강재 재료 불확실성을 고려한 I형 곡선 거더 교량의 경주 지진 기반 지진 취약도 분석 Seismic Fragility Analysis based on Material Uncertainties of I-Shape Curved Steel Girder Bridge under Gyeongju Earthquake원문보기
연구목적: 곡선 교량은 기하하적 특성으로 직선교량에 비해 복잡한 거동을 보이기 때문에 지진 안전성 평가가 반드시 이루어져야 한다. 본 연구에서는 곡선 거더를 갖는 교량의 강재 재료 특성의 불확실성을 고려한 지진 취약도 평가를 수행하였다. 연구방법: I형 곡선 거더를 갖는 교량의 유한요소 모델을 구축하였으며 선행연구에서 제시된 강재 특성의 통계적 매개변수를 이용하였다. 라틴 하이퍼큐브 기법을 이용하여 100개의 강재 재료 모델을 샘플링하였다. 경주지진의 지반가속도를 0.2g, 0.5g, 0.8g, 1.2g, 1.5g로 scale을 변화시켜 지진 취약도 평가를 수행하였다. 연구결과: 곡선거더의 지진 취약도 평가결과 한계상태가 190MPa일 때 0.03g 파괴가 시작되었으며 한계상태가 315MPa일 때 0.11g를 초과하면서 파괴가 시작되는 것으로 나타났다. 결론: 본 연구에서는 재료 불확실성을 고려한 지진 취약도 평가를 수행하였으며 추후 연구에서는 지진파의 불확실성과 재료의 불확실성을 동시에 고려한 지진 취약도 분석이 필요할 것으로 판단된다.
연구목적: 곡선 교량은 기하하적 특성으로 직선교량에 비해 복잡한 거동을 보이기 때문에 지진 안전성 평가가 반드시 이루어져야 한다. 본 연구에서는 곡선 거더를 갖는 교량의 강재 재료 특성의 불확실성을 고려한 지진 취약도 평가를 수행하였다. 연구방법: I형 곡선 거더를 갖는 교량의 유한요소 모델을 구축하였으며 선행연구에서 제시된 강재 특성의 통계적 매개변수를 이용하였다. 라틴 하이퍼큐브 기법을 이용하여 100개의 강재 재료 모델을 샘플링하였다. 경주지진의 지반가속도를 0.2g, 0.5g, 0.8g, 1.2g, 1.5g로 scale을 변화시켜 지진 취약도 평가를 수행하였다. 연구결과: 곡선거더의 지진 취약도 평가결과 한계상태가 190MPa일 때 0.03g 파괴가 시작되었으며 한계상태가 315MPa일 때 0.11g를 초과하면서 파괴가 시작되는 것으로 나타났다. 결론: 본 연구에서는 재료 불확실성을 고려한 지진 취약도 평가를 수행하였으며 추후 연구에서는 지진파의 불확실성과 재료의 불확실성을 동시에 고려한 지진 취약도 분석이 필요할 것으로 판단된다.
Purpose: Seismic safety evaluation of a curved bridge must be performed since the curved bridges exhibit the complex behavior rather than the straight bridges, due to geometrical characteristics. In order to conduct the probabilistic seismic assessment of the curved bridge, Seismic fragility evaluat...
Purpose: Seismic safety evaluation of a curved bridge must be performed since the curved bridges exhibit the complex behavior rather than the straight bridges, due to geometrical characteristics. In order to conduct the probabilistic seismic assessment of the curved bridge, Seismic fragility evaluation was performed using the uncertainty of the steel material properties of a curved bridge girde, in this study. Method: The finite element (FE) model using ABAQUS platform of the curved bridge girder was constructed, and the statistical parameters of steel materials presented in previous studies were used. 100 steel material models were sampled using the Latin Hypercube Sampling method. As an input ground motion in this study, seismic fragility evaluation was performed by the normalized scale of the Gyeongju earthquake to 0.2g, 0.5g, 0.8g, 1.2g, and 1.5g. Result: As a result of the seismic fragility evaluation of the curved girder, it was found that there was no failure up to 0.03g corresponding to the limit state of allowable stress design, but the failure was started from 0.11g associated with using limit state design. Conclusion: In this study, seismic fragility evaluation was performed considering steel materials uncertainties. Further it must be considered the seismic fragility of the curved bridge using both the uncertainties of input motions and material properties.
Purpose: Seismic safety evaluation of a curved bridge must be performed since the curved bridges exhibit the complex behavior rather than the straight bridges, due to geometrical characteristics. In order to conduct the probabilistic seismic assessment of the curved bridge, Seismic fragility evaluation was performed using the uncertainty of the steel material properties of a curved bridge girde, in this study. Method: The finite element (FE) model using ABAQUS platform of the curved bridge girder was constructed, and the statistical parameters of steel materials presented in previous studies were used. 100 steel material models were sampled using the Latin Hypercube Sampling method. As an input ground motion in this study, seismic fragility evaluation was performed by the normalized scale of the Gyeongju earthquake to 0.2g, 0.5g, 0.8g, 1.2g, and 1.5g. Result: As a result of the seismic fragility evaluation of the curved girder, it was found that there was no failure up to 0.03g corresponding to the limit state of allowable stress design, but the failure was started from 0.11g associated with using limit state design. Conclusion: In this study, seismic fragility evaluation was performed considering steel materials uncertainties. Further it must be considered the seismic fragility of the curved bridge using both the uncertainties of input motions and material properties.
본 연구는 I형 곡선 거더를 갖는 단경간 교량의 강재의 재료 불확실성을 고려한 지진 취약도 분석을 수행하였다. 재료 불확실성의 통계적 매개변수는 선행연구를 참고하였으며 LHS 기법을 이용하여 재료 불확실성을 샘플링하였다.
가설 설정
본 연구에서는 강재의 재료 불확실성에 따른 I형 곡선 거더 교량의 지진 취약도 분석을 위해 거더의 재료를 SM490C로 가정하였다.
제안 방법
불확실성을 내포하고 있는 외부 자극 X가 특정 값 x일 때 구조물의 응답 D가 정해진 한계상태 d를 초과할 조건부 확률로써 일반적으로 대수정규누적분포 함수로 표현될 수 있다. X는 지진파의 불확실성, 재료의 불확실성, 기하하적 불확실성 등을 내포할 수 있으며 본 연구에서는 강재 재료의 불확실성을 고려하여 경주지진 기반의 지진 취약도 평가를 수행하였다. 일반적인 취약도 함수는 식 (1)과 같이 표현될 수 있다.
재료 불확실성의 통계적 매개변수는 선행연구를 참고하였으며 LHS 기법을 이용하여 재료 불확실성을 샘플링하였다. 경주지진을 0.2g, 0.5g, 0.8g, 1.2g, 1.5g로 Scale을 변화시켜 시간이력해석을 수행하였으며 도로교설계기준에서 제시하고 있는 SM490 강재의 허용응력 및 항복응력을 기준으로 지진 취약도 분석을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
이 성과는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구입니다(No. 2021R1A2C1010278).
이론/모형
Monte-Carlo Simulation 기반의 변수 샘플링은 이론적으로 정해를 얻을 수 있나 매우 많은 수의 샘플링 횟수가 필요하다는 단점이 있어 비교적 작은 샘플링 횟수로도 전 범위에 걸쳐 고르게 분포할 수 있는 Latin Hypercube Sampling(LHS) 기법을 이용하여 Fig. 3과 같이 항복강도와 인장가도를 각각 100개씩 샘플링 하였다.
본 연구는 I형 곡선 거더를 갖는 단경간 교량의 강재의 재료 불확실성을 고려한 지진 취약도 분석을 수행하였다. 재료 불확실성의 통계적 매개변수는 선행연구를 참고하였으며 LHS 기법을 이용하여 재료 불확실성을 샘플링하였다. 경주지진을 0.
후속연구
4) 추후연구에서는 지진파의 불확실성과 재료의 불확실성을 동시에 고려한 지진 취약도 분석이 필요할 것으로 판단되며 다중 곡선 거더를 갖는 교량의 지진 취약도 분석이 필요할 것으로 판단된다.
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