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쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 내진설계를 위한 신뢰성해석
Reliability analysis for design of shield tunnel segment lining under earthquake load 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.22 no.3, 2020년, pp.249 - 259  

박영빈 (우성디앤씨) ,  김도 (우성디앤씨) ,  변요셉 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) ,  이규필 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부)

초록
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지중 구조물의 한계상태설계를 위한 설계 기준이 해외에서는 이미 발표된 바 있고 국내에서도 설계법 개정을 위한 연구가 수행되고 있다. 지진 시 파괴확률을 추정하기 위해서는 신뢰성 분석에서 확률변수를 고려해야 한다. 본 연구에서는 국내 지반 확률 특성치를 고려한 토압에 대한 변동계수와 지진하중 효과에 대한 변동계수를 적용하여 기존 쉴드 터널 설계 단면에 대한 지진 시 파괴확률을 계산하였다. 산정된 파괴확률로부터 신뢰도지수(β)를 산정하고 하중 계수의 변화에 따른 신뢰도지수를 분석한 결과와 국내외 연구결과를 토대로 쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 지진 시 목표 신뢰도지수(βT)는 2.3이 합리적인 것으로 분석되어, 지진 시 한계상태설계를 위한 목표 신뢰도 지수로 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Design criteria for limit state design of underground structures have already been published overseas, and research has been conducted to revise the design method in Korea. In order to estimate the probability of failure under seismic load, the probability variable should be considered in the reliab...

주제어

#쉴드 터널   #세그먼트 라이닝   #지진하중   #파괴확률   #목표 신뢰도지수  

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 지진 시 쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 신뢰성해석 및 신뢰도지수 산정을 위해 중첩의 원리가 적용되지 않는 지중 구조물의 해석적 특성상, 개별하중별 해석에 대한 하중조합이 아닌 모든 하중을 동시에 적용한 비선형 경계조건의 2D 프레임 모델에 대한 상시 및 지진 시 구조해석을 수행하였으며, 신뢰성 분석을 위한 저항(R) 및 하중(L)의 확률변수를 얻기 위해 기존 연구자료와 사전 연구된 데이터를 적용하였다. 또한 MCS (MonteCarlo Simulation) 기법을 적용하여 한계상태함수의 파괴확률을 산정하고, Nowak and Collins (2013)에 설명된 함수를 이용하여 파괴확률을 신뢰도지수로 변환하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
설계변수의 확률특성을 분석하고 목표 신뢰도지수를 확립을 위해 어떤 기법을 사용하였는가? 본 연구에서는 지진 시 쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 신뢰성해석 및 신뢰도지수 산정을 위해 중첩의 원리가 적용되지 않는 지중 구조물의 해석적 특성상, 개별하중별 해석에 대한 하중조합이 아닌 모든 하중을 동시에 적용한 비선형 경계조건의 2D 프레임 모델에 대한 상시 및 지진 시 구조해석을 수행하였으며, 신뢰성 분석을 위한 저항(R) 및 하중(L)의 확률변수를 얻기 위해 기존 연구자료와 사전 연구된 데이터를 적용하였다. 또한 MCS (MonteCarlo Simulation) 기법을 적용하여 한계상태함수의 파괴확률을 산정하고, Nowak and Collins (2013)에 설명된 함수를 이용하여 파괴확률을 신뢰도지수로 변환하였다. 하중 계수 변화에 따른 신뢰도지수 분석을 통한 검토 결과와 해외 목표 신뢰도지수에 대한 연구자료의 비교 분석을 통해 쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 지진 시 목표 신뢰 도지수를 제안하였다.
파괴확률을 계산시 적용해야 하는 것은? 지진 시 파괴확률을 추정하기 위해서는 신뢰성 분석에서 확률변수를 고려해야 한다. 본 연구에서는 국내 지반 확률 특성치를 고려한 토압에 대한 변동계수와 지진하중 효과에 대한 변동계수를 적용하여 기존 쉴드 터널 설계 단면에 대한 지진 시 파괴확률을 계산하였다. 산정된 파괴확률로부터 신뢰도지수(β)를 산정하고 하중 계수의 변화에 따른 신뢰도지수를 분석한 결과와 국내외 연구결과를 토대로 쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 지진 시 목표 신뢰도지수(βT)는 2.
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참고문헌 (7)

  1. AASHTO (2017), AASHTO LRFD - Road tunnel design and construction guide specifications, AASHTO, Washington D.C., USA. 

  2. British Standards Institution (2015), PAS 8810 - Design of concrete segmental tunnel linings - Code of practice, PSI, London, U.K. 

  3. Byun, Y.S., Kim, D., Lee, S.W. (2019), "Determination of the coefficient of variation of parameters for the reliability design of shield tunnel segment lining", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 21, No. 6, pp. 875-885. 

  4. Han, M.S., Cho, K.H. (2016), "Reliability analysis of surface settlement during shield TBM tunneling", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 18, No. 3, pp. 305-318. 

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  5. Lee, S.W., Byun, Y.S., Lee, G.P., Park, Y. (2018), "Probabilistic characteristics of design parameters for limit state design of underground structure", Proceedings of the KTA 2018 Annual Spring Conference, Seoul, pp. 105-106. 

  6. Nowak, A.S., Collins, K.R. (2013), Reliability of Structures, CRC Press, New York, pp. 290. 

  7. Penzien, J., Wu, C.L. (1998), "Stresses in linings of bored tunnels", Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 27, No. 3, pp. 283-300. 

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