Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection (한국구조물진단유지관리공학회 논문집)

Korea Institute for Structural Maintenance Inspection (한국구조물진단유지관리공학회)
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Reliability-Optimal Design Method of High-Speed Railway Bridges Based upon Expected Life-Cycle Cost

기대생애주기비용에 기초한 고속철도교량의 신뢰성-최적설계 방안

  • Received : 2010.01.15
  • Accepted : 2010.03.18
  • Published : 2010.07.30
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Abstract

The reliability evaluation may be a efficient method for estimating of the quantitative structural safety considering the effect of uncertainties included in high-speed railway bridges. The expected life-cycle cost(LCC) based upon the reliability evaluation will reasonably offer the safety level and design criteria of high-speed railway bridges. Therefore, this study determined the expected life-cycle cost and optimal design method of high-speed railway bridges on the basis of the result of the numerical analysis and reliability evaluation. For this, after creating various design method based upon the standard design of high-speed railway bridges, the numerical analysis is conducted on each of the alternative design methods. The reliability evaluation by the design strength limit state function is conducted considering the effect of external uncertainties on the basis of the numerical analysis result. The expected life-cycle cost of high-speed railway bridges is calculated on the basis of the reliability evaluation result by each of the alternative design methods. Also, the optimal design method is determined using the calculated expected life-cycle cost. In addition, The result of reliability evaluation and expected life-cycle cost of optimal design method are examined considering the effect of internal uncertainties. It is expected that the result of this study can be used as a basic information for the systematic safety evaluation and optimal structure design of high-speed railway bridges.

신뢰성평가는 고속철도교량에 포함된 불확실성의 영향을 고려하여 정량적 구조안전성을 검토하기 위한 효율적인 방안이며, 신뢰성평가에 기초한 기대생애주기비용은 고속철도교량의 합리적인 안전수준 및 설계기준을 제공할 것이다. 따라서 이 연구에서는 수치해석과 신뢰성평가 결과를 바탕으로 고속철도교량의 기대생애주기비용 및 최적설계 방안을 결정하고자 한다. 이를 위해, 고속철도교량의 표준설계를 기준으로 다양한 설계방안을 설정한 후, 각각의 설계방안에 대해 수치해석을 수행하였으며, 설계강도 한계상태방정식에 따른 신뢰성평가는 수치해석결과를 토대로 외적 불확실성의 영향을 고려하여 수행하였다. 고속철도교량의 기대생애주기비용은 각각의 설계방안에 따른 신뢰성평가 결과를 바탕으로 산정 하였다. 또한 최적설계 방안은 산정된 기대생애주기비용을 이용하여 결정하였다. 아울러, 최적설계 방안의 신뢰성평가 결과 및 기대생애주기비용에 대해 내적 불확실성의 영향을 고려하여 검토하였다. 이 연구결과는 고속철도교량의 체계적인 안전성 평가 및 최적 구조설계를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

Keywords

References

  1. 고속철도사업기획단, 고속철도 강교량 및 합성형 교량 설계표준 시방서 해설(안), 1991.
  2. 대한토목학회, 철도설계기준(철도교편), 2004.
  3. 송창혁, 다양한 변수를 고려한 고속철도교량의 최적 동적증폭 계수 분석 방법, 충남대학교 대학원, 공학석사학위논문, 2008.
  4. 조중연, 선종완, 김이현, 조효남, "불확실성을 고려한 철도 교량의 LCC분석 시스템 개발", 한국철도학회 2007년도 추계학술대회논문집, 2007, pp.1152-1158.
  5. 조효남, 민대홍, 조준석, "고속철도 강교량의 총기대비용 최적 설계", 대한토목학회논문집, 제21권 제5-A호, 2001, pp. 735-760.
  6. 조효남, 박진영, 선종완, 윤만근, "의사결정수 기법을 이용한 교량확폭에 관한 의사결정모델 개발", 구조물진단학회지, 제12권, 제4호, 2008, pp.187-194.
  7. 한국고속철도공단, 서울-부산간 경부고속철도 제6공구 실시 설계보고서(구조계산서), 1995.
  8. 한국고속철도공단, 경부고속철도 남서울-천안간(궤도 제1공구) 궤도부설 기타공사 실시설계보고서, 2003.
  9. 한국시설안전기술공단, 교량의 LCC 분석모델 개발 및 DB 구축방안 연구, 2002.
  10. 한성호, 이우상, "시계열하중을 이용한 PSC 박스 거더 고속 철도교량의 동적성능 평가에 관한 연구", 대한토목학회논문집, 제30권 제3-A호, 2010, In Press.
  11. Ang, A. H-S, "Treatment of Uncertainties in Risk-Based Optimal Design of Marine Structures", OMAE 2004, June, Vancouver, Canada.
  12. Ang, A.H-S., "Practical Assessments of Risk and its Uncertainty", Proc. IFIP Workshop, Kobe, Japan, 2006.
  13. Ang, A. H-S. and Tang, W. H., Probability Concepts in Engineering Planning and Design, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2007.
  14. De Brito, J. and Branco, F.A., "Bridge Management Policy using Cost Analysis", Proc. Instn Civ. Engrs Structs & Bldgs, 104, Nov., 1995, pp.431-439.
  15. Ditlevsen, O., "Narrow Reliability Bounds for Structural System", Journal of Structural Mechanics, Vol. 7 No. 4, 1979, pp.453-472. https://doi.org/10.1080/03601217908905329
  16. Frangopol, D.M. and Lin, K.Y., "Life-Cycle Cost Design of Deteriorating Structures", Journal of Structure Engineering, ASCE, Vol. 123, No. 10, 1997, pp.1390-1401. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1997)123:10(1390)
  17. Han, S.H. and Ang, A.H-S., "Optimal Design of Cable-Stayed Bridges Based on Minimum Life-Cycle Cost", IABMAS08 Conference, Seoul, Korea, 2008.
  18. Koskito, O.J. and Ellingwood, B.R. "Reliability-Based Optimization of Plant Precast Concrete Structures", Journal of Structure Engineering, ASCE, Vol. 123, No. 3, 1997.
  19. Nowak, A.S. and Collins, K.R., Reliability of Structures, Vol. 268, McGraw-Hill, New York, 2000.
  20. Rackwitz, R. and Fiesseler B., "Structural Reliability Under Combined Random Load Sequences", Computers and Structures, Vol 9, No. 5, 1978, pp.489-494. https://doi.org/10.1016/0045-7949(78)90046-9
  21. Tabsh, S.W. and Nowak, A.S., "Reliability of Highway Girder Bridges", Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 117, No. 8, 1991, pp.2373-2388.