확률론적 해석을 통한 유체저장탱크의 구조신뢰성 연구

최윤석 ( Younseok Choi ),안정훈 ( Jeonghun Ahn ) 공군사관학교 2016 군사과학논집 Vol.67 No.2

기존에는 구조물의 구조해석을 할 경우 변수 값 등이 결정론적으로 적용이 되어 구조해석이 진행되어 왔었다. 하중, 기하학적 치수 혹은 재료의 물성치 등의 경우 평균값만을 이용하여 해석을 하였는데 경험적인 값들을 이용하여 안전계수를 이용한 설계를 진행하였다. 이를 이용한 설계에서는 얼마나 안전한가에 대한 정보를 주지 못했으며 불확실성을 가지고 있으므로 안전성을 합리적으로 평가하지 못하였다. 이번 연구에서는 이러한 평균값을 이용한 결정론적 해석이 아닌 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation) 등의 다양한 확률론적 해석에 대해 소개를 하였다. 몬테카를로 시뮬레이션 방법을 통한 유체저장용기의 구조적 신뢰성에 대해 확률론적인 해석을 시행하였으며 시행결과와 민감도 분석을 이용하여 주요변수를 찾아 설계 변경을 통하여 목표 신뢰성지수를 만족시키는 최종 설계변수를 도출하였다. In the past, structural analysis has been carried out by applying deterministic variables in structural analysis. In the case of load, geometric dimension or physical property of material, only the average values were used in structure analysis. The design using the safety factor was performed using empirical values. The design using this method did not give information about how safe it is and it could not reasonably evaluate the safety because it had uncertainty. In this study, we introduced various probabilistic analysis such as Monte Carlo Simulation, not the deterministic analysis using mean value. And structural reliability analysis of fluid storage tank was done using Monte Carlo Simulation. The final design variables that satisfy the target reliability index were derived through the design change by finding the key variables using test results and the sensitivity analysis.

지상라이다를 이용한 확률론적 해석기법 기반의 운동학적 안정성 해석

홍석권,박혁진 대한자원환경지질학회 2019 자원환경지질 Vol.52 No.3

운동학적 분석은 암반사면 내에 존재하는 불연속면의 방향과 사면 방향 사이의 상관관계에 대한 분석을 통해 사면 의 안정성을 파악하는 기법으로 본 연구에서는 지상라이다를 활용하여 암반사면으로부터 다수의 불연속면 자료를 획 득하고 이를 활용하여 운동학적 분석을 수행하였다. 특히 본 연구에서는 지상라이다로부터 획득된 불연속면 방향성 자료의 확률특성을 파악하였으며 확률밀도함수인 Fisher 함수를 이용하여 방향자료를 생성하고 확률론적 분석을 수행 하였다. 그리고 이러한 결과를 실제 현장으로부터 획득한 방향자료를 활용하여 분석을 수행한 확률론적 해석 결과와 비교해 보았다. 분석 결과 Fisher 함수로부터 생성된 자료를 활용한 확률론적 분석 결과와 현장자료를 활용한 확률론 적 해석 결과는 값의 차이를 보이기는 하지만 유사한 결과를 도출하였다. 따라서 지상라이다 등과 같은 방법을 활용 하여 충분한 방향성 자료가 제공되는 경우 확률밀도함수로부터의 방향자료 생성 없이 현장자료를 활용한 분석이 가 능할 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 확률론적 해석기법의 결과를 기존의 해석방식인 대표방향을 이용한 결정 론적 해석기법과 비교해 보았다. 분석 결과 확률론적 해석 결과와 결정론적 해석 결과는 거의 유사하게 해석되었으며 이는 절리군내의 분산이 그리 크지 않아 확률론적 해석 결과와 결정론적 해석 결과가 유사한 것으로 판단된다.

화강풍화토의 확률론적 불포화 지반정수 특성에 따른 사면안정해석

전준서,이승래,윤석,김윤태 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.1

The unsaturated soil properties such as soil-water characteristic curve, unsaturated permeability and unsaturated shear strength,always involve uncertainties associated, making it hard to obtain a representative value in analyzing the stability of slopes. Because a deterministic approach use a representative value, soil properties with severe variance sometimes lead to misestimate and hence the consequence also varies from person to person. To address this problem, a probabilistic approach to the analysis of slope stability has been adopted. Even though the probabilistic characteristics of soil are essential for probabilistic approach, it has not been established. Therefore, in this paper, the probabilistic characteristics of the unsaturated soil properties were defined. A simple procedure for the probabilistic approach was proposed to obtain the unsaturated soil properties for the slope stability analysis. Finally, the probabilistic analysis of unsaturated slope stability using monte-carlo simulation method was conducted for the Korean weathered granite soil. 함수특성곡선, 불포화투수곡선, 불포화전단강도와 같은 불포화 지반정수는 필연적으로 불확실성을 내포하기 때문에 사면안정해석에 사용될 대표적인 값을 획득하기 힘들다. 결정론적인 방법은 하나의 대표적인 값을 사용하기 때문에 분산이 심한 지반정수일 경우 잘못된 평가를 초래할 수 있다. 이를 해결하기 위해 확률론적 해석방법이 이용되고 있다. 하지만 지반정수에 대한확률론적 특성 연구가 확률론적 해석을 위해 선행되어야 함에도 불구하고, 불포화 지반정수에 대한 확률론적 특성 연구는 아직부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 화강풍화토의 불포화 지반정수에 대한 확률론적 특성을 파악하고, 이를 바탕으로사면안정해석을 위한 불포화지반정수를 획득하기 위한 간단한 절차도를 제안하였다. 또한 불포화 화강풍화토 사면에 대하여 몬테카를로 시뮬레이션 방법을 사용한 확률론적 사면안정해석을 수행하였다.

지형공간 정보를 활용한 산사태 안정평가의 확률론적 해석

박병수(Park Byung Soo) 대한공간정보학회 2006 대한공간정보학회지 Vol.14 No.3

본 연구는 산시태의 발생 가능성을 평가하기 위하여 지형공간 정보를 활용하여 지형자료를 구축하고, 힘의 평형으로 유도된 무한사면 안정해석모델을 적용하여 산사태 가능성을 정량적인 안전지표로 평가하였다. 또한, 해석모델에 입력인자의 불확실성을 고려할 수 있는 확률변수 개념을 도입하여 신뢰성 이론에 근거를 둔 산사태의 확률론적 분석법을 연구하였다. 이러한 해석방법의 적용성을 검토하기 위하여 실제 현장자료로부터 지형정보와 토질 조건 등을 획득하고 넓은 지역에 대한 개략적 평가를 위한 잔체해석과 세밀한 결과 도출을 위한 상세해석을 실시하였다. 이를 통하여 전반적인 산사태 발생 가능성 경향, 산사태 가능성이 높은 상세해석 구간 선정 및 상세구간에서의 보다 높은 정도의 산사태발생 가능성을 안전율과 파괴확률의 안정지표로 분석할 수 있었다. The purpose of the current research is to evaluate the possibility of landslides by using geo-spatial information system. Geological information has been summarised and stability analysis for infinite slopes has been conducted based on the force equilibrium. In addition, the analysis of landslides was performed based on probabilistic approach by using probabilistic variables which can include uncertainty of input parameters. For the purpose of testifing the applicability of the analysis method actual geological data from a construction site was obtained, thereby performing both a preliminary analysis for a large area and detailed analysis for a better result. As a result of the current analysis several issues such as the possibility of development of landslides, detailed analysis of where landslides are most likely to be developed were analysed by using two concepts of safety and index of failure probability.

확률론적 해석기법을 이용한 보은지역의 사면재해 안정성분석

정남수 ( Nam Soo Jeong ),유광호 ( Kwang Ho You ),박혁진 ( Hyuck Jin Park ) 대한지질공학회 2011 지질공학 Vol.21 No.3

본 연구는 사면재해 취약성 평가를 위해 사면모델 중 하나인 무한사면 해석모델을 적용하였다. 그러나 무한사면 해석모델은 광역적인 연구지역에 적용하는데 있어서 데이터획득 및 처리과정에 어려움이 있고 데이터 획득과정에서 불가피하게 불확실성이 개입되는 문제가 있다. 이러한 불확실성을 최소화하기 위해 확률론적 해석기법인 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하였으며, 광역적인 연구지역에 무한사면 해석모델을 적용하기 위하여 GIS를 활용한 무한사면 안정해석법으로 파괴확률을 획득하였다. 연구지역으로는 사면재해가 집중적으로 발생한 보은지역을 선정하였고 사면의 기하학적인 특성과 점착력 및 내부마찰각 등의 강도정수를 획득하였다. 또한 불확실성의 효과를 평가하기 위해 강도정수의 변동계수를 10%에서 30%로 고려하였고 이러한 과정을 통하여 확률론적 해석기법은 자료의 불확실성을 감쇠시킬 수 있다는 결과를 도출하였다. In this study the infinite slope model, one of the physical landslide models has been suggested to evaluate the susceptibility of the landslide. However, applying the infinite slope model in regional study area can be difficult or impossible because of the difficulties in obtaining and processing of large spatial data sets. With limited site investigation data, uncertainties were inevitably involved with. Therefore, the probabilistic analysis method such as Monte Carlo simulation and the GIS based infinite slope stability model have been used to evaluate the probability of failure. The proposed approach has been applied to practical example. The study area in Boeun area been selected since the area has been experienced tremendous amount of landslide occurrence. The geometric characteristics of the slope and the mechanical properties of soils like to friction angle and cohesion were obtained. In addition, coefficient of variation (COV) values in the uncertain parameters were varied from 10% to 30% in order to evaluate the effect of the uncertainty. The analysis results showed that the probabilistic analysis method can reduce the effect of uncertainty involved in input parameters.

몬테카를로시뮬레이션 기법을 이용한 붕괴 암반사면의 확률론적 안정해석 및 민감도 분석

박성욱 ( Sung Wook Park ),박혁진 ( Hyuck Jin Park ) 대한지질공학회 2010 지질공학 Vol.20 No.4

확률론적 해석기법은 사면안정해석을 포함한 다양한 지질공학적인 문제에 내재하는 불확실성을 고려할 수 있는 효과적인 방안으로서 유용한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 확률변수에 대한 무작위 추출을 통해 상태함수인 한계평형식의 안전율을 반복하여 구하는 몬테카를로시뮬레이션 기법을 이용하여 2개의 암반사면에 대해 확률론적 안정해석을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 JRC와 JCS 같은 강도정수 등의 확률변수와 사면의 제원은 선행연구과정을 통해 도출된 값을 사용하였으며, 상태함수는 Barton의 경험식을 활용하였다. 본 연구에서는 각 사면별 파괴확률을 계산하고 이에 대한 민감도 및 신뢰성해석을 수행하였다. 특히 기존 결정론적 방법과의 비교와 샘플링 추출 기법에 대한 분석을 수행하였으며 분석결과 기준값보다 높은 파괴확률이 산정되어 사면의 붕괴이력과 부합되는 결과가 도출되었다. 또한 결정론적인 방법에 비해 변동성이 낮은 결과가 도출되어 해석의 신뢰성이 높은 것으로 나타났다. A probabilistic analysis of slope stability is an appropriate solution in dealing with uncertainty in problems related to engineering geology. In this study, a Monte Carlo simulation was performed to evaluate the performance function that is Barton`s equation. A large number of randomly generated values were obtained for random variables, and the performance function was calculated repeatedly using randomly generated values. A previous study provided information of slope geometry and the random characteristics of random variables such as JRC and JCS. The present approach was adopted to analyze two failed slopes. The probabilities of failure were evaluated for each slope, and sensitivity analysis was performed to assess the influence of each random variable on the probability of failure. The analysis results were then compared with the results of a deterministic analysis, indicating that the probabilistic analysis yielded reliable results.

확률론적 부지응답해석을 고려한 지하공동구의 지진취약도

한승룡,이호담,이창수 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.3

The purpose of this study is the evaluation of the seismic fragility of underground utility tunnels buried. The seismic fragility was estimated by developing fragility curves to assess the degree of vulnerability of structures stochastically. To consider the response of soil which has inherent uncertainty, probabilistic site response analysis had performed based on the shear-wave velocity generated by Monte Carlo Simulation. Artificial earthquakes were generated by enveloping uniform hazard response spectra (UHRS) for the Korean peninsula. The seismic fragility curves were developed through a total of 7200 time history analysis from combination of various conditions of utility tunnels and generated soil properties. The developed fragility curve compared with other fragility curves which were developed for the fixed and deterministic condition of the underground utility tunnels using VS30 in the national seismic design standard. As a result, the seismic fragilities using probabilistic site response analysis show less vulnerable than the seismic fragilities with the fixed condition. This study presents that current seismic design of underground utility tunnels is conservative and reflects safer. 본 논문에서는 불확실성이 많은 지반에 매설된 지하공동구의 지진취약도 평가를 목적으로 하며, 도출된 지진취약도 곡선은 지진 발생시 구조물의 취약 정도를 확률론적으로 평가한다. 실제 지반의 응답을 도출하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여 생성된 전단파속도에 한반도의 등재해스펙트럼을 포괄하는 인공지진을 바탕으로 확률론적 부지응답해석을 수행하였고, 총 7200번의 시간이력해석을 통하여 지진취약도 곡선을 도출하였다. 이는 국내 내진설계 기준인 상부 30 m 토층의 평균 전단파속도를 이용하여 매설된 공동구의 지반을 고정 지반으로 보고 지진해석을 수행한 지진취약도 곡선과 비교하였다. 결과적으로 고정지반의 지진해석이 부지응답해석을 포함하여 지진해석을 수행한 경우보다 더 보수적으로 설계가 될 수 있다고 나타났다. 본 연구의 결과를 이용하여 지하매설 구조물의 과도한 설계를 지양하고 보다 안전하면서 경제적인 설계를 반영할 수 있을 것이다.

불포화 화강풍화토의 함수특성곡선에 대한 확률론적 특성 연구

전경한,이승래,김윤태,Jeon,Kyung Han,Lee,Seung Rae,Kim,Yun Tae 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.3

실험적인 방법을 사용하여 함수특성곡선을 산정할 때 많은 시간과 비용이 소요될 뿐만 아니라 필연적으로 불확실성을 내포하기 때문에 사면안정해석에 사용될 대표적인 값을 획득하기 힘들다. 또한 결정론적인 방법은 하나의 대표적인 값을 사용하기 때문에 분산이 심한 변수를 사용할 경우 잘못된 평가를 초래할 수 있다. 이를 해결하기 위해 확률론적 해석방법이 이용되고 있다. 하지만 확률론적 해석을 위해 지반정수에 대한 확률론적 특성 연구가 선행되어야 함에도 불구하고, 불포화 지반정수에 대한 확률론적 특성 연구는 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 화강풍화토의 함수특성곡선에 대한 확률론적 특성을 파악하고 결합확률분포함수를 위한 대수변환모델을 산정하였다. 적합성 검증에 의하면 함수특성곡선의 맞춤변수는 대수분포를 가진다. Experimental evaluation of soil-water characteristic curve (SWCC) is costly and time consuming. SWCC of unsaturated soil always involves uncertainties associated, making it difficult to obtain a representative value in analyzing the stability of slopes. The deterministic approaches have been employed to analyze the slope stability. However, variables with severe variance sometimes lead to misestimating and hence the consequence also varies from person to person. To address this problem, a probabilistic approach to the analysis of slope stability has been adopted. Even though the probabilistic characteristics of soil are essential for probabilistic approach, it has not been established. Therefore, in this paper, the probabilistic characteristics of SWCC of weathered granite soil in Korea were defined. Based on the probabilistic characteristics, translation models for the joint probability distribution were determined. According to the results of goodness-of-fit test, the lognormal distribution appears to be the most suitable distribution to represent the experimental data of the curve-fitting parameters.

확률론적 해석을 통한 유체저장탱크의 구조신뢰성 연구

최윤석 ( Younseok Choi ),안정훈 ( Jeonghun Ahn ) 공군사관학교 2016 空士論文集 Vol.67 No.2

In the past, structural analysis has been carried out by applying deterministic variables in structural analysis. In the case of load, geometric dimension or physical property of material, only the average values were used in structure analysis. The design using the safety factor was performed using empirical values. The design using this method did not give information about how safe it is and it could not reasonably evaluate the safety because it had uncertainty. In this study, we introduced various probabilistic analysis such as Monte Carlo Simulation, not the deterministic analysis using mean value. And structural reliability analysis of fluid storage tank was done using Monte Carlo Simulation. The final design variables that satisfy the target reliability index were derived through the design change by finding the key variables using test results and the sensitivity analysis.

확률론적 내진성능평가를 위한 PSC Box 거더교의 지진취약도 해석

송종걸(Song Jong-Keol),김학수(Jin He-Shou),이태형(Lee Tae-Hyung) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 A Vol.29 No.2A

구조물의 지진취약도 곡선은 최대지반기속도, 가속도 스펙트럼(S<SUB>a</SUB>) 혹은 변위 스펙트럼(S<SUB>d</SUB>)등과 같은 지진의 크기를 나타내 는 다양한 수준에 대하여 정해진 손상상태를 초과할 확률을 나타내는 것으로 구조물의 내진성능과 지진위험도를 평가하는데 아주 중요하다. 본 논문의 목적은 국내 교량의 대표적인 형식의 하나인 PSC BOX 거더교에 대한 지진취약도를 분석하는 것이다. 이를 위해 실제지진기록을 사용하여 국내 내진설계기준에 적합한 인공지진을 작성하여 예제교량에 대한 비탄성 시간 이력해석을 수행하여 Shinozuka 등이 제안한 방법을 사용하여 지진취약도 곡선을 작성하였다. 최대지반가속도에 비해 구조물의 손상을 나타내기에는 S<SUB>a</SUB>와 S<SUB>d</SUB>가 보다 적절하므로 지진취약도 곡선을 S<SUB>a</SUB>와 S<SUB>d</SUB> 단위로 전환하여 나타내었다. 비탄성 시간 이력해석에 의해 평가된 최대지반가속도, S<SUB>a</SUB>, S<SUB>d</SUB> 단위의 취약도 곡선을 HAZUS에서 사용하는 간편식을 이용한 지진취약도 곡선과 비교하여 평가하였다. Seismic fragility curves of a structure represent the probability of exceeding the prescribed structural damage state for a given various levels of ground motion intensity such as peak ground acceleration (PGA), spectral acceleration (S<SUB>a</SUB>) and spectral displacement (S<SUB>d</SUB>). So those are very essential to evaluate the structural seismic performance and seismic risk. The purpose of this paper is to develop seismic fragility curves for PSC box girder bridges. in order to construct numerical fragility curve of bridge structure using nonlinear time history analysis, a set of ground motions corresponding to design spectrum are artificially generated. Assuming a lognormal distribution, the fragility curve is estimated by using the methodology proposed by Shinozuka et al. PGA is simple and generally used parameter in fragility curve as ground motion intensity. However, the PGA has not good relationship with the inelastic structural behavior. So, S<SUB>a</SUB> and S<SUB>d</SUB> with more direct relationship for structural damage are used in fragility analysis as more useful intensity measures instead of PGA. The numerical fragility curves based on nonlinear time history analysis are compared with those obtained from simple method suggested in HAZUS program.