자동미분을 이용한 뼈대구조의 다단계 최적설계

조효남,정지승,민대홍,이광민,Cho, Hyo-Nam,Chung, Jee-Sung,Min, Dae-Hong,Lee, Kwang-Min 한국강구조학회 2000 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.12 No.5

본 논문에서는 지진하중이 작용하는 뼈대구조에 대해 자동미분(Automatic Differentiation)을 이용한 개선된 다단계 최적설계 알고리즘을 제안하고자 한다. 제안된 알고리즘의 효율성을 위해 전체구조계와 구조요소계 최적설계를 각각 분리하는 분해기법을 적용한 다단계 최적설계기법과 제약조건소거기법을 본 알고리즘에서 조합하여 사용하였다. 또한 수치계산을 효율적으로 수행하기 위해 중간매개변수를 사용하여 휨모멘트나 진동수와 같은 근사구조응답을 이용한 효율적인 재해석기법을 제시하였다. 복잡한 음함수 형태인 동적구조응답에 대한 민감도분석을 정확하고 효율적으로 계산하기 위해 자동미분기법을 사용하였다. 수치예제를 근거로 다단계알고리즘의 효율성과 신뢰성을 기존의 단순다단계알고리즘과 비교하여 제시하였다. An improved multi-level (IML) optimization algorithm using automatic differentiation (AD) of framed structures is proposed in this paper. For the efficiency of the proposed algorithm, multi-level optimization techniques using a decomposition method that separates both system-level and element-level optimizations, that utilizes and an artificial constraint deletion technique, are incorporated in the algorithm. And also to save the numerical efforts, an efficient reanalysis technique through approximated structural responses such as moments and frequencies with respect to intermediate variables is proposed in the paper. Sensitivity analysis of dynamic structural response is executed by AD that is a powerful technique for computing complex or implicit derivatives accurately and efficiently with minimal human effort. The efficiency and robustness of the IML algorithm, compared with a plain multi-level (PML) algorithm, is successfully demonstrated in the numerical examples.

군용전차(軍用戰車) 통과(通過)에 대한 도로교량(道路橋梁)의 안전도분석(安全度分析) 및 내하력판정(耐荷力判定)

조효남,한봉구,전재명,Cho, Hyo Nam,Han, Bong Koo,Chun, Chai Myung 대한토목학회 1988 대한토목학회논문집 Vol.8 No.1

본(本) 연구(硏究)에서는 군용전차의 교량통과시 노후도(老朽度)를 비롯한 각종 저항(抵抗) 및 하중(荷重)관련 불확실량(不確實量)을 체계적으로 포함한 한계상태모형(限界狀態模型)을 유도하고, 실용적이며 진보된 2차(次)모멘트 신뢰성(信賴性) 이론(理論)을 사용하여 군용교량(軍用橋梁) 및 일반교량(一般橋梁)의 신뢰성(信賴性)에 기초한 안전도(安全度) 분석방법(分析方法)과 하중저항계수(荷重抵抗係數) 형식의 급수계산방법(級數計算方法)을 제안(提案)하였다. 본(本) 연구(硏究)에서 제안(提案)하는 안전도(安全度) 분석(分析) 및 내하급수(耐荷級數) 판정방법(判定方法)을 몇 개의 실제 교량에 적용하여 보았다. 본(本) 연구(硏究)의 결과 현행 재래식 허용응력개념에 의한 NATO 급수계산방법은 실내하력(實耐荷力) 판정(判定)이 아닌 명목적인 급수판정방법에 불과함을 알 수 있으며, 따라서 본 연구에서 제시(提示)한 신뢰성방법(信賴性方法)에 의한 안전도(安全度) 분석방법(分析方法)과 하중(荷重)-저항계수(抵抗係數)형 급수 계산방법이나 이에 대응하는 합리적인 허용응력법(許容應力法)에 의한 실내하급수(實耐荷級數) 계산방법(計算方法)의 도입이 시급하다고 본다. This study is intended to propose an approach to reliability-based safety evaluation as well as LRFR(Load and Resisitance Factor Rating) type capacity classification of military or civilian bridges based on the limit state models which are delived by incorporating all the uncertainties of resistance and load random variables including deterioration, and are used in a practical AFOSM (Advanced First Order Second Moment) method. The proposed methods for the assement of safety and load carrying capacity are applied for the evaluation of rating and classifications of several practical bridges against the crossing of military vehicles. Based on the observation of the numerical results, it can be concluded that the current NATO classification method which is based on the traditionl allowable stress concept can not provide real load carrying capacity but results in nominal classification, and therefore the reliability-based safety evaluation and LRFR-classification method or the corresponding rational allowable stress method proposed in this paper may have to be introduced into the classification practice.

Latex Modified Concsdrete 교면공법을 이용한 포장공법의 Life Cycle Cost 분석

조효남,최현호,정평기,이상윤 漢陽大學校 工學技術硏究所 2001 工學技術論文集 Vol.10 No.-

라텍스 개질 콘크리트(Latex Modified Concrete : 이하 LMC라 약칭함)는 방수성, 동결성 등에서 뛰어난 재료이기 때문에 과거 35년 전부터 전 세계적으로 널리 이용되고 있는 포장재료이다. 그러나 아직 국내에서는 고가의 초기공사비 부담으로 인하여 시공실적이 전무한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 현재 우리나라에서 초기도입단계에 있는 라텍스 개질 콘크리트 교면 포장공법을 위한 LCC 분석 절차 및 사용자비용 모델을 제안하고자 하였고, 이러한 절차 및 모델에 기초하여 실제 대상교량의 포장공사에 적용하여 LMC의 LCC 측면에서의 비용 절감효과를 정량적으로 조사하고자 한다. Latex Modified Concrete(LMC) has been widely used for the pavement of highway bridges over the past 35years around the world since it is more resistant to the intrusion of chloride ions, has higher tensile, compressive, and flexural strength, and has greater freeze-thaw resistance. However, in Korea, it has not been introduced to fields due to higher initial construction cost for its overlay than conventional pavement materials. Due to durable characteristics, it should be noted that the LMC may be more cost-effective than conventional pavements such as asphalt pavement considering life-cycle cost(LCC) concept. The objective of this study is intended to suggest a practical LCC analysis model for pavement projects and to demonstrate relative cost-effectiveness of the LMC overlays in comparison with conventional pavement techniques. It may be stated that the procedure proposed in this study may be utilized for making optimal decision on cost-effective pavement design.

철근(鐵筋)콘크리트 도로교(道路橋) 상부구조(上部構造) 신뢰성(信賴性) 설계규준(設計規準)에 관한 연구(?究)

조효남,Cho, Hyo Nam 대한토목학회 1982 대한토목학회논문집 Vol.2 No.3

R.C.도로교(道路橋) 상부구조(上部構造)의 신뢰성(信賴性) 설계(設計) 기준(基準) 제안(提案)는 것이 본(本) 연구(硏究)의 주요 내요(內容)이다. T형 및 4각형 단면(斷面)의 저항(抵抗) 불확실량(不確實量)과 교량사하중(橋梁死荷重) 및 교통활하중(交通活荷重)에 대한 불확실량(不確實量) 우리의 현실(現實)을 반영하는 적절(適切)한 값으로 제안(提案)하였다. Cornell의 MFOSM과 Lind Hasofer의 AFOSM을 포함하는 주요 2차(次)모멘트 신뢰성(信賴性) 이론(理論)을 비교(比較) 분석(分析)하므로서 Elllngwood의 반복시행(反復試行) 알고리즘과 대수정규형(對數正規型) 근사공식(近似公式)을 본(本) 연구(硏究)에서 제안(提案)하는 신뢰성(信賴性) 해석(解析) 및 설계기준(設計基準)의 유도에 사용함이 적절(適切)하다는 것을 알 수 있었다. 현행(現行) 도로교(道路橋) 설계규준(設計規準)에 따라 Calibration 하므로서 목표신뢰성지수(目標信賴性指數) ${\beta}_0=3.5$를 우리의 현실(現實)을 반영하는 최적치(最適値)로 선택(選擇)하였다. 상기(上記)한 불확실량(不確實量) 해석(解析) 이론(理論)에 의해 ${\beta}_0=3.5$에 대응(對應)하는 하중(荷重) 및 저항계수(抵抗係數)를 유도하였다. 그리고 현행(現行) WSD 도로교(道路橋) 설계(設計) 규준(規準)을 위해 신뢰성(信賴性) 이론(理論)에 의한 공칭안전율(公稱安全率)과 허용응력(許容應力)을 제안(提案)하였다. 본(本) 연구(硏究)에서 제안(提案)하는 R.C.도로교(道路橋)의 LRFD 신뢰성(信賴性) 설계기준(設計基準) 현행(現行) R.C.표준설계(標準設計) 시방서(示方書)의 규준(規準)에 대응(對應)하는 설계기준(設計基準)으로 도입(導入)함이 바람직하다는 사실(事實) 확인(確認)할 수 있었다. This study proposes a reliability based design criteria for the R.C. superstructures of highway bridges. Uncertainties associated with the resistance of T or rectangular sections are investigated, and a set of appropriate uncertainties associated with the bridge dead and traffic live loads are proposed by reflecting our level of practice. Major 2nd moment reliability analysis and design theories including both Cornell's MFOSM(Mean First Order 2nd Moment) Methods and Lind-Hasofer's AFOSM(Advanced First Order 2nd Moment) Methods are summarized and compared, and it has been found that Ellingwood's algorithm and an approximate log-normal type reliability formula are well suited for the proposed reliability study. A target reliability index (${\beta}_0=3.5$) is selected as an optimal value considering our practice based on the calibration with the current R.C. bridge design safety provisions. A set of load and resistance factors is derived by the proposed uncertainties and the methods corresponding to the target reliability. Furthermore, a set of nominal safety factors and allowable stresses are proposed for the current W.S.D. design provisions. It may be asserted that the proposed L.R.F.D. reliability based design criteria for the R.C. highway bridges may have to be incorporated into the current R.C. bridge design codes as a design provision corresponding to the U.S.D. provisions of the current R.C. design code.

Probability-Based WSD Code for Reinforced Concrete

조효남,신재철,전재명,Cho, Ryo Nam,Shin, Jae Chul,Chun, Chai Myung Korean Society of Civil Engeneers 1986 대한토목학회논문집 Vol.6 No.4

본(本) 연구(硏究)에서는 철근(鐵筋)콘크리트 구조(構造)에 대하여 확률이론(確率理論)에 기초(基礎)한 허용응력(許容應力) 설계규준(設計規準)의 개발(開發)을 위한 방법(方法)을 제시(提示)하였다. 철근(鐵筋)콘크리트 구조부재(構造部材)의 신뢰성지수(信賴性指數)는 AFOSM 신뢰성(信賴性) 해석법(解析法)을 사용하여 계산(計算)하였으며, 또한 시방서(示方書) 신뢰성(信賴性) 검정(檢定)의 실용적(實用的) 방법(方法)을 제시(提示)하였다. 각(各) 구조요소별(構造要素別) 목표신뢰성지수(目標信賴性指數)는 현행(現行) 규준(規準)에 의해 설계(設計)된 구조물(構造物)의 안전성(安全性)에 관한 수치적(數値的) 연구결과(硏究結果)를 고려하고 또 현(現) 실정(實情)을 반영하여 결정(決定)되었다. 현행(現行) WSD 안전규정(安全規正)을 대치(代置) 사용(使用) 가능토록 본(本) 연구(硏究)에서는 합리적(合理的) 목표신뢰성지수(目標信賴性指數)에 기초(基礎)하여 R.C. 각(各) 구조요소별(構造要素別) 허용응력(許容應力) 및 안전계수(安全係數)를 제안(提案)하였다. This paper presents a method for developing a probability-based working stress design code for reinforced concrete. Reliability of reinforced concrete structural members is evaluated by using an advanced second moment reliability method, and then, a practical method for code calibration is shown in this paper. The target reliability indices for various structural elements are determined by considering the results of the numerical studies on the safety of the structures designed by the current code, and by reflecting the construction practice. A set of allowable stresses and safety factors for reinforced concrete is proposed as a possible substitute for the current safety provisions, based on the rational target reliability indices.

확률에 기초한 한국의 기본 설계풍속 추정

조효남,차철준,백현식 한국전산구조공학회 1989 한국전산구조공학회논문집 Vol.2 No.2

본 연구는 확률에 기초한 한국의 기본 설계풍속 추정을 위한 합리적인 방법을 제시하고 위험도에 기초한 전국의 설계풍속지도를 제안한다. 본 논문에서는 장기기록 지역의 계절풍 연 최대 풍속자료와 단기기록 지역의 계절풍 월 최대 풍속자료의 극치 Type I 분포 모형에 대한 적합성을 검토하였고, 극치 태풍 풍속 분포 추정에서는 Monte-Carlo 시뮬레이션을 이용하여 간접적인 해석방법이 적용되었다. 태풍과 계절풍에 대한 기본 설계풍속은 두개 분포의 적(product)으로 된 혼합모형에서 구한다. 본 연구 결과로부터 제안된 모형과 방법은 현재 한국에서 가용한 단기기록 풍속자료를 이용한 위험도에 기초한 기본설계풍속과 기본 설계풍속지도의 개발에 실용적인 도구로 활용 가능하다고 본다. This study presents rational methods for probability-based estimates of basic design wind speeds in Korea and proposes a risk-based nation-wide map of design wind speeds. The paper examines the fittings of the extreme Type I mode to largest yearly non-typhoon wind data from long-term records, and to largest monthly non-typhoon wind data from short-term records. For the estimation of the extreme typhoon wins speed distribution, an indirect analytical method based on a Monte-Carlo simulation is applied to typhoon-prone regions. The basic desig wind speeds for typhoon and non-typhoon winds at the sites of concern are made to be obtained from the mixed model given as a product of the two distributions. The results of this study show that the proposed models and methods provide a practicable tool for the development of the risk-based basic design wind speed and the design wind map from short-term station records currently available in Korea.

인발성형된 FRP 바닥판의 형상 최적설계

조효남,최영민,김희성,김형열,이종순 한국전산구조공학회 2004 한국전산구조공학회논문집 Vol.17 No.3

Due to their high strength to weight ratios and excellent durability, fiber reinforced polymer(FRP) is widely used in construction industries. In this paper, a shape optimum design of FRP bridge decks haying pultruded cellular cross-section is presented. In the problem formulation, an objective function is selected to minimize the volumes. The cross-sectional dimensions and material properties of the deck of FRP bridges are used as the design variables. On the other hand, deflection limits in the design code, material failure criteria, buckling load, minimum height, and stress are selected as the design constraints to enhance the structural performance of FRP decks. In order to efficiently treat the optimization process, the cross-sectional shape of bridge decks is assumed to be a tube shape. The optimization process utilizes an improved Genetic Algorithms incorporating indexing technique. For the structural analysis using a three-dimensional finite element, a commercial package(ABAQUS) is used. Using a computer program coded for this study, an example problem is solved and the results are presented with sensitivity analysis. The bridge consists of a deck width of 12.14m and is supported by five 40m long steel girders spaced at 2.5m. The bridge is designed to carry a standard DB-24 truck loading according to the Standard Specifications for Highway Bridges in Korea. Based on the optimum design, viable cross-sectional dimensions for FRP decks, suitable for pultrusion process are proposed. 복합재료(FRP)는 재료적 고비강도, 고내구성 등으로 인하여 건설분야에 널리 사용되고 있어, 본 연구에서는 인발성형된 FRP 바닥판의 형상최적설계를 수행하였다. 최적설계의 정식화에서 목적함수는 단위모듈의 체적을 최소화하도록 하였으며, 설계변수는 바닥판 단면의 기하적 치수와 재료적 물성을 사용하였다. 반면 바닥판의 성능을 최대한 효율적으로 설계하기 위하여 설계 제약조건으로 처짐규정, 재료파괴 기준, 좌굴하중, 바닥판 최소두께와 응력을 사용하였다. 단면형상의 효율적 결정과 시공성을 고려하여 구조적 보조부재를 포함하지 않는 튜브 모양의 형상으로 제한하였으며, 최적화 알고리즘은 Index기법을 적용하여 수렴성을 극대화한 개선된 GAs를 사용하였다. 상용 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 구조해석 결과를 최적화 과정에 필요한 제약조건으로 활용하고, 민감도 분석을 수행하였다. 본 연구를 통하여 개발한 최적화 프로그램을 검증하기 위하여, 40m의 지간, 폭 12.14m에 주형 간격이 2.5m인 단순교를 대상으로 하였으며, 도로교 설계 기준을 만족하는 DB-24하중을 적용하였다. 복합재료의 재료로 E-glass섬유를 사용하였으며, 최적설계를 수행한 결과 인발성형공법에 의한 실용적인 단면을 제안하였다.

노후된 잔교식의 항만구조물의 신뢰성에 기초한 안전성 및 내하력평가

조효남,김성훈,노홍식,임종권,이우근 한양대학교 공학기술연구소 1995 공학기술논문집 Vol.4 No.1

This study is intended to propose a reliability based approach to safety assessment and berth-capacity rating of aged wharf structures based on measured data acquired from an extensive dynamic field load testing against berth impact of real ships. The study comprises the essential part of a project for assessing actual berth-capacity of deteriorated and damaged dolphin structures at the Onsan oil refinery wharf currently operated for the berth of oil refinery ships of 20,000 DWT.

GFRP 적층복합재료관의 신뢰성해석

조효남,이승재,최영민 한양대학교 공학기술연구소 1992 공학기술논문집 Vol.1 No.1

In general, the strength and stiffness of laminated composite cylindrical shells are very sensitive to the variation of slenderness parameters, some coupling-stiffness parameters, lamination angles, stacking sequence and number of lagers. In the paper, the effects of these factors on the strength and buckling reliabilities of GFRP laminated cyclindrical shells ale investigated based on the proposed strength and buckling limit state models. It may be concluded that the applicable ranges of the slenderness limits of the strength and buckling failure criteria for laminated composite cylindrical shells should be indentified and incorporated into the design formula with appropriate safety factors which provide uniform consistent reliability for balanced design in practice.

교량의 내하력 판정(1)

조효남 대한토목학회 1982 대한토목학회지 Vol.30 No.4