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다중 파괴모드에 의한 혼성제 케이슨의 단면 산정 및 제체에 대한 시스템 신뢰성 해석
Determination of cross section of composite breakwaters with multiple failure modes and system reliability analysis 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.51 no.9, 2018년, pp.827 - 837  

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

초록
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혼성제 케이슨에서 발생 가능한 활동, 전도 그리고 편심 경사하중에 의한 마운드 지지력에 대한 안정성을 다중 파괴모드 개념으로 해석하였다. 먼저 결정론적 해석에서는 활동 및 전도 그리고 마운드 지지력에 대한 한계 상태방정식을 이용하여 최소 안전율을 만족하는 혼성제 케이슨의 최소 단면을 산정할 수 있는 식을 유도하였다. 입사조건 및 마루높이 그리고 설치수심에 따른 결정론적 해석 결과에 의하면 활동 파괴모드와 마운드 지지력 파괴모드간 상충이 발생되었다. 따라서 혼성제 케이슨의 설계단면을 결정론적으로 산정하는 경우에도 활동뿐만 아니라 전도와 마운드 지지력에 대한 다중 파괴모드를 동시에 고려하여야 한다. 한편 확률론적 해석에서는 활동에 의하여 결정된 단면에 대하여 다중 파괴모드에 대한 시스템 신뢰성 해석을 수행하였다. 혼성제 케이슨의 다중 파괴모드에 의한 제체의 시스템 파괴확률이 입사조건에 따라 매우 다르게 거동하는 것을 알 수 있었다. 또한 마루높이와 설치수심이 증가하여도 제체의 시스템 파괴확률이 증가하는 경향이 나타났다. 특히 시스템 신뢰성 해석의 일차 해석모형과 이차 해석모형의 결과들은 본 연구에서 수행된 조건들에서는 일치되는 거동 특성을 나타냈다. 그러나 파괴모드 사이의 상관성을 올바로 고려할 수 있는 이차 해석모형의 결과가 더 높은 정도를 갖는다. 다만 파괴모드 사이에 파괴확률이 상대적으로 크게 차이나는 경우에는 일차 해석모형도 간편하게 사용할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The stabilities of sliding and overturning of caisson and bearing capacity of mound against eccentric and inclined loads, which possibly happen to a composite caisson breakwaters, have been analyzed by using the technique of multiple failure modes. In deterministic approach, mathematical functions h...

주제어

#다중 파괴모드   #시스템 신뢰성 해석   #일차 해석모형   #이차 해석모형   #혼성제 케이슨 방파제  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이차 해석모형이 무엇인가요? 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 이차 해석모형이 개발되었다. 이차 해석모형은 각 파괴가 발생되는 사상을 분해하여 해석하는 개념으로 파괴확률은 Eq. (10)과 같이 정의할 수 있다(Ditlevsen, 1979).
시스템 신뢰성 해석에 사용 되는 두 가지 방법은? 시스템 신뢰성 해석은 하나의 구조물에 여러 개의 다중 파괴모드가 존재할 때 각 파괴모드 간 상관관계를 고려하여 파괴확률을 계산하는 개념으로 일차 해석모형(first-order/unimodal)과 이차 해석모형(second-order/bi-modal)으로 구분된다(Ditlevsen, 1979). 일차 해석모형은 파괴모드들이 일정 크기의 상관성을 갖는다고 가정하여 해석하는 근사적 방법이고, 이차 해석모형은 상관계수를 정량적으로 산정하여 그 영향을 시스템의 파괴확률 산정에 고려하는 방법이다. 따라서 일차 해석모형은 수학적으로 단순하지만 결과의 정도가 낮고, 이차 해석모형은 복잡하지만 정도가 높다고 할 수 있다.
혼성제가 가져야할 조건은? 또한 방파제 배후면의 활용도를 높이기 위해서나 증가되는 월파를 감소시키기 위하여 마루높이를 점점 더 높여 설계하는 경향이 있다. 일반적으로 혼성제는 활동(sliding)과 전도(overturning) 그리고 편심 경사하중에 의한 마운드 지지력(bearing capacity) 및 지반의 원호활동(slip circle)에 대하여 안전해야 한다. 지금까지는 활동을 주 파괴모드로 고려하여 혼성제 케이슨의 단면을 결정하고 다른 파괴모드인 전도와 마운드 지지력이나 지반 원호활동의 안정성을 확인하는 방법으로 설계하였다.
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참고문헌 (12)

  1. Ang, A. H-S., and Tang, W. H. (1984). Probability concepts in engineering planning and design. John-Wiley & Sons, N.Y. 

  2. CIAD (1985). Computer aided evaluation of the reliability of a breakwater design. Construction Industry Research and Information Association, Special Pub. 83. 

  3. Ditlevsen, O. (1979). "Narrow reliability bounds for structural systems." Journal of Structural Mechanics, Vol. 7, No. 4, pp. 453-472. 

    상세보기 crossref

  4. Goda, Y. (2010). Random seas and design of maritime structures. World Scientific Publishing Co., Singapore. 

  5. Lee, C.-E. (2008). Reliability analysis of multiole failure modes of rubble-mound breakwaters. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol. 20, No. 2, pp. 137-147 (in Korean). 

  6. PIANC (2001). Breakwaters with vertical and inclined concrete walls. Identification and evaluation of design tools, Report for PTCII WG28. 

  7. Ports and Harbours Bureau (Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism), National Institute for Land and Infrastructure Management, and Port and Airport Research Institute (2009). Technical standards and complementaries for port and harbour facilities in Japan. Overseas Coastal Area Development Institute of Japan. 

  8. Stuart, A. J. (1958). "Equally correlated variates and structural reliability." Journal of the Royal Statistical Society, Series B, 20, pp. 373-378. 

  9. Takahashi, S., Tanimoto, K., and Shimosako, K. (1994). "A proposal of impulsive pressure coefficient for the design of composite breakwaters." Proceedings International Conference of Hydro- Technical Engineering for Port and Harbour Construction, Yokosuka, Japan, pp. 489-504. 

  10. Tanimoto, K., Moto, K., Ishizuka, S., and Goda, Y. (1976). "An investigation on design wave force formulae of composite-type breakwaters." Proceedings 23rd Japanese Conference on Coastal Engineering, pp. 11-16 (in Japanese). 

  11. Tanimoto, K., Takahashi, S., and Kitatani, T. (1981). "Experimental study of impact breaking wave forces on a vertical-wall caisson of composite breakwater." Report of Port and Harbour Research Institute, Vol. 20, No. 2, pp. 3-39 (in Japanese). 

  12. U.S. Army Corps of Engineers (2006). Coastal Engineering Manual. Washington, DC. 

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