[논문]가새재 및 부재 연결 조건을 고려한 3차원 가설 동바리 구조물의 신뢰성 해석

류선호; 옥승용; 김승민

doi:10.14346/jkosos.2019.34.1.53

가새재 및 부재 연결 조건을 고려한 3차원 가설 동바리 구조물의 신뢰성 해석
Reliability Analysis of Three-Dimensional Temporary Shoring Structures Considering Bracing Member and Member Connection Condition 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.34 no.1, 2019년, pp.53 - 61

류선호 (한경대학교 토목안전환경공학과) , 옥승용 (한경대학교 토목안전환경공학과) , 김승민 ((주)한경S&C 기업부설연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

This study performs reliability analysis of three-dimensional temporary shoring structures with three different models. The first model represents a field model which does not have diagonal bracing members. The installation of bracing members is often neglected in the field for convenience. The second model corresponds to a design model which has the bracing members with the hinge connection of horizontal and bracing members at joints. The third model is similar to the second model but the hinge connection is replaced with partial rotational stiffness. The reliability analysis results revealed that the vertical members of the three models are safe enough in terms of axial force, but the vertical and horizontal members exhibit a big difference among the three models in terms of combination stress of axial force and bi-axial bending moments. The field model showed significant increase in failure probability for the horizontal member, and thus the results demonstrate that the bracing member should be installed necessarily for the safety of the temporary shoring structures.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. 3D models of temporary shoring structures.
표 Table 1. Materials and sectional properties of members for temporary shoring structures
그림 Fig. 2. Conceptual drawing of failure probability and its 1^st -order approximation to limit state function.
표 Table 2. Probability distributions of random variables
표 Table 3. Reliability analysis results of compressive vertical members
그림 Fig. 3. FORM results of M₁.
그림 Fig. 4. MCS results of M₁.
그림 Fig. 5. FORM resultas of M₂.
그림 Fig. 6. MCS results of M₂.
그림 Fig. 7. FORM results of M₃.
그림 Fig. 8. MCS results of M₃.
표 Table 4. Reliability analysis results of horizontal members for combination of axial force and bi-axial bending moments

AI 본문요약
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문제 정의

이를 위해서 구조물 모델로는 (1) 현장에서 많이 사용하는 가새재가 설치되지 않은 모델(M₁), (2) 가새재는 설치되고 수평재, 가새재를 힌지로 연결한 모델(M₂), 그리고 (3) 가새재가 설치되고 수평재의 연결 조건에 회전 강성을 부여한 모델(M₃)의 3가지를 고려하고자 한다. 부재의 파괴는 안전율을 배제하고 실제 부재의 조합응력이 허용응력을 초과하는 경우에 발생하는 것으로 고려하고자 한다. 신뢰성 해석 방법으로는 MCS 방법뿐만 아니라 수치효율성을 갖는 1차 근사 방법인 FORM 방법⁸⁾을 적용하여 해의 정확성을 비교하고 모델별 안전성 수준을 평가하고자 한다.
즉 수직재가 횡 방향(x 방향) 6본, 종 방향(y 방향) 5본, 전체 높이는 4단으로 구성되며 수치 해석 모델은 프레임 요소(frame element)를 이용하여 모델링하였다. 시스템 동바리의 구조적 안전성은 가새재의 유무에 따라 크게 달라질 수 있으므로, 이 연구에서는 가새재가 없는 모델(M₁)과 가새재가 있는모델(M₂, M₃)을 고려하여 두 구조물의 안전성을 비교하고자 하였다. 또한 거푸집 및 동바리 설계기준⁴⁾에서 제안하고 있는 수직재 - 수평재 연결과 수직재 - 가새재의 연결을 모두 힌지로 모델링하는 경우는 설계에서 사용하는 이론적 모델(M₂)이라 할 수 있으며, 실제 구조물의 거동은 일정 수준의 회전 강성을 발휘하므로 이를 모사하기 위하여 수직재 - 수평재 연결에 회전 강성을 부여한 모델(M₃)도 함께 고려하였다.
이 연구에서 파괴 사건은 설계 기준들에서 정의하고 있는 허용 압축력과 조합응력에 대한 한계상태로 정의하고자 한다. 첫 번째, 압축력에 대한 한계상태식은 식(2)로 정의할 수 있다.
이 연구에서는 3차원 가설 동바리 구조물(3-dimensional temporary shoring structure)의 신뢰성 해석을 수행하고자 하며, 가설 구조물의 구조적 안전성에 영향을 미치는 가새재의 설치 유무 및 수평재와 수직재의 연결에서 회전 강성의 적용 유무에 따른 파괴확률의 변동성을 살펴보고자 한다. 이를 위해서 구조물 모델로는 (1) 현장에서 많이 사용하는 가새재가 설치되지 않은 모델(M₁), (2) 가새재는 설치되고 수평재, 가새재를 힌지로 연결한 모델(M₂), 그리고 (3) 가새재가 설치되고 수평재의 연결 조건에 회전 강성을 부여한 모델(M₃)의 3가지를 고려하고자 한다.
이 연구에서는 3차원 가설 동바리 구조물의 파괴확률을 예측하기 위한 신뢰성 해석을 수행하였다. 신뢰성 해석 방법으로는 FORM과 MCS를 적용하였으며, 파괴 모드로는 수직 부재의 압축력에 의한 파괴 및 조합응력에 의한 파괴, 그리고 수평 부재의 조합응력에 의한 파괴를 고려하였다.

가설 설정

다음으로 회전 강성의 고려 유무는 안전성을 근소한 차이로 개선시키고 있음을 확인할 수 있으며, 설계 단계에서 실제 존재하는 회전 강성을 고려하지 않고 힌지로 모델링하는 것은 보수적인 설계(conservative design)를 유도할 수 있으므로 합리적인 가정이라고 판단된다. 다만 이 결과는 어디까지나 이 연구에서 다룬 구조물에 국한됨을 밝히며 가새재 및 지점의 회전 강성을 고려하지 않았기에 한계를 가진다.
1로고정시켰다. 또한, 좌굴 응력 산정에 있어 유효 길이계수는 세 모델에서 동일한 1.0을 적용하는 것으로 가정하였다
부재의 항복응력에 해당하는 확률변수 σy는 다른 변수들에 비하여 변동이 작다고 가정하여 covσ=0.1로고정시켰다.
마지막으로 가장 실제 구조물 거동에 근접하는 모델인 M₃는 M₂ 모델과 부재는 동일하게 배치되나 수평재와 가새재의 연결에서 회전 강성을 20%를 부여하여 모델링하게 된다. 참고로, 회전 강성은 기존 실험 연구³⁾에서 제시된 18%를 고려하여 20%로 가정하였다. 이 연구에서 적용한 회전 강성의 20%는 Midas 해석 프로그램¹⁰⁾에서 적용하고 있는 경계조건에서의 Beam-End Moment Release 계수에 상응한다.
신뢰성 해석을 위한 확률변수의 확률분포는 Table 2에 제시하였다. 확률변수의 평균은 Table 1에 제시된 값을 사용하였으며, 확률분포는 하중에 대해서만 대수 정규 분포를 가정하고 나머지 확률변수들은 표준 정규분포를 따른다고 가정하였다. 가설 구조물 부재의 물성치 및 단면 특성치의 통계 자료는 없는 관계로 이 연구에서는 확률변수의 변동계수를 0.

제안 방법

Table 2에서 저항에 해당하는 물성치 및 단면 특성치의 확률변수는 동일한 변동계수를 적용하여 cov_R로 표기하였으며, 하중은 별도의 변동계수로 cov_P로 표기하였다. cov_R와 cov_P은 각각 {0.1, 0.2,0.3}의 3가지 변동계수 값을 가지며, 이들의 조합에 대하여 FORM과 MCS를 이용하여 신뢰성 해석을 수행하였다. 부재의 항복응력에 해당하는 확률변수 σ_y는 다른 변수들에 비하여 변동이 작다고 가정하여 cov_σ=0.
확률변수의 평균은 Table 1에 제시된 값을 사용하였으며, 확률분포는 하중에 대해서만 대수 정규 분포를 가정하고 나머지 확률변수들은 표준 정규분포를 따른다고 가정하였다. 가설 구조물 부재의 물성치 및 단면 특성치의 통계 자료는 없는 관계로 이 연구에서는 확률변수의 변동계수를 0.1, 0.2, 0.3의 3가지로 가정하고 각 변수들의 변동에 따른 파괴확률의 영향성을 살펴보았다. Table 2에서 저항에 해당하는 물성치 및 단면 특성치의 확률변수는 동일한 변동계수를 적용하여 cov_R로 표기하였으며, 하중은 별도의 변동계수로 cov_P로 표기하였다.
5 kN/m 중 큰 값)을 고려하였다⁴⁾. 가설 동바리 구조물의 상부에 타설되는 슬래브의 두께는 250 mm로 고려하였으며 이에 따른 콘크리트의 면적 하중은 수직재 배치 간격에 따라 집중 하중으로 모델링하였다.
이 연구에서는 수직재의 좌굴 파괴에 대한 파괴확률만을 고려하였으며 부재의 연결 조건을 거푸집 및 동바리 설계기준⁴⁾에서 제시하고 있는 힌지 조건만을 고려하였다. 그에 따라 수직재의 길이 및 수평재의 길이를 매개변수로 고려함으로써 좌굴 파괴확률의 변동성을 비교 분석하였다. 또 다른 가설 구조물의 신뢰성 해석 연구로는 김승민⁷⁾이 수행한 3차원 가설구조물의 신뢰성 해석 연구가 있다.
M₁~M₃ 모델에 대하여 동일한 부재의 파괴확률을 비교하기 위하여 M₁ 모델에서 가장 큰 수직력을 받는 175번 부재를 대표 부재로 선정하였으며, M₂와 M₃도 동일한 175번 부재에 대한 결과를 제시하였다. 또한, 확률변수의 변동성에 대한 영향을 살펴보기 위하여 파괴확률이 가장 크게 나타나는 cov_R=0.3, cov_P=0.1, 0.2, 0.3의 조합에 대하여 결과를 요약하였다.
덧붙여, M₁도 수평 부재의 회전 강성 20%를 적용하였다. 마지막으로 모든 구조물에서 바닥 지점은 힌지로 모델링하였다.
먼저 수직재의 압축 파괴확률을 산정하고자 하였으며, 해의 정확성을 검증하기 위하여 FORM과 MCS 두 방법에 따른 신뢰성 해석 결과를 Table 3에 비교⋅제시하였다.
세 번째로 수평 부재의 조합응력에 대한 파괴확률과 신뢰도 지수를 산정하여 모델별 성능을 비교하였다. 수평 부재에서는 조합응력에 가장 취약한 부재인 350번 부재를 대상 부재로 고려하였다.
시스템 동바리에 작용하는 하중으로는 설계에서 재하하는 고정 하중(철근콘크리트의 자중 24 kN/m³ 및 거푸집의 무게 0.4 kN/m²), 활하중(콘크리트 타설 시 작업자, 장비, 자재 및 공구 등의 시공 하중 2.5 kN/m²), 수평 하중(타설 시 충격 및 시공 오차에 의한 하중으로서 고정 하중의 2% 또는 수평 길이 당 1.5 kN/m 중 큰 값)을 고려하였다⁴⁾. 가설 동바리 구조물의 상부에 타설되는 슬래브의 두께는 250 mm로 고려하였으며 이에 따른 콘크리트의 면적 하중은 수직재 배치 간격에 따라 집중 하중으로 모델링하였다.
이 연구에서는 3차원 가설 동바리 구조물의 파괴확률을 예측하기 위한 신뢰성 해석을 수행하였다. 신뢰성 해석 방법으로는 FORM과 MCS를 적용하였으며, 파괴 모드로는 수직 부재의 압축력에 의한 파괴 및 조합응력에 의한 파괴, 그리고 수평 부재의 조합응력에 의한 파괴를 고려하였다. 확률변수로는 부재의 재료물성치, 단면 특성치, 허용응력 및 외부 하중을 고려하였으며, 이들의 불확실성을 변동계수 0.
본 구조물에 비해 가설 구조물의 신뢰성 해석 연구는 다소 미비한 실정인데, 성영훈⁵⁾이 Monte Carlo Simulation(MCS) 방법⁶⁾을 이용하여 가설 구조물의 신뢰성 해석을 수행한 바가 있다. 이 연구에서는 수직재의 좌굴 파괴에 대한 파괴확률만을 고려하였으며 부재의 연결 조건을 거푸집 및 동바리 설계기준⁴⁾에서 제시하고 있는 힌지 조건만을 고려하였다. 그에 따라 수직재의 길이 및 수평재의 길이를 매개변수로 고려함으로써 좌굴 파괴확률의 변동성을 비교 분석하였다.
또 다른 가설 구조물의 신뢰성 해석 연구로는 김승민⁷⁾이 수행한 3차원 가설구조물의 신뢰성 해석 연구가 있다. 이 연구에서는 신뢰성 해석 기법으로 FORM(First-Order Reliability Method)⁸⁾ 방법과 MCS 방법을 적용하였으며, 강구조 부재 설계기준(허용응력설계법)⁹⁾에서 규정하고 있는 축력과 휨모멘트를 받는 부재의 조합응력 허용기준을 한계상태식으로 고려하여 부재의 파괴확률을 산정하였다. 하지만 이 기준식은 부재 및 하중의 불확실성을 고려하고자 안전율을 이미 반영하고 있으며, 설계 목적으로 부재의 안정성 여부만을 검증하기 위한 식이라 할 수 있다.
이 연구에서는 현장 모델(M1), 이상화된 설계 모델(M2), 회전 강성을 갖는 실제 모델(M3)의 3가지 경우에 대하여 파괴확률을 산정하고 그 결과를 비교⋅분석하였다.
1에서 확인할 수 있다. 즉 수직재가 횡 방향(x 방향) 6본, 종 방향(y 방향) 5본, 전체 높이는 4단으로 구성되며 수치 해석 모델은 프레임 요소(frame element)를 이용하여 모델링하였다. 시스템 동바리의 구조적 안전성은 가새재의 유무에 따라 크게 달라질 수 있으므로, 이 연구에서는 가새재가 없는 모델(M₁)과 가새재가 있는모델(M₂, M₃)을 고려하여 두 구조물의 안전성을 비교하고자 하였다.
신뢰성 해석 방법으로는 FORM과 MCS를 적용하였으며, 파괴 모드로는 수직 부재의 압축력에 의한 파괴 및 조합응력에 의한 파괴, 그리고 수평 부재의 조합응력에 의한 파괴를 고려하였다. 확률변수로는 부재의 재료물성치, 단면 특성치, 허용응력 및 외부 하중을 고려하였으며, 이들의 불확실성을 변동계수 0.1, 0.2, 0.3으로 변화시켜가면서 파괴확률의 경향성을 살펴보았다. 대상 구조물로는 현장에서 많이 사용되는 가새재가 없는 모델(M₁), 설계 기준에서 요구하는 힌지 모델링을 적용한 가새재가 있는 모델(M₂), 그리고 실제 거동에서 관측되는 힌지부의 회전 강성을 추가한 모델(M₃)의 3가지를 고려하였다.

대상 데이터

먼저 수직재의 압축 파괴확률을 산정하고자 하였으며, 해의 정확성을 검증하기 위하여 FORM과 MCS 두 방법에 따른 신뢰성 해석 결과를 Table 3에 비교⋅제시하였다. M₁~M₃ 모델에 대하여 동일한 부재의 파괴확률을 비교하기 위하여 M₁ 모델에서 가장 큰 수직력을 받는 175번 부재를 대표 부재로 선정하였으며, M₂와 M₃도 동일한 175번 부재에 대한 결과를 제시하였다. 또한, 확률변수의 변동성에 대한 영향을 살펴보기 위하여 파괴확률이 가장 크게 나타나는 cov_R=0.
3으로 변화시켜가면서 파괴확률의 경향성을 살펴보았다. 대상 구조물로는 현장에서 많이 사용되는 가새재가 없는 모델(M₁), 설계 기준에서 요구하는 힌지 모델링을 적용한 가새재가 있는 모델(M₂), 그리고 실제 거동에서 관측되는 힌지부의 회전 강성을 추가한 모델(M₃)의 3가지를 고려하였다.
세 번째로 수평 부재의 조합응력에 대한 파괴확률과 신뢰도 지수를 산정하여 모델별 성능을 비교하였다. 수평 부재에서는 조합응력에 가장 취약한 부재인 350번 부재를 대상 부재로 고려하였다. 먼저 FORM과 MCS의 파괴확률과 신뢰도 지수를 살펴보면, cov_R=0.
건설 현장에서의 재해는 그 규모 면에서 다른 산업 현장에서의 재해보다 훨씬 큰 파급 효과를 가지므로 사회적으로 큰 이슈가 되어 왔다. 예로서 2015년 03월 25일 경기도 용인시 소재 국지도 23호선 남사~동탄간 도로 건설 현장에서 발생한 교량 붕괴 사고를 고려할 수 있다. 이 사고는 설계 단계에서 재사용 가설재에 대한 성능 경감기준 적용 누락, 시공 단계에서 가새재 미설치 및 수직재 사이의 간격이 설계 도면보다 크게 설치됨에 따라 시스템 동바리가 좌굴 변형하였고 이후 전체 상부 슬래브의 붕괴로 이어졌다¹⁾.
이 연구에서 고려하는 가설 구조물은 구조적으로 안전성이 높아 가장 널리 사용되고 있는 시스템 동바리 구조물이며 전체 형상 및 부재의 설치 간격 등은 Fig. 1에서 확인할 수 있다. 즉 수직재가 횡 방향(x 방향) 6본, 종 방향(y 방향) 5본, 전체 높이는 4단으로 구성되며 수치 해석 모델은 프레임 요소(frame element)를 이용하여 모델링하였다.
이 연구에서는 3차원 가설 동바리 구조물(3-dimensional temporary shoring structure)의 신뢰성 해석을 수행하고자 하며, 가설 구조물의 구조적 안전성에 영향을 미치는 가새재의 설치 유무 및 수평재와 수직재의 연결에서 회전 강성의 적용 유무에 따른 파괴확률의 변동성을 살펴보고자 한다. 이를 위해서 구조물 모델로는 (1) 현장에서 많이 사용하는 가새재가 설치되지 않은 모델(M₁), (2) 가새재는 설치되고 수평재, 가새재를 힌지로 연결한 모델(M₂), 그리고 (3) 가새재가 설치되고 수평재의 연결 조건에 회전 강성을 부여한 모델(M₃)의 3가지를 고려하고자 한다. 부재의 파괴는 안전율을 배제하고 실제 부재의 조합응력이 허용응력을 초과하는 경우에 발생하는 것으로 고려하고자 한다.

이론/모형

또한, cov의 수렴조건을 만족하지 않는 경우에는 최대 샘플링 수를 초과할 때 종료되도록 설정하였으며, 이는 수렴 횟수 및 컴퓨터의 연산 시간 등을 고려하여 10⁵개로 설정하였다⁷⁾. 또한, 이 연구에서 다루는 3차원 구조 해석은 연산 시간이 많이 소요되므로 MCS 방법 중 비교적 작은 횟수로 해를 얻을 수 있는 Importance Sampling 방법을 적용하였다.
부재의 파괴는 안전율을 배제하고 실제 부재의 조합응력이 허용응력을 초과하는 경우에 발생하는 것으로 고려하고자 한다. 신뢰성 해석 방법으로는 MCS 방법뿐만 아니라 수치효율성을 갖는 1차 근사 방법인 FORM 방법⁸⁾을 적용하여 해의 정확성을 비교하고 모델별 안전성 수준을 평가하고자 한다.
식 (1)의 다중 적분 산정은 확률변수의 개수가 증가할수록 매우 어려운 문제가 된다. 이 연구에서는 수치 연산 방법으로 많이 사용되고 있는 한계 상태함수의 1차 근사를 통하여 파괴확률을 산정하는 FORM⁸⁾ 및 확률 변수의 임의 샘플링(random sampling)을 통하여 전체 샘플링 개수 중 파괴 영역에서의 샘플링 개수로 파괴확률을 산정하는 MCS⁶⁾를 적용하였다.

성능/효과

•수직재의 압축 파괴는 3가지 모델에서 모두 0에 근접하는 파괴확률을 보임으로써 매우 안전한 것으로 파악되었다
•수평재와 수직재의 조합응력에 대해서는 힌지 모델링을 적용한 가새재가 설치된 설계 모델(M2)과 회전 강성을 고려한 가새재가 설치된 실제 모델(M3)은 비교적 안전한 수준인 반면 가새재가 없는 현장 모델(M1)에서 파괴확률이 무시할 수 없는 수준으로 발생함을 확인하였다.
2, 03}에서는 파괴확률의 변동은 크지 않은 결과를 보인다. 다만, 파괴확률의 수준이 10^-10 이하로 매우 낮은 영역, 즉 cov_R=0.1인 경우에는 하중의 변동성(cov_P={0.1, 0.2, 0.3})이 증가할수록 파괴확률은 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
이 결과로부터 가설 구조물에는 반드시 가새재를 설치해야 할 것으로 판단된다 FORM과 MCS의 해석 결과는 확률변수의 변동성 크기 및 모델에 따라 약간의 오차를 보였으나 오차의 수준은 허용 가능한 수준이라고 판단된다. 따라서 FORM 또는 MCS를 통하여 3차원 가설 동바리 구조물의 신뢰성 해석을 수행하고 이로부터 파괴확률을 정량적으로 평가할 수 있으며, 그 결과 가설 구조물의 수직재와 수평재가 조합응력에 대하여 가장 높은 파괴확률을 보이는 것으로 파악되었다.
3~8에서 모델별 결과를 살펴보면, M₁에서 약간 큰 파괴확률 또는 약간 낮은 신뢰도 지수 값을 보이고 M₂와 M₃는 거의 유사한 수준을 보인다. 따라서 M₁ 구조물에서의 가새재의 미설치가 수직 부재의 조합 응력에 대한 파괴확률에 일정 수준 영향을 미치고 있으며, 가새재를 사용함으로써 M₂, M₃의 파괴확률이 보다감소됨을 확인할 수 있다. 특히, 변동성 cov_R=0.
파괴확률 P_f는 샘플링된 확률변수에 따라 변동하다가 샘플링 개수가 증가함에 따라 수렴하게 된다. 따라서 P_f의 표준편차를 P_f의 평균으로 나눈 값인 변동계수(coefficent ofvariation; cov)를 정의하고 cov가 한계값 이하가 될 때 수렴하였다고 판단하여 전체 시뮬레이션을 종료한다. cov의 한계값은 일반적으로 0.
즉, 재사용 부재들에서는 녹슬음, 찌그러짐이 관측되었으며, 이는 부재의 물성치 및 단면 특성치를 감소시키게 된다. 따라서 부재 변형을 고려한 재사용 시스템 동바리의 구조적 안전성을 분석하였으며, 그 결과 단면의 찌그러짐에 의한 외경 감소율 수준에 따라 허용 응력을 초과할 수 있음을 검증하였다. 이를 통하여 재사용 부재의 손상이 시스템 동바리의 구조적 안전성에 큰 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다²⁾.
따라서 비록 가설 구조물의 중요도가 본 구조물의 중요도보다는 낮다고 하더라도, 구조물 신뢰도 기반 설계 시 목표 신뢰도 지수(βT)를AASHTO LRFD14)에서 3.5, 국내 도로교 설계기준 한계상태설계법15)에서 3.7로 적용하는 것을 고려할 때, Table 4에서 M1의 신뢰도 지수는 하중 변동성 covP과저항 변동성 covR이 0.1에서 0.3으로 증가할 수록 3.0 미만의 값을 보임으로써 구조적 안전성이 매우 낮은 수준인 것으로 판단된다.
Table 3에서 FORM과 MCS의 결과를 비교하면, 두 방법이 모두 유사한 결과를 제시하고 있어 해의 정확도는 충분히 확보하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, FORM의 결과를 살펴볼 때, cov_R이 0.1에서 0.3으로 증가함에 따라 파괴확률이 근소한 차이로만 증가하고 있어 저항 확률변수들의 파괴확률에 대한 영향은 매우 미비하다고 판단된다. 마지막으로, 모델별 파괴확률은 M₁의 파괴확률이 가장 낮으며, M₂의 파괴확률이 가장 크게 발생하고 있으나 파괴확률 값이 거의 0에 가까운 값이므로 그 차이를 논하는 것은 의미가 없다고 판단된다.
3으로 증가함에 따라 파괴확률이 근소한 차이로만 증가하고 있어 저항 확률변수들의 파괴확률에 대한 영향은 매우 미비하다고 판단된다. 마지막으로, 모델별 파괴확률은 M₁의 파괴확률이 가장 낮으며, M₂의 파괴확률이 가장 크게 발생하고 있으나 파괴확률 값이 거의 0에 가까운 값이므로 그 차이를 논하는 것은 의미가 없다고 판단된다. 전반적인 파괴확률의 수준을 고려할 때, 모든 구조물이 압축 파괴에 대해서는 매우 안전한 수준이라 할 수 있다.
)에서 파괴확률이 무시할 수 없는 수준으로 발생함을 확인하였다. 이 결과로부터 가설 구조물에는 반드시 가새재를 설치해야 할 것으로 판단된다 FORM과 MCS의 해석 결과는 확률변수의 변동성 크기 및 모델에 따라 약간의 오차를 보였으나 오차의 수준은 허용 가능한 수준이라고 판단된다. 따라서 FORM 또는 MCS를 통하여 3차원 가설 동바리 구조물의 신뢰성 해석을 수행하고 이로부터 파괴확률을 정량적으로 평가할 수 있으며, 그 결과 가설 구조물의 수직재와 수평재가 조합응력에 대하여 가장 높은 파괴확률을 보이는 것으로 파악되었다.
787)로 산정되었다. 이들의 상대오차를 살펴보면, 신뢰도 지수는 약 12.55%로 오히려 상대오차가 감소한 반면 파괴확률은 약 506.83%로 매우 큰 폭의 상대오차를 보이고 있다. 이처럼 파괴확률이 낮은 경우 이러한 차이는 기존 연구들에서도 관측되는 결과이며, FORM과 MCS의 오차에 대한 명확한 기준은 없지만, 일반적인 신뢰성 해석 결과에서 파괴확률 수준이 작아질수록 이를 예측하는 문제의 난이도가 기하급수적으로 증가하는 것을 고려할 때 Table 4의 FORM과 MCS 해석 결과는 허용 가능한 수준 이내라고 할 수 있다.
이상의 결과로부터 가설 구조물의 구조적 안전성 평가는 설계 하중뿐만 아니라 부재 물성치 및 단면 특성치 등의 변동성을 고려할 필요가 있으며, 이러한 불확실한 변동성을 확률 변수로 고려하여 구조물의 안전성을 평가하는 방법으로 구조 신뢰성 해석 기법(structural reliability analysis approach)을 고려할 수 있다. 구조 신뢰성 해석에서는 구조물의 안전성을 파괴확률(failure probability) 또는 신뢰도 지수(reliability index)로 나타낸다.
한편, M2와 M3에 대해서 covP=0.1, covR=0.3인 경우 MCS가 수렴하지 못하고 최대 연산 횟수를 초과하여 종료하였으며, 그 외 결과들은 수렴 조건인 cov<0.03을 모두 만족하며 신뢰성 해석 결과 산정에 오류가 없음을 알 수 있었다.

후속연구

다음으로 회전 강성의 고려 유무는 안전성을 근소한 차이로 개선시키고 있음을 확인할 수 있으며, 설계 단계에서 실제 존재하는 회전 강성을 고려하지 않고 힌지로 모델링하는 것은 보수적인 설계(conservative design)를 유도할 수 있으므로 합리적인 가정이라고 판단된다. 다만 이 결과는 어디까지나 이 연구에서 다룬 구조물에 국한됨을 밝히며 가새재 및 지점의 회전 강성을 고려하지 않았기에 한계를 가진다. 추후 후속 연구를 통하여 이러한 가새재와 지점부의 회전 강성에 대한 영향성 분석이 수반되어야 할 것으로 판단된다.
다만 이 결과는 어디까지나 이 연구에서 다룬 구조물에 국한됨을 밝히며 가새재 및 지점의 회전 강성을 고려하지 않았기에 한계를 가진다. 추후 후속 연구를 통하여 이러한 가새재와 지점부의 회전 강성에 대한 영향성 분석이 수반되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신뢰성 해석 방법으로 사용한 것과 고려한것은?	이 연구에서는 3차원 가설 동바리 구조물의 파괴확률을 예측하기 위한 신뢰성 해석을 수행하였다. 신뢰성 해석 방법으로는 FORM과 MCS를 적용하였으며,파괴 모드로는 수직 부재의 압축력에 의한 파괴 및 조합응력에 의한 파괴, 그리고 수평 부재의 조합응력에 의한 파괴를 고려하였다. 확률변수로는 부재의 재료물성치, 단면 특성치, 허용응력 및 외부 하중을 고려하였으며, 이들의 불확실성을 변동계수 0.
	본 연구에서는 무엇을 통하여 재사용 부재의 손상이 시스템 동바리의 구조적 안전성에 큰 영향을 미칠 수 있음을 확인하였는가?	즉, 재사용 부재들에서는 녹슬음, 찌그러짐이 관측되었으며, 이는 부재의 물성치 및 단면 특성치를 감소시키게 된다. 따라서 부재 변형을 고려한 재사용 시스템 동바리의 구조적 안전성을 분석하였으며, 그 결과 단면의 찌그러짐에 의한 외경 감소율 수준에 따라 허용 응력을 초과할 수 있음을 검증하였다. 이를 통하여 재사용 부재의 손상이 시스템 동바리의 구조적 안전성에 큰 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다2).
	가설 구조물(temporary structures)의 단점은?	가설 구조물(temporary structures)은 본 구조물을 시공하는 기간 동안만 설치되므로 존치 기간이 짧으며,본 구조물에 비해 구조적 안전성에 대한 고려가 상대적으로 소홀하게 이루어지는 면이 있다. 전술한 바와같이 현장에서는 가설 구조물의 시공 환경이 설계 도면과 달라지는 경우가 많으며 본 구조물의 설계 변경등에 의해서도 가설 구조물에 작용하는 실제 하중 등은 큰 폭으로 달라질 수 있다.

참고문헌 (15)

Construction Safety Management Information System, https://www.cosmis.or.kr, Accident Case DB Search.
S. J. Kim, "Structural Safety Analyses for Reused System Supporting Considering Deformation of Vertical Components", Master Thesis, Chungbuk National University, 2013.
G. Y. Kim, J. H. Won and S. H. Kim, "Structural Behavior Analysis of System Supports according to Boundary Condition of Joints between Vertical and Horizontal Members", J. Korean Soc. Saf., Vol. 32, No. 3, pp. 60-65, 2017.
MOLIT, Korean Design Standard, KDS 21 50 00 : 2018, http://www.kcsc.re.kr.
Y. Seong, "A Failure Probability of Temporary Structure", Master Thesis, Myongii University, 2016.
N. Metropolis and S. Ulam, "The Monte Carlo Method", Journal of the American Statistical Association, Vol. 44, No. 247, pp. 335-341, 1949.

상세보기
S.-M. Kim, "Three-Dimensional Reliability Analysis of Temporary Shoring Structures", Master Thesis, Hankyong National University, 2018.
A. Der Kiureghian "First- and Second-order Reliability Methods", Engineering Design Reliability Handbook, Edited by E. Nikolaidis, D.M. Ghiocel&S.Singhal, CRC Press, Boca Raton, FL, Chapter 14, 2005.
MOLIT, Korean Design Standard, KDS 14 30 10 : 2016, http://www.kcsc.re.kr.
Midas IT, Midas Civil, Analysis & Design, 2018.
Midas User Support System, MQCS, Analysis Algorithm, http://kor.midasuser.com/civil/.
MOLIT, Korean Design Standard, KDS 14 30 05 : 2016, http://www.kcsc.re.kr.
Y. S. Yang, Y. S. Suh and J. O. Lee, "Structural Reliability Engineering", Seoul National University Press, 2006.
AASHTO, AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 8th Ed., 2017.
Korean Institute of Bridge and Structural Engineers, and Korea Bridge Design and Engineering Research Center, Commentary on Design Specifications for Highway Bridges - Limit State Design Method, 2015.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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