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[국내논문] 장대교량 타입말뚝에 대한 저항계수 산정
Resistance Factor Calculation of Driven Piles of Long Span Bridges 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.29 no.4, 2013년, pp.57 - 65  

김동욱 (한국건설기술연구원 지반연구실) ,  박재현 (한국건설기술연구원 지반연구실) ,  이준용 (한국건설기술연구원 지반연구실) ,  곽기석 (한국건설기술연구원 지반연구실)

초록
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하중저항계수설계법(load and resistance factor design, LRFD)을 개발하기 위해서는 하중과 저항에 대한 신뢰성 있는 불확실성 평가가 필요하다. 기존의 말뚝기초 저항계수 산정에 관한 연구는 대부분 일반 교량에 대한 하중의 불확실성을 반영하였다. 본 연구에서는 경간장이 200m이상 300m이하인 교량과 300m이상 1500m이하인 장대 교량에 대하여 수정된 하중모델로부터 평가된 활하중 불확실성을 저항계수 산정에 반영하였다. 타입말뚝 저항을 예측하기 위하여 Imperial College Pile (ICP) 설계법을 사용하였고, 이 설계법을 적용하여 사질토 및 점성토 지반에 대한 타입 말뚝의 저항 불확실성을 평가하였다. 일반 교량에 비하여 장대교량의 경우 파괴시 발생되는 경제적, 인명적 손실이 크기 때문에 기존에 적용한 일반적인 목표신뢰수준을 더 높게 설정하였다. 장대교량에 해당하는 수정된 하중 및 목표신뢰 수준에 대하여 산정된 저항계수와 기존에 일반 교량 기초에 대하여 제시된 저항계수를 비교 분석하였다.

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Assessment of uncertainties of loads and resistances is prerequisite for the development of load and resistance factor design (LRFD). Many previous studies related to resistance factor calculations of piles were conducted for short or medium span bridges (span lengths less than 200m) reflecting the ...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 Imperial College Pile(ICP) 말뚝 설계법(Jardine et al. 2005)을 이용하여 타입말뚝을 설계할경우 사용할 수 있는 저항계수를 제시하고자 한다. 이를 위해서 ICP 말뚝 설계법을 개발하면서 구축된 양질의 데이터베이스를 바탕으로 말뚝 저항에 대한 불확실성을 평가하였다.
  • 따라서, 사하중의 불확실성은 교량의 경간장(L)에 따라 크게 변화하지 않는다고 가정할 수 있다. 본 연구에서는 기존의 일반 교량 기초 설계에 사용된 사하중의 불확실성을 장대 교량 기초 설계에 반영하였다. 기존 연구(Nowak 1999; AASHTO 2010; Kim and Lee 2012)에 의하면 사하중은 표준정규분포를 따르고, 편향계수(bias factor = 평균값/공칭값)는 1.

가설 설정

  • 본 연구의 경우 장대교량이 대상이므로 기존의 일반 교량보다 장대 교량의 구조물이 더욱 중요하다는 가정 하에 목표신뢰도지수를 결정하였다. 장대 교량의 경우 기존 AASHTO LRFD 교량 설계기준에서 제안하고 있는 설계수명인 75년보다 긴 설계수명과 높은 목표신뢰도지수를 부여하는 것이 합리적이다.
  • 또한, 안전여유율이 정규분포를 따른다고 가정할 경우 파괴확률(Pf)과 신뢰도지 수(β)는 관계[Pf = Φ(-β); Φ( )=누적분포함수]로부터 임의의 T년 설계수명별 파괴확률과 신뢰도지수를 산정할 수 있다. 본 연구에서는 장대교량의 적정 설계수명을 최대 75년으로 가정하였으며 높은 수준의 목표신뢰도지수를 제시하기 위하여 등가 연평균 파괴확률 pf,T = 1를 기준으로 장대교량의 pf,T = 1이 일반교량의 pf,T = 1의 1/10이 되도록 장대교량의 목표신뢰도지수를 산정하였다. 일반교량의 경우, AASHTO(2010)에서 제시한 바와 같이 여용성 정도에 따라 목표신뢰도지수 2.
  • 사하중은 주로 구조물의 자중으로 유발되는 하중으로서, 교량 상부의 재료에 좌우되지만 그 자중에 대한 예측에 있어 큰 불확실성이 없다. 따라서, 사하중의 불확실성은 교량의 경간장(L)에 따라 크게 변화하지 않는다고 가정할 수 있다. 본 연구에서는 기존의 일반 교량 기초 설계에 사용된 사하중의 불확실성을 장대 교량 기초 설계에 반영하였다.
  • 205이다. 이번 연구에서는 Nowak(1999)에서 제시한 활하중의 불확실성을 기준으로 보수적으로 활하중이 대수 정규분포를 따르고 편향계수와 변동계수는 1.2와 0.205인 것으로 가정하였다(Table 3).
  • 29 미만일 경우(또는 사하중 대 활하중 비 = 7이상일 경우), Strength Case IV(지간장이 75m보다 크며 사하중 대 활하중 비가 7 이상 조건으로 설계되는 교량에 대한 하중 조합)에 준하여 활하중을 무시할 수도 있다. 하지만 앞서 언급했듯이, 하중조합 중 보수적 평가조건인 Strength Case I에 준하여 장대교량에 대해서는 다양한 QLL,n/QDL,n (0, 0.15 0.30)를 가정하여 저항계수를 산정하였다. 일반 교량의 QLL,n/QDL,n는 장대 교량에 비하여 비교적 높다.
  • 일반 교량의 QLL,n/QDL,n는 장대 교량에 비하여 비교적 높다. 따라서 QLL,n/QDL,n를 0, 0.25, 0.5로 가정하였다. ICP 데이터베이스에 근거하여 합리적인 공칭선 단지지력 대 공칭주면마찰력의 비(Rb,ult,n/RsL,n)는 점성토일 경우 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
타입말뚝 저항을 예측하기 위해 사용한 방법은? 본 연구에서는 경간장이 200m이상 300m이하인 교량과 300m이상 1500m이하인 장대 교량에 대하여 수정된 하중모델로부터 평가된 활하중 불확실성을 저항계수 산정에 반영하였다. 타입말뚝 저항을 예측하기 위하여 Imperial College Pile (ICP) 설계법을 사용하였고, 이 설계법을 적용하여 사질토 및 점성토 지반에 대한 타입 말뚝의 저항 불확실성을 평가하였다. 일반 교량에 비하여 장대교량의 경우 파괴시 발생되는 경제적, 인명적 손실이 크기 때문에 기존에 적용한 일반적인 목표신뢰수준을 더 높게 설정하였다.
활하중의 불확실성을 반영하기 위해 저항계수를 산정할 때 사용한 일반교량과 장대교량의 규모는 어떻게 되는가?? 최근 지반구조물에 대해서도 허용응력설계법을 탈피 하여 신뢰성기반 설계법으로 전환하려는 노력이 전세계적으로 이루어지고 있다. 본 연구에서는 비교적 신뢰성 있는 많은 자료의 데이터베이스를 구축하고 있는 Imperial College Pile 설계법을 이용하여 교량 경간장이 200m이내인 일반교량과 경간장이 200m이상 1500m이 하인 장대교량에 대하여 저항계수를 산정하였다. 이를 위해서 장대교량의 하중모델로부터 구해진 수정된 활하중의 불확실성을 반영하였다.
저항의 불확실성을 평가하기 위해 필요한 것은? 저항의 불확실성을 정확하고 합리적으로 평가하기 위해서는 파괴시 물리적 현상을 잘 반영하는 합리적인 저항예측식을 개발 또는 적용해야 한다. 합리적인 저항 예측식은 잘 관리된 다양한 현장에서 기준을 따라 수행한 하중 재하시험 결과를 바탕으로 구축된 데이터베이스에 근거하여 개발된다.
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참고문헌 (27)

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