유공케이슨 방파제 원호파괴에 대한 하중 저항계수 산정 = Evaluation of Load and Resistance Factor of Perforated-well Caisson Breakwater Against Circular Failure

국문 초록 (Abstract)

현재 국내에서는 혼성제 방파제가 70% 이상 설계되어 있으며, 해저지변위에 기초 사석을 경사식으로 구축하고 있다. 기존의 방파제는 결정론적 방법인 허용응력 설계법을 이용하여 설계되었으나, 지반은 공간적, 시간적인 변동성이 크기 때문에 다양한 불확실성을 내포한다. 기존 설계법의 경우 이러한 불확실성을 고려하지 않기 때문에 하중저항계수 설계법과 같은 확률론적 해석방법의 적용이 필요하다. 또한, 경사를 포함한 방파제의 경우 사면 안정성이 필수적으로 분석되어야 하지만 현재 국내 방파제 설계에서는 사면에 대한 하중저항계수 설계 기준이 없어 이에 대한 대처가 필요한 실정이다.
본 논문에서는 방파제 사면의 원호활동파괴에 대한 신뢰성 분석을 수행하고 국내의 조건에 맞는 설계기준을 설정하고자 한다. 이를 위해 확률론적 설계법인 하중저항계수 설계법(Load Resistance Factored Design)을 이용하여 경사식 방파제의 상시 및 지진조건에 따른 원호활동을 분석하였다. 분석을 진행하기 위해서 경사식 방파제인 국내의 유공케이슨 방파제의 설계자료 12개를 수집하였고, 케이슨 자중, 지반의 특성, 지진의 발생 등 다양한 조건의 불확실성을 고려하여 사면 안정 해석의 신뢰성을 분석하고 최적 하중계수와 저항계수를 산정하였다. 이때 사용된 사면안정 해석프로그램은 STABL로 변동계수를 물성에 따라 0.02~0.05로 가정하여 해석을 진행하였다. 해석은 신뢰성 Ⅰ, Ⅱ 단계인 FORM(First-order Reliability Method)과 MCS(Monte-Carlo Simulation)로 수행하였다. 결정론적 해석결과와 확률론적 해석결과를 비교하면 안전율은 거의 동일하며 상관계수도 0.8 ~ 1.0 값을 가지며 밀접한 관계를 나타내었다. 목표신뢰도지수에 적합한 최적 하중계수와 저항계수는 상시조건에서는 0.85, 1.00, 지진조건에서는 0.80, 1.00 값을 가졌다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Currently, more than 70% of the caisson breakwater is designed in Korea, and the foundation riprap is built with a slope on subsea ground. Existing breakwaters were designed using the allowable stress design method, which is a deterministic method, but because the ground has large spatial and temporal variability, it contains various uncertainties. In the case of the existing design method, this uncertainty is not considered, so it is necessary to apply a probabilistic analysis method such as the load resistance factored design method. In addition, in the case of a breakwater with a slope, slope stability must be analyzed, but the current domestic breakwater does not have a design standard for the load resistance coefficient on the slope, so it is necessary to cope with this problems.
In this study, the reliability analysis of the circular failure of the slopes of the breakwater is conducted, and the appropriate design standard for domestic conditions are set. To this end, using a probabilistic design method, Load Resistance Factored Design, the circular failure the breakwater with slope was analyzed at all-times and seismic conditions. To proceed with the analysis, 12 design data of the domestic perforated-wall caisson breakwater, which is breakwater with slope, were collected, and the reliability of slope stability analysis was analyzed in consideration of the uncertainty of various conditions such as caisson self-weight, ground characteristics, and earthquake occurrence. and the optimal load factor and optimal resistance factor were calculated. STABL, which a slope stability analysis program, was used for slope stability analysis. and the analysis was performed by assuming the coefficient of variation of 0.02~0.05 depending on the properties. The analysis was performed with reliability levelⅠ, FORM (First-order Reliability Method) and levelⅡ, MCS (Monte-Carlo Simulation). When comparing the deterministic analysis results and the probabilistic analysis results, the safety factor is almost the same, and the correlation coefficient has a value of 0.8 to 1.0, indicating a close relationship. The optimal load and optimal resistance factor for the target reliability index were 0.85 and 1.00 with all-times conditions, and 0.80 and 1.00 with seismic conditions.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 국문초록 i
• 목 차 ii
• 표 목 차 iv
• 그림목차 ⅵ
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 3
• 1.2.1 사면안정에 관한 연구 동향 3
• 1.2.2 방파제에 관한 연구 동향 4
• 1.3 논문 구성 5
• 제 2 장 이론적 배경 6
• 2.1 사면안정 해석 7
• 2.1.1 Fellenius 방법 8
• 2.1.2 Bishop 간편법 10
• 2.2 확률론적 사면안정 해석 13
• 2.2.1 하중저항설계법 13
• 2.2.2 신뢰성 해석 15
• 제 3 장 유공케이슨 방파제의 원호활동 분석 18
• 3.1 유공케이슨 모델링 18
• 3.2 유공케이슨 방파제 신뢰성 해석방법 22
• 제 4 장 유공케이슨 방파제 해석결과 29
• 4.1 상시 조건 29
• 4.1.1 기존 설계기준 29
• 4.1.2 변경 설계기준 40
• 4.2 지진시 조건 51
• 4.2.1 기존 설계기준 51
• 4.2.2 변경 설계기준 62
• 4.3 목표신뢰도지수에 따른 하중 및 저항계수 산정 73
• 제 5 장 결 론 74
• 참고문헌 76
• ABSTRACT 80