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과제기본정보

LRFD 기초구조물 설계를 위한 저항계수 결정 연구1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 05TRPI-C043272-01
국가과학표준분류 1순위 None | None | None 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 -
3순위 None | None | None 과제유형 -
과제명 LRFD 기초구조물 설계를 위한 저항계수 결정 연구
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 곽기석
소속 한국건설기술연구원 직위 선임연구위원
전화번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2005-06-30 ~ 2008-06-29
당해연도 연구기간 2005-06-30 ~ 2006-06-29

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 480,000,000 62,940,000 175,000,000 237,940,000 717,940,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 o 대형 사회기반 시설물은 그 중요도에 비추어 기존 구조물의 유지관리와 보수뿐만 아니라 설계단계에서부터의 구조물에 대한 합리적 수준의 안전도 확보가 매우 중요함.
o 이를 위해서는 설계과정에 다양한 설계변수들의 불확실성을 명확히 고려함으로써 요구되는 안전도를 확보하는 새로운 개념의 신뢰성기반설계법 또는 한계상태설계법(limit state design)이 요구됨.
o 토목 및 건축구조물의 설계에 있어 한계상태설계법은 세계적인 추세이며, 미국과 유럽을 포함한 선진외국에서는 구조물 설계와 관련하여 한계상태설계법을 이미 도입하여 그 기준을 정비하였음.
- 국제표준화기구(ISO) : ISO 2394
- 유럽표준화위원회(ECS) : 유로코드
- 미국도로협회(AASHTO) : LRFD 교량설계시방서
o 국내의 대비가 필요한 시점이며, 연구개발을 통해 국제적 수준에 부합하는 기초구조물에 대한 하중저항계수설계법의 개발이 절실히 요구됨.
최종목표 본 연구의 최종목표는 국내의 특성을 고려한 지반저항계수를 결정하여 세계적 기준에 부합하는 기초구조물의 하중저항계수설계법(LRFD)을 개발하는 것이며, 세부적인 연구목표는 다음과 같다.
o 국내 기초구조물 설계를 위한 현장지반조사, 실내시험, 하중재하실험 자료의 데이터베이스 구축
o 기초구조물의 신뢰성 평가 기법 및 프로그램 개발
o 기초구조물 종류별 저항계수 결정 및 제안
o 범세계적 ISO기준에 부합하는 기초구조물의 하중저항계수설계법(LRFD)의 개발
o LRFD 기초구조물 설계법의 검증
연구내용 및 범위 o 국내외 연구동향 분석
- 항타말뚝, 현장타설말뚝, 확대기초의 현행 국내 허용응력설계법을 포함한 설계기준과 시공방법의 조사 및 분석
- 미국의 AASHTO LRFD(Load & Resistance Factor Design) 기초설계, 유럽공동체의 Eurocode 및 캐나다의 CHBDC2001 등 국외 기준 조사 및 분석
- 국내외 기초구조물 LRFD 연구동향 조사/분석
o 국내 기초구조물 설계를 위한 현장지반조사, 실내시험, 하중재하실험 자료의 데이터베이스 구축
- 기존의 국내 재하시험 및 지반조사자료 수집 및 분석
= 민간기업 및 공관계 재하시험 및 지반조사 자료 수집
= 지반종류에 따른 자료의 체계적 분류/분석
= 기초형식(항타말뚝, 현장타설말뚝, 확대기초)에 따른 자료의 체계적 분류 및 분석
= 설계방법에 따른 자료의 체계적 분류/분석
- 현장 지반조사 및 재하실험
= 주요 설계 지반변수의 선정
= 지반특성을 고려한 정/동재하시험 및 지반조사
= 기존의 허용응력설계법을 이용한 정역학적 해석 (재하실험 Case 및 검증된 기존 재하실험 Case)
= 수집/실험자료 및 분석결과의 데이터베이스 구축
- 정역학적 해석을 통한 기초구조물의 설계모델링 불확실성 평가
= 재하시험결과와 정역학적 해석 결과의 비교 및 통계분석을 통한 저항의 설계모델링 불확실성 평가
- 주요 설계변수의 자료 분석을 통한 통계 특성치 결정
= 저항 편향계수(resistance bias factor)의 평균값과 변동계수 결정
- 기초구조물 설계변수 데이터베이스 구축
o 기초구조물의 신뢰성 해석시스템 개발
- FORM(First Order Reliability Method) 및 MCSM(Monte-Carlo Simulation Method) 기법을 이용한 기초구조물의 신뢰성해석 알고리즘 개발
- FORM 및 MCSM을 이용한 신뢰성해석 프로그램 개발
o 기초구조물 종류별 저항계수 결정 및 제안
- 현행 허용응력설계법에 의한 기초구조물별 다수의 신뢰성해석 수행 - 개발된 두 가지 신뢰성해석방법(FORM 및 MCSM)을 이용
- 목표 신뢰도지수 및 파괴확률 결정
- 기초구조물의 저항계수 산정 알고리즘 개발
- 저항계수 산정 프로그램 개발
- 기초구조물 저항계수 산정
o 범세계적 ISO기준에 부합하는 기초구조물의 하중저항계수설계법(LRFD)의 개발
- 기초구조물 저항계수 보정
- 기초구조물 설계를 위한 지반 저항계수의 결정
- 기초구조물 설계를 위한 하중계수 선정
- LRFD 기초구조물(항타말뚝, 현장타설말뚝, 직접기초) 설계법 개발
o LRFD 기초구조물 설계법의 검증
- 현장 지반조사 및 재하실험을 통한 저항계수의 검증
- LRFD설계법과 허용응력설계법과의 비교를 통한 검증
- 주요 설계변수에 대한 신뢰성 설계도표의 개발
- 최종 LRFD 기초구조물 설계법 제안
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 - 기초구조물의 설계기준조사와 실험자료의 수집/분석 - 기초구조물 설계변수 데이터베이스 구축(1단계) - 기초구조물의 신뢰성해석 시스템 개발 - 국내/외 현행 기초구조물 설계기법/ 기준의 조사/분석 (허용응력설계법, AASHTO LRFD, EUROCODE 등) - 기존의 국내 재하시험 및 지반조사자료 수집 및 분석 - 현장 지반조사 및 재하실험(1단계) - 기초구조물 설계변수 데이터베이스 구축(1단계) - 정역학적 해석을 통한 기초구조물의 설계모델링 불확실성 평가 - 기초구조물의 신뢰성해석 알고리즘 개발 - 신뢰성해석 프로그램 개발
연구성과 기술적 기대성과 o 기초구조물에 대한 주요 설계변수 자료의 데이터베이스 구축으로 기초구조물 뿐만 아니라 기타 다른 지반구조물에도 활용 가능.
o 한계상태이론과 확률 및 신뢰성공학의 적용을 통한 지반분야에서의 이론적 연구 수행을 통해 관련 연구분야의 연구기반 구축 및 선진화를 이룩하고 설계 및 해석 기술을 선진국과 같은 수준으로 끌어올림으로써 학술진흥에 기여.
o 기초구조물의 신뢰성 해석 알고리즘 개발 및 해석 시스템 구축과 국제 기준에 부합한 기초구조물의 LRFD 설계법을 개발 및 운용함으로써 관련 기술기준의 확립이 가능.
사회 경제적 파급효과 o 국제표준화 ISO 규격에 부합하는 기초구조물의 LRFD 설계법 구축은 기초구조물의 신뢰성설계를 통해 다양하고 가변적인 설계환경에 대응하는 최적 설계를 가능케 함으로써 획일적인 과다설계를 방지하여 건설비용의 절감 및 구조물의 장수명화를 통한 경제성을 확보할 수 있음.
o 국내 건설업체가 상대적으로 취약한 대형구조물 기초 설계의 선진화를 통해 외국 기술 도입에 따른 경제적 손실을 방지하고 해외로의 기술이전과 지적재산권 수출을 통한 이윤창출이 가능함.
o 향후 2008년 기준으로 국내건설시장규모는 약 1,020억불 정도(통계청, 2003)로 추정되며 이중 기초구조물과 관련된 시장을 총 규모의 10%로 보았을 때 그 규모는 100억불이며, 본 연구결과인 LRFD 기초구조물 설계법의 적용을 통해 발생되는 효율을 10%로 추정할 때 연간 약 10억불(1조원)의 국가 예산을 절감할 수 있음.
활용방안 o 설계변수의 불확실성과 변동성을 명확하게 고려하는 이상적인 기초구조물 해석 및 설계기준으로 활용 가능함.
o 신뢰성에 기초한 LRFD설계법은 지반의 불확실성을 감소시킴으로 합리적이고 경제적인 설계 및 시공과 유지관리가 가능하며 기초구조물의 생애주기비용(CCL)해석과 최적설계에도 활용 가능함.
o 국제표준규격 ISO에 부합하는 설계기준의 합리화/선진화는 국내건설사 및 설계사의 해외건설 수주에 기여하여 국가적인 수익창출에 기여.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 기초구조물 하중저항계수설계법 신뢰성평가 저항계수 코드보정
영문 Foundation Structures Load ResistanceFactor Design Reliability Estimation Resistance Factor Code Calibration
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