고정식 해양구조물의 신뢰성 기반 최적설계

Abstract

해양구조물의 설계는 각 선급 규정에 의해 제한을 받는다. 선급 규정에서는 해양구조물의 설계에 있어 극한 환경 하중 조건을 고려하도록 제시하고 있다. 이러한 극한 환경 하중 조건은 일반적으로 50년 또는 100년의 반복 주기를 갖으나 설치해역에서의 관측 자료 부족, 낮은 정확도, 관측 기간과 주기 등에 따른 불확실성을 갖고 있다. 이러한 불확실성을 설계에 반영하기 위해 기존 선급 규정에 기반한 해양구조물의 설계에서는 안전 계수 등을 도입하고 있다. 그러나 2005년 멕시코만에 허리케인 카트리나가 상륙했을 때 100여개가 넘는 해양구조물이 손상을 입거나 파괴된 사례를 통해 살펴보면, 이러한 환경 하중의 불확실성 영향을 분석하고 설계에 엄밀하게 반영하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 선급 규정에서 정의한 결정론적 하중인 극한 환경 하중에 기반 하여 설계된 고정식 해양구조물에 대해 환경 하중과 재료 물성의 불확실성에 의한 영향을 분석하고 신뢰성 해석을 수행하여 그 영향을 정량화 하였으며, 신뢰성 기반 최적설계를 수행하여 선급 규정에 의해 도출된 고정식 해양구조물의 신뢰성을 개선하였다. 고정식 해양구조물에 대해 환경 하중, 재료 물성의 불확실성을 고려한 신뢰성 기반 최적설계를 수행하여 결정론적 하중인 선급 규정에서 정의한 극한 환경 하중을 기반으로 도출된 설계의 신뢰성을 개선하였다. 고정식 해양구조물에 작용하는 환경하중은파고, 파도의 주기, 바람의 속도, 그리고 조류 속도이며 이들의 통계적 특성은 실측 데이터를 기반으로 도출되었다. 재료 물성의 불확실성은 영률(Young’s modulus)과 항복 강도(Yield strength)이다.