제51회 6번-하중저항계수 설계법(LRFD)

토목구조기술사 논술문제 1997년 제51회 1교시 6번 문제

문제) 하중저항계수 설계법(LRFD)에 대해 논하라.

1. 정의

부재나 상세요소의 극한내력강도 또는 한계내력에 기초를 두고 극한 또는 한계하중에 의한 부재력이 부재의 극한 또는 한계내력을 초과하지 않도록 하는 설계법이다. RC구조물의 강도설계법이나 소성설계법과 설계기준의 형식면에서는 유사하나 이들과는 달리 계수안전율의 결정을 확률에 기초한 구조 신뢰성이론에 의거하여 보정하므로써 일관성 있는 안전율을 갖도록 하는 보다 합리적이고 새로운 설계법이다.

2. 설계과정

LRFD는 강도 한계상태와 사용성 한계상태를 고려하는 설계법으로

1) 구조물에 발생가능한 모든 한계상태 관련 파괴모드의 확인

2) 각 한계상태에 적정한 안전수준의 결정

3) 지배적이고 주요한 한계상태를 고려한 구조단면의 설계과정을 거친다.

3. 한계상태

한계상태라 함은 구조물이나 구조요소가 그 소기의 목적을 달성하기에 부적합하게 되거나 구조적 기능을 상실한 상태이며, 강도 한계상태는 구조물의 일부분 또는 전체의 붕괴와 관련되는 한계상태로 매우 낮은 발생확률을 갖어야 하며, 사용한계상태는 구조물의 용도상 구조적 기능이 저하, 손상된 한계상태로 강도 한계상태보다는 더 큰 발생 확률을 허용할 수 있다.

4. 장점

1) 신뢰도(Reliability)

확률에 기초한 구조신뢰성 방법에 의거 안전모수를 보정하기 때문에 비교적 균일하고 일관성 있는 신뢰도를 갖는다.

2) 안전율의 조정성(Adjustable Safety)

각 파괴모드의 중요도나 심각성에 따라 바람직한 목표안전도를 정하고 이에 대응하도록 다중설계모수중의 일부를 조정할 수 있다. 

3) 거동(Behavior)

구조물에 발생 가능한 모든 극한 또는 사용성 한계상태를 고려하여 설계하기 때문에 한계상태에 대응하는 구조물의 각종파손, 파괴, 붕괴상태에 대한 깊은 이해가 요구된다.

4) 재료무관 시방서(Material-independent Code)

모든 구조물에 대한 시공형식, 재료에 무관하게 공통시방서를 만들 수 있다.

5) 하중(Loading)

여러 하중에 대해 각기 다른 하중계수를 사용하기 때문에 하중의 특성이 설계에 반영된다.

4. 단점

1) 이론적인 기초에 치중하여 실무설계의 구체적인 적용방법이 불충분하다.

2) 경제적인 면에서 크게 동기유발을 하기에는 아직 미흡하다.