신뢰성(信賴性) 이론(理論)에 의한 R.C.옹벽(擁壁)의 안정해석(安定解析) 및 설계규준(設計規準)

Reliability Based Stability Analysis and Design Criteria for Reinforced Concrete Retaining Wall

현재(現在) WSD로 설계(設計)되고 있는 우리 나라 철근(鐵筋)콘크리트 옹벽구조물(擁壁構造物)에 있어서 가장 보편적으로 사용되고 있는 캔틸레버 옹벽(擁壁)의 안정해석(安定解析) 및 각부설계(各部設計)를 보다 합리적(合理的)이며 확률적(確率的)인 신뢰성(信賴性) 이론(理論)을 도입하여 신뢰성(信賴性) 모델에 따른 안정해석(安定解析) 및 각부설계(各部設計)에 대한 신뢰성(信賴性) 설계규준(設計規準)을 LRFD에 의거하여 제안(提案)하고, 또 안정해석(安定解析)의 공칭안전율(公稱安全率)에 대한 이론적(理論的)인 근거를 제시(提示)하는 것이 본(本) 연구(硏究)의 주요내용(主要內容)이다. 신뢰성(信賴性) 이론(理論)에 의해 안정해석(安定解析) 및 각부설계(各部設計)에 대한 한계상태방정식(限界狀態方程式)을 유도하고, Coulomb의 주동토압계수(主動土壓係數), Hansen의 지지력공식(支持力公式)을 사용하여 Cornell의 MFOSM에 의해 불확실량(不確實量) 산정(算定)의 알고리즘을 유도하였으며 그에 따른 불확실량수준(不確實量水準)은 우리 나라의 현실(現實)을 고려한 적절한 값으로 제안(提案)하였다. 현행(現行) R.C. 옹벽설계규준(擁壁設計規準)에 따라 Calibration 하므로서 목표신뢰성지수(目標信賴性指數)${\beta}_0$를 다음과 같이 선택하고(전도(轉倒): ${\beta}_0$=4.0, 골동(滑動): ${\beta}_0$=3.5, 지지력(支持力): ${\beta}_0$=3.0, 휨: ${\beta}_0$=3.0, 전단(剪斷): ${\beta}_0$=3.2), 이 ${\beta}_0$에 대응하는 하중(荷重) 및 저항계수(抵抗係數)를 산정(算定)하였으며, 안정해석(安定解析)에 대한 현행(現行) 철근(鐵筋)콘크리트 표준시방서(標準示方書)의 안전율(安全率)을 검토한 결과 다음과 같은 값이 적절하다는 것을 알았다(전도(轉倒): 1.8, 골동(滑動): 1.9, 지지력(支持力): 3.6). 또한 현행(現行) WSD R.C. 옹벽(擁壁)의 설계규준(設計規準)을 위해 신뢰성(信賴性)에 의한 공칭안전율(公稱安全率)과 허용응력(許容應力)을 제안(提案)하였다. 그리고 본(本) 연구(硏究)에서 제안(提案)하는 R.C. 옹벽(擁壁)의 LRFD 신뢰성(信賴性) 설계규준(設計規準)을 현행(現行) R.C. 표준시방서(標準示方書)의 설계규준(設計規準)에 대응(對應)하는 설계규준(設計規準)으로 도입함이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있었다.

Current R.C. retaining wall design is bared on WSD, but the reliability based design method is more rational than the WSD. For this reason, this study proposes a reliability based design criteria for the cantilever retaining wall, which is most common type of retaining wall, and also proposes the theoretical bases of nominal safety factors of stability analysis by introducing the reliability theory. The limit state equations of stability analysis and design of each part of cantilever retaining wall are derived and the uncertainty measuring algorithms of each equation are also derived by MFOSM using Coulomb's coefficient of the active earth pressure and Hansen's bearing capacity formula. The levels of uncertainties corresponding to these algorithms are proposed appropriate values considering our actuality. The target reliability indices (overturning: ${\beta}_0$=4.0, sliding: ${\beta}_0$=3.5, bearing capacity: [${\beta}_0$=3.0, design for flexure: [${\beta}_0$=3.0, design for shear: ${\beta}_0$=3.2) are selected as optimal values considering our practice based on the calibration with the current R.C. retaining wall design safety provisions. Load and resistance factors are measured by using the proposed uncertainties and the selected target reliability indices. Furthermore, a set of nominal safety factors, allowable stresses, and allowable shear stresses are proposed for the current WSD design provisions. It may be asserted that the proposed LRFD reliability based design criteria for the R.C. retaining wall may have to be incorporated into the current R.C. design codes as a design provision corresponding to the USD provisions of the current R.C. design code.