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상수도관의 사용연수에 따른 관파괴확률 산정
Calculations of probability of pipe breakage according to service year 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.52 no.8, 2019년, pp.555 - 563  

권혁재 (청주대학교 토목공학과) ,  김형기 (청주대학교 토목공학과)

초록
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상수도관은 시간이 흐름에 따라 부식이 발생할 수 있으며 이로 인해 관두께가 작아져 기존의 성능을 발휘하기 힘들어진다. 이에 본 연구에서는 관두께 변화에 따른 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있는 수치모형을 개발하였으며 이를 실제 상수도관망에 적용하여 사용연수가 증가함에 따라 파괴확률이 어떻게 변화하는지 분석하였다. 파괴확률은 FORM(First Order Reliability Method)를 사용하여 산정되었고 압력의 통계적 특성을 분석하기 위해 여러 가지 다른 시나리오를 이용하여 부정류해석을 수행하였으며 신뢰함수로는 주장력공식을 개선한 KCIP(Korea Cast Iron Pipe)식을 사용하였다. 또한 부식으로 인한 두께변화를 산정하기 위하여 Nahal and Khelif식과 Romanoff의 식을 사용하였으며 이를 통하여 10년, 20년, 30년 후의 부식으로 인한 관두께를 추정하였고 이에 따른 파괴확률을 산정하여 비교분석하였다. 본 연구에서 적용된 상수도관망A의 경우 Nahal and Khelif의 식을 사용하였을 때 100 mm 직경의 강관이 사용연수가 10년, 20년, 30년으로 증가할 경우 파괴확률은 상수도압 $12kg/cm^2$ 일 때 각각 6.8%, 7.8%, 8.5%로 점진적으로 증가하는 것을 알 수 있었고, Romanoff의 식을 사용하였을 경우 6.4%, 7.5%, 8.9%로 증가하는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Reduced thickness of the water pipes due to corrosion makes it difficult to perform the original functions since corrosion in metallic water pipes can occur over time. In this study, reliability model that can estimate the probability of pipe breakage is developed regarding corrosion depth increment...

주제어

표/그림 (19)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 상수도관의 노후화 특성 및 그에 따른 파괴특성에 대한 연구가 필요하며 이를 바탕으로 잔존수명을 예측하고 상수도관망 개선에 적용 가능한 연구가 필요할 것이다. 본 연구에서는 부식으로 인해 상수도관의 두께가 작아져서 관의 파괴확률이 상승할 것이라고 판단하고 파괴확률의 상승폭을 정량적으로 파악할 수 있는 해석모형을 수립하였다. 먼저 사용연수경과에 따른 관두께의 변화를 예측하고 상수도관망 내 수충격발생 모의를 하여 그 결과를 신뢰성해석모형에 적용하였다.
  • 본 연구에서는 사용연수경과에 따른 부식으로 인한 상수도관망의 파괴확률의 변화추이를 예측해 보았다. 상수도관 망의 피해정도를 정량적으로 산정하기 위해서 신뢰성 해석모형을 구축하여 실제 상수도관망인 A, B 지역에 적용하였으며, 사용연수가 증가할수록 파괴확률이 증가한다는 것을 확인할 수 있었다.

가설 설정

  • (15)에 삽입하여 계산하고 β가 적정한 값에 수렴할 때 까지 반복계산이 수행되어야 한다. 본 연구에서는 신뢰함수를 이루는 다른 확률변수는 정규분포를 따른다고 가정하였다. 하지만 상수도관내 수압은 많은 불확실성(Uncertainty)을 갖고 있기 때문에 확률분포함수를 정확히 파악하고 통계학적 특성을 분석할 필요성이 있다.
  • 0063 m3/sec이다. 수충격 발생 시나리오는 유량이 가장 큰 15개의 상수도관에서 밸브의 빠른 폐쇄에 의해 수충격 현상이 발생했다고 가정하였다. 밸브 폐쇄시간 1.
  • 통계적 특성 및 분석결과를 이용하여 상수도관의 사용연수경과에 따른 파괴확률을 산정하였다. 여기서 사용된 설계 변수인 직경과 두께 그리고 허용응력은 모두 정규분포로 가정하였다. 상수도관의 직경은 모두 100 mm를 사용하였고 관두께 t는 4.
  • 시간경과에 따른 부식으로 인한 파괴 확률 산정을 위해 SORM (Second Order Reliability Method) 방법을 사용하여 해석하고 Monte Carlo integration 방법을 한계상태 함수로 적용되었다. 하지만 확률변수들은 모두 정규 또는 log normal 분포함수로 가정하여 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상수도관이 시간이 지남에 따라 일으킬 수 있는 문제는? 상수도관은 시간이 흐름에 따라 부식이 발생할 수 있으며 이로 인해 관두께가 작아져 기존의 성능을 발휘하기 힘들어진다. 이에 본 연구에서는 관두께 변화에 따른 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있는 수치모형을 개발하였으며 이를 실제 상수도관망에 적용하여 사용연수가 증가함에 따라 파괴확률이 어떻게 변화하는지 분석하였다.
정상상태 부식모델에서 SORM의 사용 이유는? 이 연구에서는 시간에 따른 일정한 부식 형태를 갖고 정상상태 부식모델을 적용하였다. 시간경과에 따른 부식으로 인한 파괴 확률 산정을 위해 SORM (Second Order Reliability Method) 방법을 사용하여 해석하고 Monte Carlo integration 방법을 한계상태 함수로 적용되었다. 하지만 확률변수들은 모두 정규 또는 log normal 분포함수로 가정하여 사용하였다.
상수도관의 상태를 정확하게 파악하고 관리할 수 있는 시스템 구축이 절실한 이유는? 우리나라는 최근까지 정수시설 개선이나 상수도 현대화사업을 통하여 최고시설의 상수도공급시스템을 구축하기 위해 노력하고 있지만 최근 발생한 적수문제와 여러 가지 형태의 많은 상수도민원을 볼 때 실제 상수도시스템의 선진화가 이루어지고 있는지 의심하지 않을 수가 없다. 현재 관의 노후화로 인한 누수로 물 생산량의 10%가 버려지고 있는 실정이다. 이는 약 6천억원에 해당하는 금액이며 서울에 비해 지방의 누수율이 월등히 높은 것으로 알려져 있다.
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