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Level I 신뢰성 기반 설계법에 의해 산정된 혼성제 케이슨 단면의 비교 분석
Comparative analysis of caisson sections of composite breakwaters evaluated by Level I reliability-based design method 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.51 no.7, 2018년, pp.543 - 554  

이철응 (강원대학교 공과대학 건축토목환경공학부) ,  박동헌 (강원대학교 공과대학 건축토목환경공학부) ,  김상욱 (강원대학교 공과대학 건축토목환경공학부)

초록
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혼성제 직립 케이슨의 활동에 대한 부분안전계수 산정과 Level I 신뢰성 기반 설계법에 의한 단면 결정 과정을 자세히 제시하였다. 특히 본 연구에서는 형식의 일치성과 실무에서의 적용 편이성을 위하여 부력 및 자중과 직접적으로 관련된 수위 및 케이슨을 구성하는 재료의 불확실성을 고려할 수 있는 수학적 모형을 제시하였다. 또한 양압력에 대한 영향을 정확히 고려하여 활동에 대해 안정한 혼성제 직립 케이슨 단면을 산정할 수 있는 설계기준식을 유도하였다. 본 연구에서 제시한 부분안전계수를 가지고 Level I 신뢰성 기반 설계법에 의해 산정된 단면이 동일한 목표파괴확률에 대한 Level II AFDA의 결과 및 Level III MCS의 결과와 매우 잘 일치하였다. 그러나 미국 및 일본의 항만 설계기준에서 제시한 부분안전계수를 이용한 결과는 그 보다 훨씬 크거나 작은 단면을 산정하고 있다. 마지막으로 부분안전계수의 목표수준과 Level I 신뢰성 기반 설계법으로 결정된 단면의 안정성 수준에 대한 일치성 여부를 확인하기 위한 다각적인 신뢰성 재해석이 수행되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A methodology has been presented for evaluating the partial safety factors on the sliding failure mode of vertical caissons of composite breakwaters and for determining the cross sections of those by Level I reliability-based design method. Especially, a mathematical model has been suggested for the...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 혼성제 케이슨의 활동에 대한 부분 안전계수를 이용하여 Level I 신뢰성 설계를 수행하는 전반적인 설계과정을 자세히 제시하였다. 특히 본 연구에서는 일본 및 미국의 항만 설계기준에 제시된 부분안전계수들의 적용성에 대한 중요한 문제점을 파악하고 해결하고자 한다.
  • 미국 및 일본의 항만 설계기준에서 제시한 부분안전계수를 이용한 결과는 그 보다 훨씬 크거나 작은 단면을 산정하고 있는 반면, 본 연구에서 제시한 부분안전계수를 이용하여 Level I 신뢰성 설계를 수행한 결과, 산정된 단면이 동일한 목표파괴확률에 대한 Level II AFDA의 결과 및 Level III MCS의 결과와 매우 잘 일치함을 알 수 있었다. 또한 본 연구에서는 부분안전계수를 산정하기 위하여 처음에 설정한 목표수준과 Level I 신뢰성 설계로 결정된 단면의 안정성 수준에 대한 일치성 여부를 확인하기 위한 다각적인 신뢰성 재해석이 수행되었다. 일본의 경우는 신뢰성 설계법으로 설계된 실제 단면들이 모두 목표파괴확률을 초과함을 알 수 있었는데, 이는 일본의 항만 설계기준에 제시된 부분안전계수를 이용하여 신뢰성 설계를 수행하게 되면 실제 단면이 과다 설계된다는 것을 의미한다.
  • 본 연구에서는 먼저 혼성제 케이슨의 활동에 대한 부분안전계수를 이용하여 Level I 신뢰성 설계를 수행하는 전반적인 설계과정을 자세히 제시하였으며, 특히 일본 및 미국의 항만설계기준에 제시된 부분안전계수들의 적용성을 자세히 해석하였다. 이를 위해 먼저 혼성제 케이슨의 활동에 대한 다각적인 신뢰성 해석을 수행하여 각 확률변수에 대한 새로운 부분안전계수를 산정하였다.
  • 본 연구에서는 앞에서 언급한 일본의 항만 설계기준에 내포된 문제점을 해결하고자 신뢰성 해석을 수행하였다. Table 2의 자료와 Eqs.
  • 따라서 본 연구에서는 혼성제 케이슨의 활동에 대한 부분 안전계수를 이용하여 Level I 신뢰성 설계를 수행하는 전반적인 설계과정을 자세히 제시하였다. 특히 본 연구에서는 일본 및 미국의 항만 설계기준에 제시된 부분안전계수들의 적용성에 대한 중요한 문제점을 파악하고 해결하고자 한다. 이를 위해 먼저 혼성제 케이슨의 활동에 대한 다각적인 신뢰성 해석을 수행하여 각 확률변수에 대한 새로운 부분안전계수를 산정하였다.
  • 이를 위해 먼저 혼성제 케이슨의 활동에 대한 다각적인 신뢰성 해석을 수행하여 각 확률변수에 대한 새로운 부분안전계수를 산정하였다. 특히 본 연구에서는 혼성제 케이슨의 활동파괴에 미치는 부력이나 자중의 영향이 상대적으로 수평파력이나 양압력의 영향보다 작음에도 불구하고 일본의 항만 설계기준에 복잡하게 제시된 관련 부분안전계수를 단순화시킬 수 있는 방법을 제시하고 형식의 일치성과 실무에서의 적용 편이성을 위하여 수위의 불확실성과 케이슨을 구성하는 재료의 불확실성을 부력 및 자중의 부분안전계수로 통합하여 산정할 수 있는 수학적 모형을 제시하였다. 특히 본 연구에서는 양압력에 대한 정확한 부분안전계수를 새롭게 산정하여 그 영향을 과다 고려하는 일본 항만 설계기준의 문제점을 해결하였으며, 목표수준 범위 내에서 Level I 신뢰성 설계를 수행하여 혼성제 케이슨의 활동에 대해 안정한 단면을 산정할 수 있는 설계기준식을 유도하였고 Level I 신뢰성 설계법으로 결정된 케이슨의 단면에 대한 검증을 위해 Level II AFDA와 Level III MCS 설계법을 함께 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
혼성제란 무엇인가? 혼성제는 해저 사석 마운드로부터 해수면 위까지 거치된 대형 직립 케이슨의 자중으로 파력과 같은 외력에 저항하는 항만 외곽 방파 시설물 중 하나이다. 또한 혼성제는 연성체인 경사제와는 달리 강성체 구조물이기 때문에 한번 피해가 발생하면 그 피해 규모가 상대적으로 크다.
신뢰성 설계법은 어떻게 분류 되는가? 신뢰성 설계법은 해석 방법 및 수준에 따라 Level I, Level II, 그리고 Level III로 분류된다. Level I은 형식적으로는 현행의 결정론적 설계법과 동일하나, 부분안전계수(partial safety factor)를 사용한다는 점이 다르다.
현행의 결정론적 설계법에 의해서는 해양환경의 불확실성을 고려할 수 없다고 한다. 그 대안으로 나온 설계법의 특징은 무엇인가? 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 신뢰성 설계법이 결정론적 설계법의 대안으로 제시되고 있다. 신뢰성 설계법은 임의의 파괴모드에 포함된 모든 확률변수의 불확실성을 고려해서 구조물이 내용년수 동안에 파괴될 확률을 정량적으로 계산해서 해당 파괴모드에 대한 파괴확률이 목표파괴확률 이하가 되도록 단면을 결정하는 설계법이다.
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참고문헌 (21)

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  16. Oumeraci, H., Kortenhaus, A., Allsop, N. W. H., de Groot, M. B., Crouch, R. S., and Vrijling, J. K. (2000). "Probabilistic design of caisson breakwaters and sea walls - Present statues and perspectives." Proceedings of the 27th International Conference on Coastal Engineering, ASCE, pp. 1664-1677. 

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  20. US Army Corps of Engineers (USACE) (2006). Coastal Engineering Manual. Coastal Engineering Research Center in USACE, Washington D.C., USA. 

  21. Yamamoto, M., Mizumura, K., Endo, T., and Shiraishi, N. (1990). "Reliability analysis of composite breakwaters protected with armor blocks." Proceedings of the 22nd International Conference on Coastal Engineering, ASCE, pp. 1403-1416. 

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