다중지점 지진하중을 고려한 대공간구조물의 지진응답 분석

김기철,강주원,Kim, Gee Cheol,Kang, Joo Won 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.25 No.4

장경간의 대공간구조물은 지진하중에 의하여 일반구조물과는 다른 응답특성이 나타나고 있으므로 대공간구조물에 대한 내진설계를 위해서는 대공간구조물의 동적특성 및 지진응답특성에 대한 정확한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 예제 구조물로 대공간구조물의 동적특성을 기본적으로 내재하고 있는 장견간의 아치구조물로 선정하여 다중지점 지진하중이 가진되는 대공간구조물의 진동응답 특성을 분석하였다. 다중지점 지진하중은 대공간구조물의 지점 지반조건이 다른 경우 그리고 시간지연을 갖는 지진하중이 가진되는 경우로 하여 수치해석을 수행하였다. 다중지점 지진하중 적용한 경우의 지진응답이 단일 지진하중 적용에 의한 지진응답과 비교하여 경우에 따라서 상이한 지진응답을 나타내고 있다. 따라서 대공간구조물의 경우에 정확한 지진응답 분석 및 적절한 내진설계를 위해서는 다중지점 지진하중을 적용하여 지진응답을 분석하는 것 바람직하다. Spatial structures have the different dynamic characteristics from general rahmen structures. Therefore, it is necessary to accurately analyze dynamic characteristics and seismic response for seismic design of spatial structure. Keel arch structure is used as an example structure because it has primary characteristics of spatial structures. In case of spatial structures with different ground condition and time lag, multiple support excitation may be subjected to supports of a keel arch structure. In this study, the response of the keel arch structure under multiple support excitation and with time lag are analyzed by means of the pseudo excitation method. Pseudo excitation method shows that the structural response is divided into two parts, ground displacement and structural dynamic response due to ground motion excitation. It is known that the seismic responses of spatial structure under multiple support excitation are different from those of spatial structure under simple excitation. And the seismic response of spatial structure with time lag are different from those of spatial structure without time lag. Therefore, it has to be necessary to analyze the seismic response of spatial structure under multiple support excitation and time lag because the spatial structure supports may be different and very long span. It is shown that the seismic response of spatial structure under multiple support seismic excitation are different from those of spatial structure under unique excitation.

층지진하중분포 예측을 위한 모드조합법

엄태성,이혜린,박홍근 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.3

건물의 지진응답을 평가하기 위하여 비선형 푸시오버 해석을 수행한다. 구조물의 비탄성 지진응답을 정확히 예측하기 위해서는, 비선형해석에 사용되는 층하중분포가 구조물의 시간이력 지진응답 동안 실제로 발생되는 지진하중분포를 나타낼 수 있어야 한다. 본 연구에서는 건축물의 지진하중분포를 예측하기 위하여 새로운 모드조합법을 개발하였다. 개발된 모드조합법에서는 모드조합계수를 곱한 각 모드의 스펙트럼응답을 조합하여 다수의 지진하중분포를 예측한다. 모멘트 골조와 켄틸레버 벽체에 대한 변수연구를 수행하였다. 변수연구 결과를 토대로, 각 고유모드가 구조물의 지진응답에 미치는 영향을 나타내는 모드조합계수를 정의하였다. 다양한 정형 및 수직 비정형 구조물에 대하여 제안된 계수모드조합법을 적용하였다. 그 결과 제안된 모드조합법은 시간이력 응답 동안 구조물에 실제로 발생되는 지진하중분포를 정확히 예측할 수 있었다. Nonlinear pushover analysis is used to evaluate the earthquake response of building structures. To accurately predict the inelastic response of a structure, the prescribed story load profile should be able to describe the earthquake force profile which actually occurs during the time-history response of the structure. In the present study, a new modal combination method was developed to predict the earthquake load profiles of building structures. In the proposed method, multiple story load profiles are predicted by combining the modal spectrum responses multiplied by the modal combination factors. Parametric studies were performed far moment-resisting frames and walls. Based on the results. the modal combination factors were determined according to the hierarchy of each mode affecting the dynamic responses of structures. The proposed modal combination method was applied to prototype buildings with and without vertical irregularity. The results showed that the proposed method predicts the actual story load profiles which occur during the time-history responses of the structures.

2방향 지진하중을 받는 다경간 단순교의 동적거동분석

이상우,김상효,마호성 한국지진공학회 2004 한국지진공학회논문집 Vol.8 No.4

본 연구에서는 작용방향이나 크기에 있어서 불규칙한 특성을 보이는 지진하중을 받는 교량구조물의 동적거동을 보다 실제적으로 예측하기 위하여 3경간 단순교를 대상으로 2방향 지진하중을 고려할 수 있는 이상화된 교량해석모형을 개발하였다. 개발된 교량해석모형에는 2축 휨에 따른 상호작용을 고려한 교각의 비선형 거동은 물론 상부구조의 회전으로 인한 인접 진동계간 평면적 충돌이나 단계적인 받침 손상 등이 고려되었다. 2방향 교량해석모형을 이용하여 다양한 최대지반가속도를 갖는 2방향 지진하중에 의한 교량의 지진응답을 평가하였으며, 이를 독립된 두 개의 직교축에 대해 수행된 1방향 지진해석으로부터 구한 결과(직교지진력의 조합에 의한 응답)와 비교, 분석하였다. 분석결과로부터 본 연구에서 개발한 2방향 교량해석모형이 고량구조물의 2차원적 지진응답의 불규칙성을 잘 평가할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 교량구조물의 변위응답은 두 가지 지진해석방법에서 유사한 수준인 것으로 평가되었으나, RC 교각의 복원력은 1방향 지진해석을 수행할 경우 상당히 과소평가 할 수 있는 것으로 분석되었다. 그러므로 교량구조물의 내진안전성 평가시 교각에 작용되는 수평지진력이 중요한 해석변수가 되는 경우에는 2방향 지진하중에 의한 상세해석을 통한 충분한 검토가 수반되어야 할 것으로 판단된다

면진된 KALIMER 원자로 구조물의 내진설계 및 지진해석

이형연,구경희,유봉 한국지진공학회 1999 한국지진공학회논문집 Vol.3 No.1

본 연구에서는 현재 국내에서 면진설계를 적용하여 개발중인 KALIMER(Korea Advanced Llquid Metal Reactor) 액체금속로에 대한 내진설계 및 지진해석을 위하여 핵심구조물인 원자로구조물에 대한 단순 지진해석모델을 개발하였다 이를 이용하여 면진설계의 경우와 비면진 설계의 경우에 대한 동특성분석과 시간이력 지진해석을 수행하여 비교평가하였다. 또한 ASME 설계코드에 따른 응력한계요건을 검토하기 위하여 등가 지진응력해석을 수행하고 이로부터 내진여유도를 계산하였다 지진안전성에 대한 하나의 지표로서 원자로 구조물이 견딜수 있는 최대지진하중을 결정하기 위한 한계지진하중(Limit seismic load)을 저의하였다 지진해석결과 면진된 KALIMER 원자로구조믈은 비면진된 경우에 비하여 가속도응답과 구조물간의 상대변위응답이 현저히 감소하였고 충분한 내진여유도로 인하여 한계지진하중이 0.8g로 나타났다. In this paper, the seismic analysis model for seismically isolated KALIMER reactor structures is developed and the modal analysis and the seismic time history analysis are carried out for seismic isolation and non-isolation cases. To check the seismic stress limit according to the ASME Code, the equivalent seismic stress analyses are preformed using the 3-D finite element model. From the seismic stress analysis, the seismic margins are calculated for structural members. The limit of seismic load is defined to show that the maximum input acceleration ensures the structural safety for seismic load. In comparison of seismic responses between seismic isolation and non-isolation cases, the seismic isolation design gives significantly reduced acceleration responses and relative displacements between structures. The seismic margin of KALIMER reactor structure is high enough to produce the limit seismic load 0.8g.

Structural Analysis of a Breakwater in Wave and Seismic Loads

조규남,Cho, Kyu-Nam Computational Structural Engineering Institute of 2009 한국전산구조공학회논문집 Vol.22 No.1

본 논문에서는 파랑하중과 지진하중 하에서의 방파제 설계와 관련한 해석에 대한 하나의 설계지침을 제시하였다. 이를 위해서 파랑하중 중 쇄파대내에서 일어날 수 있는 충격파랑하중을 정량적으로 하나의 모델에 대해 제안된 식에 의해 산출 해 보았다. 널리 사용되는 모리슨 방정식에 의한 파력과 쇄파력으로 야기되는 충격하중을 산술적으로 합하는 방식으로 계산해보았다. 결과적으로 충격하중이 크지 않아, 일반적으로 쇄파파력산정에 있어서 오차범위가 큰 불규칙파의 쇄파대내의 파력공식인 고다식을 사용하는 것은 큰 문제가 없다는 가정을 할 수 있었다. 이에 파랑하중의 경우 항만구조물에 사용되는 고다식을 이용하여 방파제 구조물의 거동을 해석해 보았다. 지진하중의 경우 단주기, 장주기, 인공지진파에 의한 수치해석을 수행하여 방파제의 거동을 해석하였다. 방파제의 설계에 있어서 중요한 것은 설치해역에 적합한 방파제를 선택하는 문제이며 다음으로는 파랑하중과 지진하중의 중요도를 판단하는 것이라 판단된다. 모델을 선정하여 계산해본 결과 파랑하중에 의한 구조물의 거동과 지진하중에 의한 거동이 같은 정도의 구조적인 변화를 나타내는 것으로 판단되어 방파제 설계 시 두 하중을 같은 비중으로 다루어야 할 것으로 판단되어 진다. 방파제 설계의 주요 항목으로 파랑하중과 지진하중이 동시에 중요하다는 점을 제시하였다. In this paper, a guideline for designing breakwater in wave loads and in seismic loads is proposed. A simple model structure in breaking wave zone is examined using Morison equation in consideration with the effect of an impact load, for evaluation of the wave loads. As the impact load effect is not significant, pressure distributions according to Goda are applied for evaluation of wave loads on breakwater. Structural behavior of breakwater in wave loads can be obtained using the Goda method, as well. For seismic analysis, Ofunato and Hachinohe models, as well as an artificial seismic acceleration loads model, are adopted. Soil-structure interaction analysis is carried out to find the seismic load effect. It is found that, in certain cases, structural deformation in wave loads is in the same level as deformation that in seismic loads. Thus, it is our recommendation that these two loads are considered at the same level in breakwater design.

지진하중을 받는 축대칭 프리스트레스트 쉘 구조물의 동적해석

황철성 한국지진공학회 1998 한국지진공학회논문집 Vol.2 No.4

본 논문에서는 축대칭 쉘 구조물에서 자오방향과 주변방향의 프리스트레스하중이 작용될 경우에 대한 수학적 모델링을 구하였고 이에 대한 프로그램화를 통하여 지진하중을 주하중으로 한 동적해석을 실시하였다 이때 기하학적으로 축대칭인 구조믈의 특성을 최대한으로 이용할 수 있도록 쉘을 링요소로 모델링하였으며 기하학적 비선형관계식에 의하여 동적 모형식을 유도하였다 프로그램을 통하여 해석한 결과를 프리스트레스하중 하에서 고유진동수에 대한 정해와 비교한 결과 20개정도의 링요소로 모델링하였으며 기하학적 비선형관계식에 의하여 동적 모혀식을 유도하였다 프로그램을 통하여 해석한 결과를 프리스트레스하중 하에서 고유진동수에 대한 정해와 비교한 결과 20개정도의 링요소로 모델링한 경우 에서도 정해와 근접한 해를 얻을 수 있어더 또한 지진하중에 대한 반경방향의 처짐을 해석한 결과 동일 한 크기의 프리스트레스하중이 작용될 때 자오방향의 프리스트레스하중이 작용될경우가 다소 큰 처짐값을 나타내었다 본 연구를 통하여 개발된 모델은 지진하중 하에서의 축대칭 구조물에 대하여 3차원 구조해석을 실시하지 않아도 정해에 근접한 해석결과를 얻을 수있어 설계실무에 크게 활용될수 있을 것이다. An axisymmetric shell element which includes the effects of the meridional and circumferential cable prestresses is developed. It is coded for personal computer by the maximum use of axisymmetic properties and the dynamic analysis is performed under the seismic exitations. A ring element is used to fully utilize the characteristics of the axisymmetric shell. The eigenvalue solutions using 20 elements under the initial prestresses are in good agreement with the exact solutions. The results of the seismic analysis show that the radial deflection under the meridional prestress is a little larger than that under the circumferential prestress. The finite element model developed in this study can be very useful to the design applications.

곡선교의 합리적인 지진해석기법 및 지진응답특성에 관한 연구

김상효(Kim Sang Hyo),조광일(Cho Kwang Il),박병규(Park Byung Kyu) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.6A

곡선교의 기하학적 특징으로 인하여 곡선교의 지진응답은 직선교와는 다른 응답특성을 나타내게 될 것으로 예상된다. 본 논문에서는 곡선교의 모형화 방법 및 다양한 영향인자들의 적용에 따른 지진응답특성을 분석하고자한다. 곡선교의 지진응답 특성을 분석하기 위하여 일반적으로 사용되는 곡선교의 수치해석모형을 지점부가 보강된 모형으로 개선하였으며, 정밀모형과의 비교를 통하여 개선된 모형의 적합성을 검증하였다. 본 논문에서는 곡선교의 지진응답에 영향을 미칠 수 있는 독선반경이나 받침배치 조건에 따른 독선교의 지점부 및 교각에서의 변위와 수평력을 중심으로 분석하였다. 지진하중은 직교되는 2 방향으로 작용하는 것으로 가정하여, 지진하중의 작용방향을 변화시키면서 지진응답을 분석하였으며, 대상교량으로는 곡선교의 대표적인 형식인 단경간 곡선교와 3경간 연속 곡선교를 선택하였다. 분석결과, 단경간 곡선교는 고정하중 및 지진하중의 작용으로 인한 지점부의 정반력 및 부반력이 크게 발생할 수 있는 것으로 나타났으며, 연속 곡선교의 경우 대상교량의 곡선 반경에 따라 지진하중의 작용방향에 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한, 곡선반경 변화에 따라 접선방향 받침배치와 현방향 받침배치의 지진응답 특성에 차이가 있는 것으로 나타났다. As the geometrical characteristic of the curved bridge, the seismic response of curved bridges are different from straight bridges. This study analyzed the seismic response of the curved bridges considering diverse factors such as radius of curvature, direction of seismic load and support condition. The improved simple modeling of the curved bridge for seismic analysis is proposed, and it is compared with the detail modeling in order to verify the simple modeling. Three simply supported curved bridges and six 3-span continuous bridges are selected for seismic analysis. The behavior of curved bridges are evaluated in terms of the displacement and the force at supports and piers under seismic load applied in various directions. The results of this study show that upward reaction force may appear in simply supported curved bridge under seismic load. And continuous curved bridges are affected by the direction of the seismic load.

수치해석을 통한 지진하중의 주기특성에 따른 그라운드 앵커의 거동

오동욱(Dong-Wook Oh),정혁상(Hyuk-Sang Jung),윤환희(Hwan-Hee Yoon),이용주(Yong-Joo Lee) 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.6

최근 국내에 발생된 지진으로 인해 더 이상 한반도가 지진으로부터 안전지대가 아니라는 것이 많은 사람들에게 각인되었다. 경주와 포항에서 발생된 지진은 그 동안 국내에서 내진설계에 기준으로 고려한 지진의 특성과 상이하게 나타났고, 그에 따른 내진설계 방법에 대한 연구 또한 많은 연구자들에 의해 수행되어 지고 있다. 이러한 지진하중에 대한 고려는 주로 기존 상부 구조물에 초점이 맞춰져 있으며, 그에 따른 연구 또한 활발히 이루어지고 있는 실정이다. 하지만, 지반의 구조적 안정성을 확보하기 위해 시공된 네일, 록볼트, 그라운드 앵커 등과 같은 지중구조물에 대한 지진하중으로부터의 구조적 안정성에 대한 고려는 많이 이루어지지 않고 있는 실정이다. 본 연구에서는 풍화암에 정착된 그라운드 앵커에 대해 정하중이 작용할 때와 지진하중이 앵커에 미치는 영향을 분석하였다. 정하중에 의한 영향은 현장 인장시험 결과로, 지진하중 영향은 수치해석을 통해 파악하였다. 그 결과, 앵커에 긴장력 도입으로 인한 반력판의 침하가 발생하는 것으로 나타났으며, 그로 인한 앵커의 축력 감소가 발생하였다. 또한 지진하중에 의해 앵커 정착부의 변위가 증가하였으며, 정착부 길이가 길수록 장주기 지진에 의한 영향이 큰 것으로 나타났다. Many people have been recognized that the Korean Peninsula is no longer safe area from the earthquake by the recent earthquakes occurred in the country. The earthquakes that occurred at Pohang and Gyeongju appeared differently from them considered in the seismic design and researches on the seismic design method have been also conducted by many researchers. Studies on seismic loads are mainly focused on existing superstructures, and research involving them has been actively carried out in reality. However, paper regarding structural stability of reinforcement from seismic load such as soil-nails, rock-bolts, ground anchors which were constructed to ensure stability of serviced structure have been published rarely. In this study, ground anchor been effected by static load and seismic load which is settled in the weathered rock is analyzed. Results for static load are obtained from field test and seismic load is from numerical analysis. In this study, the behavioral characteristics of the ground anchor were analyzed by numerical analysis in case of seismic loading based on the result of the in-situ tensile test of the ground anchor settled weathered rock. As a result, settlement of concrete block due to application of tension force for ground anchor occurred as well as following loss of axial force for ground anchor. Also, as bond length and period of seismic load are longer, increasement of displacement is greater.

유체의 영향을 고려한 프리스트레스트 액체저장 탱크의 동적해석

황철성,백인열 한국지진공학회 1999 한국지진공학회논문집 Vol.3 No.4

자오방향 및 주변방향으로 프리스트레스트 하중이 작용된 축대칭 쉘 구조물을 축대칭요소로 모델화하였다 유체-구조물의 상호관계는 접촉면에서 구조물의 가속도에 비례한 부가질량으로 표현하였으며 부가질량은 유체를 비점성 비압축 및 비회전으로 가정하여 유한요소법에 의해 구하였다. 이에 대한 수치해석을 통하여 고유진동해석 및 지진하중을 주하중으로 한 동적해석을 실시하였다 이때 기하학적으로 축대칭인 구조물의 특성을 최대한으로 이용할 수 있도록 쉘을 링요소로 모델링하였으며 기하학적 비선형관계식에 의하여 동적 모형식을 유도하였다 프로그램을 통하여 해석한 결과를 프리스트레스하중 하에서 고유진동수에 대한 정해와 비교한 결과 20개 이내의 링요소로 모델링한 경우에서도 정해와 근접한 해를 얻을수 있었으며 내부유체가 있는 경우에 대한 고유진동수를 문헌과 비교한 결과 근접한 해를 얻을 수 있었다 내부유체의 높이의 증가에 따라 고유진동수는 현저히 감소하였으며 Wave Number가 적을수록 감소폭이 크게 나타났다. 지진하중에 대한 반경방향의 처짐을 해석한 결과 동일한 크기의 프리스트레스하중이 작용될 때 자오방향의 프리스트레스하중이 작용될 경우가 다소 큰 처짐값을 나타내었다. An axisymmetric shell element which includes the effects of the meridional and circumferential cable prestresses is developed. The fluid-structure interaction is expressed as added mass effect which is in proportion to the acceleration of the structure in interface surface. The added mass is obtained by using finite element method under the assumption that the fluid is invicid, incompressible and irrotational. It is coded for personal computer by the maximum use of axisymmetic properties and the dynamic analysis are performed under seismic exitations. A ring element makes the characteristics of the axisymmetric shell to be fully utilized. The elgenvalue solutons under the initial prestresses and the internal fluid are well agreed with the exact solutions and references by using under 20 elements. The eigenvalues are decreased along the increasing the height of internal fluid and these effects are dominant under the lower wave numbers. The results of the seismic analysis show that the radial deflection under the meridional prestress is a little larger than that under the circumferential prestress.

국내 지진규모를 고려한 중진 지역에서의 액상화 평가방법에 관한 연구

김수일,박근보,박성용,서경범 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.3

기존의 액상화 평가방법은 대부분 미국, 일본 등 지진 발생빈도가 높고 그로 인한 액상화 피해가 빈번한 국가에서 주도적으로 연구가 진행되었으며, 개발된 액상화 평가방법들은 큰 지진규모(M=7.5)에 기초하고 있다. 국내에서도 1997년 실제적인 내진연구가 시작된 이래 액상화 평가의 구체적 규정이 제정되었으나, 내진설계기준에서는 실지진하중을 등가의 전단응력으로 간편화한 경험적인 방법과 실내진동실험에 의한 액상화 상세평가 방법을 통해 액상화 평가를 수행하도록 되어있다. 그러나 이러한 경우 실제 지진하중의 특성을 평가과정에서 반영하지 못하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 실제 지진파 고유의 특성을 적용한 진동삼축실험을 통하여 상대밀도와 실트질함유량의 변화에 따른 액상화 저항강도를 산정하였다. 실험결과를 토대로 국내의 대표적인 항만지역의 지진응답해석 결과와 비교 분석하여 중진지역에 적합한 액상화 평가 생략기준을 제시하였다. 또한 액상화 평가시 정현하중 사용의 문제점을 개선하기 위하여 쐐기하중 및 선형증가쐐기하중 실험을 수행하여 하중 변화에 따른 액상화 저항강도 특성을 분석하였다. Conventional methods for the assessment of liquefaction potential were primary for severe earthquake regions (M{\geq}7.5) such as North America and Japan. In Korea, an earthquake related research has started in 1997, but most contents in the guidelines were still quoted from literature reviews of North America and Japan, which are located in strong earthquake region. Those are not proper in a moderate earthquake regions including Korea. Also the equivalent uniform stress concept (Seed & Idriss, 1971) using regular sinusoidal loading which is used, in a conventional method for the assessment of liquefaction potential, can't reflect correctly the dynamic characteristics of real irregular earthquake motions. In this study, cyclic triaxial tests using irregular earthquake motions are performed with different earthquake magnitudes, relative densities, and fines contents. Assessment of liquefaction potential in moderate earthquake regions is discussed based on various laboratory test results. From the results, screening limits in seismic design were re-investigated and proposed using normalized maximum stress ratios under real irregular earthquake motions. Also from the tests using constant wedge loading and incremental wedge loading, the characteristics of liquefaction resistance of saturated sand under irregular ground motions are investigated.