동해항 방파제를 대상으로 한 신뢰성 설계법의 비교 연구. 2. 케이슨의 활동

Abstract

본 논문은 동해항 방파제를 대상으로 신뢰성 설계법을 비교하는 한 쌍의 논문의 두 번째 부분이다. 제 2부인 본 논문에서는 케이슨의 활동을 다룬다. 사석 마운드 위에 케이슨을 거치한 직립방파제의 파괴모드는 케이슨의 활동 및 전도, 그리고 사석 마운드 또는 지반의 파괴 등이 있는데, 그 중 케이슨의 활동에 의한 파괴가 가장 많이 발생한다. 케이슨 활동 파괴에 대한 기존의 결정론적 설계법은 저항이 하중보다 일정 배수(예를 들어 1.2배) 커야 한다는 안전율 개념으로 접근한다. 그러나 안전율의 개념으로는 구조물의 안정성을 정량적으로 평가할 수 없다. 한편 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 신뢰성 설계법은 구조물의 파괴확률을 산정함으로써 안정성에 대한 정량적인 평가를 가능케 한다. 신뢰성 설계법은 사용되는 확률적 개념의 정도에 따라 Level 1, 2 및 3의 세 가지로 분류된다. 본 연구에서는 기존의 결정론적 방법으로 설계, 시공된 후 1987년 피해를 입었던 동해항 방파제의 케이슨 활동에 대하여 피해 전과 보강 후의 단면에 대해서 각각 신뢰성 해석을 수행하였다. 그 결과 피해 전 단면의 파괴확률은 허용파괴확률을 크게 초과하여 케이슨이 과소 설계되었음을 나타내는 반면, 보강 후 단면의 파괴확률은 허용파괴확률과 비슷한 값을 보임으로써 보강 후 안정한 구조물이 되었음을 나타냈다. 한편, 서로 다른 세 가지 신뢰성 설계법의 결과가 대체로 잘 일치하는 것을 보임으로써 각 방법을 이용한 해석 결과 사이에는 큰 차이가 없음을 확인하였다.

This is the second of a two-part paper which describes comparison of reliability design methods by application to Donghae Harbor Breakwaters. In this paper, Part 2, we deal with sliding of caissons. The failure modes of a vertical breakwater, which consists of a caisson mounted on a rubble mound, include the sliding and overturning of the caisson and the failure of the rubble mound or subsoil, among which most frequently occurs the sliding of the caisson. The traditional deterministic design method for sliding failure of a caisson uses the concept of a safety factor that the resistance should be greater than the load by a certain factor (e.g. 1.2). However, the safety of a structure cannot be quantitatively evaluated by the concept of a safety factor. On the other hand, the reliability design method, for which active research is being performed recently, enables one to quantitatively evaluate the safety of a structure by calculating the probability of failure of the structure. The reliability design method is classified into three categories depending on the level of probabilistic concepts being employed, i.e., Level 1, 2, and 3. In this study, we apply the reliability design methods to the sliding of the caisson of the breakwaters of Donghae Harbor, which was constructed by traditional deterministic design methods to be damaged in 1987. Analyses are made for the breakwaters before the damage and after reinforcement. The probability of failure before the damage is much higher than the allowable value, indicating that the breakwater was under-designed. The probability of failure after reinforcement, however, is close to the allowable value, indicating that the breakwater is no longer in danger. On the other hand, the results of the different reliability design methods are in fairly good agreement, confirming that there is not much difference among different methods.