Abstract
A hybrid structural reliability analysis method that integrates a commercial finite element program and a reliability analysis algorithm is proposed to estimate the safety of real structures in this paper. Since finite element method (FEM) is most commonly and widely used in the analysis and design practice of real structures, it appears to be necessary to use a general FEM program in the structural reliability analysis. In this case, simple conventional reliability methods cannot be used because the limit state function can only be expressed in an algorithmic form. The response surface method(RSM)-based reliability algorithm with the first-order reliability method (FORM) found to be ideal in this respect and is used in this paper. The intention of use of RSM is to develop, albeit approximately, an explicit expression of the limit state function for real structures. The explicit limit state function for a statically indeterminate three bar truss structure is used in the first numerical example to verify both accuracy and efficiency of the proposed algorithm, and its application potential to the variety of engineering problems. The applicability of the proposed method to complex real structures is examined with help of the second example in consideration of a concrete dam. Both the strength and serviceability limit states are considered in this example.
본 논문에서는 상용 유한요소 프로그램과 신뢰성해석을 결합하여 실제 구조물의 안전성을 평가할 수 있는 복합 구조 신뢰성해석 기법을 제안하였다. 현재 일상적인 실무 구조해석과 설계에 이용되는 여러 상용 유한요소 프로그램을 사용한 구조신뢰성 해석은 한계상태함수가 명시적으로 표현되지 않기 때문에 기존의 전통적 신뢰성해석법과는 다른 새로운 기법의 도입이 요구된다. 따라서 제안된 복합 알고리즘은 일련의 입력 랜덤변수와 특정한 상관관계에 있는 유한요소법과 같은 알고리즘형태의 실제 한계상태함수를 응답면기법을 사용하여 입력 랜덤변수들로 표현되는 2차 다항식으로 근사화한 후 일차신뢰도법을 이용하여 대상 구조물의 신뢰성해석을 수행하고 안전성과 위험성을 평가할 수 있는 매우 효율적이고 정확한 기법이다. 첫 번째 수치예제는 제안기법의 효율성 및 정확성의 검증과 다양한 공학적 문제에 대한 적용 가능성을 입증하기 위하여 세 개의 봉(bar)부재로 이루어진 부정정 트러스 구조물의 파괴기준에 대한 명시적 한계상태함수를 유도 후 사용하였다. 두 번째 예제에서는 실구조물에 대한 적용성을 검증하기 위하여 실제 설계된 댐 구조물의 강도 및 사용성한계상태에 대한 구조 신뢰성해석을 수행하여 댐 구조물의 안전성을 검토하였다.