구조물의 시간이력 지진해석을 위한 암반지진기록의 특성분석

김용석 한국지진공학회 2008 한국지진공학회논문집 Vol.12 No.1

최근까지도 많은 시간이력 지진해석이 연약지반의 증폭영향을 고려하지 않고 연약지반 위 지표면에서 기록된 지진거동으로 수행되었다. 그러나 합리적인 구조물의 지진해석을 위해서는 지반조건을 고려하고 암반지진기록을 이용하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 연구를 위해 태평양지진연구센터(PEER)에서 제공하는 공개된 1557개의 지진기록 중에서 26개 암반지진기록을 선정하고 암반지진 기록의 특성을 분석하였다. 연구결과에 의하면, 지반조건을 고려하지 않고 지진규모로부터 지진가속도를 추정하는 것은 합리적이지 못하며, PEER 데이터베이스 암반지진기록으로는 지진가속도, 지진규모, 진앙거리 사이의 일반적인 상관관계를 추정하는 것도 어려운 것으로 평가되었다. 그러나 이 연구에서 선정한 26개 암반지진기록은 구조물-지반체계의 시간이력 지진해석을 위해 암반지진기록으로 사용할 수는 있지만, 이 지진기록을 사용할 때에도 지진가속도, 지진규모, 진앙거리 및 지반조건이 유사한 지진기록을 사용하는 것이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. Until recently lots of time-history seismic analyses were performed with the earthquake motions recorded at the soft soil surface without taking into account the effects of the soft soil amplification. However, it is important to utilize the bedrock seismic motions for the rational seismic analyses of a structure considering the site soil conditions. In this study, 26 bedrock earthquake records were selected from publicly available 1557 seismic records provided by the Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) for the study, and the characteristics of them were investigated. Study results showed that it is not reasonable to estimate earthquake acceleration intensity from the magnitude of an earthquake without considering the site soil conditions and it is also hard to draw any general relationships between earthquake acceleration intensity, earthquake magnitude and epicenter distance with bedrock earthquake records in the PEER database. However, 26 bedrock earthquake records selected in this study can be utilized for the time-history seismic analyses of a structure-soil system as bedrock earthquake ones, and it is also confirmed that it is necessary to take into account acceleration intensity, magnitude, epicenter distance and site conditions simultaneously for the proper use of those selected earthquake records.

지진취약도분석을 통한 교량의 지진위험도 평가

이진학,윤진영,윤정방 한국지진공학회 2004 한국지진공학회논문집 Vol.8 No.6

지진취약도 분석을 통하여 교량의 지진 위험도를 평가하였다. 지진취약도 분석에서는 교각 하부의 소성힌지의 거동을 주요 손상인자로 분석하였으며, 또한 한반도 지진재해지도를 근거로 하여 지진발생확률을 산정한 후 이들을 이용하여 교량의 성능단계에 따른 손상발생확률을 분석하였다. 이 연구에서는 교각에 직접 전달되는 지진이 아닌 암반노두에서의 지진의 최대지반가속도에 대하여 지진취약도를 분석하였으며, 비선형 지진해석을 위해서는 층상지반의 영향으로 증폭된 지진하중을 고려하였다. 제안된 방법으로 예제교량의 지진위험도를 분석하였으며, 면진받침이 설치된 교량에 대한 지진 위험도의 저감 효과를 정량적으로 분석하였고, 지진재해지도에서의 조건이 다른 지역에 시공되는 경우의 지진위험도를 분석함으로써 현 시방서의 타당성을 간접적으로 검토하였다. Seismic risk assessment of bridge is presented using fragility curves which represent the probability of damage of a structure virsus the peak ground acceleration. In theseismic fragility analysis, the structural damage is defined using the rotational ductility at the base of the bridge pier, which is obtained through nonlinear dynamic analysis for various input earthquakes. For the assessment of seismic risk of bridge, peak ground accelerations are obatined for various return periods from the seismic hazard map of Korea, which enables to calculate the probability density function of peak ground acceleration. Combining the probability density function of peak ground acceleration and the seismic fragility analysis, seismic risk assessment is performed. In this study, seismic fragility analysis is developed as a function of not the surface motion which the bridge actually suffers, but the rock outcrop motion which the aseismic design code is defined on, so that further analysis for the seismic hazard assessment may become available. Besides, the effects of the friction pot bearings and the friction pendulum bearings on the seismic fragility and risk analysis are examined. Lastly, three regions in Korea are considered and compared in the seismic risk assessment.

경주지역에서 발생한 3개 지진의 지진원 및 지진파전파 매질특성에 관한 연구

정제원,김준경 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.1

본 연구는 경주부근에서 일어난 3개의 지진 (1999년 4월 24일, 규모 3.3, 6개 관측소; 1999년 6월 2일, 규모 4.0, 14개 관측소; 1999년 9월 12일, 규모 3.2, 7개 관측소)으로부터 27개의 관측된 지반진동 자료를 이용하여 지진원 및 지진파감쇄특성 변수값을 분석하였다. 본 연구에서는 구하고자 하는 모든 값을 동시에 비선형적으로 분석하기 위해 LM (Levenberg -Marquardt) 역산방법을 적용하였고 전단파 에너지를 이용하였다. 3개지진의 평균 응력강하값은 약48-bar이고 본 연구에 이용된 모든 관측소 부지부근 지진파감쇄 {\kappa}값의 평균은 0.0312-sec로 분석되었다. 또한 광역 지진파감쇄값인 Qo 과 {\eta}값은 각각 417 및 0.83으로 분석되었다. 특히 지진파감쇄 {\kappa}값은 미국 동부지역 대푯값 보다 훨씬 크고 미국 서부지역 대푯값 보다 약간 작은 값을 보여주고 있어 관측소 부지증폭 특성에 대한 분석자료가 있으면 보다 의미있는 결과를 얻을 수 있다고 판단된다. 본 연구에서 분석된 지진원 및 지진파감쇄 특성 변수값들은 지배방정식의 차이 등으로 인해 기존의 연구결과와 일부 파라메타값에 있어서 다소 커다란 차이를 보여주고 있다. Parameters including the seismic sources and the elastic wave propagation characteristics were analysed using the observed ground motions from 3 Kyoungju region earthquakes. The Levenberg-Marquardt algorithm was applied to invert all the variables non-linearly and simultaneously with S wave energy In frequency domain. Average stress drop of 3 events and local attenuation parameter {\kappa} were estimated to about 48-bar and 0.0312 respectively. Regional attenuation parameter, Qo and {\eta}, were also estimated to be about 417 and 0.83. {\kappa} values are much higher than that of EUS, even though smaller than that of WUS. All these values resultant from this study show that there are differences in some parameters of other studios due to differences in the governing equation. of acceleration motions

신속 지진피해통보를 위한 지반가속도의 초당 최대값 구간적산 방법의 활용에 관한 연구

연관희 한국지진공학회 2012 한국지진공학회논문집 Vol.16 No.1

지반가속도의 초당 최대값은 최근 제정된 지진재해대책법에 따라 지진기록계로부터 통신망을 통해 방재청으로 실시간 제공되어야 한다. 본 연구에서는 현재 PGA를 기반으로 한 신속한 지진피해통보 용도로만 고려되고 있는 지반가속도의 초당 최대값의추가적인 활용성을 검토하고자, 국내외 강진자료 및 중소규모 지진자료에 대한 초당 100 샘플링된 지반가속도 자료의 1초 구간내 최대절대값을 30초 동안 적산한 결과(BSPGAk)를 CAV(Cumulative Absolute Velocity) 및 진도 등과 비교하였다. CAV는 진도와의 높은상관성으로 지진발생시 원자력발전소의 운전초과기준으로 사용되고 있으나, 계산시 초당 100 샘플링 이상의 많은 양의 지진파형 디지털자료를 필요로 하는 단점이 있다. 비교 결과 BSPGAk는 지진규모에 따른 지진동 수준과 상관없이 CAV와 전 범위에서 높은 상관성을나타내었으며, 다수의 관측소가 연계된 지진관측망 운영시 유용하게 활용될 수 있는 신속 지진피해평가 지진동 파라미터로 확인되었다.국내 중소규모 유감지진자료에 대한 지진진도 자료와의 비교결과, BSPGAk-진도 상관식을 이용한 진도추정 오차는 CAV-진도 상관식의진도추정 오차와 유사하였으며, PGA-진도 상관식보다 진도를 신뢰성 있게 추정하였다. In an effort to further exploit the peak ground-motion acceleration (PGA) information per second available in real time by the enacted law, bracketed summations of the PGA per second (BSPGAk) for 30 seconds based on the records with a rate of 100 samples were compared with the cumulative absolute velocity (CAV) and earthquake intensities based on a worldwide database of records from small-to-large earthquakes. The CAV, currently in use as an earthquake damage indicator for nuclear power plants due to its strong correlation with the earthquake intensity, has the disadvantage of requiring a massive amount of digital data with a rate of more than 100 samples per second. The comparative study shows that the BSPGAk is well correlated with the CAV over the wide range of strong ground-motion levels, which suggests that the BSPGAk is one of the new promising ground-motion parameters especially useful for rapid earthquake alert notifications through an earthquake monitoring network. Based on the domestic database of records from small-to-moderate earthquakes with felt reports, it is also observed that the BSPGAk is comparable to the CAV and better than the PGA in predicting the intensity by using the correlation relation.

후쿠오카 지역에서 발생한 12개 지진의 지진원 및 지진파 감쇠값에 관한 연구

김준경 한국지진공학회 2007 한국지진공학회논문집 Vol.11 No.1

Parameters including the seismic sources and the elasticwave propagation characteristics were analysed usingthe observed ground motions from 12 Fukuoka region earthquakes.The Levenberg-Marquardt algorithm was applied to invert allthe variables non-linearly and simultaneously with S wave nergy in frequency domain. Average stress drop of 12 events and localto about 79.2-bar and 0.043 respectively. Regional attenuation κparameter, Qo and , were also estimated to be about 248.1 and 0.558 respectively. Low value of Qo sems to caused byηinhomogeneous tectonic haracteristics betwen Japan island and southern Korean peninsula. values are much higher than thatκcharacterizing EUS (Eastern United States) region, and nearly similar to that of WUS (Westeinformations on site specific amplification of all the seismic stations are known, values can be stimated more precisely. Alκthe values including the seismic sources and the site and crustalscale propagation characteristics can be used as seismic designparameters. 본 연구는 2005년 3월부터 약 2개월에 걸쳐 후쿠오카 지역에서 짧은 기간에 발생한 12개의 지진으로부터 관측된 154개의 지반진동 자료를 이용하여 지진원 및 지진파 감쇠와 관련된 값들을 분석하였다. 본 연구에서는 구하고자 하는 모든 값을 동시에 비선형적으로 분석하기 위해 LM (Levenberg -Marquardt) 역산방법을 적용하였고 전단파 에너지를 이용하였다. 분석결과 12개 지진의 응력강하값의 평균은 약 79.2-bar이고 부지 하부 지진파 감쇠값 κ의 평균값은 0.043으로 분석되었다. 또한 광역적인 지진파 감쇠를 나타내는 Qo 와 η값은 각각 248.1 및 0.558로 분석되었다. Qo 과 η값은 지진파의 경로중 일부가 동해를 거치기 한반도 남동부의 지진파 전파의 특성뿐만 아니라 일본과 한반도 사이의 지체구조의 차이로 인한 불균질 특성도 포함하고 있는 것으로 판단된다. 특히 관측소부지 하부의 지진파 감쇠값 κ의 평균값은 미국 동부지역 대표값 보다 훨씬 크고 미국 서부지역 대표값보다 거의 유사한 값을 보여 주었으며 각각 관측소 부지 고유의 증폭에 대한 정확한 정보가 있으면 보다 의미있는 결과를 얻을 수 있다고 판단된다.

경험자료에 의한 동해안의 지진해일 재해도 평가

김민규,최인길,강금석 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.4

본 연구에서는 지진해일에 의한 원자력발전소의 확률론적 안전성 평가를 위하여 필수적으로 도출해야 하는 지진해일 재해도 곡선을 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 1900년도 이후에 기록된 동해안에서의 지진해일 기록과 1900년도 이전에 역사지진기록에서 찾을 수 있는 지진해일 기록을 이용하여 지진해일에 의한 최대파고에 대한 재현주기를 산정하고자 하였다. Power law, upper-truncated power law 그리고 지수함수에 의해서 추세선을 작성하였으며 그 결과를 비교하였다. 동해안에서 발생한 지진해일의 기록이 10건 내외에 불과하므로 기록에 의한 지진해일 재해도 곡선추정 연구에 제한이 있으나 국내에는 지진해일의 재해도곡선 추정에 관한 연구가 전무한 현실이므로 지진해일 확률론적 안전성 평가를 위한 초석을 놓은 것으로 판단된다. In this study, a tsunami hazard curve was determined for a probabilistic safety assessment (PSA) of a tsunami event at a Nuclear Power Plant site. A Tsunami catalogue was developed by using the historical tsunami record prior to 1900 and the instrumental tsunami record after 1900. For the evaluation of the return period of the tsunami run-up height, power-law, upper-truncated power law and exponential function were considered for the assessment of regression curves and each result was compared. Although there were in total only 9 tsunami records on the east coast of Korea during the time period of the tsunami catalogue, there is no research like this about tsunami hazard curve evaluation, so this research lays a foundation for probabilistic tsunami hazard assessment (PTHA)

Inelastic Response Spectra Due to the Weak Earthquakes Considering the Nonlinear Soft Soil Layer

Kim Yong Seok 한국지진공학회 2003 한국지진공학회논문집 Vol.7 No.4

강진을 고려한 지진설계 규준은 약진지역에서는 불필요한 경제적 손실을 가져을 수 있고, 지반-구조물 상호작용을 고려한 성능기준 설계가 합리적인 지진설계를 위해서 중요하다는 것이 인식되었다. 이 연구에서는 연약지반 위에 놓인 단자유도계의 탄성, 비탄성 지진응답 해석을 지반의 비선형성을 고려하여 최대지진가속도를 0.07g와 0.11g로 조정한 11개 약진에 대해 수행하였다. 지진응답해석은 지반-구조물체계에 대해 유사 3차원 동적해석 프로그램으로 암반에 지진기록을 입력하여 한 단계에 일괄적으로 수행하였다. 연구 결과에 의하면 고정지반이나 선형지반을 가정한 지진응답 스펙트럼은 구조물-지반체계의 실제적인 거동을 보여주지 못하는 것으로 나타났으며, 합리적인 지진설계를 위해서는 지진규준에 정해진 일상적인 설계절차에 다라서 수행하는 것보다 다른 성질을 가진 여러 지반에 대해서 성능기준 지진설계를 수행하는 것이 필요하다. 약진을 받는 연약지반의 비선형성도 입력지진동을 증폭시켜 탄성, 비탄성 지진응답 스펙트럼에 심하게 영향을 미쳤으며, 그 현상은 특히 탄성 응답스펙트럼에서 두드러졌다. Seismic design codes developed taking into account the strong earthquakes may result in unnecessary economical loss in the low seismic area, and the importance of the performance based design considering the soil-structure interaction is recognized for the reasonable seismic design. In this study. elastic and inelastic seismic response analyses of a single degree of freedom system on the soft soil layer were performed considering the nonlinearity of the soil for the 1 weak earthquakes scaled to the nominal peak accelerations of 0.07g and 0.11g. The seismic response analyses were performed in one step applying the earthquake motions to the bedrock, utilizing a pseudo 3-D dynamic analysis software of the soil-structure system. The study results indicated that seismic response spectra of a system assuming the rigid base or the linear soil layer does not represent the true behavior of a structure-soil system, and it is necessary to take into account the nonlinear soil-structure interaction effects and to perform the performance based seismic design for the various soil layers, having different characteristics, rather than to follow the routine design procedures specified in the design codes for the reasonable seismic design. The nonlinearity of the soft soil excited with the weak seismic motions also affected significantly on the elastic and inelastic seismic response spectra of a system due to the nonlinear soil amplification of the earthquake motions, and it was pronounced especially for the elastic response spectra.

설계용 스펙트럼에 적합한 인공지진동을 입력한 철근콘크리트 구조물의 지진응답 특성의 고찰

전대한,강호근 한국지진공학회 2008 한국지진공학회논문집 Vol.12 No.1

건축물의 지진응답해석에서 입력지진동은 구조물의 비선형 응답에 중요한 영향을 미치는 요소이다. 지진동의 특성은 표층지반의 성질과 국부적인 지반 조건에 따른 여러 가지 인자에 의해 그 특성이 결정되기 때문에 구조물의 지진응답해석에서 일반성을 갖는 입력지진동을 선정하는 것은 매우 어려운 문제이다. 본 논문은 내진설계용 스펙트럼에 적합한 인공지진동파형을 작성한 후, 작성된 인공지진동에 의한 철근콘크리트 다층 골조구조물의 탄소성 응답특성을 분석한 것이다. 여기서 작성된 인공지진동파형은 과거 비교적 큰 규모의 지진에서 얻어진 기록지진동과 동일한 위상각을 가지며, 감쇠정수 h=5%일 때의 내진설계용 스펙트럼과 거의 일치하도록 작성하였다. 입력지진동의 탄성 가속도 응답스펙트럼이 동일한반면, 각 입력지진동띄 위상특성이 다른 인공지진동을 입력하여 다자유도 골조 구조물의 지진응답을 분석하여 건축물의 내진설계용 지진동으로서 타당성을 확인하는 것이 목적이다. 본 논문에서 작성된 인공지진동은 기록지진동에 비해 지진응답치가 안정된 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 그러므로 다층 골조구조물의 비선형 지진응답해석용 입력지진동으로 타당성이 높다고 사료되며, 비선형 지진응답해석용 입력지진동의 강도를 탄성 가속도 응답스펙트럼으로 규준화 하는 것이 합리적이라고 사료된다. In seismic response analysis of building structures, the input ground accelerations have considerable effect on the nonlinear response characteristics of structures. The characteristics of soil and the locality of the site where those ground motions were recorded affect on the contents of earthquake waves. Therefore, it is difficult to select appropriate input ground motions for seismic response analysis. This study describes a generation of artificial earthquake wave compatible with seismic design spectrum, and also evaluates the seismic response values of multistory reinforced concrete structures by the simulated earthquake motions. The artificial earthquake wave are generated according to the previously recorded earthquake waves in past major earthquake events. The artificial wave have identical phase angles to the recorded earthquake wave, and their overall response spectra are compatible with seismic design spectrum with 5% critical viscous damping. The input ground motions applied to this study have identical elastic acceleration response spectra, but have different phase angles. The purpose of this study is to investigate their validity as input ground motion for nonlinear seismic response analysis. As expected, the response quantifies by simulated earthquake waves present better stable than those by real recording of ground motion. It was concluded that the artificial earthquake waves generated in this paper are applicable as input ground motions for a seismic response analysis of building structures. It was also found that strength of input ground motions for seismic analysis are suitable to be normalize as elastic acceleration spectra.

지진재해도의 백분위수 분석 방법 비교

이현미,서정문,김민규,최인길 한국지진공학회 2011 한국지진공학회논문집 Vol.15 No.2

확률론적 지진재해도 분석은 지진자료에 내재된 필연적인 불확실성을 효과적으로 반영하기 위한 방법으로, 다수의 지진 지체 모델과 감쇄식이 가중치와 함께 고려된다. 확률론적 지진재해도 분석을 통하여 산출된 재해도는 일반적으로 최대지반가속도에 대한 값으로, 연초과확률로 표시된다. 또 다수의 지진자료에 의해 발생되는 재해도의 불확실성 범위를 표시하기 위하여 평균 재해도 곡선뿐 아니라 15, 50, 85 백분위수의 곡선도 함께 도시한다. 따라서 백분위수는 산출된 재해도의 불확실성 범위를 나타내는 중요한 역할을 수행하게 되며 지진자료에 의한 가중치와 산출된 재해도의 관계를 이용한 여러 가지 방법에 의해 계산된다. 본 연구에서는 백분위수 분석 방법으로 중요도 누적법, 재해도 가중법, 최우법, 적률법을 선정하여 신울진 1,2호기의 확률론적 지진재해도분석으로 산출된 재해도의 백분위수를 계산 하였다. 전반적으로 중요도 누적법, 재해도 가중법, 최우법으로 계산된 백분위수 곡선의 경향이 유사하게 나타났으며 실제 산출된 전체 재해도의 특성을 잘 반영하였다. 적률법으로 계산된 백분위수는 평균 재해도에 가장 큰 영향을 미치는 부지를 포함한 지진원에 대한 재해도를 효과적으로 나타냈다. 본 연구에서는 전체 지진원과 부지를 포함한 지진원에 대한 평균 재해도가 거의 같게 나타나는 점을 고려하여 부지를 포함한 지진원의 재해도를 백분위수에 잘 반영하는 적률법을 효과적인 백분위수 산출방법으로 제시하였다. Probabilistic seismic hazard analysis (PSHA), which can effectively apply inevitable uncertainties in seismic data, considers a number of seismotectonic models and attenuation equations. The calculated hazard by PSHA is generally a value dependent on peak ground acceleration (PGA) and expresses the value as an annual exceedance probability. To represent the uncertainty range of a hazard which has occurred using various seismic data, a hazard curve figure shows both a mean curve and percentile curves (15, 50, and 85). The percentile performs an important role in that it indicates the uncertainty range of the calculated hazard, could be calculated using various methods by the relation of the weight and hazard. This study using the weight accumulation method, the weighted hazard method, the maximum likelihood method, and the moment method, has calculated the percentile of the computed hazard by PSHA on the Shinuljin 1, 2 site. The calculated percentile using the weight accumulation method, the weighted hazard method, and the maximum likelihood method, have similar trends and represent the range of all computed hazards by PSHA. The calculated percentile using the moment method effectively showed the range of hazards at the source which includes a site. This study suggests the moment method as effective percentile calculation method considering the almost same mean hazard for the seismotectonic model and a source which includes a site.

공백역 지진에 의한 동해에 연한 해안에서의 지진해일 위험도 산정

최병호,에핌페리놉스키,이제신,우승범 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.5

전회의 논문(Choi et al)에 이어 본 논문에서는 동해에서의 가상해저지진에 의한 지진해일의 예단적 특성을 동해에 연한 전해안에 걸쳐 논하였는데 재해를 유발시킬 수 있는 지진해일의 근원역은 공백역이론으로부터 선택되었다. 선형장파이론에 근거한 수치모형을 채택하여 28개의 선정된 자세한 단층 파라미터를 갖는 가상지진(4경우 실제지진 포함)과 단순화시킨 형태의 초기 수면형에 의한 76개 사상의 지진해일 시뮬레이션을 수행하여 전파 및 해안에서의 지진해일의 파고를 산정하는 데 적용 되었다. 결과로서 동해에 연한 전해안 전역에 전파되는 지진해일의 특성과 해안역에서의 지진해일의 파고 분포가 산정되어 지진해일 재해위험도가 상대적으로 낮은 지리적 위치를 구획화하여 제시함으로써 해안재해경감대책의 도구로서 활용될 수 있게 하였다. Prognostic characteristics of hypothetical tsunamis in the East Sea are further discussed based on numerical simulations using linear long wave theory than the last paper(Choi et al). As for choice of source zones, we used 28 cases based on fault parameters of hypothetical earthquakes and 76 cases based on simple initial surface shapes of tsunamigenic earthquakes selected by the seismic gap theory. As a result, the wave heights along the whole coastline adjacent to the East See of tsunamis due to these hypothetical earthquake are presented. Analyses also lead us to conclude that the selection of geographical zones with low risk of tsunamis can be used as a tool for coastal disaster mitigation planning.