Bellows expansion joints enhance the displacement performance of piping systems owing to their unique geometrical features. However, structural uncertainties such as wall thinning in convolutions, a byproduct of the manufacturing process, can impair their structural integrity. This study addresses such issues by conducting a global sensitivity analysis to assess the impact of these uncertainties on the performance of bellows expansion joints under monotonic loading. Global sensitivity analysis, which examines main and nth order interaction effects, is computationally expensive. To mitigate this, we employed a surrogate model-based approach using an artificial neural network. This model demonstrated robust prediction capabilities, as evidenced by metrics such as the coefficient of determination. The sensitivity indices of the main effect for the 2-ply and 3-ply bellows at the sixth convolution were 0.3340 and 0.3233, respectively. The sensitivity index of the sixth convolution was larger than that of other convolutions because the maximum deformation of the bellows expansion joint under monotonic bending load occurs around it. Interestingly, the sensitivity index for the interaction effect was negligible (0.01%) compared to the main effect, suggesting minimal activity between uncertainty factors across convolutions. Notably, bellows expansion joints under repetitive loading exhibit more complex behaviors, with the initial leakage typically occurring at the convolution. Therefore, future studies should focus on the structural uncertainties of bellows expansion joints under cyclic loading and employ a surrogate model for comprehensive global sensitivity analysis.

본 논문의 목적은 인접차로에서 동시에 주행하는 차량재하의 확률과 실제 차량의 중량을 고려하여 합리적인 다차로 재하계수를 제시하는 것이다. 차량동시재하의 확률은 국내 여러 곳에서 촬영한 비디오영상으로부터 분석되었으며 중차량의 중량은 국내 두 곳에서 Weigh-In-Motion시스템으로부터 계측한 자료를 이용하였다. 이 두 자료를 대표적인 2차로교량과 5차로교량에 각각 적용하여 다차로재하계수를 계산하였다. 또한 본 논문에서 제시한 동시재하확률 및 WIM자료의 중량이 국내의 지역별 특성을 대표하는 값으로 가정하여 다차로재하계수의 통계적인 특성을 산출하였다. 본 논문의 결과는 국내외의 교량 설계기준과 비교하였으며 그 결과 현행 국내의 도로교설계기준의 값보다는 작고, 유로코드 및 AASHTO LRFD기준보다는 큰 값을 나타냈으며 전체적으로 캐나다의 설계기준과 유사한 값을 보이는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 하위 요소로(sub-element) 구성된 3차원 대칭 단위 요소들로 조합된 트러스 격자 구조물의 연속적 인 물성치를 제안하였다. 개별적인 트러스 격자 물성치는 균질화 작업을 통하여 유효한 응력과 변형률 관계로 이 루어진 연속적인 물성치 모델로 나타낼 수 있다. 미시적인 규모(micro scale) 스트럿의 인장이나 압축 응답에 의 한 축강성은 전체 격자재료의 대부분의 강도를 차지하고, 이러한 스트럿의 부피 분율(fraction)은 효과적인 강도 뿐만 아니라 복제 가능한 단위 요소로 이루어진 격자판의 상대밀도에 큰 영향을 주었다. 그러므로 균질한 강성부 재로 구성된 연속적인 구성모델은 미시적인 규모로 간주되는 스트럿의 강도, 내부응력 상태 및 부피 분율과 관련 된 역학적인 특성들을 포함하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 미시적인 규모의 응력에서 소성흐름은 균질한 구 성식에서 파생된 거시적인 규모에서의 (macro-scale)응력 표면에 있는 연속적인 응력함수의 영역을 확장한다. 따 라서 본 연구를 통하여 3차원 대칭 단위요소 구조물의 기본 기하학을 조사하고 압력에 의존적인 마크로 규모에서 의 (macro-scale) 응력함수를 예측하는 연속적인 소성모델을 공식화하였다.

본 연구는 복합하충을 받는 구조물에 있어서 구조물의 안정경계점을 계산하는 방법올 제시하고 있다. 여기 에서는 우선 안정경계점에 놓여 있는 기지의 점에 대한 선형해를 일반역행열을 이용하여 선형 증분 평형방정 식의 여해와 특이해의 선형결합으로 나타내였다. 다음으로 두개의 하중계수를 구속하는 선형조건을 도입하고， 그 구속조건하에서 하중계수 比가 일정하게 되도록 반복계산을 수행하므로써， 안정경계접위의 다음 목표점이 얻어진다. 얻어진 이 점을 초기점으로 이용한다. 평형경로를 추적할 때， 본래의 두 개의 하중계수 문제는 하 중계수의 比가 일정하다는 조건을 도입하여 단일 하중계수의 문제로 된다. 두 개의 예를 블어 수치해석을 행 하였으며， 얻어진 결과로부터 본 연구에서 채택된 방법은 구조물의 경계안정점을 찾는 문제에 적합하며 더욱 개발할 여지가 있음을 보여주고 있다.