현재 노후 콘크리트 교량 안전성 평가는 휨강도에 대한 안전율과 내하율 두 가지 평가를 원칙으로 하고 있다. 휨강도 평가에 필요한 재료특성은 공용 중인 교량의 시간적 · 공간적 제약에 따라 상태평가(현장조사, 비파괴검사, 일부 코어 강도측정)와 비파괴재하실험(탄성범위 내에서의 정적 및 동적 재하실험)과 같은 간접적인 방법으로 평가되고 있다. 즉 한정된 실험 데이터나 설계 도서를 통해 파악한 재료특성을 고려하여 휨강도를 평가하기 때문에, 평가된 휨강도는 노후 교량의 실제 휨강도와 차이가 발생할 수 있다. 이와 같이 현재 휨강도 평가 방법이 가진 문제점을 해결하기 위해서는 재료특성에 대한 통계학적 자료를 근거로 한 신뢰도기반 평가가 필요하다. 따라서 이 연구에서는 노후 PSC 보의 신뢰도기반 휨강도 분석을 위한 콘크리트 압축강도와 강재 부식을 통계학적으로 평가할 수 있는 방법을 제안하고자 하였다.
철거된 노후 콘크리트 교량의 일부 보에서 총 205개의 코어를 채취하여 노후 구조물의 실제 콘크리트 압축강도를 평가하였다. 측정된 코어 압축강도 확률 분포는 동일 설계기준 압축강도에 해당하는 재령 28일 표준양생 공시체 압축강도 통계자료로부터 구성된 확률 분포보다 분산 정도가 큰 것으로 나타났다. 이는 연구대상 교량 건설당시 재료의 비균질성과 타설 여건 및 능력 미흡 등의 여러 복합적인 문제로 인해 발생되었다고 판단된다. PSC-Box 형식 보에서 채취한 프리스트레싱 강재에서 총 11,568개소에서 부식을 측정하였다. 측정된 강연선 부식은 부식이 증가함에 따라 로그 스케일에서 선형으로 측정 빈도수가 감소하는 경향을 보였다. 이는 부식 크기가 클수록 부식 발생 빈도수가 크게 감소하는 것을 의미한다. 그라우트 염화물 농도를 측정한 위치에서 채취한 프리스트레싱 강재 부식을 선별하여 염화물 농도에 따른 프리스트레싱 강재 부식 확률밀도함수를 구성하였다. 부식 확률밀도함수는 일반 극치 분포를 따르는 것으로 분석되었다.
콘크리트 압축강도 실증실험으로부터 분석된 코어 압축강도와 반발경도의 상관관계를 통해, 반발경도시험 결과와 최소한의 코어 채취로부터 노후 교량의 실제 콘크리트 압축강도를 통계학적으로 평가할 수 있는 방법을 제안하였으며, 실제 측정된 실험결과로부터 제안된 방법을 검증하였다. 평가 방법에 사용되는 코어 압축강도와 반발경도 변동계수 상관관계는 노후 콘크리트 교량 실증실험 결과가 누적됨에 따라 개선 및 보완이 가능할 것으로 판단된다.
실증실험결과로부터 염화물 환경에 따른 프리스트레싱 강재 부식 속도와 부식을 평가하는 방법을 제안하였다. 제안한 방법으로부터 임의 부식 진전 기간과 임의 염화물 농도에 따른 프리스트레싱 강재 부식 속도와 부식 확률밀도함수를 추정할 수 있다. 차후 염화물 이외 요인에 대한 추가적인 부식 모델이 정립된다면, 이 연구 결과와 더불어 사용이 가능 할 것으로 판단된다. 또한 프리스트레싱 강재 부식에 따른 단면손실로 인해 역학특성이 변하는 것을 파악하였으며, 단면손실에 따른 부식된 프리스트레싱 강재의 등가 인장응력 모델과 최대 인장 변형률을 평가하는 방법을 제안하였다. 이를 통해 부식된 프리스트레싱 강재의 응력-변형률 관계를 산정하였다.
이 연구에서 제안한 통계학적 방법으로 평가된 콘크리트 압축강도, 염화물 환경에 따른 프리스트레싱 강재 부식, 단면손실에 따른 강재 역학특성 변화가 특정형식 PSC 보의 휨강도에 미치는 영향을 파악하였다. 현행 방법에서 사용하는 설계기준 압축강도로 휨강도를 평가한 경우, 실제 구조물이 가지는 휨강도와는 다르게 평가되는 것으로 나타났다. 즉 실제 구조물의 콘크리트 압축강도를 정확히 평가하여 이를 기준으로 휨강도를 평가해야 한다. 또한 염화물 농도에 따른 휨강도 분석을 통해 교량 성능 저하를 예측하여 합리적인 보수보강 시점을 결정할 수 있을 것으로 판단된다. 부식 진전 기간에 따른 휨강도 분석을 통해 임의의 염화물 농도에 노출되었을 때 교량 수명을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

The structural performance of long-aged concrete bridges is evaluated by the safety factor(SF) and the rating factor(RF) calculated from the flexural strength. The material properties required for evaluating the flexural strength are analyzed by indirect methods such as state assessment (field survey, non-destructive test, partial core strength test) and non-destructive load tests (static and dynamic loading tests within the elastic range) depending on the temporal and spatial constraints of the bridge in common use. In other words, since the flexural strength is evaluated in consideration of the material properties obtained through the limited experimental data or the design book, the evaluated flexural strength may differ from the actual flexural strength of long-aged concrete bridges. In order to solve the problems of the flexural strength evaluation method, a reliability-based evaluation is required based on statistical data on the material properties. Therefore, in this study, the statistical evaluation method of concrete compressive strength and corrosion of steel strands for reliability-based flexural strength analysis of long-aged prestressed concrete beams was proposed.
A total of 205 cores were taken from some of the beams collected from the demolished long-aged concrete bridges to evaluate the actual compressive strength of the long-aged structure. The variance of the measured core compressive strength probability distributions were found to be larger than the probability distributions constructed from statistical data of the 28 day standard curing specimen compressive strength corresponding to the same specified compressive strength of concrete. It is considered that this is caused by various problems such as inhomogeneity of material, lack of casting conditions and ability at the time of construction of the bridge. The corrosion type of the extracted steel strands from the PSC-Box type beam were pitting corrosion, and the pit depths were measured in each specimen, totally 11,568 points. The probability density decreases linearly as the increase of the pit depth of a logarithmic scale. It means that the frequency of the pit depth drastically decreases as the increase of the pit depth. The probability density function of pit depth according to acid-chloride concentration was constructed by the generalized extreme value(GEV) distribution.
Through the correlation between core compression strength and rebound hardness analyzed from concrete compressive strength test, a method for statistically evaluating the compressive strength of concrete in long-aged concrete bridges from the results of rebound hardness test and a small amount of core compressive strength was proposed. And the proposed method was verified from actual measured experimental results. Correlation of coefficient of variation between the core compressive strength and the rebound hardness used in the proposed method is expected to be improved and supplemented as the results of the aged concrete bridge test are accumulated.
From the experimental results, a method to evaluate corrosion rate and pit depth of steel strands with chloride environment was proposed. The proposed method is able to estimate the corrosion rate and the probability density function of pit depth depending on the random corrosion propagation period and acid-chloride concentration. If additional corrosion models for factors other than the chloride environment are established, it can be used in conjunction with the results of this study. Also, the change of mechanical properties due to the section loss caused by the corrosion of steel strands was investigated, and the method to evaluate the equivalent tensile stress model and the maximum tensile strain of the corroded steel strands with the section loss were proposed. The stress - strain relationship of the corroded steel strands was estimated by the proposed method.
The effects of the material properties evaluated by the statistical method proposed in this study on the flexural strength of long-aged prestressed concrete beams are analyzed. The flexural strength evaluated by the specified compressive strength of concrete used in the existing method is evaluated differently from the flexural strength of the actual structure. In other words, the concrete compressive strength of the actual structure should be accurately analyzed and the flexural strength should be evaluated based on this. In addition, the analysis of the flexural strength according to the acid-chloride concentration may predict the deterioration of the bridge performance, and thus it is possible to determine a reasonable repair and rehabilitation point. The analysis of the flexural strength according to the corrosion propagation period may predict the lifetime of bridges exposed to chloride environment.