강구조교량의 FCMs 구분 및 점검방법

□ FCMs의 의미

강교에서 인장을 받는 부재 또는 한 요소에 발생한 피로균열로 인하여 부재가 파손되면 구조물 전체의 붕괴로 이어지는 무여유도(Non-redundant member) 부재를 붕괴유발부재(Fracture Critical Members)라고 함.

□ FCMs 구분

가. 붕괴유발부재(FCMs)의 예

○ 2-거더, 2-트러스 구조 : 두 개 이하의 주형이나 트러스를 갖는 구조

- 단순경간 : 하부플렌지 및 그와 인접한 복부판, 트러스의 경우 하현재의 인장을 받는 사재 및 수직재

- 캔틸레버 현수경간 : 교각부근 상부플렌지 및 복부판

- 연속경간 : 경간중앙부의 하부플렌지 및 교각부근 상부플렌지와 복부판

- 곡선주형 : 인장부의 플렌지 및 격벽연결부

○ 단실과 단실상자형(플렌지가 일체로 연결된) 주형

○ 타이드 아치

- 타이거더(Tied girder)

○ 게르버 및 게르버 트러스교의 핀 및 행거 : 2-거더, 3-트러스 구조에서 핀 및 행거

○ 현수교 : 주케이블은 내적여유도는 있으나 케이블 단면의 파괴시 붕괴 초래

- 주케이블(Main cable) 및 케이블 타이(Cable Ties)

○ 사장교

- 점검기술자(구조기술사)의 면밀한 구조검토 결과에 따라 특별관리가 필요한 붕괴위험 케이블

○ 인장응력을 받는 강재교각 두부(cap)

□ 점검 방법

○ 외관 검사(육안검사)

- 용접부의 구조적 손상을 입히지 않은 상태에서 용접부 표면을 육안으로 분석하는 방법

- 외관검사만으로 용접결함의 70~80%까지 분석 가능하므로 숙련된 기술자의 철저한 검사가 필요

○ 비파괴 검사

- 방사선 투과법

① 정의: 가장 널리 사용되는 검사방법으로서 X선, r선을 용접부에 투과하고, 상태를 필름에 형상을 담아 내부결함을 검출하는 방법

② 결함분석

∙ 균열, blow hole, under cut, 용입불량

∙ Slag 감싸돌기, 융합불량

③ 특징

∙ 검사 장소의 제한

∙ 검사한 상태를 기록으로 보존 가능

∙ 두꺼운 부재의 검사가능

∙ 방사선은 인체 유해

∙ 검사관의 판단에 개인판정 차이가 큼

- 초음파 탐상법

① 정의: 용접부위에 초음파를 투입과 동시에 브라운과 화면에 용접상태가 형상으로 나타나며 결함의 종류, 위치, 범위 등을 검출

② 특징

∙넓은 면을 판달할 수 있으므로 빠르고 경제적

∙T형 접합부 검사는 가능하나, 복잡한 형상의 검사는 불가능

∙기록성이 없음

∙검사관의 기량에 판정의존

- 자기분말 탐상법

① 정의: 용접부위 표면이나 표면 주변 결함, 표면 직하의 결함 등을 검출하는 방법으로 결함부의 자장에 의해 자분이 자하되어 흡착되면서, 결함을 발견하는 방법

② 특징

∙육안으로 외관검사시 나타나지 않은 균열, 흠집, 검출 가능

∙용접부위의 깊은 내부에 결함 분석이 미흡

∙검사결과의 신뢰성 양호

○ 파단 검사

- 구조적으로 주요 부위, 비파괴검사로 확실한 결과를 분석하기 어려운 부위 등을 절단하여 검사하는 방법

- 절단된 부분의 용접상태를 분석하여, 결함을 추정, 예상하고 수정

□ 관리방안

(1) 붕괴유발부재는 강교량 상부구조의 안전도를 확보함에 있어 가장 취약한 요소이므로 이의 점검 및 관리를 위한 상세한 계획을 수립하며 그 방안은 다음과 같음.

○ “FCMs” 관리방안

① “FCMs”중 응력범주가 D, E급인 구조상세는 육안조사 및 강재비파괴검사를 2년에 1회 주기로 정밀점검 실시

② “FCMs”이외의 교량 중 응력범주가 E급인 구조상세는 육안조사와 강재비파괴검사를 최초 1회 정밀점검 실시하고 그 결과에 따라 차후의 관리방향에 대해 판단

③ 그 외의 구조상세에 대해서는 정밀안전진단시 육안으로 조사하고 균열의 징후가 있는 경우에 강재비파괴 검사를 통해 확인

④ 강재비파괴검사는 전문적이고 일괄적인 작업이 요구되므로 동일한 검사자가 동일한 방법으로 검사하는 것이 바람직함

(2) 교량점검시 조사계획 수립단계에서 대상교량의 붕괴유발부재 확인 및 피로취약부의 위치확인 과업을 의무화

(3) 정기 및 정밀점검은 간단한 장비만 휴대하고 대부분 육안으로만 조사하므로 균열확인이 어려우며, 또한 정밀안전진단은 5년에 1회 주기로 실시하므로 피로균열의 조기발견이 어려움. 따라서 붕괴유발부재의 취약부는 정밀안전진단과는 별도로 2년에 1회주기로 점검을 실시