斜張橋의 計測데이터를 이용한 確率的 安全度 分析에 關한 硏究

Abstract

본 논문에서는 최근 중요한 분야로 대두되고 있는 대형 구조물의 모니터링에 대한 연구 및 고찰을 바탕으로 대형 구조물의 계측데이터를 이용한 확률적 안전도분석에 대한 평가 모형을 제시하고자 한다. 또한 계측데이터를 확률처리하여, 온도에 의한 하중효과를 제거한 하중모델을 제시하였다. 제안된 안전도 평가모형의 타당성을 위하여 사장교를 대상구조물로 수치해석을 수행하였다. 본 논문의 신뢰성 해석을 위한 저항 및 하중모델에 관한 불확실량 등은 국내외 관련문헌에 근거하여 적용하였으며 신뢰성 해석을 위한 수치해석기법으로는 AFOSM(Advanced First Order Second Method)방법과 Latin Hypercube Sampling(LHS)기법을 사용하였다. LHS기법은 한계상태방정식이 복잡해 지거나 시뮬레이션 수가 많을 경우 기존 MCS(Monte Carlo Simulation)기법의 해석시간 및 비용의 과다로 인한 단점을 보완한 기법이다. 또한 하중모델은 계측데이터를 극치확률분포를 적용하여 온도효과를 제거한 모델을 사용하였다. 구조물의 시스템 보유 신뢰성을 구하기 위한 실용적인 방법으로써 사장교의 체계신뢰성해석은 케이블(cable), 보강형(deck), 주탑(pylon)의 조합파괴를 포함하는 주파괴경로(critical failure path)를 찾아낼 수 있는 부분 ETA(Event Tree Analysis)모델을 사용하였다. 제안한 부분 ETA 모델을 사용한 체계신뢰성 평가방법은 사장교와 같은 여용성이 큰 구조물에 대해 기존의 요소수준의 신뢰성 평가방법에 비해 구조물의 여용성을 충분히 반영하는 상당히 합리적이며 실제적인 결과를 보여주는 실용적인 방법으로 판단된다. 또한 기존 안전도 분석방법은 불확실성을 고려하지 못하여 실질적인 전체 구조물의 안전도를 반영하지 못한다는 단점을 체계신뢰성 기반의 확률적 안전도분석을 통하여 해결하였다. 본 연구에서 제안된 체계신뢰성해석 모형은 공용중 확률적 안전도 분석을 평가하는데 사용될 수 있다. 추후 유지관리모델을 위한 체계신뢰성 기반의 생애주기비용이 고려된 유지관리모델에 대한 연구가 필요할 것이다.; In this thesis, the evaluation model of the probable safety analysis will be suggested using measured data of the grand structure on the basis of the research and the study about recently becoming prominent monitoring of the large-sized structure. Through the probability distribution of measured data , the load model which is gotten rid of load effect by the temperature is also suggested. For the validity of the suggested probabilistic safety evaluation model, the numerical analysis was conducted using cable-stayed bridge as target structure. For the authenticity of this thesis, the uncertainty about the resistance and load model was applied on the basis of the related internal and external documents. AFOSM(Advanced First Order Second Method) and Latin Hypercube Sampling(LHS) were used as the methods of the numerical value analysis. LHS, when limit state equation becomes complicated or the increase of the simulation occurs, is the complimentary method of MCS, which reduces analysis time and expenses. Furthermore, the load model which the temperature effect was eliminated using extreme value distribution was used. As the practical method of getting the system holding reliability of the structure, the structure reliability analysis of Cable Stayed Bridge used partially ETA(Event Tree Analysis) which can find the critical failure path including combination destruction of cable, deck and pylon. Suggested structure reliability evaluation method of using partial ETA model can be judged as the practical method showing the considerably actual and reasonable results reflecting the system redundancy of the structure unlike the reliability evaluation method of existing element level. And through the probabilistic safety analysis on the basis of the structure reliability, the defect which couldn't actually reflect the general structure safety because of not considering the uncertainty of the existing safety analysis method is solved. The structure reliability analysis model suggested in this thesis can be used to evaluate the probabilistic safety analysis. The study on the maintenance model which considers the life-cycle cost on the basis of the structure reliability will be needed afterwards.