Rahman, Mahmudur;Okui, Yoshiaki;Anwer, Muhammad Atif
국제강구조저널
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제18권4호
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pp.1397-1409
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2018
Stiffened plates with high slenderness parameters show large out-of-plane deflections, due to elastic buckling, which may occur before the plates reach their ultimate strength. From a serviceability point of view, restriction of out-of-plane deflections exceeding the fabrication tolerance is of primary importance. Compressive strength at the serviceability limit state (SLS) for slender stiffened plates under uniaxial stress was investigated through nonlinear elasto-plastic finite element analysis, considering both geometric and material nonlinearity. Both normal and high-performance steel were considered in the study. The SLS was defined based on a deflection limit and an elastic buckling strength. Probabilistic distributions of the SLS strengths were obtained through Monte Carlo simulations, in association with the response surface method. On the basis of the obtained statistical distributions, partial safety factors were proposed for SLS. Comparisons with the ultimate strength of different design codes e.g. Japanese Code, AASHTO, and Canadian Code indicate that AASHTO and Canadian Code provide significantly conservative design, while Japanese Code matches well with a 5% non-exceedance probability for compressive strength at SLS.
The deterministic analysis method has generally used to evaluate the slope stability and it evaluates the slope stability with decision value that is a representative value of design variables. However, one of disadvantages in the deterministic approach is there is not able to consider the uncertainty of soil strength properties, even though it is the biggest influential parameter of the slope stability. On the other hand, the limit state design(LSD) can take a consideration of uncertainties and computes both the reliability index and the probability of failure. LSD method is capable of overcoming the disadvantages of deterministic method and evaluating the slope stability more reliably. In this study, both the mean value and standard deviation of the internal land's representative soil strength properties applied to process the LSD method. The major purpose of this study is to gauge the general applicability of the limit state design in soil slope and to weigh the comparative validity of the proposed partial safety factor. In order to reach the aim of this study, the partial safety factor and resistance factor which totally satisfied the slope's overall safety factor were calculated by the load and resistance safety factor design (LRFD).
무공케이슨 방파제의 한계상태설계를 위한 하중저항계수를 제시하였다. 전국 항만의 16개 방파제에 대한 신뢰성해석을 수행하여 부분안전계수를 산출하였으며 이를 하중과 저항계수로 전환하였다. 개별적으로 구한 하중저항계수에 최적화기법을 적용하여 최종 하중저항계수를 보정하였다. 최종적으로 얻은 하중저항계수를 이용하여 방파제를 재설계한 후 목표수준을 만족하는지 검증하였다. 목표신뢰도수준의 변화에 따른 하중저항계수를 제시하여 한계상태설계가 용이하도록 하였다.
유공케이슨 방파제의 한계상태설계법 개발을 위해 하중저항계수 보정을 수행하였다. 전국 항만의 12개 유공케이슨식 방파제에 대하여 설계변수의 불확실성을 고려한 신뢰성해석을 수행하였다. 목표신뢰성지수에 따른 부분 안전계수와 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.
프리스트레스하중이 작용되는 강합성교인 PSSC 교량에서 프리스트레스의 효과와 단면의 변형에 따른 텐돈의 변형의 영향을 밝히기 위해 사하중 및 활하중이 작용될 때 합성전 후에 발생하는 부재내의 변형도 및 응력변화와 허용응력 한계상태, 항복응력 한계상태 및 강도한계상태의 단면력과 부재내의 변형도 및 응력변화를 구한다. 또한 거더의 처짐 및 응력과 휨강도를 변수로 하는 한계상태들을 가정하고 이에 대한 신뢰도 분석을 수행한다. 허용응력에 맞추어 설계한 예제 단면의 응력에 대한 신뢰도 지수가 0 부근임에 비하여, 처짐 및 휨강도에 대한 신뢰도 지수는 높은 값을 주고 있어서 도로교설계기준의 허용응력에 대하여 설계한 PSSC 거더는 처짐 및 휨강도에 대하여 높은 신뢰도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
프리스트레스하중이 작용되는 강합성교인 PSSC 교량에서 프리스트레스의 효과와 단면의 변형에 따른 텐던의 변형의 영향을 밝히기 위해 교량지간 25m~45m의 최적화된 표준단면에 대해 고정하중 및 활하중이 작용될 때 합성전 후에 발생하는 부재내의 변형도 및 응력변화와 허용응력 한계상태, 항복응력 한계상태 및 강도한계상태의 단면력과 부재내의 변형도 및 응력변화를 구한다. 또한 거더의 처짐 및 응력과 휨강도를 변수로 하는 한계상태들을 가정하고 이에 대한 신뢰도 분석을 수행하였다. 표준 PSSC 교량의 경우 하중 및 저항계수를 적용하여 설계하는 미국 설계기준의 목표신뢰도지수 값이 3.5 임과 비교하면, 허용응력을 기준으로 설계한 단면은 강도에 대하여 상당히 높은 수준의 신뢰도지수를 보임을 알 수 있다.
In this paper, a closed-loop system constructed with a linear plant and nonlinearity in the feedback connection is considered to argue against its planar orbital stability. Through a state space approach, a main result that presents a sufficient stability criterion of the limit cycle predicted by solving the harmonic balance equation is given. Preliminarily, the harmonic balance of the nonlinear feedback loop is assumed to have a solution that determines the characteristics of the limit cycle. Using a state-space approach, the nonlinear loop equation is reformulated into a linear perturbed model through the introduction of a residual operator. By considering a series of transformations, such as a modified eigenstructure decomposition, periodic averaging, change of variables, and coordinate transformation, the stability of the limit cycle can be simply tested via a scalar function and matrix. Finally, the stability criterion is addressed by constructing a composite Lyapunov function of the transformed system.
본 연구는 소형 고속정의 운항한계를 검토하기 위하여 수행되었다. 일반적으로 내항성능의 검토는 선형의 결정 단계 전에 이루어지지만 본 연구는 선박의 건조가 완료된 후에 이루어졌다. 검토 결과, 종동요, 수직 및 수평가속도, 슬래밍의 운동성능은 특정한 조우각을 제외하고는 만족하였으나 갑판침수의 경우에는 해석을 수행한 모든 조건에서 만족하지 않았다. 이것은 대상선박의 크기가 소형이기 때문에 선박의 속도나 파도와의 조우각보다는 해상상태가 설정한 내항성능 기준의 만족 여부에 더 큰 영향을 미쳤기 때문으로 보인다.
국내에서는 외국현장에서 사용되고 있는 한계상태설계법을 도입하기 위하여 연구가 일부 진행 중이다. 국내외 한계상태 설계법에서는 말뚝기초, 얕은기초 등 비교적 데이터베이스를 구축하기 쉬운 분야로 설계기준이 마련되고 있으나 옹벽 등에 대하여 재하시험이 어려운 실정으로 옹벽의 한계상태설계법에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 2008년도에 제정된 국내 도로옹벽 표준도를 기준으로 옹벽구조물의 한계상태설계법의 적용성 평가에 관한 연구이다. 옹벽의 활동과 전도에 대한 안전율을 LRFD 설계기준을 이용하여 범용 한계상태설계법 프로그램의 해석결과와 비교 검토하였다. 또한 해석결과의 비교를 위하여 테일러 급수를 이용한 간편 신뢰성 분석을 실시하였다. 옹벽단면의 LRFD 검토 결과 허용응력설계법에 비해 안전율이 낮게 나타났으며, 한계상태설계 도입을 통해 옹벽의 단면을 감소시켜 경제성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 신뢰성 확보를 위해 지반 데이터의 사전평가 연구가 필요하며, 그라운드 앵커와 같은 지보재가 적용되는 옹벽의 한계상태설계법 적용, 평가에 관한 연구도 필요하다.
This study investigates the reliability of the performance levels of moment resisting steel frames subjected to lateral loads such as wind and earthquake. The reliability assessment has been performed with respect to three performance levels: serviceability, damageability, and ultimate limit states. A four-story moment resisting frame is used as a typical example. In the reliability assessment the uncertainties in the loadings and in the capacity of the frame have been considered. The wind and earthquake loads are assumed to have lognormal distribution, and the frame resistance is assumed to have a normal distribution. In order to obtain an appropriate limit state function a linear relation between the loading and the deflection is formed. For the reliability analysis an algorithm has been developed for determination of limit state functions and iterations of the first order reliability method (FORM) procedure. By the method presented herein the multivariable analysis of a complicated reliability problem is reduced to an S-R problem. The procedure for iterations has been tested by a known problem for the purpose of avoiding convergence problems. The reliability indices for many cases have been obtained and also the effects of the coefficient of variation of load and resistance have been investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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