복층 터널의 중간 슬래브 진동 감쇠 탄성 고무받침 유무에 따른 지진 응답 특성에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

복층 터널은 도시화와 교통량 증가로 인해 지하 공간 활용의 필요성이 대두됨에 따라 효과적인 대안으로 자리 잡았으며, 현대 도시 인프라의 핵심 요소로 부상하고 있다. 특히 중간 슬래브는 터널의 강성과 안정성을 결정짓는 주요 구성 요소로서, 교통 체증 완화와 공간 효율성 증대라는 목표 달성에 중요한 역할을 수행한다. 그 러나 지진 하중과 같은 동적 하중 조건에서는 중간 슬래브의 결속 조건 및 설계 방 식에 따라 구조적 성능이 크게 달라질 수 있다. 본 연구는 복층 터널 중간 슬래브 의 지지 조건(양단 고정, 일단 고정, 양단 탄성지지)과 진동 감쇠 탄성 고무받침의 적용 여부가 내진 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석한다. 이를 위해 실내 모형 진동대 실험, 원심 모형 실험, 실대형 진동대 실험의 3단계 실험을 수행하고, 수치해석을 병행하여 실험 결과를 검증한다. 실내 모형 진동대 실 험에서는 양단 고정과 양단 탄성지지의 두 가지 결속 조건에 따른 중간 슬래브의 진동 응답 특성을 분석하고, 각 결속 방식의 장단점을 도출한다. 원심 모형 실험에 서는 진동 감쇠 탄성 고무받침의 유무에 따른 내진 성능 차이를 정량적으로 평가하 여 탄성 고무받침의 효과를 검증한다. 마지막으로, 실대형 진동대 실험에서는 다양 한 지진파 입력 시나리오를 바탕으로 복층 터널의 최종 내진 성능을 종합적으로 검 증한다. 분석 결과, 양단 고정 조건은 중간 슬래브의 강성을 극대화하여 지진 하중에 대해 안정적인 반응을 보이지만, 과도한 응력 집중으로 인해 구조 손상의 가능성이 높다. 반면, 양단 탄성지지 조건은 슬래브에 유연성을 제공하여 응력 집중을 완화하고 지 진 하중을 효과적으로 분산시키는 데 유리하다. 또한, 진동 감쇠 탄성 고무받침을 적용한 경우 지진 하중에 의한 가속도와 변위 응답이 크게 감소하여 구조물의 안정 성과 내구성이 향상된다. 반대로, 탄성 고무받침이 없는 경우 지진 하중이 중간 슬 래브에 직접 전달되어 변위와 가속도가 증가하고 손상 가능성이 높아지는 경향을 보인다. 본 연구는 복층 터널 설계 시 중간 슬래브의 결속 조건과 진동 감쇠 탄성 고무받 침의 적용 여부를 결정하는 데 중요한 기준을 제공하며, 지진 하중을 고려한 구조 적 안정성을 강화하고 복층 터널의 안전성과 내구성을 극대화하기 위한 설계 및 시 공 지침을 제시한다. 연구 결과는 복층 터널의 내진 설계 기준 정립과 시공 지침 개발에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다. 주제어: 복층 터널, 진동대 실험, 원심모형실험, 진동 감쇠 탄성 고무받침, 내진성 능, 중간슬래브, 일단 고정, 양단 고정, 양단 탄성지지

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 3
• 1.3 연구 방법 5
• 1.3.1 문헌조사 및 이론적 분석 5
• 1.3.2 실험검증 5
• 1.3.3 수치해석 6
• 1.3.4 결과 검증 및 적용 6
• 제 2 장 문헌조사 및 이론적 분석 7
• 2.1 지진관련 문헌 연구 7
• 2.1.1 국내 지진 사례 7
• 2.1.2 국외 지진 사례 9
• 2.1.3 지하구조물과 지진과의 상관관계 11
• 2.2 진동대 실험 개요 14
• 2.2.1 진동대 실험 원리 15
• 2.2.2 진동대 실험의 상사법칙 16
• 2.3 원심모형실험의 개요 18
• 2.3.1 원심모형실험의 원리 19
• 2.3.2 원심모형실험 상사법칙 21
• 2.4 탄성받침 23
• 제 3 장 실내 모형 진동대 실험 26
• 3.1 실내 모형 진동대 실험 수행 26
• 3.1.1 실내 모형 진동대 실험 순서 28
• 3.1.2 실내 모형 진동대 실험에 사용된 지진파 32
• 3.1.3 실내 모형 진동대 실험결과 34
• 3.2 원심모형실험 수행 39
• 3.2.1 원심모형실험에 사용된 지진파 41
• 3.2.2 원심모형실험 실험방법 43
• 3.2.3 원심모형실험 실험결과 50
• 3.3 실대형 진동대 실험 수행 58
• 3.3.1 실험모형 제작 및 규격 58
• 3.3.2 실대형 진동대 실험방법 60
• 3.3.3 실대형 진동대 실험 계측기 설치 66
• 3.3.4 실대형 진동대 실험 결과 69
• 3.4 2차원 동적 수치해석 73
• 3.4.1 유한차분해석 73
• 3.4.2 수치해석 단면 및 입력 지반 정수 75
• 3.4.3 수치해석 모델링 76
• 3.4.4 초기지반조건 구현 77
• 3.4.5 복층터널 2차원 내진해석 결과 및 분석 79
• 제 4 장 결론 82
• 4.1 실내 모형 진동대 실험의 성과 82
• 4.2 원심모형실험의 성과 83
• 4.3 실대형 진동대 실험의 성과 83
• 4.4 2차원 유한요소 해석의 성과 84
• 4.5 최종결론 85
• 참고문헌 86
• Abstract 89