구조물의 설계에는 재료의 불확실성, 시공오차 등과 같은 많은 불확실량이 포함되어 있어서, 설계되는 구조물에 절대적인 안정성을 부여한다는 것은 어려우므로 구조물의 설계시 확률적인 방법을 이용해 체계적인 설계를 할 필요가 있다. 또한 점차로 구조설계의 불확실성에 대한 고려의 필요성이 널리 인식되어 가고있는 현실이다. 따라서 신뢰성에 기초한 최적설계는 실질적인 최적설계 결과를 위한 의미 있고 합리적인 접근이라 할 수 있다. 이에 본 논문에서는 허용응력설계법(ASD)과 하중저항계수법(LRFD) 그리고 신뢰성에 기초한 최적설계를 수행하였다. 그리고 이에 따른 각각의 결과치를 비교 검토함으로서 각 설계법에 대한 최적설계의 타당성 여부를 논의하였다. 방법론을 말하자면 신뢰성 해석 알고리즘에는 개선된 1계 2차모멘트법(AFOSM)을 적용하였고, 강상형교량의 한계상태모형은 von Mises 조합음력 기준을 근거로한 BS시방서 기준을 사용하였다. 신뢰성에 기초한 최적설계의 제약조건으로는 ASD 기준들을 근거로 하였고, ASD, LRFD에 기초한 최적설계는 각각의 설계기준 들을 근거로 하였다. LRFD의 경우, AASHOTO 와 도로교시방서 각각의 경우에 대하여 고려를 하였다 LRFD에 기초한 최적화결과는 ASD에 대한 최적치보다 경제적이며 신뢰성에 기초한 최적치와도 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
더보기The results of optimum design by the deterministic approach heavily depend upon the safety levels adopted in the current design codes. However, it is now generally recognized that structural design problems are non-deterministic and, thus, optimum structural design must cope with uncertainties involved in the design of structures. Therefore, it may be positively stated that reliability-based optimum design is more meaningful and rational approach to obtain a real optimum design solution.
In the paper, a systematic procedure for reliability-based optimum design is presented as a rational approach for the optimum structural design of steel box girder bridges. Optimum design problems of steel box girder bridges are formulated respectively based on the ASD, LRFD and reliability constraints. An advanced first-order second moment method is used as a practical tool for the reliability analysis in the reliability-based optimization algorithm. Uncertainties in the structural strength and loading due to inherent variability as well as modeling and prediction errors are included in the failure limit state of combined bending and shear. For the more precise modelling of the optimization of continuous steel box girder bridges, an interactive non-linear limit state model is formulated based on the von Mises combined stress yield criterion. The ASD criteria are used for the optimum design of box girder bridges under reliability constraints whereas both ASD and LRFD criteria are used for the codified deterministic optimization. And then, this study comparatively shows the results of the optimum designs for various criteria of design codes. In addition, the results of reliability-based optimization are compared with those of codified optimizations. It has been observed that the LRFD-based optimization provides more economical results compared to the ASD-based optimization, while the reliability-based optimization is not significantly different from the LRFD-based optimization as expected.
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