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1 1 RC 교량의내진설계및내진성능 평가 MIDAS 구조기술강좌 장소 ; 마이다스아이티세미나실일시 ; 김익현 울산대학교건설환경공학부

2 2 목차 1. 지진일반 2. 우리나라지진환경 3. 교량의지진피해 4. 내진설계기본개념및개선방향 5. 내진성능평가방법 6. 내진성능평가요령 ( 건설교통부, 2004)

3 3 Kobe 지진 (1995 년 1월 17 일규모 7.2) 6,300 명이상사망 75,000동건물붕괴및반파 Lifeline 파손, 대화재발생 지반운동세기가설계지진을훨씬상회 액상화

4 4 터키 Izmit 지진 (1999 년 8월 17 일규모 7.4) 주향이동단층 사망자 14,000명이상 실종자 30,000명이상 88,000동이상완파또는반파 내진설계부적절 지진대응시스템불비

5 5 대만 JiJi 지진 (1999 년 9월 21 일규모 7.3) 대만내륙, 진원깊이 1.1km 역단층 (offset 3m 이상 ) 사망자 2,000여명 건물파손 7000동이상

6 6 지구의내부구조 철, 니켈이많다 액체상태 지각 철, 니켈이많다 고체상태 외핵내핵 맨틀 지구전체부피의약 82% 질량의약 68% 차지 감람암질로구성 유동성이있다 맨틀대류

7 7 지각판의분포

8 8 맨틀의대류운동

9 9 판구조운동

10 10 주요지진대 90% 이상의지진은판경계에서발생 알파이드지진대 (20%) 환태평양지진대 (70%)

11 11 지진파 ( 실체파 )

12 12 지진의크기 ; 규모와진도 진도 7 진도 6 진도 5 진도 4 규모 5.0 의지진발생 규모 지진의실제에너지를나타내는절대적인값 진도 관측점에서나타나는현상이나피해에따라주어지는상대적인값 진원거리, 지반의상태등에따라다름 정수로표시 (1,2,,12)

13 13 지진규모 리히터규모 (M L ); 남부캘리포니아지진을대상으로제안 M L =loga+2.56log A; 최대진폭 (mm), ; 진앙거리 (km) 실체파규모 (m b ); 깊은진원지진을대상 표면파규모 (M s ); 먼거리, 큰지진대상 모멘트규모 (M W ) 지진에너지 (E) LogE= M s 규모 1 증가시 32 배증가

14 14 진도 MMI 6.8 (Modified Mercalli Intensity); 0-XII, 미대륙 JMA; 0-VII, 일본기상청진도 유럽의 Rossi-Forel; I-X MSK (Medvedev-Sponheuer-Karnik); I-XII, 러시아, 동유럽 로스릿지지진시의진도분포예규모 ;

15 15 MMI 진도계급 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0.02g 0.07g 0.15g 0.30g 0.55g 0.6이상 미세한진동, 특수조건에서감진 실내에서극히일부감진 실내에서소수감진, 매달린물체약하게진동 실내에서다수감진, 실외에서감진불가 건물전체흔들림, 물체의파손및전도, 추락 똑바로걷기어려움, 약한건물외벽균열발생 서있기곤란, 운전중지진감지, 담장붕괴 차량운전곤란, 일부건물붕괴, 사면이나지표견고한균열건물심한피해, 지하파이프파손 대부분견고한구조물기초와함께파괴, 도로균구조물열거의완전파괴, 지하파이프완전작동불지면이능파도형태로출렁임, 물체가공중으로비산

16 16 JMA 진도계급 0 I II III IV V VI VII 무감미진경진약진중진강진열진격진 느낄수없음민감한사람만감진보통사람감진, 문이약간흔들리는정도가옥흔들림, 물건낙하, 물그릇의물이진가옥이동심하게흔들림, 물그릇의물이넘침벽에금이발생, 건물다소파괴가옥파괴 30% 이하, 산사태발생할수있가옥파괴음 30% 이상, 산사태및단층발생

17 17 우리나라지진환경 인도판과유라시아판의충돌의영향 태평양판과필리핀판의유라시아판밑으로섭입의영향 유라시아판 인도판 태평양판 이러한스트레스를이기지못한약한부분에서지진발생 ( 단층형성 )

18 18 지진이기록된고대문헌 서 명 권수 서 명 권수 삼국사기 ( 인본 ) 50 승정원일기 ( 원본 ) 3067 증보문헌비고 ( 인고려본사 ) ( 인본 ) 국조보감 ( 인본 ) 일성록 ( 원본 ) 기상보고 ( 원본 ) 해동잡록 ( 인본 ) 2277 명치37-45 년 1 풍운기 ( 원본 ) 62 난중잡록 ( 이본 ) 1 천게초출승록 ( 원이조열성실록본 ) ( 원본 ) 패사집기 ( 인본 ) 서운관지 ( 인본 ) 1 4

19 19 역사지진기록 ( 조선왕조실록 ) 1681 년 6 월 26 일, 숙종강원도에지진이일어나우레와같은소리가났으며담과벽은무너지고지붕의기왓장이나부끼어떨어지고양양에서는바닷물이흔들려서물이끊는소리와같았다. 설악산신흥사와계조굴의큰바위가다같이무너져떨어졌고, 삼척부서쪽에있는두니산의층을이룬바위는. 이도역시무너졌다.. 평창, 시선 2 곳에서도산악이번쩍들러져움직였고암석이추락되는변이일어났다. 그후강릉, 양양, 삼척, 울진, 평해, 정선등의읍에서 10 여차례나땅이움직였고이때에는 8 도 ( 전국 ) 에모

20 20 우리나라의역사지진 (AD2-1904) 역사기록유감지진 : 약 1,800 회 피해지진 : 과거 2,000년동안약 45회 (MMI VII 이상 ) 피해지진발생빈도 : 평균50년에1회 진도 (MMI) 별빈도수구분 진도 5 이상 횟 389 수 진도 6 이상 지진피해보고

21 21 역사지진 (AD2~1904) Number Shinla Koryo 15 C 16 C 17 C 18 C Age 19 C MMI 역사지진의시대별 MMI 별발생횟수 (AD 2 ~ 19 삼국및고려시대 ; 중앙지역진앙지밀집 ; 인구및보고체계 조선시대고른분포 기록의모호성 ; 시간적, 공간적오류 진도평가의애로 ; 건축물의강도상이

22 22 계기지진 (AD1905 ~ 1999) 1905 년이후지진관측시작 ; 500 여지진기록 1978 년 ~ 1982 년 : 310 회의지진활동관측 규모 3.0 이상의중급지진 : 160 회 규모 5.0 이상의지진 : 4 회 ( 예 : 1978 년홍성지진 ) 규모별빈도수 구 분 횟 수 규모 3.0 이상 규모 4.0 이상

23 23 계기지진 (AD 1905 ~ 1999) Number Time Magnitude 계기지진의시대별규모별발생횟수 (1905 ~ 1999)

24 24 규모 4.5 이상의지진 쌍계사지진 (1936) M=5.1 속리산지진 (1978) M=5.2 홍성지진 (1978) M=5.0 삭주지진 (1980) M=5.0 포항지진 (1981) M=5.0 사리원지진 (1982) M=5.1 울진지진 (1982) M=5.0 울산지진 (1994) M=4.6 울산지진 (1994) M=4.5 홍도지진 (1994) M=4.9 영월지진 (1996) M=4.5

25 25 쌍계사지진 (1936 년 7월 4일, 규모 M=5.0) 문헌 : 쌍계사강진보고조선총독부관측소 집중피해지역 : 하동군화개면삼신리, 정금리, 용강리, 쌍계사 피해개요 부상 : 4 명 산사태, 낙석, 도로붕괴 민가피해 : 가옥전파 3 호, 가옥전파10호, 간장독파손 쌍계사건물과문화재파손

26 26 쌍계사오층석탑실물크기모델지진모의실험 연구목적 정밀한모델실험을통한쌍계사지진세기의정량적평가 실험결과 쌍계사지진의세기 : 0.15g정도 국내설계지진은지나치게과대평가된것이아닌것으로판단됨 0.30 실험전 2.0 실험후 Acceleration (g) Acceleration (g) Time (sec) 진동대의가속도 Time (sec) 탑두의가속도

27 27 홍성지진 (1978 년 10 월 7일규모 5) 홍성읍 피해액 4억원추정 ( 당시화폐가치 ) 건물 13동반파, 41동부분파손 조적조, 농촌주택, 토담집에피해집중

28 28 영월지진 (1996 년 12 월 13 일규모 4.5) 위치 : 강원도영월동남쪽약 20km (37.2N, 128.8E) 규모 : 4.5 피해상황 : 전국에서느낌. 영월지역에가벼운구조물의피해 ( 건물내외의벽에균열발생등 )

29 29 교량의피해유형 Grond Shaking Surface Faulting Liquefaction 지반침하 사면활동 지지거리부족 교각의연성도부족 교대불안정 교대이동 기초파괴 교각전단 낙교

30 30 낙교 받침지지길이부족

31 31 낙교 가동단받침지지길이부족및지반액상화에의한기초이동

32 32 낙교 교각붕괴에의한낙교 ( 고베지진 )

33 33 낙교 교각전단파괴에의한낙교 ( 고베지진 )

34 34 교량받침 상하부구조연결부파손및탈락 ( 고베지진 )

35 35 교량받침 받침탈락 ( 고베지진 )

36 36 교량받침 받침부파손 ( 고베지진 )

37 37 교량받침 받침콘크리트파손 ( 고베지진 )

38 38 교각 주철근좌굴 ( 고베지진 )

39 39 교각 벽식교각파괴 ( 고베지진 )

40 40 교각 피복탈락 ( 고베지진 )

41 41 교각 전단파괴 ( 고베지진 )

42 42 교각 주철근단락부파괴 ( 고베지진 )

43 43 교각 라멘교파괴 ( 고베지진 )

44 44 교각 라멘교캡빔파괴 ( 고베지진 )

45 45 기초 밀뚝이동에의한피해 ( 고베지진 )

46 46 교대 지반액상화에의한피해 ( 고베지진 )

47 47 기타피해 신축이음부, 낙교방지핀 ( 고베지진 )

48 48 종합적인지진위험관리시스템

49 49 시설물별내진설계의연혁 내진설계성능기준 (1997), -상위기준마련도로교, 고속철도, 공항, 항만, 지중구조물, 댐, 터널, 도로, 건축구조물 Kobe 지진 (1995) 자연재해대책법 (1997) 원자로및관계시설 (1972) 원자력법 (1995, 1), 원자력법시행령 (1995, 10), 과기처고시제 83-5 호및제 호, 경수로형원자력발전소안전심사지침 (1991, 2) 건축물 (1988) 건축법 (1996, 12), 건축법시행령 (1997, 9), 건축물의구조기준등에관한규칙 (1996, 2) 고속철도 (1991) 고속철도콘크리트구조물설계표준시방서 ( 안 )( ) 도로교 (1992) 도로교표준시방서 V 내진설계편 (1996, 5) 댐 (1993) 댐시설기준 (1993, 9)

50 50 새로운내진설계기준및규범체계 ( 한국지진공학회, 1997) 우리나라규범체계는이원화된설계기준으로되어있다 : 상위개념 (high level) 하위개념 (low level) 상위개념기준 (High level criteria) 내진성능기준 (seismic performance requirements) 법체계에포함시켜지진위험으로부터사회를보호하고보호수준의균형을도모한다. 하위개념기준 (Low level criteria) 내진설계기술기준- 내진성능목표를완성하기위한기술적법칙. 다양한시설물의내진성능목표와설계원칙의조정과조화로개념기준을완성한다.

51 51 상위기준내진설계 이원화된설계기준 : 건설교통부 ( 지진공학회, 1997년 ) 설계지진하중과내진성능목표규정 설계지진하중 설계지반운동 ; 지진구역계수, 지진위험도계수 설계응답스펙트럼 내진성능목표 내진등급 ; 특등급, 1등급, 2등급교성능수준 ; 기능수행수준붕괴방지수준

52 52 상위기준내진설계 ( 계속 ) 내진성능목표 설계지진성능기준 ( 재현기간 ) 기능수행붕괴방지 43 년 II 등급 95 년 I 등급 190 년특등급 475 년 II 등급 950 년 I 등급 2373 년특등급

53 53 상위기준내진설계 ( 계속 ) 지진구역계수 ( 재현주기 500 년 ) 지진구역 I II 구역계수, Z(g) 지진위험도계수 재현주기 ( 년 ) 위험도계수,I

54 54 설계응답스펙트럼 스펙트럼스펙트럼가속도가속도 (g) (g) 붕괴방지붕괴방지기능수행기능수행 지진구역 I SD 지반 ( 단단한토사 ) I 등급구조 주기주기 ( 초 ( ) )

55 55 강진지역의내진설계의기본 개념 중소지진 : 구조물의심한손상방지 큰지진 : 구조물의붕괴방지 4 구조물에큰연성을제공하여지진에너지를흡수 예 ) 기둥부재다량의횡구속철근공급 R = 2µ 1

56 56 도로교설계기준의내진설계 1992년, 도로교표준시방서의내진설계편신설 1996년, 1차개정 2000 년, 도로교설계기준으로변경 상위기준의성능기초내진설계개념의일부도입

57 57 내진설계개념 ( 도로교 ) 내진설계개념 SA(g) T1 연성도확보 응답수정계수 (R) 의도입 R=Melastic/Mdesign 단주 R=3 다주 R=5 큰연성도의확보가필요 Equal Displacement R=µ Equal Energy R=(2µ-1) 1/2 교량구조물 T2 SD(cm) 내진규정 심부구속철근규정 심부구속철근량 배근구간 & 간격 배근상세 ( 후크, 이음길이

58 58 탄성지진응답계수 C C s sm C sm = = 1.2AS = T 2/3 1.2AS T 2/3 m 3AS T 4/3 m ( T m >4.0 초 ) C s A= A I (S=1.0) II (S=1.2) III (S=1.5) IV (S=2.0) T

59 59 설계가속도계수 지진구역 I II 시 도 도 행정구역 지진구역구분 서울특별시, 인천광역시, 대전광역시, 부산광역시, 대구광역시, 울산광역시, 광주광역시 경기도, 강원도남부, 충청북도, 충청남도, 경상북도, 경상남도, 전라북도, 전라남도북동부 강원도북부, 전라남도남서부, 제주도 지진구역계수 ( 재현주기 500 년 ) 지진구역 I II 위험도계수 재현주기 ( 년 ) 구역계수 위험도계수, I 1 1.4

60 60 내진등급과설계지진수준 내진등급 내진 I 등급교 내진 II 등급교 교량 -고속도로, 자동차전용도로, 특별시도, 광역시도또는일반국도상의도로 -지방도, 시도및군도중지역의방재계획상필요한도로에건설된교량, 해당도로의일일계획교통량을기준으로판단했을때중요한교량 -내진I등급교가건설되는도로위를넘어가는고가교량 내진 I등급교에속하지않는교량 설계지진의평균재현주기 1000 년 500 년

61 61 지반계수지반계수 지반의분류 지반종류 지반종류의호칭 I S 1.0 전단파속도 (m/s) 지반종류 I 경암지반보통암지반 760이상 - - 매우조밀한 II 토사지반또는 360에서 760 > 50 > 100 연암지반 III 단단한토사지반 180에서 에서 50 50에서 100 IV 연약한토사지반 180미만 < 15 < 50 V 부지고유의특성평가가요구되는지반 II 1.2 III 1.5 IV 2.0 지표면아래 30m 토층에대한평균값 표준관입시험 (N 치 ) 비배수전단강도 (kpa)

62 62 지반의물성치 평균전단파속도 v n = i= 1 s n i= 1 d d v i i si 표준관입저항 n = i= 1 n N i= 1 d d N i i i

63 63 탄성모델과주기 하중 T = 2π M K e Κe 초기항복 [ 변형률 ] 균열 εs=εy c y y 변위

64 64 직교지진력의조합 각각의주축방향에대한설계지진력을조합 지진운동입력방향의불확실성에대한고려 (30% Rule 적용 ) 하중경우 1 : 1.0EQ L + 0.3EQ T 하중경우 2 : 1.0EQ T + 0.3EQ L EQ L - 종방향축탄성지진력 ( 절대값 ) EQ T - 횡방향축탄성지진력 ( 절대값 )

65 65 응답수정계수 (R) 설계지진력 = 탄성지진력 /R 단, 하부구조의경우축방향력과전단력은적용하지않음 벽식교각 2 상부구조와교대 0.8 철근콘크리트말뚝가구 (Bent) 1. 수직말뚝만사용한경우 3 2. 한개이상의경사말뚝을사용한경우 2 단일기둥 3 강재또는합성강재와콘크리트말뚝가구 1. 수직말뚝만사용한경우 5 2. 한개이상의경사말뚝을사용한경우 3 상부구조의한지간내의신축이음 0.8 기둥, 교각또는말뚝가구와캡빔 또는상부구조 1.0 기둥또는교각과기초 1.0 다주가구 5

66 66 설계변위 (1) 최소받침지지길이는모든거더단부에서확보 필요에따라서변위구속장치설치 최소받침지지길이 ( 단경간교, 지진구역 II 의내진 II 등급교 ) N=( L+6.66H)( θ 2 ) (mm) L: 인접신축이음혹은교량단부까지의거리 (m) H: 각경우에따른평균높이 (m) θ: 받침선과교축직각방향의사잇각 ( 도 ) 그외교량 Max[ 탄성변위, 최소받침지지길이 ]

67 설계변위 (2) 67 L L 1 L 2 N 교대 N 1 N 2 기둥또는교각 L 1 L 2 N 지간내의힌지

68 68 설계변위 (3) y θ 받침선 X( 교축방향 ) 교대 상판

69 69 현행도로교설계기준의내진 규정 구분 AASHTO 우리나라 지진구역 I II III IV I II 가속도계수 (A) A < A 0.19 < A < A A = 0.11 A = 0.07 겹침이음 (Splice) Not specified Used only within the center half of column height ( > 400mm or 60d b ) Not specified ( 허용됨 ) 횡철근 (Transverse reinforceme nt) No considera tion of seismic forces : Conventi onal design Amount & spacing are specified Amount & spacing are specified 체적비로규정되는횡철근에의해과다한횡철근 시공성저하 소성힌지영역의 주철근겹침이음허용 주철근의부착파괴방지 심부콘크리트의구속강진지역의횡철근비규정교각단면이큰특성을지님 단면강도특성비고려

70 70 겹침이음에따른거동특성 소성힌지영역에겹침이음이없는교각연성적인파괴특성소성힌지영역에 100% 겹침이음된교각취성적인파괴특성 Lap Splice 400 C1 C Continuous Bars Lateral Load(kN) Displacement(mm)

71 71 횡철근 연성도관계 주철근겹침이음이있는경우의변위연성도 - 횡철근비관계 횡철근비 도로교설계기준의횡철근비 주철근겹침이음의부착파괴를방지하기위한최소횡철근비 주철근겹침이음이없는경우의변위연성도 - 횡철근비관계 변위연성도 소성힌지영역의주철근겹침이음제한 횡철근비개선

72 72 기존교량의 R-factor T 형중실원형단면 5 단면지름 (D) : 3m 4 교각높이 (H) : 12m~24m 주철근비 : 1% R-factor 연속경간수 : 1~7 R-factor = 3 정도 연속경간수 m 15m 18m 21m 24m 교각높이

73 73 외국의성능기초내진설계 뉴질랜드유럽일본 성능에기초한내진설계 입력지반운동의세기를다단계로설정 목표내진성능확보규정 구체적인설계기법과상세규정에는차이가있음 구조물의설계지진력산정 내진상세규정 ( 목표연성도확보 ) 전단설계

74 74 뉴질랜드 (Standard New Zealand(1995)) seismic Coefficient, C μ = 1 μ = 2 μ = 3 μ = 4 μ = 5 μ = Period, T (seconds) 비선형응답스펙트럼을이용하여설계지진력산정 곡률연성도에의한횡철근량산정 φ 식제안 A sh u 33 ptm + 22 sh" φ y A = 111 A * f ' c N A φ f ' A 목표연성도에따라각기다른횡철근량산정 g c yt c g s h h" 소성힌지영역에서의전단강도는별도로정의 When N * /f c A g < 0.1, V c = 0 When N * * /f c A g > 0.1, N Vc = 4( Pw ) f ' c 0. 1 f ' A c g

75 75 유럽 (EU8/2(1994)) 설계지진력탄성지진력 / q- factor 곡률연성도에의한횡철근량산정한정연성도설계 : 7 완전연성도설계 : 13 q-factor 부재특성과연성도 ( 한정연성도또는완전연성도 ) 에따라정의 ω 횡철근량산정 (Rectangular hoops) wd = A c 1.74 (0.009µ c ) ηk 0.07 ωwmin Acc 소성힌지영역에서의콘크리트전단강도감소고려 V V c c = = 콘크리트전단강도 0, η = N /( A f ) τ k Rd b wc d c Ed, cc ck η > 0.1 k

76 76 일본 ( 도로교시방서동해설, 내진설계편 (2001)) 설계지진력산정시구조물의연성도고려 P k EQ hc = k hc s w = c c k z hc0 횡구속콘크리트의응력-변형률관계식에서변위연성도산출 f c = fn(ρ s ), ρ s f cc c s = 2μ 1 a 1 f c = f cc E des ( c cc ε ε ) 단면강도 부재연성도연계 부재연성도 횡철근량연반복하중에계의한콘크리트전단강도의감소고려 0.8f cc V = 0.6V c 0.8V f c 1 ε c = E 1 cε c n ε cc n 1 ε cc ε cu (Plate경계형지진 ) ci : 반복재하회수가많음 ci ( 내륙직하형지진 )

77 77 비교검토 구분 설계지진력 목표연성도 ( 변위또는곡률연성도 ) 횡철근 전단설계 ( 설계전단력, 콘크리트전단강도 ) 우리나라 F EQ /R R: 부재특성을고려 명시규정없음 단일규정 초과강도비고려전단강도감소비고려 뉴질랜드 F EQ /c(μ,t) μ : 구조시스템에따라결정비선형응답스펙트럼제공 구조물의진동주기 (T) 특성이반영구조시스템에따라변위연성도 : 1~6 변위연성도에대응하는곡률연성도에의해결정 A sh = fn(φ u /φ y ) 초과강도고려소성힌지영역에서의전단강도감소고려 유럽 F EQ /q q : 부재특성및연성도특성을고려 곡률연성도완전연성 = 13 한정연성 = 7 곡률연성도에의해결정 w wd,r fn(μ c ) 초과강도고려소성힌지영역에서의전단강도감소고려 일본 F EQ / (2μ a -1) μ a ; 횡철근량에따라결정 임의의변위연성도 단, 최대횡철근비에의해제한횡구속콘크리트의응력 - 변형도관계식으로부터직접산정 초과강도비고려반복하중에의한전단강도감소고려

78 78 새로운내진설계방법의제안 성능기초내진설계에부합되는새로운내진설계기법확립 설계자에게많은자유도부여 다양한철근상세제공 목표내진성능을확보할수있는다양한설계의유도 설계지진시구조물의거동예측 내진여유도 ( 안전도 ) 예측

79 79 새로운내진설계방법의제안 시 작 제원결정 ( 기능수행수준만족 ) 단면강도 (P n ) 탄성주기 내진설계관련계수 ( 내진등급, 지진구역 가속도계수, 지반계수 ) 설계응답스펙트럼 탄성지진력산정 직교지진력조합 설계지진력 (P EQ ) 주철근상세 ( 소성힌지영역 ) 설계전단강도 V φ (V ) d V (μ) d = s n 50% 겹침이음 연속화횡철근산정 전단검토 설계전단력 (V EQ ) ( 초과강도고려 ) R-factor : P EQ / P n 소요연성도 (μ req ) V EQ < V d Yes No 전단철근 ( 횡철근 ) 조정 설계연성도 (μ Δ ) 종 료

80 80 R-factor 산정 R-factor 소요연성도설계연성도주철근상 (μ req ) (μ Δ ) 세기능수행수준내진설계만족시 횡철근상세 전단검토 탄성지진력 EQ (P) R = 단면강도 (P) n P EQ P EQ P EQ / R P n R = P EQ / P n 현행방법 δ 제안된방법 δ

81 81 소요연성도의산정 R-factor 소요연성도설계연성도주철근상 (μ req ) (μ Δ ) 세소요연성도산정시 R - μ - T 관계고려 횡철근상세 전단검토 Newmark 방법 R = 1 T 0.003s R = 2μ s T 0.5s R = μ T 1s 8 Miranda and Bertero 방법 1 Φ = 1+ 12T µ T R µ µ 1 = + 1 Φ 2 e 2(ln( T ) 0.2) 5T 8 2 Nassar & Krawinkler 방법 Rμ = [c(μ 1) + 1] c = fn(t ) 1/c 6 μ=6 6 μ=6 Ductility Foctor 4 2 μ=4 μ=2 Ductility Factor 4 2 μ=4 u=2 Newmark R-μ-T 관계 Period (second) Period (seconds) Miranda - Alluvium Nassar & Krawinkler

82 82 설계연성도의산정 R-factor 소요연성도 (μ req ) 설계연성도 (μ Δ ) 주철근상세 안전계수를사용한설계연성도정의 µ = 1+ α ( µ 1) α : 안전계수 req 횡철근상세 전단검토 P µ req µ 1 µ req 1 α( µ req 1)

83 83 소성힌지영역에서의내진상세 R-factor 소요연성도 (μ req ) 설계연성도 (μ Δ ) 주철근상세 주철근상세 횡철근상세 전단검토 연속화 50% 겹침이음 설계연성도확보를위한횡철근상세 횡구속된콘크리트의응력 - 변형률관계식이용 횡철근과 Cross-tie 의조합에따른횡구속력고려

84 84 설계연성도 횡철근관계 Seismic Force y p L Lp p p y Δ Δ 1 μ Δ = u = + y Δ Δ y = p φ y 3 Δ Δ H 2 p y Lp = θ p(h ) 2 L P : 소성힌지길 Priestley 이식 L = 0.08L f d p 일본도로교식 L = 0.2h 0.1D p 0.1D L 0.5D p y bl 0.044f d y bl θ = p = φplp ( φu -φ y)lp φ = u fn( ρ s )

85 85 횡구속콘크리트의응력 - 변형률 관계식 Mander 식 일본도로교식 f cc f c = f cc E des ( c cc ε ε ) f c = f ' cc xr r 1+ x r 0.8f cc f c 1 ε c = E 1 cε c n ε cc n 1 ε cc ε cu 횡철근과 Cross-tie 의조합

86 86 전단검토 R-factor 소요연성도 (μ req ) 설계연성도 (μ Δ ) 주철근상세 변위연성도에의한콘크리트의전단강도감소고려초과강도 (Overstrength) 에대한고려 횡철근상세 전단검토 P n Overstrength 변위연성도에의한콘크리트전단강도감소 μ

87 87 내진성능평가방법 연성도평가 보유내하력과소요내하력의비 푸쉬오버 (Push-over) 해석 비선형시간이력응답해석법 역량스펙트럼방법 (Capacity Spectrum Method)

88 88 연성도평가 밑면전단력 변위연성도 µ = m y m y 변위 곡률연성도 φu µ φ = φ y Seism ic Force L y p Lp p p y 에너지연성도 변위연성도에서는고려할수없는반복하중의영향을고려 변위연성도와동일하게항복시의에너지흡수량으로나누어줌

89 89 연성도평가식 (1) NCEER 위원회식 (Nadim 등 ) Ash st h c f ' f c, n f ce P y = 0.1µ ' ρl f ce f ye f ' ce Ag f s, n Priestley & R.Park 식 µ = 1+ 3( α ) L L p 2 L L p α = ρ ρ code

90 90 연성도평가식 (2) 일본 Working 위원회식 µ 0 0 b 2 = µ + ( 1 µ )( σ 0 / σ ) (0 σ 0 10 kgf/cm ) 0.5V c + V s 2 µ 0 = 12 3 ( σ 0 > 10 kgf/ cm ) V mu Ishibashi 식 µ 0 = ( S u a / M u) + (13 p 1.6) w p w

91 91 연성도영향인자및개선방법 ( 휨 ) 휨연성의개선 단면의휨압축측을철근으로보강한다 방법 인장측철근량을줄인다 콘크리트강도를크게한다 압축철근을늘린다 휨압축부를횡구속콘크리트로한다 나선철근기둥으로한다 ( 기둥부재 ) 장단점 단면내하력감소 단면의재설계필요연성은일단증가 콘크리트자체의취성파괴성이증가하므로연성개선효과는적다연성은일단증가 역방향휨모멘트시의강재량이크게된다압축철근의좌굴방지대책이필요연성은증가한다 횡구속상태를만들기위한보강근이필요 ( 단, 량은많지않고보강구간도작다 ) 단면의크기는변하지않아라멘응력은불변단면내하력은거의같거나조금증가한다큰연성을손쉽게확보 단면내하력은대변형반복하중에거의대한같거나열화가조금크게증가한다개선큰연성을손쉽게확보전단보강강재로서도유효하게작용배근이복잡해진다

92 92 연성도영향인자및개선방법 ( 전단 ) 방법 장단점 전단저항의증가 전단보강근, 띠철근을늘린다 나선철근, 띠철근을늘린다 중간띠철근을넣는다 콘크리트강도를크게한다 배근이복잡해진다전단저항, 횡구속효과는증가 배근이매우복잡해진다전단저항, 횡구속효과는증가 강도증가에비해전단저항증가비율이작다 축력을도입한다 콘크리트의전단저항은증가하지만휨연성은감소

93 93 항복변위정의방법 Pmax 최대내력 수평력 P 초기항복 수평력 P δy 수평변위 δ (a) 초기항복에근거한정의방법 δy 수평변위 δ (b) 초기강성과비선형강성의교점 최대내력 최대내력 Pmax Pmax 수평력 P 0.75Pmax 수평력 P δy 수평변위 δ (c) 에너지를등가로치환한경우 δy 수평변위 δ (d) 0.75Pmax 를통과하는 1 차강성과비선형강성의교점

94 94 부재의항복조건 ( 일본 ) εs=εy 합력 단면 변형률분포 인장력분포

95 95 보유내하력과소요내하력의 비 l b L F 4 c b flexible cap beam F c b p 6 lc H rigid cap beam p y y 프레임제원 항복시변위 하중 - 변위곡선

96 96 푸쉬오버 (Push-over) 해석 (1) x x1 xi k1 δ1 강성중심 δi ki P = 1 질량중심 δn kn 질량중심에축방향단위하중이가해질때프레임의변형모습 V E V E Lateral Force Lateral Force 프레임구조물의등가탄성강도 Vc y y y y Vc (a) single hinge (b)multi hinge

97 97 푸쉬오버 (Push-over) 해석 (2) 가속도응답스펙트럼 응답스펙트럼 - 연초과확률

98 98 구조물의수치해석기법 정적해석 ; Pushover Analysis-->Capacity Curve 동적해석 응답스펙트럼해석 진동수영역해석 질점계모델 3차원 시간영역해석 FEM해석 2차원 Member level( 힘 - 변위 ) 1 차원 eg) 다케다모델 Material level( 응력 - 변형도 ) eg) 파이버모델

99 99 단면영역화및 RC 구성모델의 적용 단면의영역화 Re-bar 부착특성고려 Tension 불연속면 Con c Compression Confined, Tension Softening Region Confined, Tension Stiffening Region RC 구성모델의적용 Unconfined, Tension Softening Region Unconfined, Tension Stiffening Region

100 100 RC 구성모델 콘크리트의압축모델 fc f c f c =KE0(ε c -ε p ) ε p, K=fn( ε c ) 콘크리트의인장모델 f t f t0 f t =f t0 (ε tu /ε t ) c (a)tension stiffening, c=0.4 f su f su f sy f sy E0 KE0 εc ε p ε c0 ε max 철근모델 불연속면모델 (Pullout) Stress Steel ε sy ε sy Steel embedded in concrete ε su ε su Strain Normalized slip s y ε tu s 0 ε y ε sh (b)tension softening, c>0.4 ε t ε s Strain of steel bar

101 101 비선형시간이력해석예 Response Acceleration(gal/g) Column C2 In Transverse Direction Displacement(cm) 이력곡선 Response Displacement (cm) 교축직각방향변위이력응답 C5 Transverse C1 C6 C2 C7 C3 C8 C4 C1 C Time (sec) C3 C4

102 102 교각의내진성능평가 (ADRS) S A (g) Capacity Spectrum 항복점 성능점극한점 기능수행 붕괴방지 기능수행수준항복점이기능수행외부 N.G : 내하력보강 붕괴방지수준극한점이붕괴방지외부 N.G : 휨연성보강 S D (cm) 변환

103 103 역량스펙트럼 (ADRS) P Capacity Curve 항복점 S A (g) Capacity Spectrum Capacity Spectrum T s T 1 극한점 변환 항복점 B 성능점 극한점 T 2 T = 4sec 0.6 Demand Curve A C D 기능수행 붕괴방지 S D (cm) 스펙트럼가속도 (g) B A 붕괴방지기능수행 주기 ( 초 ) D C T 1 T 2 변환 성능점에서 T 지진하중 ( P(PEl,Pn,t), L Eq, P Eq ) 최대응답변위결정

104 역량스펙트럼의상세 공급역량 (Capacity) 소요역량 (Demand) 역량곡선과역량스펙트럼으로의변환 성능점및내진성능평가 104

105 105 공급역량 (Capacity) 구조물의하중 - 변위 (P- ) 곡선 푸쉬오버 (Push-over) 또는단면해석수행 P 항복점 극한점

106 106 소요역량 (Demand) 지진지반운동에대한구조물의응답스펙트럼 설계응답스펙트럼 ; 5% 의감쇠비 소성변형에따른감쇠비가증가 응답스펙트럼을감소 붕괴방지기능수행 스펙트럼가속도 (g) 주기 ( 초 )

107 107 역량스펙트럼으로의변환 (I) 공급역량곡선 ; 하중 (P)-변위( ) 응답가속도 (S a )-응답변위 (S d ) S S a d = P / W = 상부 Where, P : 하중 ( 기초전단력 ) W: 유효중량 소요역량곡선 ; 응답가속도 (S a )-주기(T) 응답가속도(S a )-응답변위 (S d ) T = 2π Sd / Sa

108 108 역량스펙트럼으로의변환 (II) 소요역량의 변환 응답가속도 응답가속도 주기 응답변위 소요스펙트럼 소요스펙트럼 공급스펙트럼 응답가속도 A 공급스펙트럼 B 응답가속도 역량스펙트럼의 중첩 주기 응답변위

109 109 역량스펙트럼의 Bilinear 이상화 유효감쇠비산정을위한역량스펙트럼의이상화 (bilinear 모델 ) 응답가속도 이상화곡선 (Bilinear) 공급역량 Note : 1. K = Initial Stiffness 2. Area A Area A 1 응답변위

110 110 감쇠의평가 (I) 유효점성감쇠비 응답가속도이상화모델 β eff = 63.7x( y pi y pi) x β + 5 = + 5 o a b a pid pi d a api a y K initial d y 공급역량 K effective E SO d pi 응답변위 E E β D SO O = 감쇠비에의한에너지소산 = 이력곡선으로싸인면적 = 평행사변형면적 = 삼각형면적 = = 최대변형에너지 = a pi d E π E 1 4 pi D SO / 2 = 등가점성감쇠 E D

111 111 감쇠의평가 (II) 구조물거동에따른감쇠수정계수의보정 감쇠수정계수 K 구조특성타입 A A : 안정적 구조특성타입 B B : 이력곡선면적의저하율이중간정도 구조특성타입 C C : 이력곡선면적저하율이매우큰구조물거동 등가점성감쇠 β0 (%)

112 112 감쇠의평가 (III) 다케다모델 ( 변위연성도 ) 에따른유효감쇠비 ξ = (1 r)/ µ r π µ F K cr K eff K eo = rk cr Effective Damping Ratio Effective Stiffness 이차강성비 Displacement Ductility Demand 변위연성도와유효감쇠비의관계

113 113 스펙트럼스펙트럼감소감소계수계수 ) ( ln ) 0.41ln( ) ( ln ) 0.68ln( = = + = = d a a d d a B SR d a a d d a B SR pi pi pi y pi y eff L V pi pi pi y pi y eff s A x x β β

114 114 스펙트럼감소계수최소허용 치 구조물거동방 A 식타입 B 타입 C 타입 SR A SR V

115 115 감소된응답스펙트럼

116 116 성능점의산정 소요역량곡선 β eff = 5%, 10%, 15%, 20%, 25%,and 30% 응답가속도 (g) 면적 A1 A2 이상화곡선 a * 역량스펙트럼 ay A1 A2 소요스펙트럼 (5% 감쇠 ) dy d * 응답변위

117 117 ADRS 로의변환 응답가속도 (g) 역량스펙트럼 소요스펙트럼 (5% 감쇠 ) 응답변위

118 118 초기성능점의산정 응답가속도 (g) 등가변위에의하여선정한초기 a pi,d pi api 역량스펙트럼 소요스펙트럼 (5% 감쇠 ) dpi 응답변위

119 119 공급역량곡선의이상화 응답가속도 (g) 이상화곡선으로부터 유효감쇠계산 SR A, SR V 계산 api Kl 역량스펙트럼 ay A1 A2 이상화곡선 소요스펙트럼 (5% 감쇠 ) dy dpi 응답변위

120 120 감소된스펙트럼계산 응답가속도 (g) 2.5CA CV T 2.5SRACA SRVCV T api Ki 역량스펙트럼 ay A1 A2 이상화곡선 소요스펙트럼 (5% 감쇠 ) 감소소요스펙트럼 dy dpi 응답변위

121 121 성능점의산정 응답가속도 (g) 2.5C A CV T 초기성능점의확인 재계산수행 2.5SR ACA SR VCV T 역량스펙트럼과소요스펙트럼의교차점 a pi Ki 역량스펙트럼 a y A1 A2 이상화곡선 소요스펙트럼 (5% 감쇠 ) 감소소요스펙트럼 d y dpi 응답변위

122 기존교량의내진성능평가 요령 건설교통부,

123 123 교량현황 준공연도별 도로별 '61-'70 '71-'80 '81-'90 '91이후 기타 시도 9% 군도 27% 지방도 25% 고속국도 12% 일반국도 21% 특별시도 6% 내진설계교량 ; 전체의 1% ( 96 이후본격적인내진설계적용 ) 내진Ⅰ등급 ; 고속도로, 일반국도, 특별시도 ( 전체의 39%)+ 기타중중

124 124 내진성능평가및내진보강절 차 예비평가 대상교량선정 우선순위결정 상세평가 : 내진성능평가범주설정 ( 설계지반운동, 지역계수고려 ) : 지진도 취약도 중요도 ( 사회경제영향도 ) 평가 : 내진성능확인, 소요성능결정 보강여부판정 : Cost-Benefit Analysis 보강설계 : 보강방법결정, 상세설계

125 125 평가요령의구성 내진성능평가기준 예비평가 지진도 구조물의취약도 영향도 상세내진성능평가 교각단면강도, 변위의결정 지진하중결정 교각의내진성능평가 내진성능평가예

126 126 내진성능평가기준지진 사용목표수명을고려한지진위험도 사용목표수명동안지진을경험할확률을신설구조물과동일하게함 ( 내진성능평가기준지진의년평균발생확률 사용목표수명 ) = ( 설계기준지진의년평균발생확률 평가설계수명 ) 사용목표수명은설계수명에대한비 ( 사용목표수명 / 평가설계수명 ) 에따라다음과같이 3 개등급으로구분한다. i) 1/2 이상, ii) 1/2-1/4, iii) 1/4 미만

127 127 내진성능평가기준지진가속도 (1) 내진성능평가기준지진의평균재현주기 내진등급 Ⅰ 등급 Ⅱ 등급 사용목표수명 / 설계수명비 1/2 이상 1/2-1/4 1/4 미만 1000년 500년 250년 500년 250년 125년 지진위험도계수 재현주기 ( 년 ) 위험도계수, I

128 128 내진성능평가기준지진가속도 (2) 지진구역Ⅰ에서의내진성능평가기준지진가속도계수 (A) 내진등급 사용목표수명 / 평가설계수명비 1/2 이상 1/2-1/4 1/4 이하 Ⅰ등급 g g g Ⅱ등급 g g g 지진구역 II에서의내진성능평가기준지진가속도계수 (A) 내진등급 사용목표수명 / 평가설계수명비 1/2 이상 1/2-1/4 1/4 이하 Ⅰ등급 g g g Ⅱ등급 g g g

129 129 내진성능평가방법및절차 교량평가조사 예비평가 ( 우선순위결정 ) 내진성능평가유보 내진성능평가대상인가? YES 내진성능상세평가 NO 교각교량받침받침지지길이 기존교량의내진성능평가요령 교대 기초및기초지반의 기초 내진성능평가요령 지반액상화

130 130 내진성능상세평가의수준 내진성능평가수준 A B 해당교량 3 경간이상연속되는연속교 지진구역 Ⅰ 에위치한수명비 1/4 이상 Ⅰ 등급교 지진구역 Ⅰ 에위치한수명비 1/2 이상의 Ⅱ 등급교 지진구역 Ⅱ 에위치한수명비 1/2 이상의 Ⅰ 등급교 지진구역 Ⅰ 에위치한수명비 1/4 이하 Ⅰ 등급교 지진구역 Ⅰ 에위치한수명비 1/2 이하의 Ⅱ 등급교 지진구역 Ⅱ 에위치한수명비 1/2 이하의 Ⅰ 등급교 지진구역 Ⅱ 에위치한 Ⅱ 등급교단, 3 경간이상의연속교는내진성능평가수준범주 A 로한다. 내진성능평가수준 B 인경우는교량받침, 낙교에대해서만검토할수있다.

131 131 평가자료조사 일반사항 교량명, 위치, 관리기관, 준공년도, 준거시방서등 지진구역, 내진등급, 지반조건등 설계도서 제원및재료특성, 보수보강여부등 각도면 ( 종횡단면, 지반지질도, 받침배치상세 ) 첨부 현장조사 현구조물상태 ( 설계도서와의차이점등 ) 중요부착시설물, 하부기간망, 우회도로등 환경조사 보수보강계획, 잔존수명산정, 교통환경, 사회경제적중요도등

132 132 예비평가 우선순위그룹결정 결정요인 지진도 ; 지진규모및발생환경등 구조물의취약도 ; 취약성, 형상, 구조형식등 영향도 ; 교통량, 교량중요도등 내진그룹 핵심교량 중요교량내진성능검토대상교량 관찰교량 유보교량

133 133 지진도 지진구역, 권역별특성, 지반의영향을고려 ; 4 그룹으로분류 지진구역 구분 지반종류 S E S D S C S B, S A I II 도시 1그룹 2그룹 기타지역 1그룹 2그룹 3그룹 도시 기타지역 2그룹 3그룹 4그룹 3 그룹 4 그룹

134 134 취약도 (Vulnerability) 취약도지수 연속경간수, 연속경간의연장, 교폭, 교량연령, 교각형태, 토압영향, 지반구조물상호작용, 액상화, 노후화, 받침길이, 사각 CONT 경간수 LENGTH WIDTH VI = WIDTH 기준 AGE AGE 현재 기준 + 0.2( PIER 지수) + 0.1( EARTH 지수)( PILE 지수) + 0.1( LIQ지수) ( DETIOR 지수) 지점수 1 SUPPORT SUPPORT 길이 기준 ( SKEW 지수 )

135 135 사회경제영향도 (Social & Economy Impact) 영향도지수 일평균교통량, 설계등급, 시설물종별, 교량하부기간망, 중요부착시설물, 우회로길이 ADT IC = 0.3Log ( LEVEL)( CATEGORY ) ( UTILITIY 5000 ) + DETOUR 0.1( FACTILITY )

136 136 내진성능 그룹화 내진성능평가대상결정 지진도등급산정 제 1 그룹제 2 그룹제 3 그룹제 4 그룹 취약도계수 VI > 0.6 Yes No 취약도계수취약도계수취약도계수 VI > 0.7 VI > 0.8 VI > 0.9 Yes Yes Yes No No No 영향계수 IC > 0.6 Yes 영향계수영향계수 IC > 0.7 IC > 0.8 No No No Yes Yes 내진보강핵심교량 내진보강중요교량 내진보강관찰교량 내진보강유보교량

137 137 상세평가적용범위 도로교설계기준에준하여평가 단경간교량, 다경간단순교, 다경간연속교 특수교량 ( 장대교, 사장교, 현수교등 ) 제외 정형적인교량을기본으로함 1차진동모드가지배적인교량을기본으로함

138 138 상세내진성능평가의기본방 향 구성부재별평가 교각, 교량받침 ( 받침지지길이포함 ), 교대, 기초, 기초지반 공급역량 (Capacity) : 소요역량 (Demand) 구성부재의작용지진력 교각에의해전달되는하중을기본 Min[ 교각강도, 탄성지진력 ] 하중증가계수또는하중조합 특성값 ( 재료강도, 단면특성등 ) 실제특성값을기본 설계값

139 139 상세내진성능평가절차 교각의휨강도, 휨변위계산교각의전단강도계산 교각의단면강성, 변위 주기계산 설계응답스펙트럼 탄성지진력결정 지진하중및변위결정 교각 교량받침 받침지지길이 교대기초지반액상화기초및기초지반내진성능평가요령

140 140 교각단면강도, 변위의결정 (1) 교각의휨단면강도및휨변위 휨강도변형도 항복시극한시 P y = My / He P n = Mn / He y = Φ y P yh or = 3EI Ieff 0.3 ~ H 3 eff 2 0.5I 3 g L u p p = y + p Lp = θp( H ) 2 = 등가소성길이

141 141 관성력작용위치 (H e ) 교축방향 교축직각방향

142 142 기둥의유효강성 (Ieff)

143 143 교각단면강도, 변위의결정 (2) 모멘트 - 곡률관계 ( 항복및극한상태 ) M Mn My i 항복 초기항복 극한상태 (ε cu =0.003) Φyi Φy Φu Φ

144 144 교각단면강도, 변위의결정 (3) 교각의변위 θ φ φ θ p = ( Φ max Φ y ) L p L p = H f y d bl f y d bl

145 145 교각단면강도, 변위의결정 (4) 부재의공칭전단강도 Vn Vc Vs Vp = = = = Vc k + f Vs ck + 콘크리트의 A Vp e ( A 전단강도 0. 8 ( 연성도에따른강도저하전단철근의전단강도 Vs Vs = = π 2 A v f s 압축력에 Vp = P A y tan h f y D s D ' cot e ' = cot A 의한전단강도 α g ) 고려 ) ( 원형교각 ( 구형교각 ) )

146 146 교각단면강도, 변위의결정 (5) 콘크리트의공칭전단강도 : 휨연성에의한강도감소를고려 k (MPa) 일방향 연성 µ

147 147 α α α α α α

148 148 교각단면강도, 변위의결정 (6) 변위연성도 Δu μ= Δy

149 149 교각의파괴패턴 휨파괴 전단파괴 휨 - 전단파괴 µ

150 150 탄성지진력 교량의탄성주기 (T) 를계산. 내진성능평가기준지진에대한응답스펙트럼으로부터응답가속도 ( 탄성지진응답계수, C s ) 의크기를결정하여계산. 교량의탄성지진력 (P E ) 을계산, P E = 1 C s W W( 유효중량 ) = W 상부 + W 하부 2

151 151 교량의주기및탄성지진력 주기 T = 2π γ p gα 탄성지진력 ( 단위길이당 ) βcs pe( x) = w( x) vs( x) γ 0 α = v ( x ) dx s β = wxv ( ) s ( xdx ) γ = 2 wxv ( ) s ( x) dx

152 152 교량의주기 v s v s (x) P 0 v s (x) x x P 0 평면도, 횡방향하중 입면도, 종방향하중 횡방향및종방향으로등가하중을받는교량상판 v s v st (x) x V sl (x ) P el (x) x P et (x) 평면도, 횡방향하중 입면도, 종방향하중

153 153 탄성지진응답계수 C C s sm C sm = = 1.2AS = T 2/3 1.2AS T 2/3 m 3AS T 4/3 m ( T m >4.0 초 ) C s A= A I (S=1.0) II (S=1.2) III (S=1.5) IV (S=2.0) T

154 154 지진하중의결정 교량의탄성지진력 (P E ) 과단면강도 (P n ) 중작은값 교축및교축직각방향에대하여산정 지진하중 (P EQ ) P L EQ =Min[P L E, P L n] : 교축방향 P T EQ =Min[P T E, P T n] : 교축직각방향

155 155 교각의내진성능평가 (1) 탄성지진력과등가탄성강도의비교 응답수정계수 (R)- 변위연성도 (µ) R = 변위일정법칙 ; ( 장주기주조물 ) μ 에너지일정법칙 ; R = ( 2μ 1) ( 단주기주조물 ) P P P E P E 1 1/R Equal Displacement δ Equal Energy δ

156 156 탄성 -비탄성변위비 Alluvium 과 Soft Soil Site 의평균변위비 (after Miranda and Bertero, 1994)

157 157 교각의내진성능평가 (2) 탄성지진력과등가탄성강도의비교 등가탄성강도 ([P n ] Eqv ) [P L n] Eqv = P L n *R L Eqv : 교축방향 [P T n] Eqv = P T n *R T Eqv : 직각방향 조합탄성지진력 ([P E ] comb );30% Rule [P L E] comb = [(P L E) 2 +(0.3P T E) 2 ] 1/2 : 교축방향 [P T E] comb = [(0.3P L E) 2 +(P T E) 2 ] 1/2 : 직각방향

158 158 교각의내진성능평가 (3) 탄성지진력과등가탄성강도의비교 내진성능의평가 ( 등가탄성강도 > 조합탄성지진력 ) [P L n ] Eqv P > [P L E ] comb & [P T n ] Eqv > [P T E ] comb P E Equal Energy 의예 W 0 S A δ

159 159 교량받침성능평가 ( 받침본체 ) 공급역량 ; 지진에저항하는받침의총용량 F B,C = 받침 1 개의저항용량 * 지진에저항하는받침개수 소요역량 ; 지진하중의조합 (30% Rule) F L B,D=[(P L Eqv) 2 +(0.3P T Eqv) 2 ] 1/2 ; 교축방향 F T B,D=[(0.3P L Eqv) 2 +(P T Eqv) 2 ] 1/2 ; 직각방향 성능평가 ; F L B,C > FL B,D &F T B,C > FT B,D

160 교량받침성능평가 ( 앵커볼 160 트 )(1) 공급역량 ; 앵커볼트의전단강도및인장강도를고려 f c =f y, τ c =τ allow *1.5( 허용응력증가계수 ) 소요역량 ; 지진하중에의한각볼트의전단응력및인장응력산출, 지진하중은응력집중을고려하여할증한다 F L A =α F [(PL Eqv )2 +(0.3P T Eqv )2 ] 1/2 ; 교축방향 F T A =α F [(0.3PL Eqv )2 +(P T Eqv )2 ] 1/2 ; 직각방향

161 161 교량받침성능평가 ( 앵커볼 트 )(2) 전단응력의계산 L L A 교축방향 τ T A 직각방향 τ D D = = A A S S F n F T n b b n n L B T B F A : 앵커볼트에작용하는지진하중 τ D : 앵커볼트전단응력 A S : 앵커볼트단면적 d : 앵커볼트지름 n b : 받침 1개당앵커수 n B : 지진방향에따라저항하는받침수

162 162 교량받침성능평가 ( 앵커볼 트 )(3) 앵커볼트인장응력 (1) M L o= (T L i d L i) 교축방향 M T o= (T T i d T i) 직각방향 T i 앵커볼트인장력, d i 앵커볼트군중심에서앵커까지거리 앵커볼트인장응력 (2) f L D= f L imax = T L i, max /As 교축방향 f L D= f L imax = T L i, max /As 교축방향 T i, max 모멘트에의한각앵커볼트에작용하는최대인장력 성능평가 ; 전단및인장응력의조합을고려하여평가 (f L D/f c ) 2 +(τ L D/τ c ) 2 < 1.2 and (f T D/f c ) 2 +(τ T D/τ c ) 2 < 1.2 만족 (f L D/f c ) 2 +(τ L D/τ c ) 2 > 1.2 or (f T D/f c ) 2 +(τ T D/τ c ) 2 > 1.2 불만족

163 163 받침길이 ( 낙교 ) 공급역량 N c = 교량받침지지길이 소요역량 N D =[ 탄성변위, N min ] 연단거리 (S) 및 N min =( L+6.66H)( θ 2 ) 최소받침지지길이 )( 성능평가 N c > N D

164 164 내진성능평가예 < 교량횡단면도 > 고정단교각 < 받침단면도 >

165 165 상하부구조의특성 구분 특성 상부구조 차로수단위 m당중량 (w(x)) 단면적 (A) 단면강성 (EI 3 ) 2 차로 ( 교폭 m) kn/m 8.6 m kn-m 2 형 식 T 형원형교각 (Solid) 높 이 10.0m 지 름 3.0 m 하부구 교 각 단면적 (A) 유효단면강성 (E I eff ) 철근항복응력 (f y ) 콘트리트강도 (f ck ) 7.07 m kn-m 2 300(SD30)MPa 24 MPa 조 사용주철근 사용띠철근 D32 88 (2 단배근 ) =1% D13, S=300mm(2 단 ) =0.25% 콘크리트덮개 100 mm 기초 형 단 식 면 직접기초 7m 7m 3m

166 166 내진성능예비평가 ( 지진도 ) 도시지역, 지반종류 II 에위치 2 그룹 지진구역 구분 지반종류 S E S D S C S B, S A I II 도시 1그룹 2그룹 기타지역 1그룹 2그룹 3그룹 도시 기타지역 2그룹 3그룹 4그룹 3 그룹 4 그룹

167 167 내진성능예비평가 ( 취약도 ) CONT 경간수 LENGTH WIDTH AGE VI = WIDTH 기준 AGE ( PIER 지수) + 0.1( EARTH 지수)( PILE 지수) + 0.1( LIQ지수) ( DETIOR 지수) 지점수 SUPPORT SUPPORT 길이 기준 ( SKEW CONT 경간수 = 6, LENGTH = 280(m), WIDTH = 12.1(m), WIDTH 기준 = 12.8(m), AGE 현재 = 15, AGE 기준 = 40( 콘크리트교량 ) PIER 지수 = 1.0( 단주교각 ), EARTH 지수 = 0.1( 토압의영향이없는경우 ) PILE 지수 = 0.1( 영향이없는경우 ), LIQ 지수 = 0.4( 액상화가능성이낮은경우 ), DETIOR 지수 = 0.4(C등급 ), SUPPORT 길이 = 1800(mm), SUPPORT 기준 =734(mm) 최소받침지지길이 N = ( L+6.67H)( θ2) = = 734mm SKEW 지수 = 0( 받침선과교축방향의사잇각이 30 미만인경우 ) 0.3 지수 ) 현재 기준 VI =1.00

168 168 내진성능예비평가 ( 영향도 ) ADT IC = 0.3Log ( LEVEL)( CATEGORY ) ( UTILITIY ) DETOUR + 0.1( FACTILITY ) IC =0.41 ADT = 1200( 대 ), LEVEL = 1.0(DB24) CATEGORY = 0.8(1종시설물특수교량제외 ), UTILITY = 0( 없는경우 ) FACILITY = 0.5( 기타시설물 ), DETOUR = 5(km)

169 169 내진성능 그룹화 내진성능평가대상결정 지진도등급산정 2 그룹 제 1 그룹제 2 그룹제 3 그룹제 4 그룹 VI =1.00 취약도계수 VI > 0.6 Yes No 취약도계수취약도계수취약도계수 VI > 0.7 VI > 0.8 VI > 0.9 Yes Yes Yes No No No IC =0.41 영향계수 IC > 0.6 Yes 영향계수영향계수 IC > 0.7 IC > 0.8 No No No Yes Yes 내진보강핵심교량 내진보강중요교량 내진보강관찰교량 내진보강유보교량

170 170 내진성능상세평가 내진성능평가수준결정 교각의단면강도및변위결정 휨에의한강도및변위의계산 전단강도의계산 단면강도및변위결정 탄성지진력의계산 지진하중결정 내진성능평가 교각 받침 받침지지길이

171 171 내진성능상세평가방법결정 평가수준 A 6 경간연속교 지진구역 I 건설 15 년경과 사용목표수명 40년가정이상 가속도계수 0.154g 대상교 량 수명비 ½

172 172 교각의단면강도및변위결정 (1) 휨에의한강도의계산 < 모멘트 - 곡률관계 > 소성힌지영역내주철근겹침이음존재 < 변형률 - 곡률관계 > Φ y= (1/m) M n = 36004kN φ φ y = ( 1/ m) ( 1/ m) 0 =

173 173 교각의단면강도및변위결정 (2) 항복변위 ; 수평변위의계산 2 y y Φ H = = 3 3 (10) 2 = 0.037m 등가소성힌지의길이 ; 소성회전각 ; θ = p L p 소성변위 ; 극한변위 ; L p = 0.08H f y d bl f = = 0.92m > 0.422m 3 3 ( Φ max Φ y ) = ( ) = Lp p =θ p( H ) = ( ) = m 2 2 u = y + p = = 0.051m 변위연성도 µ ; = / = 0.051/ (1.5보다작아야한다 ) u y = y d bl

174 174 거동특성의비교 Lap Splice C1 C Continuous Bars 200 Lateral Load(kN) Displacement(mm)

175 175 교각의단면강도및변위결정 (3) 전단강도의계산 V V = c s = 0.25 fck A = = 6.925MN(µ 1.5) π A = π V = P tan a = tan( 1.5 ) = 1.592MN( 단일곡률변형) p 10.0 V n = V + V + V = 9.632MN (µ c v e f y 2 s s D ' cot 45 2 열 cot 45 2 = p 1.5) MN

176 176 교각의단면강도및변위결정 (4) P(KN) 휨에의한휨단면강도 교축방향 ; P 교축직각방 P 향 ; n n T n = = M M n n / He = /10 = / He = /12 = kN kN 공칭전단강도 > 휨단면강도 항복변위, 최대변위및변위연성도 항복변위 (Δ y ) = 3.7cm, 최대변위 (Δ u ) = 5.1cm 변위연성도 (μ) = 수평변위변위연성도 (μ f )= Δ(cm)

177 177 탄성지진력 ( 교축방향 ) W = W + W u p = ( 상부구조) + 1/ 2[1960( 코핑부) ( 교각) 유효중량 = kN(60.8MN) * W 는유효중량으로교량상부구조와이의동적거동에영향을주는하부구조의고정하중으로상부구조의전중량과하부구조의 50% 를유효하중으로취하였다. 교각의탄성강성 K eff L = Pϕ / ϕ = / = 97412kN / m(97.7mn / m) 탄성주기 T = W π = 2 π = 1.59 g K eff sec 탄성지진응답계수 탄성지진력 C s 1.2A S = = = < T 2 / 3 2 / L P = W C = kn( = 9.9MN) E s

178 178 탄성지진력 ( 교축직각방향 ) 유효중량 교각의탄성강성 W = W u + W p = ( 상부구조 + ) 1/2[1960( 코핑부) ( 교각부) ] = kN( = 12.4MN) L Keff = P y / y = /0.037 = kN(81.2MN) 탄성주기 T W 1264 = 2 π = 2π = 0.78sec g K eff 탄성지진응답계수 C s 1. 2A S = = = < T 2 / 3 2/ 탄성지진력 P L E = W C s = kN( = 3.2MN)

179 179 지진하중의결정 교축방향의지진하중 L L P = Min[ Pn, PE ] = kN EQ L 교축직각방향의지진하중 T T T P = Min [ P n, P 7 EQ E ] = kn

180 180 교각의평가 ; 탄성지진력의비교 (1) - 지진하중조합 ; 30%-Rule [ P L E ] comb = ( P L E ) 2 + (0.3 P T E ) 2 = (9917.2) 2 + ( ) 2 = kN [ P T E ] comb = (0.3 P L E ) 2 + ( P T E ) 2 = ( ) 2 + (3245.4) 2 = kN - 변위연성도 응답수정계수 R L R Eqv T Eqv = µ = c = 1.38 (Equal 2 µ -1 = = c Dispacement) (Equal Energy) 교축방향 교축직각방향

181 181 교각의평가 ; 탄성지진력의비교 (2) 등가탄성강도 [ P L n ] Eqv = P L n R L = = kN 교축방향 [ P T n ] Eqv = P T n R T = = kN 직각방향 내진성능평가 [ P [ P L n T n ] ] Eqv Eqv < [ P < [ P L n T n ] ] Comb Comb 교축방향불만족 직각방향불만족

182 182 교량받침의평가 ; 받침본체 받침본체횡방향저항력 교축방향 ; F L B, C = =1783.6kN 교축직각방향 ; F T B, C = =891.8kN 받침작용지진하중 교축방향 교축직각방향F 판정 F L B, D T B, D = = ( P L EQ ) 2 (0.3 P + (0.3 P L EQ + ( P 교축방향 kn < kn N.G. ) 교축직각방향 kn < kn N.G. 2 T EQ T EQ ) ) 2 2 = = (3604.4) 2 ( ) + ( ) 2 + (3003.7) 2 2 = kN = kN

183 183 교량받침의평가 ; 앵커볼트 (1) 앵커볼트 인장강도 (f c ) = 350MPa 전단강도 (v c )=80 1.5=120MPa 작용하중 교축방향 F L B, D = α F ( P L EQ ) 2 + (0.3 P T EQ ) 2 = = kN 직각방향 전단응력 교축방향 직각방향 F T B, D v v L D T D = α = = F A A S S (0.3 P F n F L A T A n b b n n L B T B L EQ ) 2 + ( P T EQ = ) 2 = = kN = 462.2MPa = = 794.3MPa

184 184 교량받침의평가 ; 앵커볼트 (2) 앵커볼트인장응력 f L D= f L imax = T L i, max /A s 교축방향 f L D= f L imax = T L i, max /A s 교축방향 T i, max 모멘트에의한각앵커볼트에작용하는최대인장력 성능평가 ; 전단및인장응력의조합을고려하여평가 (f L D/f c ) 2 +(v L D/τ c ) 2 < 1.2 and (f T D/f c ) 2 +(v T D/τ c ) 2 < 1.2 만족 (f L D/f c ) 2 +(v L D/τ c ) 2 > 1.2 or (f T D/f c ) 2 +(v T D/τ c ) 2 > 1.2 불만족

185 185 교량받침의평가 ; 받침길이 ( 낙교 ) N c = 1,800mm 최소받침지지길이 N min =( L+6.67H)( θ 2 ) = = 734mm 교축방향탄성변위 S d =S a /w 2, S a =C s g= =1.6(m/sec 2 ) w=2п/t = 2п/1.59 = 3.95(rad/sec) S d = 0.103(m)=103(mm) N D =Max[N min, S d ] = 734(mm) N C /N D = 1,800/734 > 1.0 O.K

186 186 감사합니 다