시하여 이를 네트워크에 적용함에는 많은 한계점이 존재한다. 또한, 노후화에 대한 고려에 대해 상당한 부분에서 단순화된 모델 및 결과를 제시하고 있어 이에 대한 개선이 필요하였다. 따라서, 본 연구에서는 개별 교량 사이의 공간적 상관성 및 교각의 노후화에 대해 상세히 고려할 수 있는 노후 교량 네트워크의 지진취약도 분석 기법을 제시하였다. 이러한 기법을 가상 네트워크의 입력변수 단계부터 네트워크 단계까지 적용하여 최종적으로 교량 네트워크의 시간에 따른 지진취약도 곡선을 제시하였다.
가상 네트워크 적용을 위해 개별 교량 및 네트워크 시스템을 모델링에 필요한 입력변수에 대해 정의하였다. 정의된 입력변수에 대해 공간적 상관성 여부에 따라 확률분포 혹은 랜덤필드를 기반으로 수치를 설정하였다. 또한, 교량별 설정된 변수의 분포를 통해 거리가 가까운 교량들 사이에서는 높은 상관관계를 가지며, 거리가 멀어짐에 따라 상관관계가 약해짐을 확인하였다. 따라서, 랜덤필드를 통한 교량 사이의 위치에 따른 공간적 상관성의 반영을 확인하였다.
교량의 노후화 반영을 위해 각 교각에 환경 및 부식 형태에 따른 노후화를 적용하였다. 이를 해안 지역과 내륙 지역 교각에 적용하여 기존 노후 모델들과 제안 비균일 노후 모델에 대해 비교하였다. 환경에 따른 비균일 노후 경향과 높이에 따른 부식량의 연속성을 가짐을 확인하여 기존 노후 모델에 대한 개선을 확인하였다. 또한, 시간에 따른 교각의 성능 변화를 평가하여 각 한계상태에 따른 교각의 성능 모델을 구축하였다.
지진취약도 분석은 개별 교량 및 네트워크에 대해 모두 수행하였다. 개별 교량은 부재와 교량 시스템에 대해 지진취약도 곡선을 산정하였다. 교량 시스템은 가장 높은 파괴확률을 가진 교각에 의해 지배됨을 확인하였다. 또한, 지역에 따른 지진취약도 곡선의 차이를 평가하였다. 일반적으로 해안 지역의 교량이 더 높은 파괴확률을 가지고 있었으며, 특히 내륙 지역 교량과는 약 35.9% 차이가 발생하였다. 개별 교량의 노후화에 의한 영향은 50년 이상에서 지진취약도의 차이가 발생하였다. 공용 연수 100년에서는 최대 약 33%의 중앙값 저하를 확인하여 시간에 따른 지진취약도의 변화를 평가하였다.
네트워크 단계의 지진취약도 해석을 위해 두 개의 경로를 설정하여 각 결과를 비교분석하였다. 경로에 따라 지진취약도 곡선을 산정하였으며, 개별 교량들의 민감도 분석을 수행하였다. 민감도 분석 결과를 통해 경로별 주요 교량들을 선정하였고 네트워크의 지진취약도에 영향을 주는 요인에 대해 분석하였다. 또한, 노후화에 따른 네트워크의 지진취약도 변화를 확인하였다. 각 경로에 따라 붕괴 상태에서 최대 31%의 성능 저하를 확인하였다. 최종적으로 시간에 따른 네트워크의 지진취약도 변화를 연속적으로 평가할 수 있는 지진취약도 표면을 제시하였다. 따라서, 제안 기법을 통해 노후 교량 네트워크의 내진성능에 대해 유용한 자료를 제공하고 관리자의 합리적인 결정을 도울 수 있는 기초자료로써 활용되길 기대한다.