어린이보호구역에서 발생하는 아동 교통사고 피해 사례 증가에 따라 교육시설 주변의 보행자용 방호 울타리의 현황을 파악 하고자 현장 조사를 수행하였다. 그 결과, 방호 울타리의 기울어짐 및 부식 등 다양한 구조적 결함을 확인하였으며, 이 연구는 이에 대 한 대책으로 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 사용한 보행자용 방호 울타리를 설계하였고, 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용해 성능 및 타당성을 검증하였다. 해석 결과, CFRP와 GFRP로 제작된 지지부는 최대 파손 지수가 0.03, 0.1로 나타났으며, 지지부 와 방호 구조재의 변위는 기존 강재 지지부 대비 1.16~3.07배 증가한 것으로 나타났다. 또한, 설계 변수 연구를 위해 FRP의 섬유 배향 각을 =0, 15, 30, 45, 60, 75, 90도로 구분하여 CFRP와 GFRP 지지부 간의 강성 차이를 비교하였으며, =0에서 CFRP가 GFRP 대비 최대 2.94배 높게 나타났다. 결론적으로 CFRP와 GFRP는 방호 울타리로서 충분한 성능을 보이지만, 설계 기준에 따르면 보행자용 방 호 울타리는 차량 충돌에 의한 하중은 고려하지 않으므로 이와 관련된 추가 연구가 수행되어야 한다.

도로 교통사고로 인해 매년 5천여 명의 사망자와 30만여 명의 부상자가 발생하고 있다. 도로 교통사고는 도로이용자-자동차-도로 인프라 측면에서의 결함에 따른 것으로, 특히 도로 인프라 가운데 도로교통 안전시설은 도로 자체의 선형 결함 등을 보완하고 야간 등 비정상적인 도로환경에서 운전자의 안전을 보장하기 위해 설치되며 매년 설치물량뿐만 아니라 시설 자체의 성능도 지속적으로 발전되고 있다. 본 연구는 도로교통 안전시설 가운데 야간 및 악천후 시 도로 시인성을 극대화하는 시설인 조명시설과 차량이 차도를 벗어난 경우에 운전자의 안전을 보장하는 차량방호 안전시설이 일체화된 시설물에 대한 성능검증을 위한 연구이며 현재 기존 연구 및 향후 연구계획에 대한 추진 시나리오를 정립하는 단계에 있다. 이를 위해 조명시설이 갖추어야 하는 시인 성능(휘도, 균제도), 차량방호 안전시설이 갖추어야 하는 방호성능(탑승자 방호, 차량 충돌 후 거동, 구조물 변위)에 대한 성능실험을 수행할 계획이다. 본 연구에서 개발코자 하는 조명-차량방호 일체형 안전시설은 첫째 도로 폭이 협소하여 충분한 시설한계(Right-of-Way)가 확보되기 곤란한 지점이나 교량 등 특수구간, 둘째 조명의 높이를 운전자의 눈높이에 맞추어 연속적인 주행환경 확보가 용이하고 도로 생태환경 보호에 유리한 점, 셋째 조명시설과 방호시설을 일체화함으로써 시선유도효과를 극대화하고 시설 간 간섭최소화를 통해 미관확보가 가능하다는 장점이 있다. 본 연구를 통해 도로교통 안전시설 각각의 성능발전뿐만 아니라 상호간 물리적 결합 등을 통해 도로이용자에게 우수한 주행환경을 제공할 수 있는 기회를 확대할 수 있으며 국내 안전시설 기술의 해외진출 시에도 타국제품 대비 상대적인 우수성을 확보할 수 있는 특화사항으로 발전될 수 있을 것으로 본다.

차량방호 안전시설은 실물충돌시험을 통해 그 성능을 확인하고, 도로관리자는 성능이 확인된 제품을 우선적으로 적용함으로써 도로 이용자의 안전성 향상에 기여하고 있다. 본 연구는 차량방호 안전시설의 탑승자보호 성능기준을 국내, 유럽 및 미국과 비교해보고, 국내 실물충돌시험 데이터를 활용하여 현재 개발되고 있는 차량방호 안전시설의 탑승자보호 수준을 분석해보고자 한다. 이를 위해 국가공인 시험기관인 교통안전공단의 실물충돌시험 데이터 200개를 수집하여 본 연구에 활용하였다. 자료수집 시점은 "도로안전시설 설치 및 관리지침" 개정으로 유럽연합의 탑승자 보호성능항목인 ASI를 국내에서도 기록한 2013년으로 선정하였으며, 2017년 8월까지의 모든 시험데이터를 분석하였다. 또한, 자료수집 내용은 시험 연도, 등급, 충돌방향, 차량 중량, 시험 속도, 탑승자 보호성능 결과값, 합격 여부 등이다. 시설별 탑승자 보호성능 특성을 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 방호울타리의 경우 THIV 한계값 누적백분율은 81%, PHD 한계값 누적백분율은 97%, 유럽연합 "A" 기준값 1.0에 해당하는 ASI 누적백분율은 35%, "B" 기준값 1.4에 해당하는 ASI 누적백분율은 68%, "C" 1.9에 해당하는 ASI 누적백분율은 97%로 나타났다. 둘째, 단부처리시설의 경우 정면충돌시 THIV 한계값 누적백분율은 49%, 측면충돌시 THIV 한계값 누적백분율은 97%, 정면충돌시 PHD 한계값 누적백분율은 77%, 측면충돌시 PHD 한계값은 100%, 정면충돌시 유럽연합 "A" 기준값에 해당하는 ASI 누적백분율은 37%, "B" 기준값에 해당하는 ASI 누적백분율은 73%, "C" 기준값에 해당하는 ASI 누적백분율은 90%, 측면충돌시 "A" 기준값 ASI 누적백분율은 90%로 나타났다. 셋째, 충격흡수시설의 경우 정면충돌시 THIV 한계값 누적백분율은 92%, 측면충돌시 THIV 한계값 누적백분율은 100%, 정면충돌시 PHD 한계값 누적백분율은 84%, 측면충돌시 PHD 한계값은 100%, 정면충돌시 유럽연합 "A" 기준값 ASI 누적백분율은 41%, "B" 기준값 ASI 누적백분율은 86%, "C" 기준값 ASI 누적백분율은 97%, 측면충돌시 "A" 기준값 1.0에 해당하는 ASI 누적백분율은 100%로 나타났다.

최근 우리나라에서는 기후변화에 의한 집중호우와 국지성 폭우 및 결빙 등으로 토석류의 발생이 증가 하고 있어 이에 대한 대책으로써 여러 종류의 방호시설들이 설치되고 있다. 이들의 토석류 방호시설을 설 치하기 위해서는 이들의 성능에 대한 적정한 평가가 필요하다. 일반적인 구조물은 하중의 크기와 형태가 정해져 있어 설계하중을 산정하여 구조물 단면 설계에 반영 할 수 있다. 그러나 토석류 방호시설과 같은 충돌형태의 외력에 저항하는 구조물은 토석류의 흐름을 정적 하중으로 변환하기가 어렵다. 이에 토석류 방호시설의 성능평가는 충돌현상을 에너지보존 개념으로 접근 하여 충돌에너지 < 내적 변형에너지 조건이 만족하는지를 평가하고 있다. 따라서 토석류 방호시설의 성능 평가를 위해서는 토석류의 충돌에너지와 토석류 방호시설의 내적 변형에너지에 대한 보다 편리하고 정밀 한 평가가 필요하다. 본 연구는 코일스프링이 압축작용을 일으키도록 개발되어 스프링의 피로하중에 대한 영향이 없고 스프 링이 큰 변형을 일으켜 충돌 시 변형 시간 지연으로 보다 향상된 충격에너지 흡수효과를 얻을 수 있도록 개발된 압축코일 스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설에 대해 실물 충돌실험과 해석 및 이들의 비교 분석을 실시하여 성능을 평가하고 보다 편리하고 안전한 성능 평가방법을 제안하는 것이다. 이번 수직낙하 실험에 의한 실물 충돌실험 결과와 충격에너지로부터 정적 구조해석에 사용할 하중을 에너지 보존의 법칙인 충격에너지 = 정역학적에너지로 산정하고 케이블은 기하학적 비선형성을 고려한 유한요소로, 스프링도 유한요소의 연속성을 위해 케이블로 모델링하여 FEM해석한 내용을 상호 비교 분 석한 결과, 이들의 결과가 잘 일치하였으며 방호시설의 충돌에너지 흡수능력 평가 시, 와이어로프의 항복 응력을 기준으로 성능을 분석하면 편리하고 안전하게 평가할 수 있음을 알 수 있었다.

충돌형태의 하중을 가지는 토석류는 큰 에너지를 가지는 하중이 충격을 통해 짧은 시간에 갑작스럽게 작용하여 구조물이 쉽게 파괴에 이르게 한다. 완충형 토석류 방호시설은 유연적 구조를 사용하여 구조물 이 충돌하는 토석류에 보다 긴 시간에 걸쳐 저항하도록 함으로써 저항성능을 높이는 형태의 구조물을 말 한다. 이러한 완충형 토석류 방호시설은 크게 내력을 지지하는 부분과 유연성을 담당하는 부분으로 나누 어지며, 압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설은 내력을 지지하는 부분을 두께가 두꺼운 와이어로 프로 구성하고 유연성을 담당하는 부분은 와이어로프에 압축스프링을 사용하여 유연성을 크게 증가시킨 새로운 형태의 방호시설을 말한다. 최근 집중호우와 국지성 폭우 등으로 인해 토석류 발생 빈도가 증가하고 있다. 이에 대한 방지책으로 많은 종류의 방호시설물들이 개발되고 설치되고 있으나 아직까지 이러한 산사태 방호시설물들에 대한 명 확한 설계방법이 제시되어있지 않다. 그 이유는 토석류의 토사유출량이나 운동에너지를 명확하게 정의하 는 것은 복잡한 과정을 거쳐야 하며, 어렵게 이를 정의하였다 하더라도 구조물 설계에 어떻게 적용시키는 가에 대한 방법적 문제가 존재하기 때문이다. 본 연구에서는 토석류의 토사유출량 산정을 프로그램화하여 단순화 시켰으며, 산정된 토사유출량을 사 용하여 개발된 압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설의 단면 형상과 단면 크기 설정 방법을 제시 한다. 먼저, 토석류의 토사유출량 산정을 프로그램화하기 위해 많이 사용되는 토사유출량 산정방법인 RUSLE방법을 사용하였다. 이를 프로그램화하기 위해 개념도를 파악하였으며 Excel의 script언어인 VBA 를 사용하여 구현하였다. 또한, 토석류가 발생하는 산악지형의 계곡형상은 단면형상이 주로 사다리꼴 형 태를 가지게 된다. 단면이 삼각형이나 사다리꼴 형태인 일반적인 토석류 방호시설의 저항단면크기는 시설 물의 높이를 결정하는 것이 핵심이다. 기존의 방법은 구조물의 높이를 산정하기 위해 평균폭을 가정하여 사용하였으나 이는 정확한 방법이 될 수 없다. 따라서 본 연구에서는 측정 가능한 하단의 폭과 앞서 산정 된 토석류의 양을 기반으로 정확한 구조물의 높이를 산정하는 방법을 제안하였다.

This paper has developed a Derailment Containment Provision(DCP) between rails to prevent derailed accident of the train. And developed DCP under impact loading was analytically evaluated using LS-Dyna. This paper was simulated using Mat_72R3 and Mat_CSCM for concrete material. To modify the developed DCP, this paper was suggested suitable and reasonable analytical concrete material model.