한계상태설계를 위한 단일 쇄석다짐말뚝의 목표신뢰도지수

유영권(Youngkwon You),임희대(Heuidae Lim),박준모(Joonmo Park) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.2

목표신뢰도지수는 한계상태설계법에서 안전여유의 지표가 되며, 부분계수를 결정하는데 있어 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 한계상태설계법에서 필요로 하는 목표신뢰도지수의 결정을 위하여 쇄석다짐말뚝이 적용된 6개소의 설계-시공사례를 조사하였다. 쇄석다짐말뚝의 주요 파괴모드인 팽창파괴에 대한 한계상태함수를 정의하고, 일계신뢰성해석법(FORM)을 이용하여 극한지지력, 이론식별, 신뢰도수준을 평가하였다. 현행 쇄석다짐말뚝의 신뢰도지수는 허용응력설계법에 의해 산정된 안전율과 비례하는 경향을 보였으며, 평균 신뢰도지수는 β=2.30으로 평가되었다. 신뢰성해석에 의해 평가된 신뢰도 수준과 기존 구조물 기초에 대한 목표신뢰도지수를 비교?분석한바, 쇄석다짐말뚝 기초는 말뚝기초 및 얕은기초에 비하여 비교적 낮은 안정성 수준이 요구되며, 쇄석다짐말뚝의 현재 신뢰도수준은 보강토옹벽, 쏘일네일링에서 제안된 목표신뢰도지수와 유사한 범위를 보이므로 쇄석다짐말뚝의 목표신뢰도지수를 βT = 2.33으로 제안하였다. Target reliability index in the limit state design indicated the safety margin and it is important to determine the partial factor. To determine the target reliability index which is needed in the limit state design, the six design and construction case histories of gravel compaction piles (GCP) were investigated. The limit state functions were defined by bulging failure for the major failure mode of GCP. The reliability analysis were performed using the first order reliability method (FORM) and the reliability index was calculated for each ultimate bearing capacity formulation. The reliability index of GCP tended to be penportional to the safety factor of allowable stress design and average value was β=2.30. Reliability level that was assessed by reliability analysis and target reliability index for existing structure foundations were compared and analyzed. As a result, The GCP was required a relatively low level of safety compared with deep and shallow foundations and the currd t reliability level were similar to the target reliability in the reinforced earth retaining-wall and soil-nailing. Therefore the target reliability index of GCP suggested as βT =2.33 by various literatures together with the computed reliability level in this study.

Active deep learning 기반 메타모델과 비선형 FEM을 결합한 신뢰성 해석 프레임워크

이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),김동수 ( Dongsu Kim ),서병훈 ( Byunghun Seo ),서예진 ( Yejin Seo ),김동우 ( Dongwoo Kim ),아함드파지이드 ( Ahmed Fawzy Eid ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

신뢰성은 현대 공학에 있어 합리적인 해석, 설계 및 유지보수를 위한 필수적인 요소로 강조되고 있다. 다양한 공학 문제에서 불확실성은 불가피하게 존재하며, 이에 관한 고려가 반드시 필요하기 때문이다. 특히 구조설계에서는 재료, 하중, 환경조건 등과 관련된 내재적 불확실성을 반영하여 시스템 응답을 보다 타당하게 해석해야 한다. 그러나 구조 신뢰성 해석은 실제 적용에 있어 한계상태 설정의 어려움과 비선형성 및 부재 간 연결부 특성으로 인해 시스템 복잡도가 증가하여 매우 비현실적인 연산량이 요구되는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 능동학습 기법을 활용한 딥러닝 기반 메타모델과 유한요소법 (finite element method; FEM) 기반 비선형 극한해석을 결합함으로써, 복잡 시스템의 신뢰성을 효과적으로 평가하기 위한 프레임워크를 제안하였다. 해당 방법론은 기존 신뢰성 해석 방법의 과도한 연산 부하 한계를 극복하면서도 그 정확성과 적용성을 확보하고자 하였다. 딥러닝 기반 메타모델은 해석 과정의 연산량을 획기적으로 감소시켜 신뢰성 해석이 실용적으로 수행되도록 하였으며, 비선형 극한해석을 통해서는 안전성과 직결된 한계상태방정식을 구성하였다. 개발된 방법론을 프레임 구조물 예제와 표준 규격 비닐하우스 구조물에 적용한 결과, 기존 방법론으로는 불가능하였던 신뢰성 해석을 효과적으로 수행하며 그 적용성과 실용성을 입증하였다. 또한 설계된 표준 규격 비닐하우스의 신뢰성 수준을 평가하였으며, 다양한 목표 신뢰성 지수에 따른 안전설계기준을 도출하였다. 본 연구에서 제안된 방법론은 실용적인 신뢰성 해석을 실현하여 구조설계의 합리적인 의사결정과 안전성을 강화하는데 기여할 것으로 판단된다. 또한 딥러닝과 FEM이라는 강력한 두 가지 도구를 결합하는 프레임워크는 큰 시너지 효과와 함께 다양한 공학 문제에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

도로교설계기준(한계상태설계법)의 콘크리트부재 설계를 위한 재료계수 결정법 및 신뢰도 분석

이해성,송상원,김지현 대한토목학회 2019 대한토목학회논문집 Vol.39 No.1

이 연구에서는 국내 도로교 한계상태설계법에서 콘크리트부재의 설계를 위하여 적용하고 있는 재료계수의 문제점을 제기하고, 잘 정립된 최적화 과정에 의한 재료계수를 제안하였다. 신뢰도분석을 통하여 현 설계기준의 하중계수와 제안 재료계수가 목표신뢰도지수 보다 높은 신뢰도수준을 확보하고 있음을 보이고, 역신뢰도해석을 통하여 목표신뢰도지수를 잘 근사할 수 있는 하중계수를 제시하였다. 유로코드에서 제시하고 있는 기본 개념에 근거하여 신뢰도기반 하중-재료계수 결정법을 정식화하였다. 제안된 접근법이 신뢰도개념에 의하여 유도되었지만, 이 접근법에 의하여 계산된 하중-재료 계수가 목표신뢰도지수를 정확히 만족시키지 못하는 요인으로서 재료와 부재간에 존재하는 불확실성의 차이를 지적하고, 이러한 차이를 고려하지 않는 유로코드의 개념적 문제점을 제기하였다. This paper brings up fallacy of material factors specified for the design of concrete members in the current Korean limit state design code for highway bridges, and proposes new material factors based on a robust optimization scheme to overcome the fallacy. It is shown that the current load factors in the code and the proposed material factors lead to a much higher reliability index than the target index. The load factors are adjusted to yield the target reliability index using the inverse reliability analysis. A reliability-based approach following the basic concept of Eurocode is formulated to determine material factors as well as load factors. The load-material factors obtained by the proposed reliability-based approach yield a lower reliability level than the target index. Drawbacks of the basic concept of Eurocode are discussed. It is pointed out that differences in the uncertainties between materials and members may cause the lowerreliability index of concrete member than the target.

콘크리트 옹벽구조물의 한계상태설계법 적용성 평가

양태선(Taeseon Yang),정종기(Jongki Jeong),서준희(Junhee Seo),백승철(Seungcheol Baek) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.7

국내에서는 외국현장에서 사용되고 있는 한계상태설계법을 도입하기 위하여 연구가 일부 진행 중이다. 국내외 한계상태 설계법에서는 말뚝기초, 얕은 기초 등 비교적 데이터베이스를 구축하기 쉬운 분야로 설계기준이 마련되고 있으나 옹벽 등에 대하여 재하시험이 어려운 실정으로 옹벽의 한계상태설계법에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 2008년도에 제정된 국내 도로옹벽 표준도를 기준으로 옹벽구조물의 한계상태설계법의 적용성 평가에 관한 연구이다. 옹벽의 활동과 전도에 대한 안전율을 LRFD 설계기준을 이용하여 범용 한계상태설계법 프로그램의 해석결과와 비교?검토하였다. 또한 해석결과의 비교를 위하여 테일러 급수를 이용한 간편 신뢰성 분석을 실시하였다. 옹벽단면의 LRFD 검토 결과 허용응력설계법에 비해 안전율이 낮게 나타났으며, 한계상태설계 도입을 통해 옹벽의 단면을 감소시켜 경제성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 신뢰성 확보를 위해 지반 데이터의 사전평가 연구가 필요하며, 그라운드 앵커와 같은 지보재가 적용되는 옹벽의 한계상태설계법 적용, 평가에 관한 연구도 필요하다. Nowadays, some studies are performed in order to introduce the Limit State Design method widely used in foreign work sites. LRFD (Load Resistance Factor Design) method is widely used in the fields in which the data accumulation is possible - such as deep foundations, and shallow foundations, etc. The limit state design in the retaining walls is insufficient in the country owing to difficulties applying load tests. The limit state design method for retaining wall structures are studied based upon the National Retaining wall Design Standard legislated in 2008 by Ministry of Land, Transport, and Maritime Affairs. In this paper several retaining walls were calculated according to LRFD design criteria analysis using the general program with limit state design method and the factor of safety for sliding and overturning. Comparing with their results, the Taylor"s series simple reliability analysis was performed. In the analysis results of retaining wall section, safety factors calculated by LRFD were found to be lowered than those calculated in current WSD, and it is possibly judged to be economic design by changing wall dimensions. In the future, pre-assessment of the geotechnical data for ensuring the reliability and the studies including reinforced retaining walls with ground anchor are needed.

자료에 이상점들이 존재할 때 매개효과 검정 방법들의 비교

구남욱(Nam wook Koo) 한국교육평가학회 2015 교육평가연구 Vol.28 No.2

이 모의실험 연구에서는 매개효과연구에서 OLS 회귀모형을 사용하여 이상점들의 영향력을 검토하였으며, 다섯 가지의 매개효과 검정방법을 비교하였다. 이 연구에서 이상점들(outliers)은 목표 모집단(target population)과 다른 분포를 갖는 하위 모집단(subpopulation)으로 정의되었다. 모의실험의 조건으로는 목표 모집단과 이상점들의 분포(평균과 분산), 이 상점들의 혼합비율, 매개효과의 크기가 고려되었다. 연구결과에 따르면, 모의실험의 조건들 중에서 이상점들의 분산이 증가할수록 매개효과의 검정력은 전반적으로 감소하였다. 또한, 이상점들이 존재할 때 일종오류 비율에 있어서는 비대칭신뢰한계 방법이 모든 조건에서 명목상의 일종오류 비율인 0.05에 가까운 적합한 값들을 산출하였고, 그리고 통계적 검정력 비율에 있어서도 비대칭신뢰한계 방법은 전반적으로 높은 검정력 비율을 나타내었다. 반면에 선행 매개효과 연구에서 일종오류와 통계적 검정력에 있어서 우수한 방법 중 하나로 추천되었던 편향이 수정된 붓스트랩 방법은 이상점들이 존재할 때, 이 연구의 모든 조건에서 일종오류 비율을 명목상의 일종오류 비율보다 과대 추정하였다. 따라서 이 연구의 결과에 따르면, 자료에 이상점들이 존재할 때, 붓스트랩 방법보다 비대칭 신뢰한계 방법을 사용하는 것이 보다 정확한 매개효과 검정 결과를 얻을 수 있다. This study investigated the effects of outliers in mediation analysis and compared five different methods of testing a mediated effect with OLS regression models. In this study, outliers are defined as a subpopulation which distribution has a different shape from a target population 's. The design factors of this study were the different mean and variance of a target population and outliers, the ratio of outliers, and the effect size of the medated effect. Interestingly, it was found that among design factors, an increase of variance in outliers resulted in a decrease of a statistical power rate of a mediated effect. In terms of empirical Type I error rates, the asymmetric confidence limits performed best whereas a bias corrected bootstrap performed worst in most conditions. Also, the asymmetric confidence limits resulted in the higher power rates than others in many conditions. The results of this study recommended the asymmetric confidence limits over bootstrap methods when data include outliers.

유공케이슨 방파제 활동 및 전도 한계상태설계를 위한 하중저항계수 보정

김동현(Dong Hyawn Kim) 한국해안해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.6

유공케이슨 방파제의 한계상태설계법 개발을 위해 하중저항계수 보정을 수행하였다. 전국 항만의 12개 유공케이슨식 방파제에 대하여 설계변수의 불확실성을 고려한 신뢰성해석을 수행하였다. 목표신뢰성지수에 따른 부분안전계수와 하중, 저항계수를 차례로 산정하였다. 최적화기법을 통해 한계상태설계법 개발을 위한 하중계수와 저항계수를 도출하였다. 최종 하중저항계수를 이용하여 방파제를 재설계하였으며 목표수준의 신뢰성지수를 상회하는지 검증하였다. 목표신뢰성지수를 변화시켜 해당 수준에 맞는 하중저항계수를 최종 제시하였다. Calibration of load-resistance factors for the limit state design of perforated caisson breakwaters are presented. Reliability analysis of 12 breakwaters in nationwide ports was conducted. Then, partial safety factors and load-resistance factors were sequentially calculated according to target reliability index. Load resistance factors were optimized to give one set of factor for limit state design of breakwater. The breakwaters were redesigned by using the optimal load resistance factor and verified whether reliability indices larger than the target value. Finally, some load-resistance factors were proposed by changing target reliability index.

기대생애주기비용에 기초한 고속철도교량의 신뢰성-최적설계 방안

이우상,방명석,한성호,이진옥 한국구조물진단유지관리공학회 2010 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.14 No.4

신뢰성평가는 고속철도교량에 포함된 불확실성의 영향을 고려하여 정량적 구조안전성을 검토하기 위한 효율적인 방안이며, 신뢰성평가에 기초한 기대생애주기비용은 고속철도교량의 합리적인 안전수준 및 설계기준을 제공할 것이다. 따라서 이 연구에서는 수치해석과 신뢰성평가 결과를 바탕으로 고속철도교량의 기대생애주기비용 및 최적설계 방안을 결정하고자 한다. 이를 위해, 고속철도교량의 표준설계를 기준으로 다양한 설계방안을 설정한 후, 각각의 설계방안에 대해 수치해석을 수행하였으며, 설계강도 한계상태방정식에 따른 신뢰성평가는 수치해석결과를 토대로 외적 불확실성의 영향을 고려하여 수행하였다. 고속철도교량의 기대생애주기비용은 각각의 설계방안에 따른 신뢰성평가 결과를 바탕으로 산정하였다. 또한 최적설계 방안은 산정된 기대생애주기비용을 이용하여 결정하였다. 아울러, 최적설계 방안의 신뢰성평가 결과 및 기대생애주기비용에 대해 내적 불확실성의 영향을 고려하여 검토하였다. 이 연구결과는 고속철도교량의 체계적인 안전성 평가 및 최적 구조설계를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. The reliability evaluation may be a efficient method for estimating of the quantitative structural safety considering the effect of uncertainties included in high-speed railway bridges. The expected life-cycle cost(LCC) based upon the reliability evaluation will reasonably offer the safety level and design criteria of high-speed railway bridges. Therefore, this study determined the expected life-cycle cost and optimal design method of high-speed railway bridges on the basis of the result of the numerical analysis and reliability evaluation. For this, after creating various design method based upon the standard design of high-speed railway bridges, the numerical analysis is conducted on each of the alternative design methods. The reliability evaluation by the design strength limit state function is conducted considering the effect of external uncertainties on the basis of the numerical analysis result. The expected life-cycle cost of high-speed railway bridges is calculated on the basis of the reliability evaluation result by each of the alternative design methods. Also, the optimal design method is determined using the calculated expected life-cycle cost. In addition, The result of reliability evaluation and expected life-cycle cost of optimal design method are examined considering the effect of internal uncertainties. It is expected that the result of this study can be used as a basic information for the systematic safety evaluation and optimal structure design of high-speed railway bridges.

처짐한계상태함수를 이용한 노후 강거더 교량의 신뢰성해석 모델 구축

엄준식 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.2

이 연구에서는 중소지간 합성형 강거더교량에 대한 신뢰성 해석을 위해 강거더와 콘크리트슬래브의 강성을 토대로 처짐을 고려한 한계함수를 구축하여 신뢰성해석을 수행하였다. 확률적 하중과 저항모델을 통해 처짐을 예측하기 위해 계산에 필요한 변수들을 확률변수로 고려하였다. 강재의 부식에 의한 단면의 감소, 그리고 콘크리트의 크리프는 합성형교의 처짐에 많은 영향을 미친다. 따라서 이 연구에서는AASHTO LRFD 기준으로 설계된 교량에 대해 시간에 따른 변수를 고려하여 강재단면의 감소와 크리프의 영향을 통계적 모델에 반영하기 위해 몬테-카를로 시뮬레이션 기법을 이용하였으며, 처짐과 사용성을 고려하여 다양한 지간과 거더간격을 가진 교량에 신뢰성 해석을수행하였다. 그 결과, 장지간 교량의 경우, 단지간 교량과 비교해 보았을 때 상대적으로 크리프와 강재단면감소의 처짐에 대한 영향이 작았으며, 이에 반해 단지간 거더 교량의 경우 크리프의 진행에 따라 처짐에 많은 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. The paper investigates the limit state of deflection for short and medium span steel girder bridges. Deflection depends on stiffness of steel girders and integrity of the reinforced concrete slab (composite action). Load and resistance parameters are treated as random variables. A probabilistic model is developed for prediction of the deflection. The structural performance can be affected by deterioration of components, in particular corrosion of steel girders. In addition, the creep of concrete can greatly influence the deflection of composite structures. Therefore, the statistical models for creep and corrosion of structural steel are incorporated inthe model. Structures designed according to the AASHTO LRFD Code are considered. Load and resistance models are developedto account for time-variability of the parameters. Monte Carlo simulations are used to estimate the deflections and probabilities of serviceability failure. Different span lengths and girder spacing are considered for structures designed as moment-controlled and deflection-controlled. A summary of obtained results is presented.

소파블록 피복제 제체의 한계상태설계를 위한 하중저항계수 보정

김동현(Dong Hyawn Kim),허정원(Jungwon Huh) 한국해안해양공학회 2021 한국해안해양공학회 논문집 Vol.33 No.6

소파블록 피복제 제체의 한계상태설계법 개발을 위해 하중저항계수 보정을 수행하였다. 실제 시공된 소파블록 피복제 제체의 설계자료를 분석하여 신뢰성해석을 수행하였으며 목표신뢰성지수에 따른 부분안전계수와 하중, 저항계수를 차례로 산정하였다. 최적화기법을 통해 한계상태설계법 개발을 위한 하중계수와 저항계수를 도출하였다. 최종 하중저항계수를 이용하여 방파제를 재설계하였으며 목표수준의 신뢰성지수를 상회하는지 검증하였다. 해외기준의 하중저항계수와 본 연구에서 구한 하중저항계수를 비교하였다. Calibration of load-resistance factors for the limit state design of front covered caisson breakwaters were presented. Reliability analysis of the breakwaters which are constructed in Korean coast was conducted. Then, partial safety factors and load-resistance factors were sequentially calculated according to target reliability index. Load resistance factors were optimized to give one set of factor for limit state design of breakwater. The breakwaters were redesigned by using the optimal load resistance factor and verified whether reliability indices larger than the target value. Finally, load-resistance factors were compared with foreign country’s code for verification.

심층혼합처리지반에 설치된 안벽의 신뢰성해석(Part I: 개량지반의 외부안정)

허정원(Huh, Jung-Won),박옥주(Park, Ock-Joo),김영상(Kim, Young-Sang),허동수(Hur, Dong-Soo) 한국해안해양공학회 2010 한국해안해양공학회 논문집 Vol.22 No.2

이 논문은 특수기초에 설치된 안벽의 외부 및 내부 안정성에 대한 신뢰성분석을 각각 다룬 2편의 연속 논문 중 첫 번째 논문이다. 이 논문에서는 심층혼합처리지반-안벽 시스템의 외부안정성에 대한 정량적 위험도를 평가할 수 있는 실용적인 신뢰성해석기법을 새로이 제안하였다. 제안된 기법은 다양한 설계변수들의 불확실성을 명확하게 고려할 수 있다. 외부안정성에 대한 위험도평가를 위해 개량지반-안벽의 활동, 전도 및 지지력 파괴모드에 대응하는 한계상태함수를 2차 확률변수 개념을 도입하여 명확히 정의하였다. 기본 확률변수와 2차 확률변수로 명확히 표현되는 세 한계상태함수에 대하여 대표적 신뢰성기법인 MVFOSM, FORM 및 MCS를 사용하여 파괴확률을 산정하였다. 해석결과로부터 3가지 방법은 일관된 파괴확률을 제공하고, 지진시 활동 파괴모드가 가장 위험한 파괴모드로 밝혀졌다. 또한 동적토압의 위상차를 고려한 신뢰성해석으로부터 위상차 파라메타의 평균과 분산이 파괴확률에 큰 영향을 미치는 것으로 판명되었다. This is the first of the two papers dealing with reliability analyses for external and internal stability of a quay wall constructed on a special foundation. A new practical reliability analysis method is proposed in this paper to evaluate the quantitative risk associated with external stability of a quay wall constructed on the deep cement mixed ground. The method can consider uncertainties in various design variables. For the risk estimation to external stability of the improved soil-quay wall, three corresponding limit state functions of sliding, overturning and bearing capacity are fully defined by introducing concept of the secondary random variable. Three representative reliability methods, MVFOSM, FORM and MCS are then applied to evaluate the failure probabilities of the three limit state functions explicitly expressed in terms of the basic and secondary random variables. From the reliability analysis results, the failure probabilities obtained from the three approaches are very close to each other, and the sliding failure mode appears to be the most critical when the earthquake loading is under consideration.