구조손상 및 확률변수 간의 공간적 상관관계를 고려한 트러스 구조물의 신뢰성 해석

Abstract

본 연구에서는 트러스 교량을 대상으로 부재 제원 및 작용 하중에 포함되어 있는 불확실성, 구조손상 및 확률변수 간의 공간적 상관관계를 고려한 신뢰성 해석을 수행하였다. 한계상태로는 허용처짐을 기준으로 한 사용성 한계상태와 부재의 허용응력을 기준으로 한 응력한계상태를 고려하였으며, 신뢰성 해석을 위하여 모멘트 방법으로 알려져 있는 Level II 방법과 추출법 기반의 Level III 방법을 적용하였다. 이 연구에서는 이러한 신뢰성 해석 방법을 이용하여 (1) 부재에 존재하는 구조손상이 신뢰도 지수에 미치는 영향과 (2) 확률변수 간의 공간적 상관관계에 따른 신뢰성 해석 결과를 분석하였다. 신뢰성 해석 결과 한계상태에 따라 신뢰도 지수 및 파괴확률에 대한 구조손상의 영향이 손상부재에 따라 다름을 알 수 있었다. 또한 공간적 상관관계의 경우, 확률변수 간의 상관관계가 커질수록 파괴확률이 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서 확률론적 방법을 통한 신뢰성 해석을 할 때에는 한계상태 및 고려하는 확률변수의 분포 형태, 평균, 표준편차 외에도 구조손상 및 확률변수 간의 상관관계를 합리적으로 고려하여야 함을 알 수 있다.

In this study, a reliability analysis is performed for a truss bridge considering uncertainties in structural properties and applied loads, structural damage, and spatial correlation between random variables. Two limit states are considered: a serviceability limit state based on allowable deflection and a stress limit state based on allowable stress. The Level II reliability analysis method, which is known as one of the moment methods, and the Level III method based on sampling techniques are used in the reliability analysis. In this study, the effects of structural damage and spatial correlation between random variables on the reliability index are intensively investigated. Results of the reliability analysis showed that structural damage has different effects on the reliability index and probability of failure in terms of the limit state and damaged member. With respect to spatial correlation, the probability of failure increases as the spatial correlation coefficient between random variables increases. Therefore, it can be concluded that structural damage and the spatial correlation between random variables should be reasonably considered to achieve a more rational reliability analysis.