전통적인 보강토옹벽 설계에서의 안정성 검토는 내적 외적 안정으로 구분하여 평가하며, 내적 안정은 보강재의 인발, 파단를 대상으로 하고 외적 안정은 구조체의 침하, 전도, 활동을 대상으로 한다. 최근 지반물성과 해석모델이 갖는 고유 불확실성을 최소화하기 위하여 신뢰성해석이 개발되어져 왔다. 본 연구에서는 내적 외적 안정이라고 정의되는 다양한 파괴모드에 대한 동시 파괴확률의 산정할 수 있도록 체계 신뢰성해석을 제안하였다. 단일구간 모드해법을 적용함에 의해 여러 안정해석에 대한 파괴모드를 통합하여 보강토옹벽 전체 시스템의 안정성을 평가할 수 있도록 하였다. 동시 파괴확률을 이용하면 대상으로 하는 안정해석모델과 파괴형상 및 파괴확률을 복합적으로 고려할 수 있기 때문에 개선된 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단되며, 안정해석모델별로 여러 지표를 이용하여 평가되었던 보강토옹벽의 설계를 대표 지표를 통하여 평가할 수 있다.
전통적인 보강토옹벽 설계에서의 안정성 검토는 내적 외적 안정으로 구분하여 평가하며, 내적 안정은 보강재의 인발, 파단를 대상으로 하고 외적 안정은 구조체의 침하, 전도, 활동을 대상으로 한다. 최근 지반물성과 해석모델이 갖는 고유 불확실성을 최소화하기 위하여 신뢰성해석이 개발되어져 왔다. 본 연구에서는 내적 외적 안정이라고 정의되는 다양한 파괴모드에 대한 동시 파괴확률의 산정할 수 있도록 체계 신뢰성해석을 제안하였다. 단일구간 모드해법을 적용함에 의해 여러 안정해석에 대한 파괴모드를 통합하여 보강토옹벽 전체 시스템의 안정성을 평가할 수 있도록 하였다. 동시 파괴확률을 이용하면 대상으로 하는 안정해석모델과 파괴형상 및 파괴확률을 복합적으로 고려할 수 있기 때문에 개선된 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단되며, 안정해석모델별로 여러 지표를 이용하여 평가되었던 보강토옹벽의 설계를 대표 지표를 통하여 평가할 수 있다.
Evaluation of stability in traditional designing of reinforced soil structures is executed by examination of internal and external stability. Analysis of internal stability is for pull-out and ductile strength. Analysis of external stability is for settlement, overturning and sliding. To minimize in...
Evaluation of stability in traditional designing of reinforced soil structures is executed by examination of internal and external stability. Analysis of internal stability is for pull-out and ductile strength. Analysis of external stability is for settlement, overturning and sliding. To minimize inherent uncertainties of soil properties and analytical model, reliability analysis was developed recently. In this study, reliability analysis method considering simultaneous failure probability for various failure mode of internal and external stability is proposed. By applying uni-modal bounds, Stability of system reliability of reinforced soil structures is evaluated by integrating multi failure mode for various analytical model. Because of complex consideration for various failure shapes and modes, it is possible to secure advanced safety by using simultaneous failure probability. And evaluation of reinforced soil structure is executed by representative index, simultaneous failure probability, than previous method.
Evaluation of stability in traditional designing of reinforced soil structures is executed by examination of internal and external stability. Analysis of internal stability is for pull-out and ductile strength. Analysis of external stability is for settlement, overturning and sliding. To minimize inherent uncertainties of soil properties and analytical model, reliability analysis was developed recently. In this study, reliability analysis method considering simultaneous failure probability for various failure mode of internal and external stability is proposed. By applying uni-modal bounds, Stability of system reliability of reinforced soil structures is evaluated by integrating multi failure mode for various analytical model. Because of complex consideration for various failure shapes and modes, it is possible to secure advanced safety by using simultaneous failure probability. And evaluation of reinforced soil structure is executed by representative index, simultaneous failure probability, than previous method.
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문제 정의
본 연구에서는 기존에 수행되었던 전통적인 보강토옹 벽의 설계에 대하여 지반물성과 해석모델이 갖는 고유 불확실성을 최소화하기 위하여 신뢰성해석을 도입하였다. 특히, 지금까지 내적 및 외적 안정성 분석에서 항목별로 각기 독립적으로 검토되었던 안전율 기반의 평가를 하나의 지표로 동시에 평가할 수 있도록 보강토옹벽 설계에 대한 단일모드 구간해법을 제안하였으며 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
이와 같이 체계 신뢰성해석을 이용하면 기존에 독립적으로 시행되고 검토되었던 안정해석결과를 하나의 지표로 관리하고 평가할 수 있다. 본 연구에서는 보강토옹벽의 설계에 있어서 검토되는 내적･외적 안정성 평가에 있어서, 다양한 파괴모드에 대하여 동시에 파괴확률을 산정할 수 있도록 체계 신뢰성해석을 제안하였다. 단일모드 구간해법을 적용함으로써 여러 안정해석에 대한 파괴모드를 통합하여 보강토옹벽 전체 시스템의 안정성을 하나의 지표로 평가할 수 있도록 하였다.
0)을 사용하였다. 본 프로그램은 구조적으로 고정된 옹벽에 대한 설계와 분석을 위한 프로그램이다. 본 프로그램과 U.
가설 설정
각 확률변수의 분포형태는 정규분포한다고 가정하였으며, 지반물성과 보강재의 확률특성을 반영하는 분산계수 는 다음의 표 4에 제시한 값을 적용하였다.
체계 신뢰성해석에서 직렬계 구조는 모든 요소가 독립적이며 상관성이 없다고 가정하고 있다. 반면, 전체 또는 임의의 요소사이에 상호 연관성이 존재한다면, 체계의 파괴확률 계산은 일반적으로 매우 어렵게 된다.
제안 방법
본 연구에서는 보강토옹벽의 설계에 있어서 검토되는 내적･외적 안정성 평가에 있어서, 다양한 파괴모드에 대하여 동시에 파괴확률을 산정할 수 있도록 체계 신뢰성해석을 제안하였다. 단일모드 구간해법을 적용함으로써 여러 안정해석에 대한 파괴모드를 통합하여 보강토옹벽 전체 시스템의 안정성을 하나의 지표로 평가할 수 있도록 하였다. 동시 파괴확률을 이용하면 대상으로 하는 안정해석모델과 파괴형상 및 파괴확률을 복합적으로 고려할 수 있기 때문에 개선된 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서 정의한 다중 파괴모드는 내적 안정성에 대하여 보강재의 인발, 파단에 대하여 정의하고, 외적 안정은 보강토옹벽 구조체의 침하, 전도, 활동을 선정하였다. 따라서 총 5개의 다중 파괴모드에 대한 안정성 평가를 동시에 시행할 수 있도록 하였다(표 1).
단일모드 구간해법의 정의를 위해 상기 5개의 안정해석모델을 파괴모드를 대상으로 한다. 먼저, 각 안정해석모델을 적용하여 해석모델에 따른 단위 파괴확률을 산정하도록 한다. 단위 신뢰성해석은 U.
보강토옹벽의 안정성 평가항목은 내적･외적 안정을 대상으로 시행한다. 본 연구에서 정의한 다중 파괴모드는 내적 안정성에 대하여 보강재의 인발, 파단에 대하여 정의하고, 외적 안정은 보강토옹벽 구조체의 침하, 전도, 활동을 선정하였다. 따라서 총 5개의 다중 파괴모드에 대한 안정성 평가를 동시에 시행할 수 있도록 하였다(표 1).
본 프로그램은 구조적으로 고정된 옹벽에 대한 설계와 분석을 위한 프로그램이다. 본 프로그램과 U.S. Army Corps of Engineers(1997)에서 제안한 실용적인 해석법인 일계이차모멘트법을 이용하여 단위 신뢰성해석을 수행하였으며, 이 결과를 이용하여 단일 모드 구간해법을 적용하여 보강토옹벽 설계에 있어 체계 신뢰성을 정의하였다. 뒤채움토와 배면토 및 기초지반으로 구분하여 대상 지반의 물성과 재료의 특성을 다음 표 3과 같다.
특히, 허용응력설계는 여러 가지 안정해석모델 즉, 다양한 파괴모드에 대한 고려가 불가능하기 때문에 여러 가지 파괴양식에 대하여 종합적으로 안정성을 평가할 수 있는 방법으로 체계 신뢰성석기법이 개발되어져 왔다(Zevgolis 등, 2006; Castillo 등, 2004). 이상의 연구자는 방파제를 대상으로 체계 신뢰성해석기법을 적용한 사례이며 대상으로 하는 안정해석모델도 3가지에 대하여 수행하였다(그림 2).
보강토옹벽 설계의 신뢰성해석을 위하여 일계이차모멘트법을 적용하였다. 총 5개의 안정해석모델에 대하여 안정해석결과를 이용하여 파괴확률을 산출하였다. 표 5는 신뢰성해석의 적용을 위한 안정해석 케이스와 물성값을 나타낸 것이다.
본 연구에서는 기존에 수행되었던 전통적인 보강토옹 벽의 설계에 대하여 지반물성과 해석모델이 갖는 고유 불확실성을 최소화하기 위하여 신뢰성해석을 도입하였다. 특히, 지금까지 내적 및 외적 안정성 분석에서 항목별로 각기 독립적으로 검토되었던 안전율 기반의 평가를 하나의 지표로 동시에 평가할 수 있도록 보강토옹벽 설계에 대한 단일모드 구간해법을 제안하였으며 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
단일모드 구간해법의 정의를 위해 상기 5개의 안정해석모델을 파괴모드를 대상으로 한다. 먼저, 각 안정해석모델을 적용하여 해석모델에 따른 단위 파괴확률을 산정하도록 한다.
사용된 지오그리드는 6T이고, 길이 3.5m, 60cm 간격으로 시공되어 있는 구조물이다.
해석 단면은 높이 5m의 보강토옹벽을 대상으로 하였으며, 세부사항은 아래의 그림 3에 보였다. 사용된 지오그리드는 6T이고, 길이 3.
이론/모형
먼저, 각 안정해석모델을 적용하여 해석모델에 따른 단위 파괴확률을 산정하도록 한다. 단위 신뢰성해석은 U.S. Army Corps of Engineers(1997)에서 제안한 실용적 해석기법인 평균값 일계이차모멘트법(Mean Value First Order Second Moment Method)을 사용하였다. 각 안정해석모델에 대하여 산정되는 단위 파괴확률은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
보강토옹벽 설계의 신뢰성해석을 위하여 일계이차모멘트법을 적용하였다. 총 5개의 안정해석모델에 대하여 안정해석결과를 이용하여 파괴확률을 산출하였다.
또한 대표 값에 의한 평균적인 개념이기 때문에 예기치 않은 불안정성에 도달할 우려가 있다. 본 연구에서는 지반물성과 해석모델이 갖는 불확실성을 반영하고, 설계에 있어서 안정성 검토기준으로 통일된 하나의 지표를 제안하기 위하여 단일모드 구간해법을 적용하였다. 그 결과 보강토옹벽에 전체 시스템에 대한 안정성을 평가할 수 있었다.
5m, 60cm 간격으로 시공되어 있는 구조물이다. 안정해석 프로그램은 미국 국가콘크리트구조물협회(NCMA)와 AASHTO98/Demo의 설계지침을 따르는 MSEW(3.0)을 사용하였다. 본 프로그램은 구조적으로 고정된 옹벽에 대한 설계와 분석을 위한 프로그램이다.
여러 가지 안정해석 결과에 의해 확인되는 보강토옹벽 시스템의 안정성 평가를 하나의 지표로 관리하고 평가하기 위하여 본 연구에서 제안한 단일모드 구간해법을 적용하였다. 각 안정해석모델에서 얻어진 파괴모드별 파괴확률과 식 (5)와 (6)을 이용하여 보강토옹벽 시스템에 대한 신뢰도를 산출한 결과, 상한계 6.
성능/효과
(2) 예제를 통한 적용성 분석에 따르면 안전율은 모든 안정해석모델에 대하여 만족하고 있지만, 신뢰성 파라미터는 부분적으로 만족하지 못하고 있고 이는 신뢰성해석을 통하여 불확실성을 반영하였기 때문이라고 판단된다. 단일모드 구간해법을 적용하여 보강토옹벽의 시스템 신뢰도를 평가한 결과, 상한계 6.
산정된 안전율은 모든 항목에서 기준값을 상회하고 있어 안정적으로 판단된다. 각 안정해석모델에 대하여 수행한 신뢰성해석결과는 신뢰지수가 최대 4.669에서 최소 0.9504로 산출되었으며, 파괴확률은 최대 0.36%, 최소 1.511E-06%로 산정되었다.
본 연구에서는 지반물성과 해석모델이 갖는 불확실성을 반영하고, 설계에 있어서 안정성 검토기준으로 통일된 하나의 지표를 제안하기 위하여 단일모드 구간해법을 적용하였다. 그 결과 보강토옹벽에 전체 시스템에 대한 안정성을 평가할 수 있었다.
(2) 예제를 통한 적용성 분석에 따르면 안전율은 모든 안정해석모델에 대하여 만족하고 있지만, 신뢰성 파라미터는 부분적으로 만족하지 못하고 있고 이는 신뢰성해석을 통하여 불확실성을 반영하였기 때문이라고 판단된다. 단일모드 구간해법을 적용하여 보강토옹벽의 시스템 신뢰도를 평가한 결과, 상한계 6.928E-01%, 하한계 3.600E-01%로 산출되었으며, 여러 가지 안정해석모델을 이용하여 평가되었던 보강토옹벽의 설계를 대표 지표를 통하여 평가할 수 있었다.
따라서, 안전율 기반의 전통적인 안정성 평가에서는 모든 항목에 대한 안전이 확보된다고 판단되었으나, 신뢰성 해석결과 “전도”를 제외한 항목에서 기대 성능수준을 만족시키지 못하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 신뢰성해석이 지반정수와 해석모델이 가지는 불확실성을 반영함에 의해 발생한 결과이다.
하한계는 식에서 정의한 바와 같이 최대 파괴확률과 동일한 값을 나타내지만, 상한계는 최대파괴확률의 약 2배에 해당하는 값을 나타내고 있다. 이상과 같이 체계 신뢰성해석의 도입으로 여러 가지 안정해석모델을 하나로 통합하여 전체 시스템의 안정성을 평가할 수 있었다.
600E01%로 산출되었다(표 8). 이와 같이 체계 신뢰성해석기법을 적용함에 의하여 여러 가지 안정해석에 대한 파괴모드를 통합하여 보강토옹벽 전체 시스템의 안정성을 하나의 지표로 평가할 수 있음을 확인하였다. 그림 7은 단일모드 구간해법에 의한 체계 신뢰성해석 결과와 파괴모드별 파괴확률을 함께 도시한 것이다.
후속연구
단일모드 구간해법을 적용함으로써 여러 안정해석에 대한 파괴모드를 통합하여 보강토옹벽 전체 시스템의 안정성을 하나의 지표로 평가할 수 있도록 하였다. 동시 파괴확률을 이용하면 대상으로 하는 안정해석모델과 파괴형상 및 파괴확률을 복합적으로 고려할 수 있기 때문에 개선된 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
향후에 본 논문에서 제안한 단일모드 구간해법을 이용한 보강토옹벽 설계의 신뢰성해석의 완성도를 높이기 위하여 보강토옹벽의 붕괴사례에 대한 분석을 시행할 예정이며, 열차속도에 따른 하중조건 변화에 대한 연구도 추진하여 범용성을 확보하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
개별 파괴양식에 대해 얻어진 신뢰성 해석결과를 이용하여 발생 가능한 모든 파괴양식에 대한 총체적인 안전성 평가를 하기 위한 방법이 필요로 된 이유는?
파괴양식이 하나로 주어진 경우에 대한 신뢰성해석은하중저항설계법(Level I), 신뢰지수법(Level II) 및 모사법(Level III)을 이용하여 산출할 수 있다. 하지만, 대상 구조물의 안전성을 보다 합리적으로 평가하기 위해서는 여러가지 파괴양식에 대한 종합적인 안전성 평가가 수행되어야 한다. 따라서 개별 파괴양식에 대해 얻어진 신뢰성 해석결과를 이용하여 발생 가능한 모든 파괴양식에 대한 총체적인 안전성 평가를 하기 위한 방법이 필요로 된다.
해석 단면의 대상은?
해석 단면은 높이 5m의 보강토옹벽을 대상으로 하였으며, 세부사항은 아래의 그림 3에 보였다. 사용된 지오그리드는 6T이고, 길이 3.
체계 신뢰성해석에서 직렬계 구조가 가정하는 것은?
체계 신뢰성해석에서 직렬계 구조는 모든 요소가 독립적이며 상관성이 없다고 가정하고 있다. 반면, 전체 또는 임의의 요소사이에 상호 연관성이 존재한다면, 체계의 파괴확률 계산은 일반적으로 매우 어렵게 된다.
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