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항만구조물 신뢰성 설계법 개발

Development of Reliability-based Design Method for Port & Harbor Structures

보고서 정보
주관연구기관 한국해양연구원
Korea Ocean Research & development Institute
보고서유형최종보고서
발행국가대한민국
언어 한국어
발행년월2011-09
과제시작연도 2010
주관부처 국토교통부
Ministry of Land, Infrastructure, and Transport
등록번호 TRKO201200000767
과제고유번호 1615001816
사업명 첨단항만건설기술개발
DB 구축일자 2013-04-18
키워드 항만구조물.방파제.안벽.신뢰성설계.파괴확률.신뢰도지수.부분안전계수.파력.지진력.coastal structures.breakwater.quay wall.reliability based design.failure probability.reliability index.partial safety factor.wave force.seismic force.
DOI https://doi.org/10.23000/TRKO201200000767

초록

○ 신뢰성 설계 표준서 구축방안 수립 및 설계변수의 확률적 특성 분석
○ 경사식 및 직립식 방파제 신뢰성 설계 표준서 개발
○ 잔교식 및 중력식 안벽 신뢰성 설계 표준서 개발
○ 방파제 및 안벽 목표파괴확률의 산정과 시공 및 유지관리 신뢰성 설계를 위한 설계 자료 축적
○ 국내 방파제 및 안벽 신뢰성 설계 사례집 작성
○ 설계확률변수: 파고, 지진, 조위 등의 설계변수를 확률변수 특성 규명
○ 신뢰성설계법: Level I, II, III 신뢰성해석기법 및 한계상태함수 제시
○ 방파제 및 안벽 제

Abstract

○ Establishment of Development plans on reliability-based design manual and analysis on statistical characteristics on design variables
○ Development of reliability-based design manual for rubble mound breakwaters
○ Development of reliability-based design manual for vertical breakwaters
○ D

목차 Contents

  • 표지 ... 1
  • 제출문 ... 3
  • 보고서 요약서 ... 4
  • 요약문 ... 5
  • SUMMARY ... 11
  • 목차 ... 26
  • 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 46
  • 제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 46
  • 1. 연구개발의 목적 ... 46
  • 2. 연구개발의 필요성 ... 46
  • 제 2 절 연구범위 ... 47
  • 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 48
  • 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 48
  • 1. 방파제 ... 48
  • 2. 안벽 ... 49
  • 제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 49
  • 1. 방파제 ... 49
  • 2. 안벽 ... 52
  • 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 53
  • 제 1 절 용어의 정리 ... 53
  • 1. 방파제 ... 53
  • 2. 안벽 ... 53
  • 3. 신뢰성 설계 ... 55
  • 제 2 절 방파제의 기능 및 성능 ... 59
  • 1. 방파제의 기능 및 형식 ... 59
  • 2. 방파제의 설계수명 ... 59
  • 3. 방파제의 요구 성능 ... 63
  • 가. 사용성 기준 요구 성능 ... 63
  • 나. 안정성 기준 요구 성능 ... 64
  • 제 3 절 방파제의 구성 요소 및 파괴 모드 ... 66
  • 1. 경사제의 구성 요소 ... 66
  • 가. 피복층 ... 66
  • 나. 필터층 ... 67
  • 다. 상치 구조물 ... 67
  • 라. 저면 소단 ... 67
  • 2. 경사제의 파괴 모드 ... 67
  • 가. 피복재의 침식 및 파손 ... 68
  • 나. 저면 소단의 침식 ... 68
  • 다. 해저면 세굴 ... 68
  • 라. 처오름 및 월파 ... 68
  • 마. 상치 구조물의 활동, 전도 및 파손 ... 68
  • 바. 후사면 침식 ... 68
  • 3. 직립제의 구성 요소 ... 69
  • 가. 사석 마운드 ... 69
  • 나. 직립부 ... 69
  • 다. 마운드 피복층 및 근고블록 ... 70
  • 4. 직립제의 파괴 모드 ... 70
  • 가. 직립부의 활동 ... 70
  • 나. 마운드 전면 피복층의 파괴 ... 70
  • 다. 케이슨 전면 콘크리트 벽의 파열 ... 71
  • 라. 마운드 및 지반의 활동 파괴 ... 71
  • 제 4 절 확률분포 ... 72
  • 1. 확률분포 이론 ... 72
  • 가. 확률변수 ... 72
  • 나. 이산 확률분포 ... 72
  • 다. 이산 확률변수에 대한 분포함수 ... 73
  • 라. 연속 확률분포 ... 73
  • 마. 연속 확률변수에 대한 분포함수 ... 74
  • 바. 결합 확률분포 ... 75
  • 사. 조건부 확률분포 ... 80
  • 2. 확률분포형 ... 82
  • 가. 정규분포 ... 82
  • 나. Weibull 분포 ... 82
  • 다. Gumbel 분포 ... 83
  • 라. Log-Pcarson Typc III 분포 ... 83
  • 마. Lognormal 분포 ... 83
  • 바. Raylcigh 분포 ... 84
  • 3. 확률분포 추정 ... 84
  • 4. 확률분포 검정 ... 85
  • 가. X² 검정 ... 85
  • 나. Kolmogorov-Smirnov 검정 ... 86
  • 5. 극치 분포 ... 86
  • 가. 극치 자료의 선정 ... 88
  • 나. 극치분포의 종류 ... 88
  • 다. 모수 추정방법 ... 89
  • 라. 극치분포의 적합도 검정 ... 89
  • 마. 재현기간별 설계 값 ... 90
  • 제 5 절 한계상태함수 ... 92
  • 1. 한계상태함수 ... 92
  • 가. 정의 ... 92
  • 나. 확률변수와 불확실성 ... 93
  • 다. 신뢰지수와 파괴확률 ... 94
  • 2. 경사제의 파괴모드별 한계상태함수 ... 99
  • 가. 개요 ... 99
  • 나. 피복재의 침식 및 파손 ... 100
  • 다. 저면소단(toe berm)의 침식 ... 103
  • 라. 해저면 세굴 ... 103
  • 마. 처오름 및 월파 ... 104
  • 3. 케이슨식 방파제의 파괴모드별 한계상태함수 ... 106
  • 가. 개요 ... 106
  • 나. 활동 ... 109
  • 다. 전도 ... 113
  • 라. 월파량 ... 115
  • 마. 지반지지력 ... 116
  • 바. 원호활동 ... 116
  • 사. 지반의 침하 ... 117
  • 제 6 절 설계 변수의 통계적 특성 ... 118
  • 1. 설계변수의 불확실성 ... 118
  • 2. 유의파고 ... 118
  • 3. 유의파 주기 ... 122
  • 4. 파형경사 ... 123
  • 5. 주파향 ... 124
  • 6. 방향분산계수 ... 128
  • 7. 폭풍 지속시간 ... 130
  • 8. 경험계수 ... 130
  • 9. 피복재의 크기 및 비중 ... 131
  • 10. 제체 사면의 경사각과 침투계수 ... 132
  • 11. 수평파력 및 양력 ... 132
  • 12. 조위 ... 134
  • 13. 마찰계수 ... 134
  • 14. 케이슨 중량 ... 135
  • 15. 지반정수의 설계 변수 ... 136
  • 가. 지반정수의 불확실성 ... 136
  • 나. 지반정수의 변동성 ... 140
  • 다. 지반정수의 확률분포 ... 150
  • 라. 지반정수의 특성치 ... 151
  • 16. 지반조사 ... 158
  • 가. 지반정수의 중심추정 ... 158
  • 나. 지반정수 ... 160
  • 17. 해양토질의 특성치 ... 166
  • 가. 물리적 특성 ... 166
  • 나. 강도특성 ... 166
  • 다. 압밀특성 ... 167
  • 라. 설계치의 결정 ... 167
  • 마. 특성치와 산술평균치에 의한 결과 비교 ... 169
  • 바. 설계적용 대표치, 특성치와 산술평균치에 의한 설계결과 ... 172
  • 제 7 절 신뢰성 설계법 ... 175
  • 1. Level II 설계법 ... 175
  • 가. 정의 ... 175
  • 나. 설계절차 ... 175
  • 다. 설계기준식 ... 175
  • 라. 부분안전계수 산정법 ... 178
  • 마. 경사식 방파제의 신뢰성 설계 사례 ... 183
  • 바. 케이슨 방파제의 신뢰성 설계 사례 ... 212
  • 2. Level II 설계법 ... 225
  • 가. 정의 ... 225
  • 나. 설계절차 ... 225
  • 다. 신뢰성 해석 모형 ... 225
  • 라. 경사식 방파제의 신뢰성 설계 사례 ... 231
  • 마. 케이슨 방파제의 신뢰성 설계 사례 ... 244
  • 3. Level III 설계법 ... 247
  • 가. 정의 ... 247
  • 나. 설계절차 ... 247
  • 다. 경사식 방파제의 신뢰성 설계 사례 ... 249
  • 라. 케이슨식 방파제의 신뢰성 설계 사례 ... 262
  • 4. 성능설계법 ... 265
  • 가. 정의 ... 265
  • 나. 설계절차 ... 265
  • 다. 한계상태함수 ... 265
  • 라. 기대피해 계산 방법 ... 266
  • 마. 기대활동량 계산 방법 ... 273
  • 바. 경사식 방파제의 신뢰성 설계사례 ... 281
  • 사. 케이슨 방파제의 신뢰성 설계사례 ... 293
  • 제 8 절 목표파괴 확률 ... 317
  • 1. 경사제의 피복재 ... 317
  • 가. 기존 구조물의 신뢰성 해석 ... 317
  • 나. 비용최적설계 ... 322
  • 다. 목표파괴확률의 결정 ... 333
  • 2. 직립제 케이슨의 활동 ... 334
  • 가. 신뢰지수 모형 ... 334
  • 나. Chebyshev 부등식 모형 ... 336
  • 다. 직립 방파제의 활동에 대한 적용 ... 338
  • 제 9 절 부분안전계수 산정 ... 349
  • 1. 경사제의 피복재 ... 349
  • 가. 부분안전계수 산정 과정 ... 349
  • 나. 부분안전계수 산정 ... 350
  • 다. 부분안전계수 검증 (8단계) ... 361
  • 2. 직립제 케이슨의 활동 ... 365
  • 가. 활동파괴에 대한 신뢰성 해석 ... 365
  • 나. 부분안전계수 산정 및 검증 ... 374
  • 다. 부분안전계수를 이용한 신뢰성 설계 ... 376
  • 제 10 절 안벽의 설계법 ... 383
  • 1. 개요 ... 383
  • 2. 중력식 안벽의 설계이론 ... 384
  • 가. 개요 ... 384
  • 나. 중력식 안벽의 파괴모드 ... 385
  • 다. 하중과 하중조합 ... 396
  • 3. 잔교식 안벽의 설계이론 ... 397
  • 가. 개요 ... 397
  • 나. 배치와 제원 ... 397
  • 다. 가상지표면 ... 398
  • 라. 말뚝의 설계 ... 399
  • 마. 설계외력과 하중조합 ... 401
  • 제 11 절 설계변수의 확률분포 ... 403
  • 1. 통계학적 확률분포 ... 403
  • 가. 확률변수 ... 403
  • 나. 확률밀도함수 및 누적분포함수 ... 405
  • 다. 결합확률분포 ... 408
  • 라. 확률분포추정 ... 409
  • 마. 확률분포의 검증 ... 411
  • 2. 설계변수의 확률분포 ... 413
  • 가. 중력식 안벽 ... 413
  • 나. 잔교식 안벽 ... 425
  • 3. 지반정수의 설계변수 ... 426
  • 가. 지반정수의 불확실성 ... 426
  • 나. 지반정수의 변동성 ... 430
  • 다. 지반정수의 확률분포 ... 440
  • 라. 지반정수의 특성치 ... 441
  • 4. 지반조사 ... 448
  • 가. 지반조사 수량 ... 448
  • 나. 지반정수 ... 449
  • 5. 해양토질의 특성치 ... 454
  • 가. 물리적 특성 ... 455
  • 나. 강도특성 ... 455
  • 다. 압밀 특성 ... 455
  • 라. 설계치의 결정 ... 455
  • 마. 특성치와 산술평균치에의한 결과 비교 ... 458
  • 바. 설계적용 대표치, 특성치와 산술평균치에의한 설계결과 ... 460
  • 제 12 절 신뢰성 설계법 ... 463
  • 1. Level I 방법 ... 463
  • 가. 정의 ... 463
  • 나. 설계 절차 ... 463
  • 다. 부분안전계수 ... 465
  • 2. Level II 방법 ... 468
  • 가. 정의 ... 468
  • 나. 평균일계이차모멘트법(MVFOSM) ... 468
  • 다. 일계신뢰도법(FORM) ... 469
  • 라. 응답면기법 ... 475
  • 3. Level III 방법 ... 476
  • 가. 정의 ... 476
  • 나. 해석방법 ... 476
  • 다. 설계절차 ... 478
  • 제 13 절 중력식 안벽의 신뢰성설계 ... 479
  • 1. Level I 방법 ... 479
  • 가. 설계안정성 평가식 ... 479
  • 나. 신뢰성 설계사례 ... 488
  • 2. Level II 방법 ... 497
  • 가. 활동 ... 497
  • 나. 전도 ... 500
  • 다. 지지력 ... 501
  • 라. 마운드 직선 활동 ... 503
  • 마. 원호활동 ... 505
  • 바. 지반의 침하 ... 506
  • 3. Level III 방법 ... 506
  • 가. 활동 ... 507
  • 나. 전도 ... 507
  • 다. 지지력 ... 508
  • 라. 마운드 직선활동 ... 510
  • 마. 원호활동 ... 511
  • 바. 지반의 침하 ... 512
  • 제 14 절 잔교식 안벽의 신뢰성설계 ... 513
  • 1. Level I 방법 ... 513
  • 가. 설계안정성 평가식 ... 513
  • 나. 신뢰성 설계사례 ... 514
  • 2. Level II 방법 ... 518
  • 가. 한계상태 함수 ... 518
  • 나. 설계결과 ... 518
  • 3. Level III 방법 ... 519
  • 가. 설계사례 ... 519
  • 제 15 절 목표신뢰도수준 ... 520
  • 1. 개요 ... 520
  • 2. 목표신뢰도 수준 결정시 고려사항 ... 520
  • 가. 현행설계법의 신뢰도 수준 ... 520
  • 나. 시공 및 유지 관리의 경제성 ... 521
  • 다. 목표수명 ... 521
  • 라. 구조물의 중요도 ... 521
  • 마. 위험대비 수준의 사회적 합의 ... 522
  • 바. 국내외 유사 사례 ... 522
  • 3. 목표신뢰도 수준 결정방법 ... 522
  • 가. 생애주기총비용 최소화기법에의한 방법 ... 523
  • 나. 기존구조물의 신뢰도수준 평가에의한 방법 ... 527
  • 4. 일반적 목표신뢰도 수준 ... 528
  • 5. 목표신뢰도 수준의 결정 ... 529
  • 가. 생애주기총비용 최소화기법에의한 방법 ... 529
  • 나. 기존구조물의 신뢰도수준 평가에의한 방법 ... 543
  • 다. 목표 신뢰도수준의 결정 ... 547
  • 제 16 절 성능설계법 ... 549
  • 1. 성능설계와 신뢰성 설계 ... 549
  • 가. 성능설계 ... 549
  • 나. 신뢰성 설계 ... 550
  • 다. 목표안전수준의 설정 ... 550
  • 2. 구조물별 성능규정 ... 551
  • 가. 케이슨 기초 ... 551
  • 나. 안벽 ... 552
  • 다. 잔교 ... 552
  • 3. 성능설계의 단계 ... 553
  • 가. 요구성능과 성능규정 ... 555
  • 나. 성능조사의 기본 ... 560
  • 4. 성능설계 관련용어 ... 563
  • 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 568
  • 제 1 절 목표달성도 ... 568
  • 제 2 절 관련분야에의 기여도 ... 571
  • 1. 학문적 기여도 ... 571
  • 2. 산업·경제적 기여도 ... 571
  • 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획 ... 572
  • 제 1 절 재해대비 항만보강 ... 572
  • 제 2 절 노후항만 성능평가 ... 572
  • 제 3 절 항만구조물 신뢰성 설계기준 제정 및 설계프로그램 보급 ... 572
  • 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 573
  • 제 1 절 방파제 ... 573
  • 제 2 절 안벽 ... 580
  • 제 7 장 참고문헌 ... 581
  • 끝페이지 ... 593

연구자의 다른 보고서 :

참고문헌 (25)

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