친환경토질공학 (GEI6130-01) 지진재해와내진설계 2017. 5. 11 김정환연구교수 기후변화적응형사회기반시설연구센터
1. 지진재해개요
1) 전세계적지진재해 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01
2) 지진이란? 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 지구내부에서일어나는급격한변동에의하여생긴에너 지가파동으로변하여사방으로전파되는현상 지구가생각하는지진 지구에쌓이는스트레스의해소과정 사람이생각하는지진 지구내부의연구에필요한정보제공 인류문명에막대한피해를주는재난
판구조론 (Plate tectonics) - 알프레드베게너는현재지구의지각은약 2 억년전에판게아 (Pangaea) 라는 하나의초대륙으로부터갈라져나왔다는가설을제시 - 지구의표층이라고도하는수십 Km 혹은그이상의두께를가진암석권은 유라시아판, 태평양판, 북미판등 10 여개의판으로구분 - 지구적인힘이판의마찰저항을초과할수있는단계에도달하면갑작스런 미끄러짐이일어나며이것이바로지진 - 지진이발생하기쉬운지역은판경계부근, 판과판의경계에서는마그마가 분출하기도쉽기때문에지진발생빈번지역과화산이주로발생하는지역은 서로유사
지각 : 최대 70 km 해양지각 6 km 이하 지각하부에위치한뜨거운암의대류로인하여끊임없이순환 Crust 마그마가고화되어 mid-ocean ridge 에해저면생성 판의대류 화산폭발, 지진, 지각융기, 지각침강의원인
3) 지진의분류 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 발생원인에따른분류 인공지진 자연지진 구조지진 (tectonic earthquake) 화산지진 (volcanic earthquake) 함몰지진 (fallen earthquake) 진앙거리 (600km 기준 ) 에따른분류 근거리지진 : 진앙거리 600 km 미만 원거리지진 : 진앙거리 600 km 이상
진원의깊이에따른분류 천발지진 : 진원깊이 70 km 미만 중발지진 : 진원깊이 70 km ~ 300 km 심발지진 : 진원깊이 300 km 이상 사람의감지여부에따른분류 유감지진 : 사람이느낄수있는지진 무감지진 : 사람이느끼지못하여지진계에만기록되는지진
3) 지진요소 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 (1) 진원시 (Origin time) : 지진파가처음발생한시각 (2) 진원 (Hypocenter) 과진앙 (Epicenter) - 진원 : 암석의파괴가일어난지점으로깊이의개념이포함되어있다. 진원은진원역중에서최초로지진파가발생된점, 즉지진이시작된점 - 진앙 : 진원의바로위지표면의지점, 진원은진앙의위도, 경도와진원깊이로나타낸다. (3) 규모 (Magnitude) 와진도 (Seismic intensity) 절대적개념의 규모 와상대적개념의 진도
지진관측 진앙 진앙거리 지진관측소 진원 진원거리
지진규모 (Magnitude) - 지진발생시그자체의크기를정량적으로나타내는양으로서 진동에너지에해당 ( C. F. Richter 가제안 ) - 지진파에너지 Es 와규모 M 과의관계 llllll EE ss = 1111. 88 + 11. 5555 여기서, M 은단위가없음, Es 는 erg 단위 - 규모가 1 만큼증가하면에너지는 30 배로커지게된다.
규모별지진발생빈도 큰경제적손실을줄수있는지진 (8.0 이상 ) 큰피해를줄수있는지진 (7.0~7.3) 가벼운피해를줄수있는지진 (5.5~6.1) 지진규모지진 칠레지진 (1960) M=9.5 알라스카지진 (1964), M=9.2 인도네시아수마트라 (2004), M=9.0 중국쓰촨성지진 (2008), M=7.8 대만지진 / 터키지진 (1999), M=7.4 일본고베지진 (1995), M=6.8 이란 (2003), M=6.6 방출에너지에너지비교 최대핵실험 (USSR) 세인트헬렌화산폭발히로시마원자폭탄폭발토네이도 인간이느낄수있는최소지진 (2.0~3.4) 최대번개 일반적인번개 연간지진발생회수
지진진도 (Seismic Intensity) - 어떤장소에나타난지진동의세기를사람의느낌이나주변의물체 또는구조물의흔들림정도를가지고수치로표현한것 - 지진의규모와진앙거리, 진원깊이에따라크게좌우 - 지역의지질구조와구조물의형태및인원현황에따라달리평가 - 대표적인진도계급 MMI Scale (Modified Mercalli Intensity Scale) : 12 계급 (Ⅰ-XII) JMA Scale (Japanese Meteorological Agency Scale) : 8 계급 (0-VII)
진도와실제현상과의관계 (MMI scale) - 진도 I 미세한진동. 일반적으로지진계만감지 - 진도 IV 실내에서대다수가느낌. 실외에서감지불가 - 진도 V 건물전체가흔들림. 물체가깨어지거나전도또는추락, 가벼운물체의위치이동 - 진도 VI 똑바로걷기어려움. 약한건물의회벽이떨어지거나균열이감. 무거운물체의이동이나전도 (0.06-0.07g) - 진도 VII 서있기가곤란. 운전중에지진을느낌. 회벽이붕괴, 느슨한적재물또는담장이무너짐 (0.10-0.15g) - 진도 VIII 차량의운전이곤란. 일부건물이붕괴, 사면이나지표의균열. 탑, 굴뚝의붕괴 (0.25-0.30g) - 진도 XII 지면이파도형태로움직임. 물체가공중으로튀어오름
진도와실제현상과의관계 (JMA scale) 진도 이름 피해정도 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ 무감미진경진약진중진강진열진격진 느낄수없는정도민감한사람만느낄수있는정도보통사람이느끼고, 문이약간흔들리는정도가옥이흔들리고, 물건이떨어지고, 물그릇의물이진동함가옥이심하게흔들리고, 물그릇이넘쳐흐름벽에금이가고, 건물이다소파괴됨가옥파괴 30% 이하, 산사태가일어날수있음가옥파괴 30% 이상, 산사태가일어나고단층이생김
5) 지진관측및지진파 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 지진계 지반의흔들림정도를측정하는기계로지반의변위를측정하거나지반의속도, 지반의가속도를측정하는것, 한개의수직성분과두개의수평성분 ( 동-서, 남-북 ) 으로구성되어지진파동을 3방향의성분으로분석하여지진발생위치와발생시간, 지진원의메커니즘등지진에관한다양한정보를연구한다. 지진파 암석의파괴가일어난진원역으로부터탄성체인지구의내부또 는표면을따라전파되는탄성파 (elastic wave)
지진관측및지진파 지진파의구분 지진파의특성 실제파 (Body Wave) 표면파 (Surface Wave) P 파 : 종파 (Primary Wave) S 파 : 횡파 (Secondary Wave) LQ 파 (Love wave) LR 파 (Rayleigh Wave) - 밀도의소ㆍ밀에의한지각변화파 - 음파와같은소밀파로서모든매질에서전파됨 - 밀도의변화는없이지각의변형만있음 - 진행방향에수직인횡운동에의하며액체내부 ( 지구의외핵과내핵 ) 는통과할수없음 - 하층은파동이없고윗부분만파가전달되며밀도의변화는일어나지않음 - Love 파는 S 파의수평운동성분인 SH 파로서수직운동성분지진계에는거의기록되지않음 - 밀도의변화가심하며파동형식의 S 파, P 파의복합적성질을보임 - P 파와 S 파의수직운동 SV 파가조합된성질을가지며수평운동성분지진계에는거의기록되지않음 기 타 자유진동 (Free oscillation) - 큰규모의지진이발생한이후, 종이울리고난것처럼수일 ~ 수주간에걸쳐나타나는지구전체의진동체적변화를수반하는구상진동 (spheroidal vibration) 과체적의변화가없는뒤틀림진동 (tortional vibration) 으로구분됨
6) 지진파가미치는영향 (34 ) 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01
지진파의입자운동 (1 23 )
7) 지진의규모와진도 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 진도 7 진도 6 진도 5 진도 4 규모 5.0 의지진발생 지진의규모는 5.0 으로일정하지만 진도는진원거리에따라서로다른값을갖는다
2. 지진재해사례
1) 지진재해중심으로 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 지진재해는지진피해지역의사회적기능저하, 경제적손실뿐만아니라국가와사회기능을마비시킬수있을정도의대재난을초래함 따라서지진에의한피해를최소화하려면각종시설물 / 구조물이적절한내진안전성을확보하고지진시나경과후신속하고원활하게본래의기능을회복할수있도록대비를하는것이중요함
2) 지진재해의종류 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 1 구조물붕괴 - 장 / 단주기지진동 2 쓰나미 ( 지진해일 ) 3 산사태 4 액상화 5 복합재해
장 단주기지진동 (20 )
구조물붕괴 - 단주기지진동 발생일 1995 년 1 월 16 일 발생지역 간사이지방효고현남부의고베시 지진규모 7.2 사망자 : 6300 여명 피해내용 부상자 : 2만여명 기타 : 이재민약 20만명, 피해규모 14조 1000 억엔추정, 사회기관시설파괴, 산업활동마비
단주기지진동에의한저층건물파괴 일본고베지진 (1995)
구조물붕괴 - 장주기지진동 발생일 1985 년 9 월 19 일 발생지역 멕시코게레로주 지진규모 7.4 사망자 : 500 명 피해내용 부상자 : 2만명 기타 : 6000여채가옥파손, 이재민 2만 5000명이상, 철근콘크리트빌딩붕괴
장주기지진동에의한고층건물파괴 멕시코지진재해 (1985)
지진재해에의한쓰나미 발생일 발생지역 2011 년 03 월 11 일 일본도후쿠지방부근해저 지진규모 8.9 사망자 : 2 만 8 천명 피해내용 부상자 : 2000명이상 기타 : 물과음식부족및사회기관시설파괴, 산업활동마비
쓰나미 ( 지진해일 ) 에의한파괴 일본도호쿠지진해일 (2011)
쓰나미 ( 지진해일 ) (1 28 )
지진으로인한산사태피해 발생일 2008 년 5 월 12 일 발생지역 지진규모 쓰촨성성도청두에서북서쪽으로 92km 떨어진완촨지역 7.8로발표되었으나중국지진국이 8.0으로올림 사망자 : 8 만 9000 명이상 피해내용 실종자 : 3만2000여명 부상자 : 37만명이상 기타 : 5백36만채붕괴, 2천백만채파손등
지표면단층전단에의한산사태 중국쓰촨성산사태재해 (2008)
지진에의한지반액상화 발생일 발생지역 2011 년 12 월 23 일 뉴질랜드크라이스트처치 지진규모 5.8 피해내용 기타 : 4차례의지진으 로인한액상화현상으로 인한가옥및차량이흙 탕물에잠김
지진에의한액상화 뉴질랜드크라이스트처치지반액상화 (2011)
지진에 의한 산사태 및 구조물 파괴 네팔 산사태재해 (2015)
3. 국내지진특성
국내지진특성및설계현황 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 S C Korea 국내지반 S D Korea ( 미국 ) ( 한국 ) S C and S D Korea S C, ROSRINE (After Sun C.G., 2004) 미서부해안지반 S D, ROSRINE (After Sun C.G., 2004) 해안을제외하고대부분암반지반이며, 출현심도가얕음 (30m이내) 암반의강성이커서주기가짧음 ( 단주기 ) 국내지진의특성은단주기고주파 주요계기지진은규모 4.9~5.8 (1978~2016)
경주지진 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01
경주지진의특성 단주기 E-W Component 주파수 (Hz) Acceleration (g) 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0-0.1-0.2-0.3-0.4 고주파, 단시간지속 10 20 30 40 50 Time (sec) ( 선창국, 2016)
용마루기와탈락및낙하 기와낙하 벽체균열및마감재박리 기둥균열, 탈락및박리
토석담전도파괴 유리창파손
건축물의내진보강
지진에대한원전은안전성 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01
원전내진대책의변천 ( 조양희, 2016)
국내원전의내진안전성 재현주기 5,000~10,000년수준의설계지진사용 설계지진수준 0.2g ( 규모 6.5) 최근 ( 신고리 1&2부터 ) 에는 0.3g( 규모 7.0) 수준으로상향조정 설계지진발생시방사능누출사고발생확률 : 천만분의일이하 국가기반시설 (100~1,000 년빈도지진 ) 에비해공학적으로내진안정성우수 안전관련기기에대한내진안정성검증 ( 배관, 기기, 계기등 ) 확률론적설계 ( 성능기반설계 ) 개념적용 지진감시계통 ( 지진계측기등 ) 설치운용 지진발생후조치절차정립운용 경주지진시월성 1~4호기수동정지 ( 김민규, 2016; 조양희, 2016)
한반도의지진환경
4. 내진설계
1) 국내내진설계기준현황 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 내진설계기준연구 II ( 건설교통부, 1997) 국내내진설계상위개념정립 국토교통부제정 규제의최소화 내진설계기준연구 (Ⅱ) ( 내진설계개념, 성능기준 ) 시설물의분류와등급 하중수준및성능목표설정 내진성능확보절차 품질보증 관련학회, 협회에서설계기준및표준서로작성 대안선택의자유 각종시설물별 내진설계기준 ( 기술기준 ) 내진성능확보를위한구체적인기술적요구사항 국제적으로공통이되는자연과학적, 공학적사항
2) 시설물별내진설계기준 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 설계지반운동수준공통 지진구역행정구역시서울특별시및 6대광역시 Ⅰ 도경기도, 충청도, 경상도, 전라도외 1 Ⅱ 도강원도북부, 제주도지진구역 Ⅰ Ⅱ 구역계수 Z (g), 재현주기 500년 0.11 0.07 재현주기 ( 년 ) 50 100 200 500 1000 2400 위험도계수 I 0.40 0.57 0.73 1.0 1.4 2.0 재현주기 ( 년 ) 기능수행붕괴방지 50 2 등급 - 100 1 등급 - 200 특등급 - 500-2 등급 1000-1 등급 2400 - 특등급
시설물별내진설계기준 건축물건설구조물설계기준, 2009 연면적이 1000m 2 이상인건축물. 다만, 창고, 축사, 작물재배사및표준설계도서에따라건축하는건축물은제외 처마높이가 9m 이상인건축물 기둥과기둥사이의거리가 10m 이상인건축물 국토해양부령으로정하는지진구역의건축물 국가적문화유산으로보존할가치가있는건축물 내진등급대상내진성능목표재현주기지진가속도 내진특등급 내진 1 등급 - 연면적이 1,000 m 2 이상인위험물저장및처리시설, 종합병원, 병원, 방송국, 전신전화국, 발전소, 소방서, 공공업무시설, 노약자시설 - 연면적이 5,000m 2 이상인관람집회시설, 운동시설, 운수시설, 전시시설및판매시설 - 연면적이 5,000m2 이상인관람집회시설, 운동시설, 운수시설, 전시시설및판매시설 붕괴방지수준 2400 년 1000 년 Ⅰ 구역 : 0.11g Ⅱ 구역 : 0.07g 내진 2 등급 -내진등급구분특등급및 1등급에해당하지않은건축물 500 년 ( 상기지진가속도는위험도기준을고려하지않은값 )
도로교도로교설계기준 ( 건설교통협회 ),2010 지간 200m 이하의교량대상 ( 장경간은설계원칙에따라적용가능 ) 내진등급대상내진성능목표재현주기지진가속도 - 고속도로, 자동차전용도로, 특별시도, 광역내진1등급시도또는일반국도상의도로붕괴방지수준 1000년 Ⅰ구역 : 0.11g Ⅱ구역 : 0.07g 내진2등급 - 내진 1등급에속하지않는교량 500년 ( 상기지진가속도는위험도기준을고려하지않은값 ) 터널터널설계기준 ( 건설교통부 ),2007 철도및도시철도등에설치되는터널 지반을개착하지않고시공하는터널공사의계획, 조사, 설계에적용 내진등급대상내진성능목표재현주기지진가속도 내진 1 등급 - 고속도로, 자동차전용도로, 특별시도, 광역시도또는일반국도상의터널 - 내진 1 등급구조물에영향을줄수있는터널 - 파괴시심각한인명피해를유발, 활성단층대인접지역터널 붕괴방지수준 1000 년 Ⅰ 구역 : 0.11g Ⅱ 구역 : 0.07g 내진 2 등급 - 내진 1 등급에속하지않는터널 500 년 ( 상기지진가속도는위험도기준을고려하지않은값 )
철도시설철도설계기준철도교편 ( 건설교통부 ),2004) 지간 150m 이하의철도교량에적용 가동교량 (movable bridge), 아치교량에는적용하지않음 교량위치, 연장, 지간, 선로용량, 우회선로활용성을고려하여내진등급분류 내진등급대상내진성능목표재현주기지진가속도 내진1등급 -특별히관리할필요가있는철도교량붕괴방지수준 1000년 Ⅰ구역 : 0.11g 내진2등급 -내진1등급에속하지않는철도교량 500년 Ⅱ구역 : 0.07g ( 상기지진가속도는위험도기준을고려하지않은값 ) 고속철도내진설계기준 ( 한국고속철도건설공단 ),2010) 시속 200km 이상으로주행하는철도 교량, 터널, 방토구조물, 전기시설물등일반적인고속철도시설물에적용 건축물의경우 건축물의구조기준등에의한규칙 " 에의거하여적용 내진등급대상내진성능목표재현주기지진가속도 -지정학적위치와규모및구조형식, 사회내진1등급적, 경제적, 군사적중요도등을고려하여특별한관리가요구되는고속철도시설물붕괴방지수준 1000년 Ⅰ구역 : 0.11g Ⅱ구역 : 0.07g 내진2등급 -일반적인고속철도시설물 500년 ( 상기지진가속도는위험도기준을고려하지않은값 )
도시철도도시철도내진설계기준 ( 국토해양부, 2009) 도시교통권역의철도, 모노레일, 노면전차, 자기부상열차등궤도의의한교통시설및교통수단 개착식본선 BOX 구조물, 정거장등지하에건설되는주요한도시철도구조물의내진설계에적용 지하와지상의경계부, 지상에건설되는경우 철도설계기준 " 을적용 내진등급대상내진성능목표재현주기지진가속도 내진 1 등급 - 지정학적위치와규모및구조형식, 사회적, 경제적, 군사적중요도등을고려하여특별한관리가요구되는고속철도시설물 기능수행수준 100년 Ⅰ구역 : 0.11g 붕괴방지수준 1000년 Ⅱ구역 : 0.07g 댐댐설계기준 ( 건설교통부, 한국수자원학회, 2005) 다목적댐은특정용도중 2 개이상의용도로이용하는댐 높이 15M 이상의댐및부속시설물에적용 내진등급대상내진성능목표재현주기지진가속도 -다목적댐으로분류한댐내진특등급 -높이가 45m 이상, 총저수량이 50만m 3 이상붕괴방지수준 1000년 Ⅰ구역 : 0.11g Ⅱ구역 : 0.07g 내진1등급 -내진특등급이외의모든댐 500년
공항철도공항설계내진설계기준 ( 건설교통부, 2004) 항공기의이륙, 착륙및여객, 화물의운송을위한시설, 지원시설, 부대시설, 비행장시설, 건축물, 교량, 지중구조물등이대상 내진등급대상내진성능목표재현주기지진가속도 내진특등급 - 활주로 - 여객터미널, 관제탑, 구조및소방시설 기능수행수준붕괴방지수준 200년 2400년 내진 1 등급 - 유도로, 계류장 - 화물터미널, 기상시설, 레이더시설, 관리동, 동력동, 경찰대, 항공기정비고, 주차장 - 교량, 터미널전면고가 - 공동구, 공항지하차도, 라이프라인, 상하수도 기능수행수준붕괴방지수준 100년 1000년 Ⅰ 구역 : 0.11g Ⅱ 구역 : 0.07g - 급유시설, 위험물차고, 변전소 내진 2 등급 - 화물창고, 경비시설 기능수행수준붕괴방지수준 50년 500년
3) 시설물별내진설계기준비교 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 대상시설시설물내진등급설계지진가속도설계지진규모 건축물공항시설도로시설물철도시설고속철도다목적댐일반댐 3 층이상연면적 1,000m 2 이상 비행장시설, 건축물교량, 지중구조물 교량, 터널 교량, 터널, 역사 교량, 터널, 역사 다목적댐 용수전용, 홍수조절 특, l, ll 0.07~0.22g 5.1 ~ 6.5 l, ll 0.07~0.154g 5.1 ~ 6.2 특, l 도시철도교량, 터널, 역사 l 0.098~0154g 5.4 ~ 6.2 원전시설원자력발전소특 0.2~0.3g 6.5 ~ 7.0 ( 상기지진가속도는위험도기준을고려한값 )
4) 내진설계기준개정 ( 안 ) 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 항목내진설계기준 (ll)( 97) 내진설계기준 ( 안 )(16 작성중 ) 내진등급내진 ll 등급, 내진 l 등급, 내진특등급동일 내진성능수준 설계지반운동 기능수행수준, 붕괴방지수준 평균재현주기 50 년, 100 년, 200 년, 500 년, 1000 년, 2400 년 기능수행수준, 즉시복구수준, 장기복구수준, 붕괴방지수준 ( 인명보호수준 ) 2013 년소방방재청공고국가지진위험지도를참고 : 평균재현주기 4800 년 (500 년내초과확률 10%) 추가 내진성능목표 지진구역 위험도계수
5) 지반증폭현상 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 지반증폭현상의이유 지진파의에너지보전법칙 ρρvv ss uu 2 깊이에관계없이일정 매질의밀도 (ρρ) 와전단파속도 (vv ss ) 는지표면에서작아짐 따라서지진파의입자속도 ( uu) 의증가가발생 지반증폭현상 암반노두운동 단층운동에의한지진발생 토사지반 거리에따른감쇠 기반암운동
6) 설계지진하중 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 구조물에대한지진하중은내진설계에서중요한요인 설계응답스펙트럼 고정단조건의 SDOF(Single Degree of Freedom) 구조로가정 응답스펙트럼 : 구조물고유주기에서최대가속도값을입력 구조물의고유주기에해당하는지진하중을결정 주기별최대가속도 설계최대지반가속도 (g) 구조물의고유주기
설계응답스펙트럼의적용 ( 국내내진설계기준 ) Soil Type Ca Cv SA 0.09 0.09 SB 0.11 0.11 SC 0.13 0.18 SD 0.16 0.23 SE 0.22 0.37 Spectral Acc(g) Ca(Fa) Cv(Fv) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 SE SD 0.5 0.4 0.3 0.2 SC SB 0.1 0 0 0.5 1 1.5 2 Period(Sec) 기반암설계응답스펙트럼지반증폭지표면설계응답스펙트럼 지표면최대가속도 (amax) 수평지진계수 (kh = ½ amax) 산정 사면안정해석등에이용 스펙트럴가속도 지진시구조물에작용하는지진가속도 Ca = Fa X Seismic Zone Factor CV = Fv X Seismic Zone Factor 여기서, Ca: Short-period 증폭계수 Cv: Mid-period 증폭계수
지반 - 기초 - 구조물의상호작용고려 Uncoupled Spring Model Equivalent Fixed Base Model 지표면최대가속도 구조물고유주기에따른스펙트럴가속도 실제구조물은비고정단조건 (Flexible base condition) 주기의증가와및증폭현상감소 (= 감쇠비증가 ) 구조물에대한지진하중의변화가발생 지반-기초-구조물의상호작용고려필요
7) 구조물의지진해석 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 1 Pseudostatic Approach 실제내진설계에있어서구조물응답의시간이력보다는응답의최대치가필요함 표준설계응답스펙트럼은구조물주기에해당하는설계최대가속도를의미하므로이를기준으로산정한관성력및지반변위를적용하여해석 지반구조물이갖는동적특성에따라작용력을다르게적용 일반적으로지반변위를적용한경우를응답변위법, 관성력을적용을적용한경우를진도법이라함
2 동적해석 ( 지반 - 구조물구조의지진해석 ) - 구조동력학이론에시간이력가속도를적용하여구조물응답의시간에 따른변화를알아내기위해사용되는방법 - 지진응답의시간이력을정확히산정할수있으나많은시간적소요가필요 - 해석방법의분류 시간이력해석법 직접적분법 시간영역방법 Wilson 방법 Newmark 방법 Duhamel 방법 진동수영역방법 모드중첩법 응답스펙트럼방법
내진설계강화 (53 )
구조물내진설계 (50 )
8) 지진재해대책 조기경보시스템 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 지진피해를일으키는 S 파가도달하기전에, 먼저도착하는 P 파로지진 발생상황을조기에알려주는시스템 P 파는 S 파에비해 1.73 배빠르게전파되는성질을이용
지금까지지진속보, 통보 속보 120 초 / 통보 200 초이내 2015 년지진조기경보 50 초이내조기경보
9) 내진설계예 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 (1) 설계방향및중점검토사항 기본방향 지진응답해석 교량기초및비탈면 내진설계 액상화발생검토 설계기준에의거설계지반운동수준결정 사업부지의특성을고려한지진응답 유사정적해석및동적해석수행을통해안정성검토 지반조사결과로부터액상화평가구간선정 수정 Seed & Idriss 간편법으로 해석 액상화평가
중점검토사항 구분중점검토사항비고 설계지반운동수준결정설계입력지진파산정지반의동적특성분석지반응답해석교량기초내진설계액상화검토 사업구간의중요도와인근상황을고려하여지진시구조물의피해정도를최소화할수있는내진성능수준결정 외국의실지진기록을국내현실에맞게수정 (Scale Down) 하여적용 지반응답해석및동적해석수행 현장시험 (S-PS검층) 및실내시험 ( 공진주시험, 진동반복삼축시험 ) 에의한지반의동적특성치분석및설계지반정수결정 실지진기록및인공지진파에대한사업구간의지표면최대가속도산정 지반응답해석최대지반가속도적용유사정적해석 지반조사결과를바탕으로액상화평가를수행 설계지진규모는리히터규모 6.5 적용 내진설계기준검토 KLIQ 신뢰성높은동적설계지반정수산정 KLIQ 극한지지력공식 입도분포에의한간편법 수정 Seed & Idriss법
(2) 설계기준 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 내진설계관련기준선정 내진설계기준연구 (Ⅱ)( 국토해양부, 1997) 구조물기초설계기준 ( 국토해양부, 2009) 건설공사비탈면설계기준 ( 국토해양부, 2006) 도로교설계기준해설 ( 대한토목학회, 2008) 내진설계규정및기준 내진등급 설계성능수준 내진등급 내 용 설계성능 내 용 내진특등급 내진 1등급구조물중복구의난이도가높고경제적측면에서특별하게분류되는구조물 피해를입으면많은인명과재산상의 기능수행수준 구조물기능을유지하는경미한피해는허용, 전체적인붕괴는허용하지않는수준 내진 1 등급내진 2 등급 손실을줄염려가있는구조물 지진재해복구에중요한역할을담당하는구조물및국방상중요한구조물 내진특등급과 1등급에속하지않는일반구조물 붕괴방지수준 구조물전체적인붕괴는허용하지않고긴급보수를통해기능을회복할수있는수준
설계지반운동수준 지진구역계수 위험도계수 지진구역 행정구역 구역계수 재현주기 위험도계수 Ⅰ 시 도 서울특별시, 인천광역시, 대전광역시, 대구광역시, 부산광역시, 울산광역시, 광주광역시 경기도, 강원도남부 (1), 충청북도, 충청남도, 경상북도, 경상남도, 전라북도, 전라남도북동부 (2) 0.11 50년 0.40 100년 0.57 200년 0.73 500년 1.00 Ⅱ 도 강원도북부 (3), 전라남도남서부 (4), 제주도 0.07 1,000 년 1.40 2,400 년 2.00 적용허용안전율및변위 구 분 기준안전율 / 변위 구 분 기준안전율 교량기초 직접기초 2.25cm 간편법 1.5 액상화 비 탈 면 쌓 기 1.1 상세법 1.0 검토결과 내진성능수준은교량기초의안정성을고려하여내진 1 등급붕괴방지수준으로선정 사업지역, 재현주기등을고려하여설계지반운동수준을 0.154g로선정
(3) 설계지반운동검토 친환경토질공학 2017_ GEI6130-01 검토구간의동적변형특성 구분수행시험목적결과산정설계적용 설명 공진주시험 (Resonant Column Test) 및 S-PS 검층등 전단변형률에따른정규화전단탄성계수및감쇠비곡선작성 정규화전단탄성계수 :Ramberg-Osgood 모델 감쇠비 :Hyperbolic 모델이용 점토질모래 : 시험결과적용 자갈 :Seed et.al. 제안곡선 기반암 :Schnabel et.al. 제안곡선 정규화전단탄성계수 감쇠비
9.3 설계지반운동검토 입력지진파결정 실지진기록지진형태 지진발생현황 지진규모 특징 Hachinohe 1968년 5월 16일 Tokachi 앞바다에서발생 7.9 장주기파 Ofunato 1978년 6월 12일 Miyagi 앞바다에서발생 7.4 단주기파 인공지진파 인공지진파 인공지진파와설계응답스펙트럼의비교 KLIQ KLIQ
9.3 설계지반운동검토 지반응답해석 성토부 (SB-5) 최대지반가속도산정결과 인공지진파 지표면최대지반가속도산정 지진파형태 최대지반가속도 (g) 인공지진파 0.17 장주기파 (Hachinohe) 0.13 단주기파 (Ofunato) 0.13 적용 0.17 KLIQ 검토결과 지반조건에따른지표면의최대지반가속도는 0.17g 로산정됨 등가정적해석의최대가속도, 응답변위법의경계조건
(4) 구조물의내진설계 ( 예 ) 응답변위법 동적해석법
김정환, 02-2123-6641 hwanee2@gmail.com 친환경토질공학