Safety of bridges and breakwaters estimated through general principles for limit state design by Japan Society of Civil Engineers

Although the specifications for Japanese highway bridges are currently under revision in the format of performance-based design, the degree of safety of the designed bridges is not easy to understand. Thus, this paper attempts to disclose the safety and the underlying reliability indices of roadway bridges designed in accordance with the Japanese Specifications for Highway Bridges in the light of a proposal of general principles for the limit state design. The reliability indices and the probability of failure are numerically evaluated assuming the Normal distributions both for the resistance and for the load effect based on the Advanced First-order Second-Moment Method focusing on the relationship between the probability of failure and the factor of safety. Further special reference is made regarding tsunami breakwaters in view of a low frequency but high consequence damages by the Great Eastern Japan Earthquake of March 11, 2011. It was found from the comparison that great discrepancy of the design philosophy and thus the factor of safety exists between the designs of bridges and breakwaters.

Mimo, że zalecenia projektowe dla mostów drogowych budowanych w Japonii są właśnie modyfikowane pod kątem właściwości eksploatacyjnych, szacowanie stopnia bezpieczeństwa takich konstrukcji wciąż pozostaje problemem nie do końca zrozumiałym jednoznacznie. W prezentowanej pracy przedstawiono próbę przybliżenia zagadnienia bezpieczeństwa i wskaźników niezawodności dla mostów projektowanych zgodnie z wytycznymi ujętymi w Japońskich Specyfikacjach Dla Mostów Drogowych. Regulacje te definiują ogólne zasady stosowane w konstrukcjach narażonych na eksploatację w granicznym stanie obciążenia. Wskaźniki niezawodności i prawdopodobieństwo uszkodzenia oszacowano numerycznie, przyjmując normalny rozkład wytrzymałości na obciążenie. Do obliczeń wykorzystano metodę momentów pierwszego i drugiego rzędu dla zależności pomiędzy prawdopodobieństwem zniszczenia i wskaźnikiem bezpieczeństwa. W dalszej części odniesiono się do problemu falochronów zabezpieczających przed tsunami jako konstrukcji narażonych na rzadko występujące, lecz groźne w konsekwencjach obciążenia. Dyskusję przeprowadzono w kontekście Wielkiego Wschodnio-Japońskiego Trzęsienia Ziemi z 11 marca 2011 roku. Z analizy porównawczej jasno wynikło, że istnieją ogromne rozbieżności w filozofii projektowania mostów drogowych i falochronów i tym samym różna ocena wskaźników bezpieczeństwa tego typu konstrukcji.