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문제 정의
- 본 연구는 국내 기초구조물에 대한 저항계수 산정 및 하중저항계수설계법 개발의 일환으로 항타강관말뚝의 지지력 공식에 대한 신뢰성 수준을 평가하고 목표 신뢰도지수를 결정하였다. 이를 위해 문헌조사 및 건설교통부 협조를 통해 2,000여개 이상의 국내 현장 자료를 수집하고 검토하여 총 58개의 극한지지력을 확인할 수 있는 정재하시험 자료를 확보하였다.
- 본 연구에서는 국내 지반특성과 현행 설계·시공 실무를 고려한 하중저항계수설계법 개발을 위하여 항타강관말뚝에 대한 신뢰성 수준을 평가하고 저항계수 산정을 위한 목표 신뢰도지수를 결정하였다. 많은 수의 정재하시험 및 지반조사, 실내실험 자료를 수집하여 말뚝의 측정 극한지지력을 산정하였으며, 수집된 자료를 효율적으로 분류하고 지반조사결과를 이용하여 설계 극한지지력을 산정하였다.
제안 방법
- 2. 재하시험 결과로부터 극한지지력을 결정하는 총 6가지의 방법을 적용하여 항타강관말뚝의 측정 극한지지력을 산정하였다. 자료의 통계분석 결과 편차가 작고 객관적 수치를 얻을 수 있으며 적용성이 우수한 Davisson 기준이 말뚝의 측정 극한지지력을 가장 합리적으로 평가하는 것으로 나타났다.
- 신뢰성 평가를 위하여 국내외 여러 문헌을 통해 정확하고 합리적이며 개선된 방법으로 인정받고 있는 일차신뢰도법(First Order Reliability Method: FORM) 및 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation: MCS)을 적용하였다. 각각 신뢰도지수와 파괴확률에 기초하여 구조물의 신뢰성을 평가하는 두 방법을 동시에 적용하고 그 역학적 등가성을 검증함으로써 본 연구를 통해 도출된 결과의 정확성을 확보하였다. 신뢰성 해석 결과 및 구조물 요구 안전도, 현행 설계·실무 관행, 국제적 신뢰도 요구 수준, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 저항계수 산정을 위한 목표 신뢰도지수를 결정하였다.
- 선정된 58개 재하시험 자료에 대해서 국내외 기준에서 제시하고 있는 극한지지력 결정방법에 따라 측정 극한지지력을 평가하였고, 국내 설계기준에서 제시하고 있는 지지력 평가방법에 따라 설계 극한지지력을 산정하였다. 또한 지반 특성 및 말뚝 지지거동을 고려한 신뢰성 분석을 실시하기 위해서 선단부 평균 N치 50을 기준으로 자료를 두 그룹으로 분류하였다: N<50, N≥50. 표준 관입시험의 N치 50은 지반조사 및 말뚝 설계 · 시공 실무에서 경질 지반의 기준 조건으로서 인식되고 있다.
- 본 연구에서는 국내 지반특성과 현행 설계·시공 실무를 고려한 하중저항계수설계법 개발을 위하여 항타강관말뚝에 대한 신뢰성 수준을 평가하고 저항계수 산정을 위한 목표 신뢰도지수를 결정하였다. 많은 수의 정재하시험 및 지반조사, 실내실험 자료를 수집하여 말뚝의 측정 극한지지력을 산정하였으며, 수집된 자료를 효율적으로 분류하고 지반조사결과를 이용하여 설계 극한지지력을 산정하였다. 이들 자료에 대해서 정확하고 적용성이 높은 신뢰도 해석기법인 일차 신뢰도법과 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 신뢰성 분석을 실시하였고, 적합한 수준의 목표 신뢰도지수를 결정하였다.
- )를 적용하여 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 신뢰도 평가를 실시하였다. 몬테카를로 시뮬레이션 방법은 파괴확률을 직접 산정할 수 있는 방법이며, 일차신뢰도법과의 비교를 위해서 신뢰도지수-파괴확률 관계(β≈Φ−1 (1 − Pf))를 이용하여 파괴확률에 대응하는 신뢰도지수를 함께 산정하였다. 표 7은 안전율 3.
- 항타강관말뚝의 경우 대형 기초구조물에 비해서 상대적으로 중요도가 낮은 구조물에 적용되며, 주로 무리말뚝으로 시공되기 때문에 구조물 전체의 파괴확률을 고려하여 상대적으로 낮은 목표 신뢰도지수를 제안할 수 있다. 본 연구에서는 이를 토대로 국내 말뚝기초의 신뢰성 수준과 기초구조물 전체 시스템의 안전성, 국제적 신뢰도 요구 수준, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 이에 적합한 목표 신뢰도지수를 다음과 같이 결정하였으며 이는 향후 저항계수의 산정에 적용될 것이다.
- 선정된 58개 재하시험 자료에 대해서 국내외 기준에서 제시하고 있는 극한지지력 결정방법에 따라 측정 극한지지력을 평가하였고, 국내 설계기준에서 제시하고 있는 지지력 평가방법에 따라 설계 극한지지력을 산정하였다. 또한 지반 특성 및 말뚝 지지거동을 고려한 신뢰성 분석을 실시하기 위해서 선단부 평균 N치 50을 기준으로 자료를 두 그룹으로 분류하였다: N<50, N≥50.
- 각각 신뢰도지수와 파괴확률에 기초하여 구조물의 신뢰성을 평가하는 두 방법을 동시에 적용하고 그 역학적 등가성을 검증함으로써 본 연구를 통해 도출된 결과의 정확성을 확보하였다. 신뢰성 해석 결과 및 구조물 요구 안전도, 현행 설계·실무 관행, 국제적 신뢰도 요구 수준, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 저항계수 산정을 위한 목표 신뢰도지수를 결정하였다.
- 여섯 가지 기준에 의해 산정한 극한 지지력의 평균값과 각 기준에 의한 결과를 통계 분석하여 말뚝의 대표 측정 극한 지지력을 결정하였다. 전체 자료에 대한 극한지지력 평균값에 대한 각 기준에 의한 극한지지력의 통계 분석 결과는 표 2와 같다.
- 이를 위해 문헌조사 및 건설교통부 협조를 통해 2,000여개 이상의 국내 현장 자료를 수집하고 검토하여 총 58개의 극한지지력을 확인할 수 있는 정재하시험 자료를 확보하였다. 이들에 대하여 재하시험 결과를 분석하고 지지력 공식에 따른 설계 지지력을 산정하여 항타강관말뚝의 신뢰성 평가를 실시하였다. 신뢰성 평가를 위하여 국내외 여러 문헌을 통해 정확하고 합리적이며 개선된 방법으로 인정받고 있는 일차신뢰도법(First Order Reliability Method: FORM) 및 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation: MCS)을 적용하였다.
- 이러한 문제점을 해결하기 위하여 비정규분포의 설계변수 또는 비선형 한계상태함수에 대하여 정식화 형태에 관계없이 일관된 신뢰도지수(reliability index)를 산정할 수 있는 일차신뢰도법이 여러 연구자들에 의해 개발되었다(Hasofer와 Lind, 1974; Rackwitz와 Fiessler, 1978). 일차신뢰도법은 파괴면 상의 한 점에서 한계상태함수를 선형 근사하며 비정규분포를 보이는 설계변수를 표준정규분포로 변환하는 기법을 적용함으로써 일계이차모멘트법의 단점을 극복하였다. 일차신뢰도법은 설계변수의 표준정규분포 공간 원점으로부터 한계상태함수 파괴면까지의 최단거리를 신뢰도지수로 정의하고 신뢰도지수로써 한계상태함수의 신뢰성 또는 안전도를 정량화한다.
- 저항편향계수를 결정하기 위해서 재하시험으로부터 산정된 측정 극한지지력과 지지력 공식에 의해 산정된 설계 극한지지력을 비교·분석하고, 이들 자료의 통계분석을 수행하였다. 표 3은 설계 극한지지력과 Davisson 기준에 의한 측정 극한지지력을 비교하여 저항편향계수를 산정한 결과이다.
- 지반과 기초구조물의 지지능력에 대한 불확실성을 정량적으로 평가하기 위해서 저항의 공칭강도와 정역학적 설계법으로 산정한 설계 지지력의 값을 비교하여 그 통계적 특성을 신뢰성 해석에 반영한다. 일반적으로 정재하시험에 의해 측정된 극한지지력이 실제 지지력을 가장 신뢰성 있게 평가하는 것으로 알려져 있으므로(한국지반공학회, 2002), 저항의 공칭강도는 정재하시험에 의해 측정된 말뚝의 하중 - 침하 곡선으로부터 산정하였다.
- 여섯 가지 방법에 의한 극한지지력 산정 결과는 표 1과 같다. 하중-침하 그래프의 크기 효과를 고려하기 위해서 말뚝의 탄성침하량 직선을 약 20도로 조정한 후 동일 그래프 상에서 각 기준을 적용하였다.
대상 데이터
- 1. 국내 항타강관말뚝에 대한 2,000여개 이상의 현장 정재하 시험, 지반조사, 실내실험 자료를 수집하여 이에 대한 검토를 통해 극한지지력을 확인할 수 있는 총 58개의 말뚝 정재하시험 자료를 선정하였다.
- 2,000여개 이상의 많은 수의 자료 중 위의 기준으로 선정되어 신뢰성 분석에 적용된 항타강관말뚝 정재하시험 자료 수는 총 58개 이다. 선정된 재하시험 자료에 대한 분류 결과 말뚝의 직경은 406mm~812mm이며, 말뚝 길이는 10m 미만(33%), 10m~30m(34%), 30m 이상(33%)으로 고르게 분포함을 확인하였다.
- 지역별 지층과 지반조건을 대변할 수 있는 충분한 양질의 자료 축적이 선행되어야만 정확도 높은 신뢰성 평가가 이루어질 수 있으므로 정도높은 자료의 확보는 가장 중요한 업무 중의 하나이다(곽기석 등, 2006). 본 연구의 목적상 극한지지력을 확인할 수 있는 재하시험 자료의 확보가 필수적이므로 연구용 보고서나 학위논문, 논문집, 설계자료 등 2,000여개 이상의 자료와 건설교통부 지방국토관리청 관내 전국의 약 320여 도로 건설 현장에서 수행된 재하시험 및 지반조사 자료를 수집하여 분석하였다. 자료에 대한 통계 분석 및 신뢰성 평가를 위해서 수집된 많은 재하시험 자료 중 다음과 같은 기준으로 분석 대상 자료를 선정하였다.
- 본 연구는 국내 기초구조물에 대한 저항계수 산정 및 하중저항계수설계법 개발의 일환으로 항타강관말뚝의 지지력 공식에 대한 신뢰성 수준을 평가하고 목표 신뢰도지수를 결정하였다. 이를 위해 문헌조사 및 건설교통부 협조를 통해 2,000여개 이상의 국내 현장 자료를 수집하고 검토하여 총 58개의 극한지지력을 확인할 수 있는 정재하시험 자료를 확보하였다. 이들에 대하여 재하시험 결과를 분석하고 지지력 공식에 따른 설계 지지력을 산정하여 항타강관말뚝의 신뢰성 평가를 실시하였다.
- 본 연구의 목적상 극한지지력을 확인할 수 있는 재하시험 자료의 확보가 필수적이므로 연구용 보고서나 학위논문, 논문집, 설계자료 등 2,000여개 이상의 자료와 건설교통부 지방국토관리청 관내 전국의 약 320여 도로 건설 현장에서 수행된 재하시험 및 지반조사 자료를 수집하여 분석하였다. 자료에 대한 통계 분석 및 신뢰성 평가를 위해서 수집된 많은 재하시험 자료 중 다음과 같은 기준으로 분석 대상 자료를 선정하였다.
- 항타강관말뚝의 저항편향계수 및 신뢰성 수준을 평가하기 위해서 국내 각 지역에서 실시된 항타강관말뚝의 정재하시험, 지반조사 자료, 실내실험 자료를 수집하였다. 지역별 지층과 지반조건을 대변할 수 있는 충분한 양질의 자료 축적이 선행되어야만 정확도 높은 신뢰성 평가가 이루어질 수 있으므로 정도높은 자료의 확보는 가장 중요한 업무 중의 하나이다(곽기석 등, 2006).
데이터처리
- 3. 국내 설계 실무에 주로 적용되는 정역학적 지지력공식과 Meyerhof 경험식을 적용하여 설계 극한지지력을 산정하였고 Davisson 기준에 의한 재하시험 결과와 비교·분석하여 저항편향계수를 산정하였다. 정역학적 지지력공식은 자료의 변동성이 낮게 평가되었으며, Meyerhof 경험식은 내재적 보수성이 크게 평가되었다.
- 4. 저항편향계수의 통계 특성을 이용하여 일차신뢰도법 및 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 신뢰성 분석을 수행하였다. 안전율 3.
- 0을 적용하고 있으며 일부 중요 구조물의 경우 더 큰 안전율이 적용되기도 한다. 따라서 본 연구에서는 안전율 3.0~5.0을 적용하여 일차신뢰도법에 의한 신뢰성 해석을 실시하였고 그 결과는 표 6과 같다.
- 표 3은 설계 극한지지력과 Davisson 기준에 의한 측정 극한지지력을 비교하여 저항편향계수를 산정한 결과이다. 신뢰성 분석에 적용되는 통계분석의 신뢰성 있는 결과도출을 위하여 일반적인 저항편향계수 범위 [평균±(2×표준편차)]를 벗어난 값은 통계 해석에서 제외하는 것이 합리적이므로 (Paikowsky, 2004), 이를 고려하여 저항편향계수의 통계 특성치를 산정하였다. 정역학적 지지력공식과 Meyerhof 경험 식의 저항편향계수 통계특성치 분석결과는 표 4와 같다.
- 많은 수의 정재하시험 및 지반조사, 실내실험 자료를 수집하여 말뚝의 측정 극한지지력을 산정하였으며, 수집된 자료를 효율적으로 분류하고 지반조사결과를 이용하여 설계 극한지지력을 산정하였다. 이들 자료에 대해서 정확하고 적용성이 높은 신뢰도 해석기법인 일차 신뢰도법과 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 신뢰성 분석을 실시하였고, 적합한 수준의 목표 신뢰도지수를 결정하였다. 본 연구에서 도출한 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 일차신뢰도법에서 적용한 동일한 하중편향계수 및 저항편향계수 통계특성치와 활하중에 대한 사하중 비(QD/QL)를 적용하여 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 신뢰도 평가를 실시하였다. 몬테카를로 시뮬레이션 방법은 파괴확률을 직접 산정할 수 있는 방법이며, 일차신뢰도법과의 비교를 위해서 신뢰도지수-파괴확률 관계(β≈Φ−1 (1 − Pf))를 이용하여 파괴확률에 대응하는 신뢰도지수를 함께 산정하였다.
이론/모형
- Davisson 기준은 반복 가능한 과정을 통해 객관적 수치를 얻을 수 있는 방법으로서 Ksx의 분산성이 낮았으며 많은 자료에 적용 가능하여 우수한 적용성을 보였다. 따라서 본 연구에서는 말뚝의 대표 측정 극한지지력으로 Davisson 기준에 의한 결과를 적용하였다.
- 일반적으로 정재하시험에 의해 측정된 극한지지력이 실제 지지력을 가장 신뢰성 있게 평가하는 것으로 알려져 있으므로(한국지반공학회, 2002), 저항의 공칭강도는 정재하시험에 의해 측정된 말뚝의 하중 - 침하 곡선으로부터 산정하였다. 또한 정재하시험의 하중 - 침하 곡선으로부터 극한지지력을 평가하기 위해서 구조물기초설계기준(건설교통부, 2003)과 깊은 기초의 저항계수 결정에 관한 미국의 NCHRP 연구보고서(Paikowsky, 2004) 등 다양한 국내외 설계기준에서 제안하는 여섯 가지 방법을 적용하였다: Davisson 기준, Shape of Curve 기준(Paikowsky, 2004), DeBeer 기준, 전침하량 기준(∆=25.4mm 기준, ∆=0.1B 기준), ASCE 20-96 기준(ASCE, 1997). 여섯 가지 방법에 의한 극한지지력 산정 결과는 표 1과 같다.
- 본 연구에서는 말뚝기초 설계법에 대한 보다 합리적이고 엄밀한 신뢰성 평가를 위하여 앞서 기술한 일차신뢰도법과 몬테카를로 시뮬레이션 두 방법을 모두 적용하였다.
- 본 연구에서는 신뢰성 해석기법 중 정확하고 개선된 방법으로 인정받고 있는 일차신뢰도법과 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하였다. 몬테카를로 시뮬레이션은 신뢰도 분석기법 중 상대적으로 가장 정확하고 일관된 결론을 도출하며, 일차신뢰도법은 반복법을 통해 계산의 효율성이 높고 확률변수들의 민감성 및 파괴점 산정이 가능한 장점이 있으므로 상기 두 방법은 신뢰성 평가를 위한 매우 적합한 방법이다.
- 이들에 대하여 재하시험 결과를 분석하고 지지력 공식에 따른 설계 지지력을 산정하여 항타강관말뚝의 신뢰성 평가를 실시하였다. 신뢰성 평가를 위하여 국내외 여러 문헌을 통해 정확하고 합리적이며 개선된 방법으로 인정받고 있는 일차신뢰도법(First Order Reliability Method: FORM) 및 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation: MCS)을 적용하였다. 각각 신뢰도지수와 파괴확률에 기초하여 구조물의 신뢰성을 평가하는 두 방법을 동시에 적용하고 그 역학적 등가성을 검증함으로써 본 연구를 통해 도출된 결과의 정확성을 확보하였다.
- 말뚝기초설계의 신뢰성 평가를 위해서는 식 (8)에서 확률 변수로 고려되는 하중관련 정보인 하중편향계수의 통계특성 치와 저항관련 정보인 저항편향계수의 통계특성치, 활하중에 대한 사하중의 비(QD/QL), 그리고 안전율(FS)이 결정되어야 한다. 저항편향계수의 통계특성치는 연구결과로 제시된 표 4의 값을 사용하고, 하중편향계수의 통계특성치는 미국 AASHTO LRFD 교량설계 시방서(2004)에서 제안하고 있는 하중조합 중 국내 특성을 고려하여 연직방향의 보수적 평가 조건인 Strength Case I 경우를 적용하였다(표 5).
- 말뚝 제원과 지반조건 등은 정재하시험과 동일하게 적용하였다. 점성토 지반의 주면마찰력은 α계수법을 적용하였으며, 비배수 전단강도에 대한 지반조사 결과가 부족한 자료에 대해서는 구조물기초설계기준(건설교통부, 2003)에서 제안하고 있는 Hara 등(1971)의 식을 적용하여 비배수전단강도를 추정하였다. Meyerhof 경험식은 보정하지 않은 N치 결과를 적용하였는데, 이는 국내 실무에서 표준관 입시험 N치로부터 말뚝의 지지력을 추정하는 경우 일반적으로 N치의 보정이 행해지지 않고 있으며, 실험 장비, 에너지 효율 측정 및 해석법에 따라 그 편차가 큰 것으로 알려져 있기 때문이다(한국지반공학회, 1997).
- 지지력 공식에 의한 설계 극한지지력을 산정하기 위해서 구조물기초설계기준(건설교통부, 2003)에서 제안하고 있는 일반적인 정역학적 지지력공식 및 N치를 이용한 Meyerhof 경험식을 적용하였다. 말뚝 제원과 지반조건 등은 정재하시험과 동일하게 적용하였다.
성능/효과
- 5. 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 파괴확률 산정 결과 안전율 3.0~5.0에 대해서 정역학적 지지력공식은 6.76%~0.21%, Meyerhof 경험식은 5.42%~0.34%로 나타났다. 파괴확률에 대한 대응 신뢰도지수 결과를 일차신뢰도법 결과와 비교한 결과 약 1.
- 6. 일차신뢰도법과 몬테카를로 시뮬레이션에 의해 분석된 신뢰성 해석 결과 및 구조물 요구 안전도, 현행 설계·실무관행, 기초구조물 전체 시스템의 안정성, 국제적 신뢰도 요구 수준, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 이에 부합하는 항타강관말뚝의 목표 신뢰도지수를 결정하였다. 무리말뚝 효과를 기대할 수 있는 경우 2.
- 72 이었다. 두 가지 지지력 공식 모두 선단부 N치 50미만의 자료가 선단부 N치 50이상의 자료보다 신뢰성 수준이 높게 평가되었다.
- 국내 전체의 전반적인 지반 특성 및 항타강관말뚝 실무 현황을 고려한 통계 특성치 분석이 수행되어야 함을 고려해볼 때, 선정된 자료의 말뚝 제원 및 지역 분포는 매우 양호한 것을 알 수 있다. 또한 선단 및 주면 지층 분석 결과 단일 지층 보다는 모래질, 자갈질, 실트질, 점토질 등 여러 가지 상이한 지층이 섞여 있는 혼합토 지층으로 나타났는데, 이는 국내의 지반 특성이 그대로 반영된 것으로 판단된다.
- 93%로 산정되었다. 몬테카를로 시뮬레이션으로 산정한 파괴확률에 대한 대응 신뢰도지수와 일차신뢰도법에 의한 신뢰도지수를 비교한 결과 최대 약 1.3% 이내의 차이로서 두 신뢰성 해석기법에 의한 결과는 역학적으로 동등함을 확인하였다.
- Meyerhof 경험식의 경우 선단지지력과 주면마찰력에 대한 각각의 상한값이 있으므로, 말뚝의 전체 설계지지력이 일정 수준 이하로 제한되기 때문인 것으로 판단 된다. 변동계수는 N치 50 기준 두 가지 경우 모두 정역학적 지지력공식보다 Meyerhof 경험식이 더 크게 나타났으며, 공식의 내재적 보수성으로 인해 확보된 신뢰성이 높은 변동계수에 따른 불확실성의 증가에 의해 감소될 것이 예상되었다.
- 0 수준이다. 본 연구를 통해 항타강관말뚝의 국내 정재하시험 및 지반조사 자료를 대상으로 일차신뢰도법과 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 분석한 신뢰도지수는 앞서 설명한 바와 같이 통상적으로 적용되는 안전율의 범위에서 정역학적 지지력공식의 경우 1.51~2.89, Meyerhof 경험식의 경우 1.62~2.72를 나타내었으며 이는 미국의 깊은기초에 대한 LRFD 저항계수 산정 연구(NCHRP 507) 결과와 유사한 값이다. 항타강관말뚝의 경우 대형 기초구조물에 비해서 상대적으로 중요도가 낮은 구조물에 적용되며, 주로 무리말뚝으로 시공되기 때문에 구조물 전체의 파괴확률을 고려하여 상대적으로 낮은 목표 신뢰도지수를 제안할 수 있다.
- 3%에 해당하는 값이며 항타말뚝에 적합한 신뢰도지수 값으로서 다수의 연구자들이 제안한 바 있다(Barker 등, 1991; Paikowsky, 2004). 본 연구의 분석 결과 두 가지 지지력공식 모두 안전율 3.0~3.5일 때 신뢰도지수 2.0을 만족하는 것으로 나타났다.
- 그림 2에서와 같이 두 가지 공식에 의한 설계 지지력은 모두 측정 지지력과 뚜렷한 경향성을 나타내지 않았다. 선단부 N치 50 미만, 50 이상의 두 가지 경우 모두 정역학적 지지력공식에 의한 설계 지지력이 Meyerhof 경험식에 의한 설계 지지력과 비교하여 많은 자료가 측정 지지력의 -50%~+50% 범위 내에 분포하고 있으며, 두 가지 경우 모두 Meyerhof 경험식은 지지력을 보수적으로 평가하는 것을 알수 있다.
- 0으로 평가되었다. 선단부 N치 50 미만의 경우와 50 이상의 경우 모두 안전율이 낮은 범위에서는 Meyerhof 경험식의 신뢰도지수가 컸지만 안전율이 큰 범위에서는 정역학적 지지력공식의 신뢰도지수가 더 크게 나타났다. 이는 두 지지력 공식의 저항편향계수 평균 및 변동계수 값의 차이에 따른 복합적인 영향에 기인하는 것으로 판단된다.
- 선단부 N치 50미만의 경우 정역학적 지지력공식은 파괴확률 3.27%~0.21%, Meyerhof 경험식은 2.45%~0.34%로 산정되었고, 선단부 N치 50이상의 경우 정역학적 지지력공식은 파괴확률 6.76%~0.33%, Meyerhof 경험식은 5.42%~0.93%로 산정되었다. 몬테카를로 시뮬레이션으로 산정한 파괴확률에 대한 대응 신뢰도지수와 일차신뢰도법에 의한 신뢰도지수를 비교한 결과 최대 약 1.
- 2,000여개 이상의 많은 수의 자료 중 위의 기준으로 선정되어 신뢰성 분석에 적용된 항타강관말뚝 정재하시험 자료 수는 총 58개 이다. 선정된 재하시험 자료에 대한 분류 결과 말뚝의 직경은 406mm~812mm이며, 말뚝 길이는 10m 미만(33%), 10m~30m(34%), 30m 이상(33%)으로 고르게 분포함을 확인하였다. 또한 재하시험 수행 지역은 경상도 지역(53%), 경기 · 강원도 지역(21%), 전라도 지역(14%), 충청도 지역(3%) 등 전국 각지에 분포하였다.
- 재하시험 결과로부터 극한지지력을 결정하는 총 6가지의 방법을 적용하여 항타강관말뚝의 측정 극한지지력을 산정하였다. 자료의 통계분석 결과 편차가 작고 객관적 수치를 얻을 수 있으며 적용성이 우수한 Davisson 기준이 말뚝의 측정 극한지지력을 가장 합리적으로 평가하는 것으로 나타났다.
- 저항편향계수는 측정 극한지지력과 설계 극한지지력의 비 (측정 극한지지력/설계 극한지지력)로 정의되며, 지반의 공간적 불확실성, 조사결과의 한계, 설계 및 해석모델의 불확실성 등 저항의 불확실성을 정량화·대변하는 값이다(Goble, 1999). 저항편향계수의 평균은 지지력에 대한 설계공식의 평균적인 내재적 보수성을 확인할 수 있는 값이며, 그 값이 커지면 설계식의 보수성이 증가하여 신뢰도지수가 높아지는 경향을 나타낸다. 저항편향계수의 변동계수는 평균에 대한 표준편차의 비로써 정의되며 자료의 분산정도를 평가하는 값이다.
- 34%로 나타났다. 파괴확률에 대한 대응 신뢰도지수 결과를 일차신뢰도법 결과와 비교한 결과 약 1.3% 이내의 작은 오차를 보임으로써 두 신뢰성 해석기법에 의한 신뢰성 해석 결과는 역학적으로 동등함을 확인하였다.
후속연구
- 본 연구 결과는 향후 항타강관말뚝에 대한 저항계수 산정을 위한 유용한 자료가 될 것이며 다양한 기초구조물 및 지반구조물의 하중저항계수설계법(LRFD) 개발을 위한 기초 자료로서 매우 활발히 활용될 것으로 판단된다.
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