Abstract
Due to the higher ratio of live load to total loads of railway bridges, the accumulated damage by cyclic fatigue is significant. Moreover, it is highly possible that the initiated crack grows faster than that of highway bridges. Therefore, it is strongly needed to assess the safety for the accumulated damage analytically. The initiation and growth of fatigue-crack are related with the stress range, number of cycles, and the stiffness of the structural system. The stiffness of the structural system includes uncertainties of the planning, design, construction and maintenance, which varies as time goes. In this study, the authors developed the design and risk assessment techniques based on the reliability theories considering the uncertainties in load and resistance. For the probabilistic risk assessment of crack growth and the remaining life of the structures by the cyclic load of railway and subway bridges, response surface method (RSM) combined with first order second moment method were used. For composing limit state function, the stress range, stress intensity factor and the remaining life were selected as input important random variables to the RSM program. The probabilities of failure and the reliability indices of fatigue life for the considered specimen under cyclic loads were evaluated and discussed.
철도교량은 무거운 축하중이 작용하여 구조부재의 전체 강도에서 활하중이 차지하는 비율이 높기 때문에 피로에 의한 손상이 클 뿐만 아니라 계속적으로 변화하는 하중환경에 의해 피로손상이 빠르게 진행될 가능성이 있으므로 이에 대한 안전성을 체계적이고 분석적으로 평가할 수 있는 방법이 요구된다. 철도교량에서 구조부재별 피로균열의 생성위치 및 성장속도는 발생응력의 범위와 횟수, 구조시스템의 강성에 관련되어 있다. 구조시스템의 강성은 계획주체, 설계자, 시공자, 유지관리주체 각각의 특성과 불확실성을 포함하고 있으며, 시간의존적 하중과 저항의 특성에 의해서 추계학적으로 변화하게 된다. 그러므로 이러한 하중 및 저항에서의 각각의 불확실성을 정량적이고 객관적으로 표현할 수 있는 신뢰성에 기초한 평가기법을 개발하였다. 철도 및 지하철교량 등의 피로파괴에 대한 확률론적 평가를 위하여 응답면 기법(Response Surface Method, RSM)과 일계이차 모멘트 기법(First Order Second Moment method, FOSM)을 사용하여 피로균열진전과 잔존수명을 평가하였다. 응력변동 범위를 설계변수로 변화시키면서, 중요한 설계입력 변수로 한계상태 방정식을 구성하고 다양한 피로 수명(100년, 75년 등)후의 파괴확률을 예측하여 설계피로수명에 대한 신뢰성 지수계산 및 발생확률을 분석사례로 제시하였다.
