신뢰도 기반 설계란....

교량이나 건물과 같은 여러 구조물의 계획, 설계, 시공 및 유지관리를 행함에 있어, 많은 인자 또는 요소들은 불확실성(uncertainty)을 갖고 있다. 불확실성이란 완전히 정해진 또 는 알려진 값을 갖고 있지 않다는 것을 의미한다. 예를 들어 교량에 작용하는 차량하중, 풍하중, 지진하중 등과 콘크리트의 압축강도, 철근의 인장강도, 강재의 항복응력, 부재의 길이 또는 지간 등등 거의 모든 값들에 대해 실제의 값들을 아는 것은 불가능하며, 실제의 값들은 설계시나 시공시에 사용되는 값, 즉 설계기준이나 시방서에 정의되어 있는 값들과 는 다르게 된다. 이러한 불확실성의 원인은 크게 두 가지, 자연적인 원인과 인위적인 원인 으로 구분될 수 있다. 자연적인 원인은 주로 하중이나 재료특성의 원인 등이고, 인위적인 원인은 설계시의 가정, 근사화, 계산오차, 인간의 실수 등이다.

이러한 불확실성에 근거하여 국가나 사회는 사회기반시설, 즉 교량이나 건물과 같은 구조물을 대해 합리적인 수준의 안전도를 기대하고 있다. 인간은 이미 과거의 경험으로부 터 불확실성의 존재를 인지하고 있었으므로 이러한 불확실성을 극복하기 위하여 많은 노력 을 하여왔다. 기원전 1750년 메소포타미아 지방에서 사용되었던 함무라비법전에서도 교량 이나 건물의 안전도를 요구하였는데, 예를 들어 교량이나 건물의 붕괴 시에는 그 피해에 따라 상응하는 처벌을 건설자들에게 가한다는 것이다. 근세에 들어 수학과 과학이 발전하 기 전까지는 주로 과거의 붕괴되지 않은 구조물을 그대로 답습하거나, Trial and Error의 방법으로 불확실성을 극복하고자 하였다. 19세기 들어 자연의 법칙이 수학과 물리에 의해 이해되고 재료의 성질이 정의되면서 구조물의 안전도 또는 불확실성의 문제를 수학적으로 해결하기 위한 연구가 수행되었다. Mayer(1926), Streletzki(1947) 등은 하중이나 강도 등 의 변수가 불확실성을 갖고 있는 확률변수(random variable)이며, 0이 아닌 파괴확률이 존재한다는 것을 발표하였다. 이 이론은 1950년대에 Freudenthal(1947, 1956)에 의해 더 욱 발전되어 현재의 신뢰도 이론(reliability theory)의 기초가 되었다. 현재 신뢰도 이론은 새로운 구조물(시설물)의 합리적인 설계, 기존 구조물(시설물)의 평가 및 설계 기준(code, specification)의 개발 등에 응용되고 있다.

본 서에서는 신뢰도이론의 기본 개념 및 이론과 신뢰도에 근거한 설계기준, 특히 하중 저항계수설계법(Load and Resistance Factor Design, LRFD)에 대한 소개 및 실교량의 신뢰도분석 예제 등을 다루고 있다. 신뢰도 이론을 사용하면 구조물의 안전도에 대한 합리 적, 객관적인 결과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 구조물 안전도의 적절한 수준을 제시할 수 있게 된다. 또한 적절한 안전도의 수준을 보장하기 위하여 설계기준에서 어떻게 해야 하는가에 대한 답을 줄 수 있다.