This research introduces the concept of structural availability, which is intrinsically identical to the concept of operational availability in system reliability engineering. Structural availability has the potential to deal with the features of operation and the maintenance of structures, as well as structural integrity, in a quantitative manner, and application of the availability in structural design, as a new design measure, contributes to implementing risk-based design since it can quantitatively indicate overall structural performance in consideration of maintenance policies as well as inherent failure characteristics. In other words, with the structural availability, we can achieve a further optimized and cost-effective design in a practical manner. The new method of structural availability, which is proposed for the yielding and buckling failure of structures, is based on the probabilistic models of structural failure and repair. Stochastic failure model of structures is essential to the structural availability quantification and formulated with structural reliability (or probability of failure), Bernoulli trial assumption, and Poisson approximation. To understand the feasibility of structural availability method, this thesis demonstrates two exemplary slender beam cases that are a longitudinal stiffener of a ship and a simple beam. The calculation results of the example cases illustrate not only the process of quantifying the yielding and buckling availabilities of structures but also the cost-effectiveness assessment on several design options using the structural availability. This thesis is expected to help further understand the feasibility of structural availability application in the actual design process and the risk-based design of structures.
본 연구는 시스템 신뢰성 공학에서 사용하고 있는 운용가용도와 본질적으로 동일한 개념인 구조가용도를 소개하고 있다. 구조가용도는 구조안전성뿐만 아니라 구조물의 운영 및 유지보수 특성을 정량적 방식으로 다룰 수 있는 잠재적 가능성을 가지고 있다. 구조가용도는 내재되어 있는 구조손상 특성과 유지보수 계획을 고려하여 구조물의 전반적 성능을 정량적으로 나타낼 수 있기 때문에, 이를 새로운 설계 척도로 구조설계에 적용함으로써 위험도 기반 구조설계의 구현에 기여할 수 있다. 다시 말해, 구조가용도를 통해 실용적인 방식으로 보다 최적화되고 비용 효율적인 구조설계를 달성할 수 있다. 구조물의 항복강도 및 좌굴강도에 대한 구조가용도를 추산하기 위해 제안되고 있는 새로운 방법론은 구조적 손상 및 수리를 확률적으로 정의하는 확률모델에 기반하고 있다. 구조물의 확률론적 손상모델은 구조가용도 정량화에 핵심이 되는 요소로써, 구조신뢰성 (또는 파괴확률), 베르누이시행가정 및 포아송근사를 이용해 정의된다. 구조가용도 방법의 타당성을 이해하기 위한 목적으로, 본 논문은 선박의 종방향 보강재 구조물과 단순지지된 보 구조물과 같은 두 가지 세장보 예제를 보여주고 있다. 해당 예제의 계산 결과를 통해, 구조물의 항복가용도 및 좌굴가용도를 정량화하는 과정은 물론 구조가용도를 이용하여 여러 설계 방안의 비용 효율성을 평가할 수 있음을 확인할 수 있다. 실제 설계 절차 및 위험도 기반 구조설계에 구조가용도를 실용적으로 적용할 수 있는 가능성을 보다 더 잘 이해하는데 본 논문이 도움이 될 수 있으리라 기대한다.
