지방부 도로에서 평면선형 설계관리의 필요성

김용석,조원범 한국도로학회 2010 한국도로학회논문집 Vol.12 No.2

Road design guideline provides the directions on how to design a road alignment based on design speed, and this guideline has a design expectation in that design speed is supposed to be equal to the operating speed of drivers. Horizontal curve design is also based on design speed, and minimum radius is derived based on the drivers comfort while negotiating the curve. However, side friction reflecting drivers comfort is lower than a physical friction measured on wet road surface, therefore, it is reasonable to regard the criterion on minimum radius has a safety margin. Futhermore,the practical preference of choosing the larger radius than minimum leads to a noticeable gap between design speed and operating speed, so links to the violation of design expectation implicated in the guideline. In order to review this assumption, friction and operating speed at rural roads was measured and observed. As the results, a safety margin brought out by the gap between comfort-based friction and measured friction is qualitatively derived. Also, the gap between design speed and operating speed presumably caused by the safety margin and practical preference is analysed. By this, it is suggested that current design guideline should provides not only the minimum radius but also the management of road alignment design to minimize the gap between the design speed and operating speed. 현 도로설계기준은 설계속도에 기반하여 선형설계에 관한 지침을 제시하고 있으며, 이는 설계속도가 도로 공용 후에 운전자의 주행속도와 거의 동일할 것임을 전제하고 있다. 도로 평면 곡선부의 설계도 주어진 설계속도에 따라 운전자가 쾌적성을 유지한 채 통과할수 있는 최소곡선반경을 기준으로 제시하고 있다. 그러나 쾌적성에 기초한 횡방향 미끄럼마찰계수는 실제 습윤노면에서 관측되는 물리적인 횡방향 미끄럼마찰계수보다 낮기 때문에 기준에 제시된 곡선반경은 최소의 의미보다는 권장 값으로 보는 것이 합리적이다. 아울러, 최소곡선반경보다 여유로운 설계 값을 선호하는 실무관행으로 도로 공용 후 운전자의 주행속도는 설계속도를 상회하여 설계속도가 주행속도를 대표하지 못하는 결과를 초래하고, 결과적으로 현 설계기준의 주요전제를 위반하게 될 것으로 본다. 이러한 연구 가정을 검토하기 위해 지방부 도로에서 노면 미끄럼 마찰계수와 운전자의 주행속도를 조사하였다. 연구결과로, 쾌적성에 기반한 미끄럼마찰계수와 물리적인 미끄럼마찰계수와의 차이에 따른 안전여유를 정량적으로 제시했고, 안전여유 및 설계관행에 따른 여유로운 설계로 인해 설계속도와 주행속도 간에 괴리가 발생함을 제시했다. 이를 토대로, 현 설계속도 기반의 선형설계는 최소기준과 더불어 설계속도와 주행속도 사이의 괴리를 최소화할 수 있는 선형 설계 관리 방안이 마련될 필요가 있다.

설계법에 따른 풍화토 지반 얕은기초의 안전여유 비교

김동건(Donggun Kim),황희석(Huiseok Hwang),유남재(Namjae Yoo) 한국지반환경공학회 2016 한국지반환경공학회논문집 Vol.17 No.12

본 논문에서는 기존의 허용응력설계법(ASD)과 신뢰성해석에 기반을 둔 하중저항계수설계법(LRFD)과 유로코드의 부분안전계수설계법(PSFD)을 사용하여 풍화토지반 얕은기초의 전단파괴에 대한 지지력과 안전여유 산정결과에 대하여 비교 · 분석하였다. 얕은기초의 지지력에 영향을 주는 지반정수의 불확실성을 정량화하기 위하여 시공 및 설계용 평판재하시험 자료를 수집하고 확률통계 분석을 통하여 극한지지력의 저항편향계수와 변동계수를 조사하였다. 국내 현장의 얕은기초 대표 단면 예에 대한 신뢰성해석(FORM)을 통하여 신뢰도지수를 구하고 지반정수의 확률변수가 전단파괴에 미치는 영향을 조사하기 위하여 확률변수의 민감도 분석을 하였다. ASD설계법, ASD설계법의 안전율에 대응하는 목표신뢰도 지수의 LRFD설계법, PSFD설계법을 사용하여 얕은기초 대표단면의 안정성 검토를 실시하여 산정된 각 설계법의 안전여유에 대하여 비교 · 검토를 실시하였다. In this paper bearing capacity and safety margin of shallow foundation on weathered soil ground against shear failure by using current design method of allowable stress design (ASD), load resistance factor design (LRFD) based on reliability analysis and partial safety factor design (PSFD) in Eurocode were estimated and compared to each other. Results of the plate loading test used in construction and design were collected and analysis of probability statistics on soil parameters affecting the bearing capacity of shallow foundation was performed to quantify the uncertainty of them and to investigate the resistance bias factor and covalence of ultimate bearing capacity. For the typical sections of shallow foundation in domestic field as examples, reliability index was obtained by reliability analysis (FORM) and the sensitivity analysis on soil parameters of probability variables was performed to investigate the effect of probability variable on shear failure. From stability analysis for these sections by ASD, LRFD with the target reiability index corresponding to the safety factor used in ASD and PSDF, safety margins were estimated respectively and compared.

항만구조물 지반지지력 산정을 위한 부분안전계수 결정

윤길림(Yoon, Gil-Lim),윤여원(Yoon, Yeo-Won),김홍연(Kim, Hong-Yeon),김백운(Kim, Baeck-Oon) 한국해안해양공학회 2010 한국해안해양공학회 논문집 Vol.22 No.3

중력식 안벽 및 방파제 등은 편심 경사하중에 지배받는 항만구조물으로서 구조물 설계시 신뢰성이론에 근거하여 지반지지력 산정에 필요한 부분안전계수를 평가하였다. 현재 항만 및 어항 설계기준(2005)에서는 구조물에 편심 경사하중이 작용하는 경우에 지반지지력을 간편 Bishop법 등에 의해 검토하도록 규정되어 있다. 이러한 설계규정은 설계자에게 지반의 허용지지력과 지반반력을 비교하는 방법으로 그동안 가장 많이 사용되어 왔다. 그러나, 지반반력에 의한 설계검토는 지지력 계산이 단순하고 편리하지만 지반의 허용지지력이 현장의 지반물성에 따라 변화하지만 단일수치로 결정하여 설계하므로 이러한 지반특성을 설계에 반영하지 못한다는 큰 문제점이 있었다. 그래서 본 논문에서는 간편 Bishop법에 의하여 Level 1 신뢰성해석이 가능하도록 각각의 설계변수에 대한 부분안전계수를 결정하였다. 이를 위해서 신뢰성 이론인 일계신뢰도법(FOSM)을 통하여 신뢰도지수와 민감도지수를 추정하고 각각의 확률변수의 변동성도 고려하였다. 마지막으로는 연구결과에서 결정된 부분안전계수를 선진국의 설계기준에서 제시한 것과 비교하여 합리적임을 확인하였다. When eccentric or inclined load acts on foundation of the port & harbor structures, partial safety factors of bearing capacity limit state were estimated using reliability analysis. Current Korean technical standards of port and harbor structures recommend to estimate the geotechnical bearing capacity using the simplified Bishop method. In practice, however, simple method of comparing ground reaction resistance with allowable bearing capacity has been mostly used by design engineers. While the simple method gives just one number fixed but somewhat convenient, it could not consider the uncertainty of soil properties depending on site by site. Thus, in this paper, partial safety factors for each design variable were determined so that designers do perform reliability-based level 1 design for bearing capacity limit state. For these, reliability index and their sensitivities were gained throughout the first order reliability method(FORM), and the variability of the random variables was also considered. In order to verify partial safety factors determined here, a comparison with foreign design codes was carried out and were found to be reasonable in practical design.

Comparative analysis of caisson sections of composite breakwaters evaluated by Level I reliability-based design method

Lee Cheol-Eung,Park Dong Heon,Kim Sang Ug 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.7

혼성제 직립 케이슨의 활동에 대한 부분안전계수 산정과 Level I 신뢰성 기반 설계법에 의한 단면 결정 과정을 자세히 제시하였다. 특히 본 연구에서는 형식의 일치성과 실무에서의 적용 편이성을 위하여 부력 및 자중과 직접적으로 관련된 수위 및 케이슨을 구성하는 재료의 불확실성을 고려할 수 있는 수학적 모형을 제시하였다. 또한 양압력에 대한 영향을 정확히 고려하여 활동에 대해 안정한 혼성제 직립 케이슨 단면을 산정할 수 있는 설 계기준식을 유도하였다. 본 연구에서 제시한 부분안전계수를 가지고 Level I 신뢰성 기반 설계법에 의해 산정된 단면이 동일한 목표파괴확률에 대 한 Level II AFDA의 결과 및 Level III MCS의 결과와 매우 잘 일치하였다. 그러나 미국 및 일본의 항만 설계기준에서 제시한 부분안전계수를 이용한 결과는 그 보다 훨씬 크거나 작은 단면을 산정하고 있다. 마지막으로 부분안전계수의 목표수준과 Level I 신뢰성 기반 설계법으로 결정된 단면의 안정성 수준에 대한 일치성 여부를 확인하기 위한 다각적인 신뢰성 재해석이 수행되었다. A methodology has been presented for evaluating the partial safety factors on the sliding failure mode of vertical caissons of composite breakwaters and for determining the cross sections of those by Level I reliability-based design method. Especially, a mathematical model has been suggested for the sake of a consistency of code format as well as convenience of application in practical design, for which the uncertainties associated with buoyancy and its own weight can be taken into account straightforwardly. Furthermore, design criteria equation has been derived by considering accurately the effect of uplift pressure, so that the cross sections of caissons can be assessed which must be safe against the sliding failure. It has been found that cross sections estimated from partial safety factors proposed in this paper are in very good agreement with the results of Level II AFDA and Level III MCS under the same target probability of failure. However, partial safety factors of the Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan and Coastal Engineering Manual in USA tend to estimate much bigger or smaller cross sections in comparison to the present results. Finally, many reliability re-analyses have been performed in order to conform whether the stability level of cross section estimated by Level I reliability-based design method is satisfied with the target probability of failure of partial safety factors or not.

직립무공케이슨방파제 한계상태설계를 위한 하중저항계수 보정

김동현 한국해안,해양공학회 2019 한국해안해양공학회 논문집 Vol.31 No.6

Load resistance factors for the limit state design of vertical caisson breakwaters are presented. Reliability analysis of 16 breakwaters in nationwide ports was conducted to calculate the partial safety factors and they were converted into load and resistance factors. The final load resistance factor was calibrated by applying the optimization technique to the individually calculated load resistance factors. Finally, the breakwater was redesigned using the optimal load resistance factor and verified whether the target level was met. The load resistance factor according to the change of the target reliability level is presented to facilitate the limit state design of breakwater. 무공케이슨 방파제의 한계상태설계를 위한 하중저항계수를 제시하였다. 전국 항만의 16개 방파제에 대한 신뢰성해석을 수행하여 부분안전계수를 산출하였으며 이를 하중과 저항계수로 전환하였다. 개별적으로 구한 하중저 항계수에 최적화기법을 적용하여 최종 하중저항계수를 보정하였다. 최종적으로 얻은 하중저항계수를 이용하여 방파 제를 재설계한 후 목표수준을 만족하는지 검증하였다. 목표신뢰도수준의 변화에 따른 하중저항계수를 제시하여 한계 상태설계가 용이하도록 하였다.

유공케이슨 방파제 활동 및 전도 한계상태설계를 위한 하중저항계수 보정

김동현(Dong Hyawn Kim) 한국해안해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.6

유공케이슨 방파제의 한계상태설계법 개발을 위해 하중저항계수 보정을 수행하였다. 전국 항만의 12개 유공케이슨식 방파제에 대하여 설계변수의 불확실성을 고려한 신뢰성해석을 수행하였다. 목표신뢰성지수에 따른 부분안전계수와 하중, 저항계수를 차례로 산정하였다. 최적화기법을 통해 한계상태설계법 개발을 위한 하중계수와 저항계수를 도출하였다. 최종 하중저항계수를 이용하여 방파제를 재설계하였으며 목표수준의 신뢰성지수를 상회하는지 검증하였다. 목표신뢰성지수를 변화시켜 해당 수준에 맞는 하중저항계수를 최종 제시하였다. Calibration of load-resistance factors for the limit state design of perforated caisson breakwaters are presented. Reliability analysis of 12 breakwaters in nationwide ports was conducted. Then, partial safety factors and load-resistance factors were sequentially calculated according to target reliability index. Load resistance factors were optimized to give one set of factor for limit state design of breakwater. The breakwaters were redesigned by using the optimal load resistance factor and verified whether reliability indices larger than the target value. Finally, some load-resistance factors were proposed by changing target reliability index.

지방부 2차로 도로의 사고예측계수 개발 및 검증

김응철,최은진,이동민,김도훈 대한교통학회 2010 대한교통학회지 Vol.28 No.3

This study has aimed to develop accident modification factor(AMF) for rural two-lane roadway segments. Accident Modification Factor is a coefficient to assess roadway safety as reflecting characteristics of homogeneous roadway. It estimates accident frequency of roadway segments with developed base model and exposure. We found on items of such factors as crosswalk, driveway density, topography characteristic, land use and median through statistical models and literature review. To develop accident modification factors, we used statistical model methods and analyses of applicability and expert judgement method were practiced to validate it. Although expert judgement for land use item was questionable, most items were rated acceptable. Result of comparative analysis revealed crash frequencies of IHSDM and KHSEM were most similar with actual. However, accident distribution of KHSEM was more proper than IHSDM. Also overall estimated values of RSDS were found to be overestimated. 본 연구에서는 지방부 2차로 도로구간에 대한 사고예측계수를 개발하고자 하였으며, 사고예측계수(AMF)는 설계 안전성 평가시 도로구간의 기하구조적요인, 운영적 요인 등 개별 요소가 사고빈도에 미치는 영향을 반영하는 계수이다. 개발한 지방부 2차로 도로의 사고예측계수항목은 기존문헌과 모형을 통해 횡단보도와 진출입구의 밀도, 지형(산악지), 토지이용도(주거), 중앙분리대의 설치여부로 결정되었다. 사고예측계수의 개발은 모형을 이용한 방법을 채택하였으며 산출된 값에 대해서는 전문가 평가를 통하여 항목의 적정성을 평가하고, AMF의 예측력, 국내도로 특성 반영도 등 두 가지 측면에서 적용성 평가를 수행하였으며 국외의 AMF를 적용했을 시와 비교분석하여 평가하였다. 전문가를 통한 적정성에 대한 평가에서는 개발된 계수의 항목이 전반적으로 적정한 것으로 평가되었으나 토지이용도의 주거 항목의 값에 대하여 과대 예측하는 결과를 유발 할 수 있을 것으로 평가되었다. 한편, 국외의 사고예측계수 및 실제사고와의 비교분석결과는 전체 예측빈도로 판단한 결과, 미국에서 개발 중인 IHSDM과 본 연구의 결과가 실제에 가장 근접하는 것으로 나타났으며 미국 텍사스 RSDS의 값은 전반적으로 결과를 과대 예측하는 것으로 나타났다. 또한 실제 사고발생위험도가 높은 도로구간에 대한 예측은 본 연구의 계수 값을 적용하는 경우 반영도가 더 좋은 것으로 나타났다.

1㎿급 조류발전시스템 설계조건 분석

고동휘(Dong-Hui Ko),김성원(Sungwon Kim),김선빈(Sun-Bin Kim),홍혜민(Hyemin Hong),이진학(Jin-Hak Yi) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.7

본 연구에서는 1MW급 조류발전시스템 개발을 위하여 IEC TS 62600-2 설계요구사항에 따라 설계 초안을 작성하였다. 환경조건은 조류발전시스템이 설치 될 예정인 장죽수도의 해양조건과 지반조건에 대해서 분석하여 제시하였다. 또한, IEC TS 62600-2 문서에서 제시하고 있는 설계하중케이스와 구조물 설계에 필요한 부분안전계수를 검토하였다. 이 문서는 향후 1MW급 조류발전시스템 설계에 활용될 예정이다. In this paper, the design basis was prepared according to the IEC TS 62600-2 design requirements for the development of 1MW tidal energy converter. The environmental conditions were presented after analyzing the marine conditions and soil conditions in Jang-Juk waterway where the tidal energy converter will be installed. In addition, the design load cases and the partial safety factors required for the design of the structures were reviewed. This design basis will be used to design a commercialization system of 1MW tidal energy converter.

지방부 교차로의 도로설계 안전성 판단 알고리즘 구축을 위한 AMF 개발 (신호교차로를 중심으로)

김응철,이동민,최은진,김도훈 대한교통학회 2009 대한교통학회지 Vol.27 No.3

A traffic accident prediction model developed using various design variables(road design variables, geometric variables, and traffic environmental variables) is one of the most important factors to safety design evaluation system for roads. However, statistical accident models have a crucial problem not applicable for all intersections. To make up this problem, this study developed AMFs(Accident Modification Factors) through statistical modeling methods, historical accident databases, judgment from traffic experts, and literature review by considering design variable’s characteristics, traffic accident rates, and traffic accident frequency. AMFs developed in this study include exclusive left-turn lane, exclusive right-turn lane, sight distance, and intersection angle. Predictabilities of the developed AMFs and the existing accident prediction models are compared with real accident historical data. The results showed that performances of the developed AMFs are superior to the existing statistical accident prediction models. These findings show that AMFs should be considered as a important process to develop safety design evaluation algorithms. Additionally, AMFs could be used as an index that can judge the impact of corresponding design variables on accidents in rural intersections. 도로설계 안전성을 평가하기 위해서는 도로의 설계 요소변화가 사고에 미치는 영향을 예측할 수 있어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 통계적 방법, 사고이력, 전문가의 판단, 그리고 기존문헌고찰 등 다양한 방법을 통하여, 설계요소의 특징과 사고율 및 사고빈도의 관계를 반영할 수 있는 AMF(Accident Modification Factor)를 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 AMF를 좌회전전용차로, 우회전전용차로, 시거, 교차각 등의 항목을 대상으로 개발하였다. 개발된 AMF를 적용한 경우의 사고 예측값, 사고예측모형을 통한 예측값을 실제 사고데이터와 비교분석함으로써 적정성을 검토하였다. 분석결과, AMF를 적용한 예측값이 사고예측모형을 통한 예측 값보다 예측력이 우수함을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 사고를 예측함으로써 도로설계 안전성을 평가하는 알고리즘에 있어 AMF가 도로의 설계요소의 특성을 보다 효과적으로 반영하며, 지방부 교차로에서 각각의 해당요소가 사고에 미치는 영향을 판단할 수 있는 지표가 될 수 있음을 의미한다.

소파블록 피복제 제체의 한계상태설계를 위한 하중저항계수 보정

김동현(Dong Hyawn Kim),허정원(Jungwon Huh) 한국해안해양공학회 2021 한국해안해양공학회 논문집 Vol.33 No.6

소파블록 피복제 제체의 한계상태설계법 개발을 위해 하중저항계수 보정을 수행하였다. 실제 시공된 소파블록 피복제 제체의 설계자료를 분석하여 신뢰성해석을 수행하였으며 목표신뢰성지수에 따른 부분안전계수와 하중, 저항계수를 차례로 산정하였다. 최적화기법을 통해 한계상태설계법 개발을 위한 하중계수와 저항계수를 도출하였다. 최종 하중저항계수를 이용하여 방파제를 재설계하였으며 목표수준의 신뢰성지수를 상회하는지 검증하였다. 해외기준의 하중저항계수와 본 연구에서 구한 하중저항계수를 비교하였다. Calibration of load-resistance factors for the limit state design of front covered caisson breakwaters were presented. Reliability analysis of the breakwaters which are constructed in Korean coast was conducted. Then, partial safety factors and load-resistance factors were sequentially calculated according to target reliability index. Load resistance factors were optimized to give one set of factor for limit state design of breakwater. The breakwaters were redesigned by using the optimal load resistance factor and verified whether reliability indices larger than the target value. Finally, load-resistance factors were compared with foreign country’s code for verification.