지반-구조물 상호작용을 고려한 구조물의 층응답스펙트럼

Abstract

최근 우리나라에 경주지진, 포항지진 등을 포함한 큰 규모의 지진이 발생하면서 구조물의 안전성에 대한 관심이 높아졌다. 안전하게 구조물을 설계하기 위해서는 지반-구조물 상호작용 효과를 고려한 지진 응답 해석을 수행하여야 한다. 본 연구에서는 지반의 진동수 의존적 특징을 효과적으로 고려한 시간영역 구조물 지진 응답 해석을 수행하고 이를 통해 구조물의 층응답스펙트럼을 작성하는 방법을 제안했다. 지반의 진동수 의존적 특징을 고려하기 위해 지반 임피던스 함수를 고려하여 해석을 수행했다. 진동수 의존적 임피던스 함수를 시간영역 구조물 응답 해석에 적용하기 위해 시간영역의 임펄스 응답으로 변환하여 sway-rocking 모델의 형태로 구조물 운동 방정식에 적용하였다. 구조물의 지진 응답 해석을 시간영역에서 수행하여 추후 연구에서 본 방법을 통해 구조물의 비선형성을 고려할 수 있다. 제안한 방법을 검증하기 위해, 본 연구에서는 선형 구조물에 대한 지반-구조물 상호작용 해석을 수행하고 이를 ACS SASSI를 통한 진동수 영역 해석 결과와 비교하였다. 또한 제안 방법을 통해 지반-구조물 상호작용이 구조물의 층 응답 스펙트럼에 미치는 영향을 알아보기 위해 고정지반과 3가지 지반케이스에 대한 해석을 수행하고 분석하였다. 지반의 영향으로 구조물의 하부에서는 연약한 지반케이스의 최대 가속도 응답이 고정지반보다 컸지만, 구조물의 상부에서는 관성 상호작용으로 인한 구조계의 감쇠 증가로 연약한 지반의 최대 가속도 응답이 고정지반에 비해 작았다. 응답의 크기뿐만 아니라 지반이 연약할수록 층 응답 스펙트럼의 최대 응답 진동수가 작아지는 경향을 보였다. 지반-구조물 상호작용시 가장 주요한 불확실성 요소인 지반특성의 불확실성을 고려한 확률론적 지반-구조물 상호작용 해석을 수행하였다. 지반의 전단파 속도의 확률 분포를 대수정규분포 (lognormal distribution)로 가정하고 Latin hypercube simulation (LHS) 기법을 통해 생성한 30개의 지반 프로파일에 대한 해석을 수행하였다.