경사제의 다중 파괴모드에 대한 신뢰성 해석

이철응(Lee, Cheol-Eung) 한국해안해양공학회 2008 한국해안해양공학회 논문집 Vol.20 No.2

다중 파괴모드에 대한 경사제 제체의 시스템적 안정성을 신뢰성 이론으로 해석하였다. 먼저 경사제의 안정성과 관련된 네 개의 단일 파괴모드에 대한 신뢰함수가 수립되었다. 각각의 단일 파괴모드에 대한 AFDA 신뢰성 해석 모형이 개발되었으며, CIAD(1985)의 결과와 비교하여 만족스럽게 검증하였다. 단일 파괴모드에 대한 신뢰성 해석에서는 파괴확률 뿐만 아니라 파괴확률에 영향을 미치는 각 확률변수들의 영향계수를 산정하였다. 한편 경사제의 다중 파괴모드에 대한 신뢰성 해석을 수행하기 위해 세 가지, 일차해석법, 이차해석법 그리고 PNET, 해석법이 적용되었다. 해석 결과에 의하면 일차해석법은 파괴확률을 과다 추정하는 경향이 있다. 따라서 다중 파괴모드를 해석할 때는 각 파괴모드간의 상관성을 고려할 수 있는 이차해석법이나 PNET 해석법을 이용하는 것이 바람직하다. 마지막으로 파괴모드간의 상관성에 기인하는 파괴확률의 추가적인 발생 가능성을 다중 파괴모드 해석을 통하여 확인할 수 있었다. A reliability analysis has been performed to investigate the systematic stability of multi-failure modes of rubble-mound breakwaters. The reliability functions of four different failure modes are established straightforwardly. AFDA(Approximate Full Distribution Approcah) reliability models for each failure modes are directly developed and satisfactorily calibrated through the comparison with CIAD's results. In the reliability analysis of single failure mode, the probabilities of failure are calculated and the influence coefficients of random variables in the failure modes are properly evaluated. Meanwhile, three different models such as uni-modal bounds, bimodal bounds, and PNET are applied to evaluate the probabilities of failure of multi-failure modes for rubble-mound breakwaters. It may be found that uni-modal bounds tend to overestimate the probability of failure of multi-failure modes. Therefore, for the systematic reliability analysis of multi-failure modes, it is recommended to use bi-modal bounds or PNET which consider the correlation between the failure modes for rubble-mound breakwaters. By introducing the reliability analysis of multi-failure modes, it could be possible to find out the additional probabilities of failure occurred by the multi-failure modes of a multi-component system such as rubble-mound breakwaters.

Determination of cross section of composite breakwaters with multiple failure modes and system reliability analysis

Lee Cheol-Eung,Kim Sang-Ug,Park Dong-Heon 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.9

혼성제 케이슨에서 발생 가능한 활동, 전도 그리고 편심 경사하중에 의한 마운드 지지력에 대한 안정성을 다중 파괴모드 개념으로 해석하였다. 먼저 결정론적 해석에서는 활동 및 전도 그리고 마운드 지지력에 대한 한계 상태방정식을 이용하여 최소 안전율을 만족하는 혼성제 케이슨의 최소 단면을 산정할 수 있는 식을 유도하였다. 입사조건 및 마루높이 그리고 설치수심에 따른 결정론적 해석 결과에 의하면 활동 파괴모드와 마운드 지지력 파괴모드 간 상충이 발생되었다. 따라서 혼성제 케이슨의 설계단면을 결정론적으로 산정하는 경우에도 활동뿐만 아니라 전도와 마운드 지지력에 대한 다중 파괴모드를 동시에 고려하여야 한다. 한편 확률론적 해석에서는 활동에 의하여 결정된 단면에 대하여 다중 파괴모드에 대한 시스템 신뢰성 해석을 수행하였다. 혼성제 케이슨의 다중 파괴모드에 의한 제체의 시스템 파괴확률이 입사조건에 따라 매우 다르게 거동하는 것을 알 수 있었다. 또한 마루높이와 설치수심이 증가하여도 제체의 시스템 파괴확률이 증가하는 경향이 나타났다. 특히 시스템 신뢰성 해석의 일차 해석모형과 이차 해석모형의 결과들은 본 연구에서 수행된 조건들에서는 일치되는 거동 특성을 나타냈다. 그러나 파괴모드 사이의 상관성을 올바로 고려할 수 있는 이차 해석모형의 결과가 더 높은 정도를 갖는다. 다만 파괴모드 사이에 파괴확률이 상대적으로 크게 차이나는 경우에는 일차 해석모형도 간편하게 사용할 수 있다. The stabilities of sliding and overturning of caisson and bearing capacity of mound against eccentric and inclined loads, which possibly happen to a composite caisson breakwaters, have been analyzed by using the technique of multiple failure modes. In deterministic approach, mathematical functions have been first derived from the ultimate limit state equations. Using those functions, the minimum cross section of caisson can straightforwardly be evaluated. By taking a look into some various deterministic analyses, it has been found that the conflict between failure modes can be occurred, such that the stability of bearing capacity of mound decreased as the stability of sliding increased. Therefore, the multiple failure modes for the composite caisson breakwaters should be taken into account simultaneously even in the process of deterministically evaluating the design cross section of caisson. Meanwhile, the reliability analyses on multiple failure modes have been implemented to the cross section determined by the sliding failure mode. It has been shown that the system failure probabilities of the composite breakwater are very behaved differently according to the variation of incident waves. The failure probabilities of system tend also to increase as the crest freeboards of caisson are heightening. The similar behaviors are taken place in cases that the water depths above mound are deepening. Finally, the results of the first-order modal are quite coincided with those of the second-order modal in all conditions of numerical tests performed in this paper. However, the second-order modal have had higher accuracy than the first-order modal. This is mainly due to that some correlations between failure modes can be properly incorporated in the second-order modal. Nevertheless, the first-order modal can also be easily used only when one of failure probabilities among multiple failure modes is extremely larger than others.

다중 파괴모드를 고려한 단순 사면의 최적 설계

김현기,신민호,최찬용 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.6

Conventional slope stability analysis is focused on calculating minimum factor of safety or maximum probability of failure. To minimize inherent uncertainty of soil properties and analytical model and to reflect various analytical models and its failure shape in slope stability analysis, slope stability analysis method considering simultaneous failure probability for multi failure mode was proposed. Linear programming recently introduced in system reliability analysis was used for calculation of simultaneous failure probability. System reliability analysis for various analytical models could be executed by this method. Optimum design to determine angle of a simple slope is executed for multi failure mode using linear programming. Because of complex consideration for various failure shapes and modes, it is possible to secure advanced safety by using simultaneous failure probability. 최저 안전율 또는 최대 파괴확률을 기반으로 하는 기존의 사면안정해석에 대하여, 지반물성과 해석모델이 갖는 고유 불확실성을 최소화하고, 사면안정해석에서 다양한 안정해석모델과 그에 따른 파괴형상을 반영할 수 있도록, 다중 파괴모드를 고려한 사면의 신뢰성해석기법을 제안하였다. 파괴확률의 산정에는 체계 신뢰성해석분야에서 최근 도입된 선형계획법에 의한 최적화를 이용하였다. 이를 통하여 여러 가지 해석모델을 신뢰성 기반으로 동시에 고려하여 해석할 수 있다. 선형계획법에 의한 다중 파괴모드를 고려한 파괴확률 산정기법을 이용하여 단순 사면의 경사도 결정을 위한 최적 설계를 검토하였다. 그 결과, 동시 파괴확률을 이용하면, 대상으로 하는 사면안정해석모델과 파괴형상 및 파괴확률을 복합적으로 고려할 수 있기 때문에 개선된 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

터널 숏크리트 라이닝 파괴 메커니즘에 대한 수치해석적 고찰

신휴성(Shin Hyusoung),신동인(Shin Dongin),배규진(Bae Gyujin),김동규(Kim Donggyu) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.7

본 연구에서는 터널 붕괴붕락의 유형 중 국부 암괴하중에 의한 숏크리트 라이닝의 파괴특성을 유한요소 해석을 통해 고찰하였다. 우선, 기존 터널 라이닝 파괴특성을 보다 체계적으로 파악하기 위하여 암반과 숏크리트체 강성비와 부착강도의 특성에 변화를 주어 총 9가지의 조건을 설정하였다. 각 조건에 대한 블록낙하실험(falling block test)환경에서 수치해석을 수행하여 파괴양상을 고찰해 보고 기존의 이론적 파괴 메카니즘과 비교/평가하여 보았다. 결과적으로, 기존 문헌에서 언급된 4가지 파괴모드 (점착파괴(adhesive failure), 직접전단파괴(direct shear failure), 휨인장파괴(flexural failure) 및 휨전단파괴(punching shear failure))가 모두 구현되긴 하였으나, 점착파괴는 항상 타 파괴유형과 동반되어 나타나며, 별도의 파괴유형으로 분류하는 것은 부적절하다고 판단되었다. 또한 기존 관련 연구에서는 터널공학의 주요개념인 아칭효과에 대해 고려치 않고 단순보 개념하에서 라이닝의 파괴특성을 고찰하였으며, 굴착에 의해 부가되는 라이닝의 초기 축력을 고려치 않고 있다. 이에 대해 터널특성에 부합된 경계조건들을 고려하여 신규 라이닝 파괴모드를 재 고찰하였으며, 곡률이 있는 터널 라이닝조건에서는 크게 두 가지 파괴유형으로 분류할 수 있는 것으로 파악되었다. This study investigates a failure mechanism of a tunnel shotcrete lining with respect to a concentrated load due to blocky rock mass. First of all, it is carried out to survey relevant researches to shotcrete failures by literature reviews and to numerically re-investigate the failure modes of shotcrete lining given by previous researches. Through this study, the failure modes are relocated with the conditions which induce each failure mode newly proposed by this study. In addition to this, the arching shape of tunnel lining, which has not been considered in the previous research despite of inherent geometrical characteristics in tunnels, is taken into consideration in numerical investigation on lining failure in this study. As a result, it is shown that more simplified failure modes can be found on the tunnel boundary condition and the corresponding failure condition to each mode can be different from ones of the previous study due to a tunnel arching effect.

축방향변형요소-점소성요소 조합해석기법을 이용한 변형률속도에 따른 구조물의 응답해석

임윤묵(Lim Yun Mook),신승교(Shin Seung Kyo),박주완(Park Ju Wan) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.5A

기존의 실험결과에 의하면 구조재료의 인장ㆍ압축강도 등과 같은 재료특성은 하중의 재하속도가 변함에 따라 달라지는 현상을 보인다. 따라서 지진이나 충격하중과 같이 고변형률속도를 가진 하중에 의한 구조물의 거동을 정확하게 파악하기 위해서는 변형률속도에 의존적인 구조재료의 역학적인 특성을 고려한 해석이 필수적이다. 본 연구에서는 변형률속도에 따른 구조물의 거동해석을 위하여 탄-점소성모델과 축방향변형요소를 조합한 새로운 수치해석 기법을 개발하였다. 개발된 수치해석기법의 검증을 위하여 직접인장 및 휨하중이 작용하는 경우에 대한 기존 실험결과와 수치해석결과의 비교ㆍ검토를 수행하였다. 검증된 수치해석기법을 이용하여 정적하중 재하시와 충격하중 재하시 접합부를 가지고 있는 보-기둥 구조물의 하중-변위거동 및 파괴거동을 검토하였다. 또한, 변형률속도를 3×10??/s 에서부터 3×10?¹/s 까지 변화시켜 매개변수해석을 수행하여 변형률 속도에 따른 구조물의 손상범위를 검토하고 구조물의 파괴형상이 연성파괴에서 취성파괴로 전이되는 변형률속도의 한계값을 수치해석적으로 규명하였다. From the material point of view, concrete shows an increase in tensile strength and compressive strength as the strain rate increases, and the change in failure mode from ductile to brittle also happens. Thus, understanding the behavior of concrete subjected to high strain rate loading such as earthquake or impact is essential. This study proposes a numerical method that can predict the strain rate effect of concrete. Developed numerical model uses coupled axial deformation link element (ADLE) and elasto-viscoplastic element as a basic element. To verify the numerical method, simulations of uniaxial and three-point bending specimen are performed and the predicted responses are compared with experimental results. Concrete beam-column is simulated to investigate the load-deflection response and failure mode under static and impact loading. A parameter study regard?ing strain rate from a value of 3×10??/s to a value of 3×10?¹/s is conducted to investigate the damage range of concrete and a limit value of strain rate from which the failure mode changes from ductile to brittle.

변형률 속도를 고려한 유한요소 기반 연성 찢김 해석 기법 개발

남현석(Hyun Suk Nam),김지수(Ji Soo Kim),김진원(Jin Weon Kim),김윤재(Yun Jae Kim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.2

본 논문은 유한요소해석을 이용한 고변형률 조건에서의 연성파손 해석기법을 제안한다. 고변형률 하중이 작용하는 구조물에 대한 파괴거동 예측을 위해 본 논문에서는 Johnson/Cook 모델을 고려한 수정응력 파괴변형률 모델을 사용하였다. 제시된 모델은 인장 실험 모사해석결과로부터 얻어지는 삼축응력 및 파괴변형률에 의해 파손이 정의된다. 다양한 실험속도의 인장 실험결과 및 정적 하중조건에서의 파괴인성 실험을 이용하여 수정응력 파괴변형률 모델의 변수를 결정하였다. 결정된 모델을 이용하여 동적 하중조건에서 파괴인성시편에 대한 해석을 수행하였으며 해석결과와 실험결과를 비교하여 해석기법을 검증하였다. This paper proposes ductile failure simulation under high strain rate conditions using finite element (FE) analyses. In order to simulate a cracked component under a high strain rate condition, this paper applies the stressmodified fracture strain model combined with the Johnson/Cook model. The stress-modified fracture strain model determines the incremental damage in terms of stress triaxiality (σm/σe) and fracture strain (εf) for a dimple fracture using the tensile test results. To validate the stress-modified fracture strain model under dynamic loading conditions, the parameters are calibrated using the tensile test results under various strain rates and the fracture toughness test results under quasi-static conditions. The calibrated damage model predicts the CT test results under a high strain rate. The simulated results were then compared with the experimental data.

논문 : 대전지역 중생대 화강암 암반 내 취성파괴 예측연구

장현식 ( Hyun Sic Jang ),최미미 ( Mi Mi Choe ),배대석 ( Dae Seok Bae ),김건영 ( Geon Young Kim ),장보 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2015 지질공학 Vol.25 No.3

대전지역 중생대 화강암 암반을 대상으로 경험적 해석과 수치해석 모델링을 사용하여 심도에 따른 취성파괴 예측 연구를 수행하였다. 먼저 손상제어시험 등의 실내시험으로 경험적 해석과 수치해석 모델링에 필요한 입력 변수를 측정하였고, 측정결과를 바탕으로 연구지역의 암반을 경암에 속하는 그룹 A와 극경암에 속하는 그룹 B로 구분하여 각 그룹별 대표 물성치를 사용하였다. 취성파괴의 해석에는 해석구간의 심도와 측압계수(k)로 결정되는 원위치응력 값이 필요하나 연구지역의 원위치응력 값은 측정되지 않았다. 그러므로 다양한 원위치응력 상태를 고려하기 위하여 3가지의 측압계수 (k=1,2,3)를 분석에 적용하였다. 경험적 해석과 수치해석 모델링에서 측압계수가 1일 경우, 연구지역의 암반에서는 1000m의 심도까지도 취성파괴가 발생할 가능성이 매우 낮은 것으로 분석되었다. 그러나 측압계수가 2일 경우에는 심도 800 m 구간에서부터, 측압계수가 3일 경우에는 심도 600m 구간에서부터 취성파괴가 발생될 가능성이 높을 것으로 판단된다. 이 연구에서는 점착력약화-마찰각강화(CWFS) 모델과 Mohr-Coulomb 모델이 사용되었으며, CWFS 모델은 암반의 취성 파괴영역의 범위와 깊이를 잘 모사하였으나 모아-쿨롱 모델은 이러한 변화를 구현하지 못하였다. Brittle failure of Mesozoic granite in the Daejeon region is predicted using empirical analysis and numerical modeling techniques. The input parameters selected for these techniques were based on the results of laboratory tests, including damage-controlled tests. Rock masses that were considered to be strong during laboratory testing were assigned to “group A” and those considered to be extremely strong were assigned to “group B”. The properties of each group were then used in the analyses. In-situ stress measurements, or the ratio of horizontal to vertical stress (k), were also necessary for the analyses, but no such measurements have been made in the study area. Therefore, k values of 1, 2, and 3 were assumed. In the case of k=1, empirical analysis and numerical modeling show no indication of brittle failure from the surface to1000 m depth. When k=2, brittle failure of the rock mass occurs at depths below 800 m. For k=3, brittle failure occurs at depths below 600 m. Although both the Cohesion Weakening Friction Strengthening (CWFS) and Mohr-Coulomb models were used to predict brittle failure, only the CWFS model performed well in simulating the range and depth of the brittle failure zone.

사면붕괴가 발생된 절개사면에서의 억지말뚝 보강 사례연구

송영석 ( Young Suk Song ) 대한지질공학회 2006 지질공학 Vol.16 No.2

본 논문은 도로공사시 발생된 붕괴사면을 대상으로 사면안정성을 검토하고, 불안정할 경우 합리적인 사면보강공법을 제안한 현장사례 연구이다. 사면조사결과 대상사면은 5개의 대규모 인장균열을 포함하고 있으며, 사면활동은 인장균열에서 시작하여 표토층과 풍화암층사이까지 발생된 것으로 판단된다. 사면안정해석은 건기시와 우기시에 대하여 각각 수행되었으며, 대상사면은 현재 불안정한 것으로 예측되었다. 사면보강공법은 사면의 파괴규모에 따라 선정하는 것이 바람직하다. 즉, 파괴규모에 따라 소규모파괴, 중규모파괴, 그리고 대규모파괴로 나누고 각각의 파괴규모에 따라 사면보강공법을 결정할 수 있다. 대상사면의 경우 대규모파괴에 해당하므로 사면보강공법은 안전율증가공으로 억지말뚝공을 채택하고, 안전율유지공으로 식생공(Seed Spray) 및 지표수배제공을 채택할 수 있다. 억지말뚝으로 보강된 사면의 안정해석을 위하여 SLOPILE(Ver 3.0)프로그램을 적용하였다. 사면안정 해석결과 1열의 억지말뚝을 시공할 경우 안정한 것으로 나타났으며, 해석결과로부터 억지말뚝의 사면안정효과를 확인할 수 있다. This paper presents a field study of the stability of slope collapsed during road construction and proposes a reasonable countermeasure if the current slope is unstable. As a result of slope investigation, it was found that the slope includes five tension cracks and the sliding surface is started from the tension crack and propagated the surface soil layer through weathered rock layer. The slope stability analyses are conducted in case of dry and rainfall seasons. The results indicate that the slope is unstable status. A reinforcement method of slope failure should be selected according to the scale of failure. That is, the scale of slope failure, which is classified small, middle and large size determines the reinforcement method of slope. Since the slope interested in this study is large size failure slope, the reinforcement method to control slope failure is selected stabilizing piles, and seed spray and drainage of surface waterare also selected to remain the factor of safety. The SLOPILE (Ver. 3.0) program is applied in order to do stability analysis of slope reinforced by piles. As the result of analysis, the slope reinforced by a row of piles shows the stable state. It is clearly confirmed that the stabilizing of piles can improve the stability of slope.

소단형 방파제의 안정성에 대한 신뢰성 해석

이철응(Lee, Cheol-Eung) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.5

수리학적 파괴모드인 소단의 후퇴거리와 구조적 파괴모드인 사석재의 파손에 대한 발생 가능성을 확률적으로 해석할 수 있는 신뢰성 해석 모형이 개발되었다. 본 연구에서 수립된 신뢰함수를 이용하여 관련 변수들의 불확실성을 고려할 수 있는 AFDA(Approximate Full Distribution Approach)법과 Monte-Carlo 모의법이 개발되었다. 다른 연구 결과들과 상호 비교하여 신뢰성 해석 모형이 올바르게 수립되었음을 확인할 수 있었다. 또한 기존의 연구자들이 수행하지 못한 각 파괴모드와 관련된 확률변수들의 영향이 해석되었다. 마지막으로 동일한 입사파랑 조건에서 발생되는 두 파괴모드의 의존성을 산정하기 위해 다중파괴모드에 대한 해석도 수행하였다. 다중파괴모드 해석 결과에 의하면 허용 후퇴거리 일정 이상의 범위에서는 구조적 파괴모드가 소단형 방파제의 주 파괴모드가 됨을 확인할 수 있었다. Two reliability models, AFDA(Approximate Full Distribution Approach) and Monte-Carlo simulation method, are directly developed to study on both hydraulic failure mode of berm recession and structural failure mode of armour breakage of berm breakwaters. By comparing the present results with the results of other researcher, it may be confirmed that two reliability models can be straightforwardly applicable to berm breakwaters. Relative influence of each random variable on hydraulic and structural failure probabilities could be properly analyzed. The upper bound and the lower bound of failure probability can be evaluated by using bi-modal bounds of the multiple failure mode analysis, from which it may be possible to investigate some kinds of dependence into between two failure modes. Finally, it may also be found that the structural failure mode of armour breakage could become a main failure mode of berm breakwaters in the condition of more than any allowable berm recession.

철근콘크리트 골조의 붕괴거동해석에서 보 단부철근의부착손실에 따른 영향

전수민,서수연 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회연합논문집 Vol.15 No.5

본 논문에서는 철근콘크리트 골조건물의 연쇄붕괴가능성을 평가하기 위한 해석연구를 실시하였다. 건물의 적절한 거동을 해석적으로 묘사하기 위하여 철근콘크리트 골조의 소성힌지부에서 콘크리트 균열에 의해 발생하는 겹이음철근의 부착파괴를 고려하였다. 이를 위하여 소성화된 보 단부에서 부착-미끄러짐을 스프링으로 이상화하고 다양한 강도저하조건을 고려함으로써 이음부 부착손실을 반영한 해석을 실시하였다. 부재의 비선형거동을 반영하기 위하여 각 부재에 대하여 비선형 단면해석을 실시하고 그 결과를 3D골조해석 프로그램에 입력하여 각 구조부재와 전체적인 건물의 붕괴거동을 관찰하였다. 해석의 주요변수로서는 급격히 하중이 증가하는 위치, 건물의 층수 그리고 겹이음 부위의 부착손실 정도이다. 해석결과, 기둥이 제거된 부위주변의 보에서 겹이음부의 부착손실을 고려할 경우, 추가적인 처짐이 발생하며 또한 외부모서리 기둥이 제거된 경우가 내부기둥이 제거된 경우보다 연쇄붕괴의 위험이 더 큰 것으로 나타났다.