This paper develops a comparatively time-efficient methodology for performing seismic fragility analysis of the reinforced concrete (RC) buildings in the presence of uncertainty sources. It aims to appraise the effectiveness of any variation in the material's mechanical properties as epistemic uncertainty, and the record-to-record variation as aleatory uncertainty in structural response. In this respect, the fuzzy set theory, a well-known 𝛼-cut approach, and the Genetic Algorithm (GA) assess the median of collapse fragility curves as a fuzzy response. GA is requisite for searching the maxima and minima of the objective function (median fragility herein) in each membership degree, 𝛼. As this is a complicated and time-consuming process, the authors propose utilizing the Gene Expression Programming-based (GEP-based) equation for reducing the computational analysis time of the case study building significantly. The results indicate that the proposed structural analysis algorithm on the derived GEP model is able to compute the fuzzy median fragility about 33.3% faster, with errors less than 1%.
Life Cycle Cost(LCC) is adopted to decide the target of safety level in designing suspension bridges. The LCC are evaluated considering two types of uncertainty; aleatory and epistemic. The nine alternative designs of suspension bridge are simulated to decide the safety level which can minimize the LCC. The LCC is calculated through the probability of failure and safety index including the uncertainty. This method results in the useful tool deciding the optimum safety level with minimal LCC as the main design factor.
최근에 딥 러닝(Deep learning) 기반의 많은 방법들이 수문학적 모형 및 예측에서 의미있는 결과를 보여주고 있지만 더 많은 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 수자원의 가장 대표적인 모델링 구조인 강우유출의 관계의 규명에 대한 모형을 Long Short-Term Memory (LSTM) 기반의 변형 된 방법으로 제시하고자 한다. 구체적으로 본 연구에서는 반응변수인 유출량에 대한 직접적인 고려가 아니라 그의 1차 도함수 (First derivative)로 정의되는 Delta기반으로 모형을 구축하였다. 또한, Attention 메카니즘 기반의 모형을 사용함으로써 강우유출의 관계의 규명에 있어 정확성을 향상시키고자 하였다. 마지막으로 확률 기반의 예측를 생성하고 이에 대한 불확실성의 고려를 위하여 Denisty 기반의 모형을 포함시켰고 이를 통하여 Epistemic uncertainty와 Aleatory uncertainty에 대한 상대적 정량화를 수행하였다. 본 연구에서 제시되는 모형의 효용성 및 적용성을 평가하기 위하여 미국 전역에 위치하는 총 507개의 유역의 일별 데이터를 기반으로 모형을 평가하였다. 결과적으로 본 연구에서 제시한 모형이 기존의 대표적인 딥 러닝 기반의 모형인 LSTM 모형과 비교하였을 때 높은 정확성뿐만 아니라 불확실성의 표현과 정량화에 대한 유용한 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 현수교의 합리적인 시공방안 결정 및 구조안전성 평가에 대한 기초자료를 제시하였다. 기 연구된 현수교의 해석모델 및 신뢰성이론을 바탕으로 초기형상해석, 자유진동해석, 시공변수를 고려한 시공단계해석 및 신뢰성해석 등을 수행 할 수 있는 수치해석프로그램을 개발하였다. 현수교의 시공방안은 보강형의 시공순서, 시공방향 및 주경간과 측경간의 동시 시공성 등의 다양한 시공변수를 고려하여 설정하였다. 시공방안에 따른 동적시공단계해석은 작성된 해석프로그램에 의해 수행하였으며 주요부재의 응답특성을 검토하여 각각의 시공방안에 대한 장 단점을 제시하였다. 시공단계별 구조신뢰성해석은 자연적 불확실성을 고려하여 신뢰성지수 및 파괴확률을 산정함으로써, 설정된 시공방안에 따른 현수교의 안전성을 정량적으로 평가하였다. 아울러, 인위적 불확실성을 고려하여 산정된 해석결과에 대해 재평가하였으며, 시공단계 위험성의 주요 퍼센트 분포를 빈도수 히스토그램을 이용하여 제시하였다.
This study was intended to efficiently perform the probabilistic optimal safety assessment of steel cable-stayed bridges (SCS bridges) using stochastic finite element analysis (SFEA) and expected life-cycle cost (LCC) concept. To that end, advanced probabilistic finite element algorithm (APFEA) which enables to execute the static and dynamic SFEA considering aleatory uncertainties contained in random variable was developed. APFEA is the useful analytical means enabling to conduct the reliability assessment (RA) in a systematic way by considering the result of SFEA based on linearity and nonlinearity of before or after introducing initial tensile force. The appropriateness of APFEA was verified in such a way of comparing the result of SFEA and that of Monte Carlo Simulation (MCS). The probabilistic method was set taking into account of analytical parameters. The dynamic response characteristic by probabilistic method was evaluated using ASFEA, and RA was carried out using analysis results, thereby quantitatively calculating the probabilistic safety. The optimal design was determined based on the expected LCC according to the results of SFEA and RA of alternative designs. Moreover, given the potential epistemic uncertainty contained in safety index, failure probability and minimum LCC, the sensitivity analysis was conducted and as a result, a critical distribution phase was illustrated using a cumulative-percentile.
The aim of this study was to develop a bundle position-wise linear model (BPLM) to predict Pressure Tube (PT) diametral creep employing the previously measured PT diameters and operating conditions. There are twelve bundles in a fuel channel, and for each bundle a linear model was developed by using the dependent variables, such as the fast neutron fluences and the bundle coolant temperatures. The training data set was selected using the subtractive clustering method. The data of 39 channels that consist of 80 percent of a total of 49 measured channels from Units 2, 3, and 4 of the Wolsung nuclear plant in Korea were used to develop the BPLM. The data from the remaining 10 channels were used to test the developed BPLM. The BPLM was optimized by the maximum likelihood estimation method. The developed BPLM to predict PT diametral creep was verified using the operating data gathered from Units 2, 3, and 4. Two error components for the BPLM, which are the epistemic error and the aleatory error, were generated. The diametral creep prediction and two error components will be used for the generation of the regional overpower trip setpoint at the corresponding effective full power days. The root mean square (RMS) errors were also generated and compared to those from the current prediction method. The RMS errors were found to be less than the previous errors.
After Fukushima Dai-ichi NPP accident, the need for implementation of diverse and flexible coping strategies (FLEX) became evident. However, to ensure the effectiveness of the safety strategy, it is essential to quantify the uncertainties associated with the station blackout (SBO) scenario as well as the operator actions. In this paper, a systems engineering approach for uncertainty analysis (UA) of a SBO scenario in advanced pressurized water reactor is performed. MARS-KS is used as a best estimate thermal-hydraulic code and is loosely-coupled with Dakota software which is employed to develop the uncertainty quantification framework. Furthermore, the systems engineering approach is adopted to identify the requirements, functions and physical architecture, and to develop the verification and validation plan. For the preliminary analysis, 13 uncertainty parameters are propagated through the model to evaluate the stability and convergence of the framework. The developed framework will ultimately be used to quantify the aleatory and epistemic uncertainties associated with an extended SBO accident scenario and assess the coping capability of APR1400 and the effectiveness of the implemented FLEX strategies.
A risk-informed regulatory approach implies that risk insights be used as supplement of deterministic information for safety decision-making purposes. In this view, the use of risk assessment techniques is expected to lead to improved safety and a more rational allocation of the limited resources available. On the other hand, it is recognized that uncertainties affect both the deterministic safety analyses and the risk assessments. In order for the risk-informed decision making process to be effective, the adequate representation and treatment of such uncertainties is mandatory. In this paper, the risk-informed regulatory framework is considered under the focus of the uncertainty issue. Traditionally, probability theory has provided the language and mathematics for the representation and treatment of uncertainty. More recently, other mathematical structures have been introduced. In particular, the Dempster-Shafer theory of evidence is here illustrated as a generalized framework encompassing probability theory and possibility theory. The special case of probability theory is only addressed as term of comparison, given that it is a well known subject. On the other hand, the special case of possibility theory is amply illustrated. An example of the combination of probability and possibility for treating the uncertainty in the parameters of an event tree is illustrated.
Reliability analysis is of great importance in the advanced product design, which is to evaluate reliability due to the associated uncertainties. There are three types of uncertainties: the first is the aleatory uncertainty which is related with inherent physical randomness that is completely described by a suitable probability model. The second is the epistemic uncertainty, which results from the lack of knowledge due to the insufficient data. These two uncertainties are encountered in the input variables such as dimensional tolerances, material properties and loading conditions. The third is the metamodel uncertainty which arises from the approximation of the response function. In this study, an integrated method for the reliability analysis is proposed that can address all these uncertainties in a single Bayesian framework. Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method is employed to facilitate the simulation of the posterior distribution. Mathematical and engineering examples are used to demonstrate the proposed method.
본 연구는 구조물의 최적안전수준과 수명기간동안 투자되는 총비용과의 상관관계를 연구하였다. 설계, 건설 및 공용 중 투자되는 총비용을 최소화하면서 최적의 안전수준을 결정하기 위하여 신뢰성해석을 수행하였다. 신뢰성해석에는 설계인자들의 불확실성과 설계 및 공사, 유지관리를 수행하는 인간의 오류 등 인적 불확실성을 확률변수로 고려하였다. 이러한 확률해석을 통한 안전지수와 생애주기비용의 상관관계를 연구하고, 생애주기비용의 분산도에 따른 안전지수의 민감도해석을 통하여 최적의 안전수준을 결정하였다. 해석결과는 이러한 평가방법이 교통시설물에 투자되는 비용을 최소화하면서 최적의 안전수준을 결정할 수 있는 정확하고 유용한 방법임을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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