동해항 방파제를 대상으로 한 신뢰성 설계법의 비교 연구.1. 피복 블록의 안정성

Abstract

본 논문은 동해항 방파제를 대상으로 신뢰성 설계법을 비교하는 한 쌍의 논문의 첫 번째 부분이다. 제1부인 본 논문의 내용은 피복 블록의 안정성에 국한되며, 제 2부에서는 케이슨의 활동을 다룬다. 1980년대 중반이후 방파제에 대한 신뢰성 설계법이 본격적으로 제안되기 시작하였다. 신뢰성 설계법은 사용되는 확률적 개념의정도에 따라 세 가지로 분류된다. Level 1 방법은 허용파괴확률에 따라 미리 계산된 부분안전계수를 이용하여 방파제를 설계하며, Level 2 방법은 하중과 저항 변수들의 정규분포를 가정하고 이들의 평균 및 표준편차로부터 신뢰도지수와 파괴확률을 계산한다. Level 3 방법은 하중과 저항 변수들에 대한 정규분포의 가정 없이 방파제 수명 동안의 누적 파괴량(예로서 피복 블록의 누적 피해)을 계산한다. 각 방법들은 서로 다른 설계 변수들을 계산하지만 이들을 모두 파괴확률로 나타내어 방법들 간의 차이를 비교할 수 있다. 본 연구에서는 기존의 결정론적방법으로 설계, 시공된 후 1987년 피해를 입었던 동해항 방파제의 피복 블록 안정성에 대하여 피해 전과 보강 후의 단면에 대해서 각각 신뢰성 해석을 수행하였다. 그 결과 피해 전 단면의 파괴확률은 허용파괴확률을 크게 초과하는 반면 보강 후 단면의 파괴확률은 이보다 매우 작아서, 피해 전과 보강 후에 각각 과소 및 과대 설계되었음을 나타냈다. 한편, 서로 다른 세 가지 신뢰성 설계법의 결과가 대체로 잘 일치함을 보임으로써 각 방법 간에 큰 차이가 없음을 확인하였다.

This is the first part of a two-part paper which describes comparison of reliability design methods byapplication to Donghae Harbor Breakwaters. This paper, Part 1, is restricted to stability of armor blocks, whilePart 2 deals with sliding of caissons. Reliability design methods have ben developed for breakwater designssince the mid-1980s. The reliability design method is classified into three categories depending on the level ofprobabilistic concepts being employed. In the Level 1 method, partial safety factors are used, which are pre-evaluated with the reliability index, which is calculated using the means and standard deviations of the load andresistance. The load and resistance are assumed to distribute normally. In the Level 3 method, the cumulativequantity of failure (e.g. cumulative damage of armor blocks) during the lifetime of the breakwater is calculatedwithout assumptions of normal distribution of load and resistance. Each method calculates diferent designparameters, but they can be expressed in terms of probability of failure so that the diference can be comparedamong the diferent methods. In this study, we applied the reliability design methods to the stability of armorblocks 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 target probability of failure while that for the reinforced breakwater is much lower than the target value, indicating that the breakwaters before damage and after reinforcement were under- and over-designed, respectively. On the other hand, the results of the different reliability design methods were in fairly good agreement, confirming that there is not much difference among different methods.