측방유동을 받는 교대 기초말뚝의 안정성에 관한 신뢰성 해석

Abstract

연약지반에 설치된 교대구조물의 측방유동에 대한 안정해석에 있어서 현행 확정론적 경험식에 의한 설계방법의 불합리성을 지양하고, 안정성과 경제성을 확률적으로 고려한 측방유동의 안정해석 방법 및 설계규준 개발의 필요성이 대두되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연약지반에 설치된 교대구조물에 대하여 측방유동 판정방법과 교대 기초말뚝의 안정해석에 대한 신뢰성 해석을 수행하였으며, 해석결과를 비교·분석하여 신뢰성 설계모델을 제시하였다. 측방유동 판정방법에 대해서는 측방이동지수, 측방이동판정수, 수정측방이동판정수 및 원호활동 안전율을 대상으로 2차모멘트법과 점추정법 및 총기대비용 최소화방법을 적용하여 신뢰성 해석을 수행하였다. 해석방법에 따른 각각의 신뢰성지수는 서로 유사한 것으로 나타났으며, 확률변수에 대한 편미분이 불필요하고 평균값과 표준편차만으로 신뢰성 해석을 수행할 수 있는 점추정법이 다른 방법보다 간편성 측면에서 실용적인 방법임을 확인할 수 있었다. 신뢰성 해석의 적합성을 검증하기 위해서 원호활동 안전율에 대한 확정론적 방법의 값과 신뢰성 해석의 값을 상호 비교하였으며, 그 결과 확정론적 안전율과 확률론적 신뢰성 지수간의 상관성이 확인되었다. 교대 기초말뚝의 신뢰성 해석을 위해서 RC말뚝, PC말뚝, 강관말뚝 및 PHC말뚝을 선정하였으며, 총기대비용 최소화법에 의한 최적신뢰성 해석을 수행하여 각 말뚝의 유형별 최적신뢰성지수 및 최적안전율을 산정하였다. 또한, PHC말뚝에 대해 최적신뢰성 해석방법인 Fujino방법, Kanda방법, Frangopol방법 및 Chou방법을 적용하여 최적신뢰성지수와 최적안전율을 산정하여 비교·분석한 결과, 해석 방법별로 변수들의 고려된 정도에 따라 최적신뢰성지수 값의 차이가 있음을 알 수 있었다. 파괴계수와 하중비의 증가에 따른 최적신뢰성지수와 최적안전율을 분석하고, 신뢰성 설계규준인 하중계수와 저항계수를 산정하여 시공수준 및 안정성과 경제성을 종합적으로 고려할 수 있는 합리적인 신뢰성 설계모델을 제시하였다.|In the stability analysis of lateral flow in abutment structures founded on the soft soils, it is necessary to develop the methods and design criteria of stability analysis of lateral flow in order to sublate the irrationality of the current design method by decisive empiricism and consider stability and economical efficiency in probability. This study conducted the decision method of lateral flow in abutment structures founded on the soft soils and the reliability analysis on the foundation pile for abutment. On the basis of the results, this study proposed the reliability design model. Reliability analysis was conducted by applying second moment method, point estimation method, and expected total cost minimization to lateral movement index, lateral movement decision index, modified lateral movement decision index, and circular failure safety factor for the decision criteria of lateral flow. The reliability index by analysis method had a similar tendency each other. Point estimation method was found as a practical method in the aspect of convenience because it could conduct the analysis only by mean and standard deviation as well as the partial derivative on random variables was not necessary. To test the fitness of reliability analysis, the results of reliability analysis and decision methods for circular failure safety factor were compared, and the correlation between definite safety and probabilistic reliability index was confirmed. RC-pile, PC-pile, Steel Pipe-pile and PHC-pile were selected for the reliability analysis on the foundation pile and the optimum reliability analysis was conducted by expected total cost minimization to estimate optimum reliability index and optimum safety by the type of each pile. By applying Fujino's, Kanda's, Frangopol's, and Chou's method for PHC pile, the optimum reliability index and optimum safety were estimated and compared. The results suggest that there was a difference between optimum reliability indexes according to the degree of considering variable by proposed method. Optimum reliability index and optimum safety according to increasing in failure factors and load ratio were analyzed and loads and resistance factors of the design criteria of optimum reliability were estimated. It presented rational design model which can consider construction level and stability and economical efficiency overall.