2017년 현재 미국에서는 60만 개 이상의 교량을 사용하고 있습니다. 이 교량 중 약 9%는 구조적 결함으로 분류되는데, 이는 교량의 상태에 중대한 결함이 있으므로 교량 안전을 유지하기 위해 제한을 가해야 함을 의미합니다. 구조적 결함이 있는 교량은 당장 위험하지는 않지만, 실질적인 개선이 이루어지지 않으면 교량이 위험해질 수 있습니다.
교량의 평균 예상 수명은 50년이지만, 미국의 교량 4개 가운데 1개 정도는 50년이 더 되었습니다. 시공한 지 얼마 안 되거나 오래된 교량이 구조적으로 양호하고 건너기에 안전한지 확인하기 위해 정기적으로 검사를 실시해야 합니다. 교량의 안전을 확인하기 위해 검사자는 다양한 비파괴 테스트(NDT) 기법을 사용합니다. 기존 NDT 방법은 작동하긴 하지만 효율성과 신뢰성이 우수하지 못합니다. 그렇지만 최신 초음파 검사를 사용하면 검사자는 개선된 데이터와 보다 신뢰할 수 있는 정보로 작업을 수행할 수 있습니다.
문제
매일 구조적 결함이 있는 교량을 건너는 평균 횟수는 1억 7,400만 회입니다. 교량의 사용 수명이 경과하면서 구조물에 하중을 지속적으로 가했다가 가하지 않게 되면 교량을 고정하는 용접부와 볼트에 균열과 전단이 발생할 수 있습니다. 이 균열과 전단이 커지도록 방치할 경우 이 결함은 치명적인 결함을 초래할 수 있습니다. 이런 상황이 발생하지 않도록 최대한 신속하고 효율적으로 부식이나 피로 균열 등의 결함을 찾아내야 합니다. |  여러 결함 및 용접 불연속 발생. |
교량 강철 지지대를 접합시키는 용접과 볼트는 특히 부식과 균열로 이어질 수 있는 불연속성에 취약합니다. 예를 들어, 용접부가 강철과 완전히 융합되지 않거나 포획 가스가 용접부에 구멍을 만들면 용접 강도가 감소합니다. 볼트로 고정된 연결부는 전단 응력으로 인해 약해질 수 있으며, 이 현상은 고정된 구조물 2개에 반대 방향으로 힘이 가해질 때 발생합니다. 이 약한 부위는 균열의 원인이 될 수 있는 높은 응력이 집중된 지점을 만듭니다.
기존 NDT 방법
교량을 검사하는 데 사용되는 기존 NDT 방법은 액체 침투 탐상 검사(PT)입니다. 이 검사에서는 액체 염료를 사용하여 용접부의 표면 균열을 확인합니다. PT에는 재료 제한이 거의 없고 상대적으로 저렴하지만 표면 균열 탐지가 제한되어 있어 표면 아래 균열이 발견되지 않습니다. 또한 PT를 사용하려면 검사자가 검사 중인 표면에 직접 접근해야 하고 표면 거칠기가 검사 감도에 영향을 미칠 수 있습니다.
방사선 촬영은 교량을 검사하는 데에도 사용될 수 있는 기존 NDT 방법이지만, 검사자들은 이 방법을 단계적으로 천천히 중단하고 있습니다. 방사선 촬영 테스트에서는 X선을 사용하여 용접부/볼트 내부 구조의 사진 필름을 만들고 접합부에 불연속이 있는지 확인합니다. 그렇지만 이 방법은 방사선을 방출하고 화학 폐기물을 생성하기 때문에 안전상의 위험이 수반됩니다. 또한 추가 라이선싱이 필요하며 방사선 촬영 테스트 인근 영역이 깨끗해야 합니다.
다른 종류의 NDT 방법
위상 배열 초음파 검사(PAUT)는 PT 및 방사선 촬영의 안전하고 신뢰할 수 있는 대안을 제공하며 데이터 품질도 더 우수합니다. 위상 배열 결함 검출기는 프로브를 사용하여 고주파수 음파를 교량 지지대로 보냅니다. 균열이나 부식과 같은 결함이 있으면, 프로브는 변화된 음파를 탐지합니다. 이 데이터가 결함 검출기로 다시 전송되고, 이 데이터는 검사자가 결함을 식별하는 데 사용할 수 있는 시각적 표현으로 변환됩니다.
검사자들이 사용하는 또 다른 최첨단 NDT 방법은 와전류(EC) 검사입니다. 와전류(Eddy Current)는 침투 탐상 검사에서 놓칠 수 있는 표면 아래 균열을 탐지하는 데 사용됩니다. EC의 주요 이점은 PT와 달리 도장 또는 코팅된 표면에 사용할 수 있다는 것입니다. 따라서 검사 전에 코팅이나 도장을 제거하지 않아도 되기 때문에 시간과 비용을 절감할 수 있습니다. |  와전류 검사를 통해 도장을 제거하지 않고도 용접부를 검사할 수 있습니다. |
오늘날 54,000개 이상의 교량이 예상 수명보다 오래되어 복원 및 교체를 시행할 예정이며, 이 작업을 완료하기까지 37년이 걸릴 것입니다. 우리가 매일 건너는 교량의 안전을 유지하기 위해 교량 검사자들은 하중 제한이 필요한 결함을 파악할 수 있어야 하므로, PAUT 및 EC 결함 검출기는 방사선 촬영 및 PT의 훌륭한 대안이 됩니다.
출처
American Society of Civil Engineers 2017 Infrastructure Report Card
American Road and Transportation Builders Association 2018 Deficient Bridge Report