합성 강 상자형 도로교의 체계신뢰성 해석 및 안전도평가

Assessment of System Reliability and Capacity-Rating of Composite Steel Box-Girder Highway Bridges

본 연구에서는 각종 합성 강상자형 도로교에 대한 체계신뢰성 및 이에 기초한 내하력평가를 위하여 실용적이고 합리적인 신뢰성 모형과 해석방법을 개발하고자 한다. 합성 강상자형교의 신뢰성해석을 위해서는 휨강도 뿐만 아니라 휨, 전단 그리고 비틀림을 동시에 고려한 강도식에 기초하여 한계상태함수를 모형화 하였으며, 체계신뢰성 문제는 각 거더의 주요 파손기구에 기초한 FMA(Failure Mode Approach)방법을 사용하여 직 병렬 조합체계로서 정식화 하고 수치해석기법인 중요도표본추출기법(Importance Sampling Technique ; IST)을 사용하여 해석하였다. 특히 본 연구에서는 추정된 체계신뢰성지수를 일반적인 제 1계 2차모멘트(First Order Second Moment ; FOSM)방법의 형태로 표현하여 유도한 등가의 시스템 내하력으로서 합성 강상자형교의 내하력을 평가하는 실질적이고 합리적인 방법을 제안하였다. 기설 교량에 대한 내하력 및 안전도평가 결과 전체시스템으로서의 보유안전도와 내하력은 교량의 부정정성이 높아질수록 개별 요소의 경우에 비해서 그 차이가 크게 됨을 알 수 있었으며, 제안된 체계신뢰성에 기초한 내하력평가 방법은 기설 합성 강상자형교의 실질적인 내하력평가 방법을 위하여 합리적으로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

This paper develops practical and realistic reliability models and methods for the evaluation of system-reliability and system reliability-based rating of various types of box-girder bridge superstructures. The strength limit state model for box-girder bridges suggested in the paper are based on not only the basic flexural strength but also the strength interaction equations which simultaneously take into account flexure, shear and torsion. And the system reliability problem of box-girder superstructure is formulated as parallel-series models obtained from the FMA(Failure Mode Approach) based on major failure mechanisms or critical failure states of each girder. In the paper, an improved IST(Importance Sampling Technique) simulation algorithm is used for the system reliability analysis of the proposed models. This paper proposes a practical but rational approach for the evaluation of capacity rating in terms of the equivalent system-capacity rating corresponding to the estimated system-reliability index which is derived based on the concept of the equivalent FOSM(First Order Second Moment) form of system reliability index. The results of the reliability evaluation and rating of existing bridges indicate that the reserved reliability and capacity rating at system level are significantly different from those of element reliability or conventional methods especially in the case of highly redundant box-girder bridges.