도로교설계기준의 지진하중조합에 대한 신뢰도분석 및 하중-저항계수 결정

Abstract

현대 대부분의 교량 설계기준은 신뢰도 이론에 근거한 하중-저항계수 설게법을 따르고 있다. 신뢰도 기반 설계기준에서 안전수준은 신뢰도지수로 표현되며, 이 신뢰도지수는 하중-저항계수에 의한 설계공칭강도 혹은 요구공칭강도에 의해 보장된다. 균일하고 일관된 신뢰도지수를 보장하는 하중-저항계수를 결정하는 방법이 연구되어 왔으며, 어떤 신뢰도지수를 목표신뢰도지수로 할 것인가에 대한 고민도 이어져 왔다. 국내의 도로교설계기준(한계상태설계법)의 경우 구조물의 자중에 의한 고정하중효과 혹은 중차량에 의한 차량활하중이 주요하중인 중력방향하중조합이나 태풍과 같은 풍하중이 주요하중인 하중조합에 대하여 일관되고 균일한 신뢰도를 보장하는 하중-저항계수를 제안하기 위한 연구가 활발하게 이루어져, 상응하는 하중효과에 대한 확률모형이나 적절한 신뢰도분석기법이 개발된 바 있다. 한편, 지반운동에 의해 교량 구조물에 가해지는 지진하중효과의 적절한 확률모형에 대한 연구는 선행된 바 없다. 이 연구에서는 기존에 존재하는 교량 구조물에 작용하는 동적지진하중효과에 대한 등가의 정적지진하중효과 모형에 대해 몬테-카를로 시뮬레이션과 콜모고로프-스미르노프 검정을 통해 통계특성과 분포타입을 결정한다. 또한 도로교설계기준(한계상태설계법)의 지진하중조합에 대한 한계상태를 재현주기 대 설계구명의 비인 RRD 개념을 도입하여 정의하고, 목표신뢰도지수의 설정에 대한 논리를 전개한다. 마지막으로 강도기반 최적화를 통해 하중-저항계수를 결정하고 제안한다. 이 때, 최적화는 한계상태함수의 파괴양상을 고려하여 다른 하중조합과 독립적으로 진행하고, 그 정당성에 관하여 논의한다.

Most modern bridge design codes follow load-resistance factor design method based on reliability theory. In reliability-based code, the safety level is expressed as a reliability index which is guaranteed by design nominal strength or required nominal strength by load-resistance coefficient. A method of determining the load-resistance factors that guarantees a uniform and consistent reliability index has been studied, and there has been a concern about what reliability index should be used as the target reliability index. In the case of Korean highway bridge design code(limit state design), research has been actively carried out to propose a load-resistance factor that guarantees uniform reliability for the gravity directional load combination or the wind load combination. A probabilistic model for a corresponding load effect and an appropriate reliability analysis technique has been developed for the dead load effect by the self-weight of the structure or the vehicular live load by the heavy vehicle or the wind load effect by typhoon. On the other hand, there has been no precedent study on an appropriate probabilistic model of the seismic load effect on the bridge structure by the ground motion. In this study, statistical characteristics and a distribution type are determined by applying Monte-Carlo simulation and Kolmogorov-Smirnov test respectively for an equivalent static seismic load effect model for dynamic seismic load effect on bridge structures . In addition, this study defines the limit state for the seismic load combination of Korean highway bridge design code (limit state design method) by introducing RRD (Ratio of Return period to Design life) concept, which is the ratio of the repetition period to the design life cycle, and discusses determining the target reliability index. Finally, the load-resistance factors are determined and proposed through the strength-based optimization technique. At this time, the optimization process proceeds independently of other load combinations considering the failure mode of the limit state function and discusses its validity.