확률적 지진요구모델을 이용한 구조물의 최적 내진보강
Optimal Seismic Rehabilitation of Structures Using Probabilistic Seismic Demand Model
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초록
내진설계기준이 반영되지 않은 기존 구조물의 경우 내진보강에 의하여 구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있다. 내진보강의 수준을 합리적으로 결정하기 위해서는 구조물의 사용기간 동안에 예상되는 지진피해 관련 손실이 최소화되도록 하여야 하는데, 이를 위해서는 구조물이 위치한 지역에 대한 지진의 강도별 발생빈도, 지진에 의한 구조물의 기능상실 및 직접/간접 피해를 복합적으로 고려하여 구조물의 예상 손실비용을 산정하여야 하며 이는 구조물 손상에 대한 지진위험도 해석을 통해서 그 해석을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 확률적 지진요구모델을 이용한 위험도 평가를 통하여 구조물의 지진에 대한 피해 손실을 정량적으로 산정하고 이를 바탕으로 초기비용과 예상손실비용을 포함한 총 손실비용을 최소화시킬 수 있도록 내진보강 수준을 최적화하는 절차를 제시하였다. 구조물과 관련된 지진 피해 산정에 있어서 지진하중의 강도별 발생확률 및 구조물의 손상확률을 동시에 고려하여 구조물 생애주기에 대한 구조물의 지진손상 확률밀도함수 및 누적분포함수를 수식화하였으며 수식의 유효성을 유지하기 위한 확률변수의 유효범위를 정의하였다. 또한 여기에 사회적, 경제적 손실을 정량화하기 위한 손실함수를 결부시켜 구조물과 관련된 지진 피해 손실의 기댓값을 정량적으로 산정할 수 있도록 하였다. 제시된 해석기법은 기존의 시뮬레이션에 의한 손실산정법과 비교하여 해석의 정확도는 잃지 않으면서 구조해석의 반복횟수를 대폭 줄일 수 있다는 장점이 있으며 빌딩과 교량을 비롯한 구조물의 내진성능 평가 및 개선을 위한 의사결정 시에 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
The seismic performance of a structure designed without consideration of seismic loading can be effectively enhanced through seismic rehabilitation. The appropriate level of rehabilitation should be determined based on the decision criteria that minimize the anticipated earthquake-related losses. To estimate the anticipated losses, seismic risk analysis should be performed considering the probabilistic characteristics of the hazard and the structural damage. This study presents the decision procedure in which the probabilistic seismic demand model is utilized for the effective estimation and minimization of the total seismic losses through seismic rehabilitation. The probability density function and the cumulative distribution function of the structural damage for a specified time period are established in a closed form, and are combined with the loss functions to derive the expected seismic loss. The procedure presented in this study could be effectively used for making decisions on the seismic rehabilitation of structural systems.
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