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퍼지 기반 철근콘크리트 구조물의 내구성 설계 및 상태평가시스템
Reports NRF is supported by Research Projects( 퍼지 기반 철근콘크리트 구조물의 내구성 설계 및 상태평가시스템 | 2004 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 도정윤(전북대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00077
Year(selected) 2004 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2006년 02월 13일
Year type 결과보고
Year(final report) 2006년
Research Summary
  • Korean
  • 현재의 내구설계기법은 구조물의 사용수명에 대하여 애매하게 접근하고 있으며 이는 수십 년 동안 유지되어오고 있다. 하지만 수많은 사례를 통하여 확인하듯이 콘크리트의 광범위한 유지보수를 위해서는 반드시 필요하다. 많은 사례에서처럼 내구성에 대한 지식의 부족은 심지어 콘크리트의 구조물의 붕괴라는 재해를 낳기도 한다. 내구설계는 설계수명, 한계상태와 신뢰성에 대하여 주먹구구식의 기법에서 명백한 설명이 있는 성능기반 설계기법으로 변화해오고 있다. 하지만 아직 한국에서는 여전히 주먹구구식의 규칙으로 이루어진 성능 규정형의 기법을 이용하고 있다.
    성능기반 사용연한 설계는 확정적인 접근법과 확률론적인 접근법으로 해석되어질 수 있다. 예측모델과 이것을 구성하는 매개변수들의 불확실성을 고려할 수 있는 장점과 개연성으로 인하여 확률론적인 접근법이 내구설계를 하는 데 있어서 매우 유효하며 확률통계적인 모델링이 가능하게 해준다. 본 학위논문에서는 확률론적인 접근법과는 또 다른 접근법으로 퍼지이론을 기반으로 하는 퍼지수 연산기법을 이용하여 예측 모델식 내에 존재하는 여러 불확실성을 고려한 설계가 가능하도록 방법론을 제시하였다. 즉 콘크리트 구조물의 내구설계를 하는 데 있어서 많은 참고자료가 필요하나 한국에서는 충분한 자료가 없으며 이는 전문가의 경험에 크게 의존해야 하는 문제점이 있게 되는 데 확률론적인 접근법은 인간이 가지는 애매함과 불확실성을 처리하기에는 퍼지이론보다는 적용성이 떨어진다. 따라서 본 학위논문은 퍼지 이론을 이용하여 콘크리트 구조물이 노출되어 있는 환경의 영향을 정량적으로 고려할 수 있는 내구설계기법을 제시하고 이의 불확실성을 고려한 사용연한의 예측과 적절한 보수시기를 예측할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다.
    본 학위논문에서 수행된 연구항목은 다음과 같다.
    1. 공칭피복두께의 추정을 위한 퍼지시스템의 구축
    이것은 부식환경에 노출된 콘크리트 구조물에 대하여 그 환경의 영향력과 건설품질 등의 영향을 정량적으로 표현함으로써 소요의 내구연한을 가질 수 있는 공칭피복두께를 설계하기 위한 프로토타입의 퍼지 전문가 시스템을 구축하는 것이다.
    2. 사용연한을 예측하는 데 있어 불확실성의 모델링
    이는 예측모델식과 매개변수들 내에 존재하는 불확실성을 모델링하고 환경의 영향력을 반영한 부식개시기와 내하성의 감소를 설명할 수 있는 한계상태 함수의 정식화를 설명한다.
    3. 퍼지 기반 사용연한 예측 모델식의 제시
    모델식은 한계상태 함수를 통하여 정식화된 사용연한 예측식에 퍼지이론을 통합하는 것으로 구성되어지는 데 이는 콘크리트 구조물의 어느 열화되고 성능저하가 일어났는 지를 예측함으로써 적절한 보수/점검시기를 제시하는 시스템이다.
    4. 제시된 사용연한 예측 설계기법을 기반으로하여 적절한 보수/보강의 시기와 적절한 방법에 대한 접근법 제시
    이는 앞서 제시된 퍼지이론을 근간으로 하여 구축된 한계상태에 의한 열화/성능저하 예측식을 이용하여 평가된 적절한 보수/점검 시점에 대하여 효율적인 보수/보강전략을 선진각국의 여러 문헌을 고찰하여 요약하여 제시하였다.
    여기에 요약된 학위논문의 결과는 부식환경에 있는 철근콘크리트 구조물에 한정되어지며 본문 내에 서술된 전재 조건의 맥략 속에서만이 유효함을 밝혀둔다. 하지만 본 학위논문에서 제시된 퍼지 방법론은 매우 일반적이며 적용성이 우수한 기법이므로 퍼지이론에 비하여 많은 노력과 계산을 요구하는 기존의 신뢰성을 기반으로하는 확률 통계적인 접근법에 대하여 좋은 대안 혹은 개선방법으로 사용될 수 있을 것이다.
  • English
  • The present durability method is based on a vague idea about the service life of the structure, being some tens of years. In a number of cases is however extensive maintenance and repair necessary. In a few cases lack of durability has even caused the collapse of concrete structures. The design changed from a deem-to-satisfy approach to a performance-based approach with explicit attention for the design life, limit states and reliability. However the presently method used for durability design in Korea and other countries are still based on deem-to-satisfy rules, where a sufficient durability of a concrete structure is secured with rules of thumb.
    Performance based service life design is able to be carried out by either deterministic or probabilistic approach. Due to its plausibility and the advantage capable of considering the uncertainty in models and those parameters, the probabilistic approach to durability design is more effective and makes the stochastic modeling possible. Uncertainty in model parameters is one of the main causes of uncertainty in model outputs. Model uncertainty arising from parameters can be analyzed using several techniques. In the thesis, methods based on fuzzy theory are considered.
    Because in Korea there is not the sufficient data and reference for durability design, the application of fuzzy theory is though to be recommended. With the fuzzy set approach this thesis is thus intended to present the new methodology for designing the durability of reinforced concrete quantitatively considering environmental impact.
    The research item carried out in this dissertation is as follows;
    1. Architecting fuzzy system for estimating nominal cover thickness
    This involves architecting prototype-fuzzy expert system for designing the nominal cover thickness by quantitatively representing the environment affecting factor and construction quality to reinforced concrete in corrosive environment.
    2. Modeling of uncertainty in service life
    This includes the modeling of the uncertainty in all parameters and models, and formulation of the limit state functions corresponding to corrosion initiation, and the reduction of load capacity, which reflect the effect of environment impact.
    3. Development of fuzzy theory-based service life prediction model
    This model development consists in integrating fuzzy theory to predict the service life as formulated in the limit state functions and presents the proper starting or point for inspection of the doubt and level that structure was already deteriorated and degraded.
    4. Presenting the strategy of the proper repair/retrofitting method based on the proposed service life design.
    This includes the literature review of in situ investigation method into the condition of RC structure and additionally involves with presenting the appropriate repair method sand the general maintenance strategies based on the deterioration model
    The results of the dissertation reported herein are limited to the case of a reinforced concrete structure under corrosion. They are only valid in the context of the stated assumptions. However, the methodology presented is general and can be used as the replacement method for the reliability-based probabilistic approach which is more difficult to practice the manual calculation than fuzzy theory approach proposed in this dissertation.
Research result report
  • Abstract
  • 현재의 내구설계기법은 구조물의 사용수명에 대하여 애매하게 접근하고 있으며 이는 수십 년 동안 유지되어오고 있다. 하지만 수많은 사례를 통하여 확인하듯이 콘크리트의 광범위한 유지보수를 위해서는 반드시 필요하다. 많은 사례에서처럼 내구성에 대한 지식의 부족은 심지어 콘크리트의 구조물의 붕괴라는 재해를 낳기도 한다. 내구설계는 설계수명, 한계상태와 신뢰성에 대하여 주먹구구식의 기법에서 명백한 설명이 있는 성능기반 설계기법으로 변화해오고 있다. 하지만 아직 한국에서는 여전히 주먹구구식의 규칙으로 이루어진 성능 규정형의 기법을 이용하고 있다.
    성능기반 사용연한 설계는 확정적인 접근법과 확률론적인 접근법으로 해석되어질 수 있다. 예측모델과 이것을 구성하는 매개변수들의 불확실성을 고려할 수 있는 장점과 개연성으로 인하여 확률론적인 접근법이 내구설계를 하는 데 있어서 매우 유효하며 확률통계적인 모델링이 가능하게 해준다. 본 학위논문에서는 확률론적인 접근법과는 또 다른 접근법으로 퍼지이론을 기반으로 하는 퍼지수 연산기법을 이용하여 예측 모델식 내에 존재하는 여러 불확실성을 고려한 설계가 가능하도록 방법론을 제시하였다. 즉 콘크리트 구조물의 내구설계를 하는 데 있어서 많은 참고자료가 필요하나 한국에서는 충분한 자료가 없으며 이는 전문가의 경험에 크게 의존해야 하는 문제점이 있게 되는 데 확률론적인 접근법은 인간이 가지는 애매함과 불확실성을 처리하기에는 퍼지이론보다는 적용성이 떨어진다. 따라서 본 학위논문은 퍼지 이론을 이용하여 콘크리트 구조물이 노출되어 있는 환경의 영향을 정량적으로 고려할 수 있는 내구설계기법을 제시하고 이의 불확실성을 고려한 사용연한의 예측과 적절한 보수시기를 예측할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다.
    본 학위논문에서 수행된 연구항목은 다음과 같다.
    1. 공칭피복두께의 추정을 위한 퍼지시스템의 구축
    이것은 부식환경에 노출된 콘크리트 구조물에 대하여 그 환경의 영향력과 건설품질 등의 영향을 정량적으로 표현함으로써 소요의 내구연한을 가질 수 있는 공칭피복두께를 설계하기 위한 프로토타입의 퍼지 전문가 시스템을 구축하는 것이다.
    2. 사용연한을 예측하는 데 있어 불확실성의 모델링
    이는 예측모델식과 매개변수들 내에 존재하는 불확실성을 모델링하고 환경의 영향력을 반영한 부식개시기와 내하성의 감소를 설명할 수 있는 한계상태 함수의 정식화를 설명한다.
    3. 퍼지 기반 사용연한 예측 모델식의 제시
    모델식은 한계상태 함수를 통하여 정식화된 사용연한 예측식에 퍼지이론을 통합하는 것으로 구성되어지는 데 이는 콘크리트 구조물의 어느 열화되고 성능저하가 일어났는 지를 예측함으로써 적절한 보수/점검시기를 제시하는 시스템이다.
    4. 제시된 사용연한 예측 설계기법을 기반으로하여 적절한 보수/보강의 시기와 적절한 방법에 대한 접근법 제시
    이는 앞서 제시된 퍼지이론을 근간으로 하여 구축된 한계상태에 의한 열화/성능저하 예측식을 이용하여 평가된 적절한 보수/점검 시점에 대하여 효율적인 보수/보강전략을 선진각국의 여러 문헌을 고찰하여 요약하여 제시하였다.
    여기에 요약된 학위논문의 결과는 부식환경에 있는 철근콘크리트 구조물에 한정되어지며 본문 내에 서술된 전재 조건의 맥략 속에서만이 유효함을 밝혀둔다. 하지만 본 학위논문에서 제시된 퍼지 방법론은 매우 일반적이며 적용성이 우수한 기법이므로 퍼지이론에 비하여 많은 노력과 계산을 요구하는 기존의 신뢰성을 기반으로하는 확률 통계적인 접근법에 대하여 좋은 대안 혹은 개선방법으로 사용될 수 있을 것이다.
  • Research result and Utilization method
  • 본 학위 논문은 철근콘크리트 구조물의 내구설계를 위한 객관적인 방법을 퍼지이론을 이용하여 제시한 것으로 현재, 콘크리트 분야에서 콘크리트 구조물의 강도설계와는 별도로 내구 성능 설계에 대한 방법에 대하여 활발한 연구와 토의가 이뤄지고 있는 바, 본 연구는 콘크리트 내구설계의 하나의 대안으로써 좋은 접근 방법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
    본 연구에서 제시한 내구설계기법과 더불어 내구연한을 추정하는 방법을 이용하면 콘크리트 구조물의 생애주기내에 구조물의 유지관리를 위한 적절한 점검/보수 시기를 객관적인 방법으로 제시할 수 있다.
  • Index terms
  • 콘크리트 내구설계, 성능설계, 유지보수, 보수시기
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