PURPOSES : In this study, a method for improving roadside barrier performance by introducing additional reinforcing materials without dismantling or drilling the old underperforming roadside barrier is developed based on the Installation and Management Guide for Roadside Safety Feature. METHODS : Reinforcing roadside barriers comprising reinforcement rails, impact absorbers, blockouts, and support reinforcement plates attached to an old underperformance roadside barrier were designed and manufactured. The manufactured prototypes were subjected to a vehicle crash test to verify their performance. RESULTS : In a structure whose performance is measurable after it collides with a large truck, the minimum strength of the structure to withstand the collision is maintained. Additionally, the safety of passengers measured via the collision test of a small vehicle is excellent. Hence, the reinforcement plan for the old underperforming roadside barrier satisfies all the performance evaluation standards. CONCLUSIONS : The cost of the improvement technology specifications proposed herein is approximately 50% lower than that of a SB3 level roadside barrier. The proposed method for improving the old underperforming roadside barrier is expected to be widely applied as it can be applied conveniently to road sites.

PURPOSES: This study, compared and verified the test results of post-bearing capacity and the test results of a full-scale vehicle crash test on flat ground and slope ground. METHODS: The results of the bearing capacity test on the barrier post show that, the bearing capacity of the banking section ground and flat ground was relatively large. In the full-scale vehicle crash test, the maximum deformation of the barrier was not large, and the occupant safety indexes(THIV, PHD) were relatively similar. The post-bearing capacity test is a static load test. RESULTS: Therefore, there was a large difference on the flat ground and on the banking section ground because of the effect of soil failure. On the other hand, the full-scale vehicle crash test is close to the impact load. CONCLUSIONS: Therefore, it can be concluded that the whole barrier system was not affected by soil failure alone.

국내 차량방호울타리 성능시험조건과 도로설치조건이 달라 대형교통사고 유발 등의 문제점이 야기되고 있어 2012년 11월에 도로안전시설 설치 및 관리 지침(국토교통부, 2012)이 개정되었다. 성능시험조건이 기존 평지부에서 성토부로 변경되었고 성토부에 설치되는 연성 차량방호울타리는 지주의 수평지지력(현장지지력)이 측정되어야하며 그 값이 실물충돌시험장에서 확인된 수평지지력의 90% 이상이 되도록 하고 있다. 따라서 현장 지주지지력이 시험장 지주지지력의 90% 보다 작은 경우에는 지주의 매입깊이 증대나 다른 보강방안을 적용하여 90% 이상이 되도록 하여야 한다. 본 연구에서는 SMART Highway N등급(지 침 SB3-B)과 H1등급(지침 SB5-B) 지주의 성토부 수평지지력이 평지부의 90% 이상이 나타나게 하는 지주 보강방안을 결정하고자 하였다. 그림 1과 같은 다양한 지주 보강방안에 대하여 지주 수평지지력 시험을 수행하였고 다양한 보강방안에 대한 지주 횡방향 힘-변위 관계가 그림 2에 나타나있다. 흙의 저항체적을 증가시키는 그림 1(b)와 Bracing을 설치하는 그림 1(c)와 같은 보강방안이 시험장 지주지지력의 90% 이상이 되게 하는 보강방안으로 조사되었다.

국내 지침에 의하면 성능기준에 적합한 노측용 방호울타리만이 도로 현장에 설치될 수 있다. 그러나 공용중인 고속도로 노측의 상당 구간에는 지침 개정 이전에 설치된 성능이 미흡한 기존 구형 가드레일이 설치되어 있어서 고속도로 운전자의 안전을 위협하고 있다. 구형 가드레일은 전국의 고속도로에 약 2,777km가 설치되어 있으며 일률적으로 동시에 모든 구간의 가드레일을 교체하기란 예산상 어려움이 많아 최소한의 보강을 통해 국내 지침에 만족스럽게 보강개선된 가드레일을 개발하는 것이 본 연구의 목적이다. 본 연구에서는 LS-DYNA 3D를 이용한 충돌시뮬레이션과 실물차량 충돌시험을 통해 철재 노측용 가드레일 보강방안(SB1, 3, 5등급)을 개발하였고 개발된 가드레일 보강개선방안은 차량의 충돌 및 이탈사고의 심각성을 감소시켜 도로의 안전도를 개선, 향상시킬뿐만 아니라 많은 예산절감을 기대할 수 있다.

충격흡수시설의 충돌거동은 보통 0.4초 미만의 짧은 순간에 일어나므로 삼차원의 매우 복잡한 거동을 수치적으로 계산한다는 것은 쉽지 않다. 따라서 새로운 충격흡수시설을 개발할 때 특별한 설계단계를 거치지 않고 실물차량 충돌시험에만 의존하고 있는 실정이다. 충돌시험에서 탑승자 안전도를 평가하기 위해서 계측기를 통해 가속도와 각속도를 추출하여 계산하고 있으며 고속카메라를 이용해 차량과 충격흡수시설의 충돌거동을 촬영한다. 하지만 고속카메라 영상의 활용범위는 제한적으로 사용되고 있으며, 탑승자 안전도 분석이나 충격흡수시설의 에너지소산 메커니즘을 분석하기위해 활용된 사례가 없다. 본 연구에서는 계측기로부터 획득한 데이타와 고속카메라 영상분석을 통해 추출된 데이타를 비교해 적합성 여부를 판단하고 탑승자 안전도 해석이나 충돌거동을 분석 에 활용할 수 있는 방안을 모색하였다.

국내에 설치되고 있는 가드레일의 단부처리시설(end treatments)은 차량의 관통이나 전복을 유발할 수 있는 형상을 하고 있어 사고 시 탑승자가치명상을 입을 가능성이 매우 높다. 실제로 차량이 가드레일의 단부에 충돌하였을 경우, 가드레일이 차량내부를 관통하여 탑승자에게 직접적인 상해를 입히는 경우가 발생되고 있다. 본 연구에서는 미국과 유럽의 성능평가기준(performance evaluation criteria)에 근거하여 국내 실정에 적합한 단부처리시설에 관한 성능평가기준(안)을 제시하였다. 또한 외국의 설치사례 및 연구사례를 조사하여 단부처리시설의 mechanism을 파악하고 국내 도로환경 에 적합한 단부처리시설을 제안하였다. LS-DYNA 프로그램을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 단부처 리시설에 대한 성능을 검증한 결과 성능평가기준(안)에 모두 만족한 결과를 보였으며, 개발 단부처리시설에 대한 실물차량 충돌시험을 수행한 결과 성능평가기준(안)의 탑승자 보호성능, 단부처리시설의 거동, 충돌 후 차량의 거동을 모두 만족하였다. 국내 최초로 탑승자의 안전을 고려하여 개발된 단부처리시설이 고속도로나 국도에 설치된다면 단부충돌사고의 심각성을 감소시켜 도로의 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

도로를 이용하는 운전자들의 안전을 위해서 없어서는 안될 차량방호안전시설이 충격 흡수시설이다. 그러나 충격 흡수시설의 합리적이고 현실적인 설계방법이 미비한 상태임으로 대안없이 충돌시험에만 의존하고 있고 이것으로 인해 시간적, 물리적 손실이 큰 실정이다. 본 연구에서는 실차 충돌시험 데이터를 이용하여 삼차원의 복잡한 충돌거동에 대해 탑승자의 안전을 고려한 단자유도계 적용의 적합성을 증명하고 충격흡수시설의 거동을 분석함으로써 효과적인 단자유도계 충격흡수시설 설계법을 개발하고자 했다. 그리하여 단자유도계를 이용한 충돌해석 모델을 정립하고 충격흡수시설 설계법을 제시하였다. 충격흡수시설 설계법의 유효성을 검증하기 위해 단자유도계 설계법으로 CC2등급 충격흡수시설을 설계 제작하여 실차 충돌시험을 실시하였다. 성능시험 결과 매우 만족스러운 결과가 도출되었고 이로써 단자유도계 충격흡수시설 설계법은 충격흡수시설을 설계하는데 있어 유용한 방법중의 하나임이 증명되었다.

900kg의 승용차와 2000kg의 SUV가 120km/h의 속도와 20°의 각도로 충돌하는 조건과 14ton의 트럭이 85km/h의 속도와 15°의 각도로 충돌하는 조건, 그리고 13ton의 버스가 90km/h의 속도와 15°의 각도로 충돌하는 조건을 만족하는 종방향 강성 배리어를 효율적으로 개발하기 위해서 차량 속도-시간 이력이 이용되었다. 차량 종방향 속도-시간 이력 곡선과 횡방향 속도-시간 이력 곡선의 기울기가 충돌초기의 전반 부분에서 가능한 증가되고 THIV 발생시간 전후의 시간구간인 후반 부분에서 감소될 수 있도록 강성 배리어의 설계가 이루어 질 때 THIV가 효과적으로 감소될 수 있었다. 이러한 이상적인 차량 속도-시간 이력을 발생시킬 가능성이 있는 다양한 형상이 LS-DYNA 프로그램을 이용한 유한요소해석을 통하여 결정되었고 최적형상이 선정되었다. 최적형상에 대한 실물차량 충돌시험을 통하여 위의 충돌조건을 만족하는 종방향 강성 배리어의 개발이 성공적으로 이루어졌다.

잠정적으로 결정된 SMART Highway 상위등급 충돌조건(900kg의 승용차가 120km/h의 속도와 20°의 각도로 충돌하는 조건과 14000kg의 트럭이 85km/h의 속도와 15°의 각도로 충돌하는 조건)에 대한 종방향 연성 배리어의 개발을 위하여 예비설계, 상세설계, 그리고 실물 충돌시험이 수행되었다. 상세설계에는 소형차와 대형차 충돌조건에 대하여 효과적으로 종방향 연성 배리어를 개발하기 위해서 차량 속도-시간 이력이 이용되었다. 차량 종방향 속도-시간 이력 곡선과 횡방향 속도-시간 이력 곡선의 기울기가 충돌초기의 전반 부분에서 가능한 증가되고 THIV 발생시간 전후의 시간구간인 후반 부분에서 감소될 수 있도록 연성 배리어의 설계가 이루어 질 때 연성 배리어의 설계를 주로 좌우하는 THIV가 효과적으로 감소될 수 있었다. 이러한 이상적인 차량 속도-시간 이력을 발생시킬 가능성이 있는 다양한 예비설계가 수행되었고 LS-DYNA 프로그램을 이용한 유한요소해석을 통하여 적합한 설계가 결정되었다. 상세설계를 통하여 최종 결정된 배리어는 부분 보강된 원형지주, 3개의 보, 그리고 Slip이 발생할 수 있도록 설계된 Block-Out 등으로 구성되어 있다. 그리고 지주 간격은 2.5m 이고 모든 구성요소는 구조용 강재로 이루어져 있다. 그리고 최종설계에 대한 실물차량 충돌시험을 통하여 고규격 종방향 연성 배리어의 개발이 완료 되었다.