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신뢰성공학에 근거한 하중-강도계수 설계법과 부분안전계수의 개념 및 적용
The Concepts and the Applications of Load and Resistance Factor Design and Partial Safety Factor Based on the Reliability Engineering 원문보기

대한기계학회 2007년도 춘계학술대회A, 2007 May 30, 2007년, pp.309 - 314  

유연식 (한국원자력연구원) ,  김태완 (한국원자력연구원) ,  김종인 (한국원자력연구원)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the LRFD and the PSF based on structural reliability assessment have been applied to NPP designs in behalf of the conventional deterministic design methods. In the risk-informed structural integrity, it is especially possible to optimize design procedures considering cost, manufacturing an...

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 구조신뢰성공학에 근거한 하중-강도(저항)계수 설계법을 이용한 부분안전계수의 개념 및 설계/유지에의 적용에 관하여 기술한다.
  • 본 연구에서는 내압에 의한 파열을 대상으로 부분안전계수의 적용을 검토해 보기로 한다. 부분안전계수는 대상의 파손사상에 관한 한계상태함수에 대하여 목표로 설정되는 허용파손확률이 만족되도록 결정된다.
  • 본 연구에서는 신뢰성공학이론에 근거한 하중-강도(저항)계수 설계법과 이를 이용한 부분안전계수의 개념 및 설계/유지에의 적용에 관하여 기술하였다. 지금까지의 결정론적 안전율의 경우, 평가에 이용되는 각 변수의 영향이나 설정의 근거가 명확하지 않음에 비하여 부분안전계수는 목표신뢰도를 만족하도록 구성된 한계상태함수에서 각 변수의 중요도까지 명확히 평가할 수 있다.
  • 즉, 이 경우에도 한계상태함수가 정해지며, 각 확률변수의 통계적인 특성이 설정되어 있는 것을 전제로, 허용안전성지표 ( βa ) 에 대한 G=0 상의 파괴점을 구하는 것으로 기술될 수 있다. 본 연구에서는 파괴점의 평가 방법으로 1차 가우스 근사법에 근거한 AFOSM 법(Advanced First-Order Second Moment Method)을 소개한다. AFOSM 의 경우, 각 확률변수가 독립적인 정규확률변수라는 가정하에, 한계상태함수를 파괴점(#) 중심의 테일러(Taylor) 전개를 이용하여 1 차항까지를 고려하면 다음과 같이 표시된다.
  • Table 1 로부터 강도변수인 인장응력 (σU) 에서의 부분안전계수가 가장 크게 평가되었음을 알 수 있다. 이와 같이 각 변수에서 평가된 부분안전계수가 설계에 어떤 형태로 적용될 수 있는지를 살펴본다. 식(12)의 내압에 관한 한계상태함수에 있어서, 허용파손확률 ( Pfa ) 혹은 허용안전성지표 ( βa ) 를 만족하는 파괴점이 각각 t*, #, # 및 # 로서 평가되었다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
리스크 정보를 활용한 건전성 평가는 결정론적 설계평가법과 무엇이 다른가? 최근까지 이용되고 있는 결정론적 설계평가법과는 달리, 리스크 정보를 활용한 건전성 평가에서는 설계자에 의해 선정된 목표신뢰도가 확보되므로, 가격, 제작 및 유지 등을 고려한 최적의 방법을 강구할 필요가 있다. 예를 들어, 내압을 받는 용기의 경우, 재료비를 삭감하기 위하여 다소 통계적 편차가 있는 강도의 재료를 사용하더라도 두께를 증가시키는 방법으로 신뢰도를 확보하는 설계를 채택하거나, 정선된 강도를 가진 재료를 사용함으로써 두께를 가능한 얇게 제작하는 설계도 가능하다.
하중-강도(저항)계수 설계법은 다른 말로 어떻게 불리고 있으며, 또 어떤 기법으로 정의될 수 있는가? 하중-강도(저항)계수 설계법(LRFD: Load and Resistance Factor Design)은, 구조신뢰성공학에 근거한 부분안전계수의 설정 기법으로서 해외의 토목업계 및 석유업계 등에서 적극적으로 검토되고 있다. 이 설계 기법은 한계상태 설계 기법으로도 불리고 있으며, 구조물의 시공 및 사용기간 중에, 구조물이 수행할 것으로 예상되는 기능을 유실하는 상태(한계상태)를 명확히 하여, 그 가능성이 충분히 적도록, 가능한 한 신뢰성 이론에 바탕을 둔 구조물의 설계 기법으로 정의 될 수 있다.
부분안전계수란 무엇인가? 예를 들어, 내압을 받는 용기의 경우, 재료비를 삭감하기 위하여 다소 통계적 편차가 있는 강도의 재료를 사용하더라도 두께를 증가시키는 방법으로 신뢰도를 확보하는 설계를 채택하거나, 정선된 강도를 가진 재료를 사용함으로써 두께를 가능한 얇게 제작하는 설계도 가능하다. 이처럼 설계에 있어서 융통성을 발휘할 수 있도록 하는 판단근거 중 주목 받는 것이 부분안전계수(PSF: Partial Safety Factor)이다. 부분안전계수에 의한 설계법은 미국에서는 주로 하중-강도(저항)계수 설계법(LRFD: Load and Resistance Factor Design), 유럽에서는 부분안전계수 설계법(PSFD: Partial Safety Factor Design)으로 불리며, 현재 ASME Sec.
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