지진동으로 인한 개착식터널의 동적 거동특성을 파악하기 위해 Prototype터널 폭이 약 14.2m, 높이가 약 8.5m를 1/40sca1e로 축소제작한 모형체의 진동대 실험을 수행하였으며 본 실험에서는 터널의 토피고 및 원지반의 경사각에 따른 영향을 분석하였으며 이를 동적수치해석결과와 비교 분석하였다. 진동대 실험결과 터널의 토피고가 증가할수록 터널에 발생되는 응력 및 가속도는 감소하는 것으로 나타났으며 이는 터널의 설치심도가 증가할수록 주변지반의 구속효과가 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 원지반의 경사가 완만할수록 터널에 발생되는 응답치는 증가하는 경향을 보이고 있는데 이는 지진동으로 인한 주변지반의 구속효과가 원지반의 영향 보다는 되메움토사의 영향을 지배적으로 받기 때문인 것으로 판단된다. 또한 진동대실험결과 및 상시조건의 구조해석결과와 비교하면 터널의 토피고가 터널직경의 1배(1D)이상 확보되는 조건일 경우, 지진동이 터널에 미치는 영향이 적은 것으로 나타났다.
지진동으로 인한 개착식터널의 동적 거동특성을 파악하기 위해 Prototype터널 폭이 약 14.2m, 높이가 약 8.5m를 1/40sca1e로 축소제작한 모형체의 진동대 실험을 수행하였으며 본 실험에서는 터널의 토피고 및 원지반의 경사각에 따른 영향을 분석하였으며 이를 동적수치해석결과와 비교 분석하였다. 진동대 실험결과 터널의 토피고가 증가할수록 터널에 발생되는 응력 및 가속도는 감소하는 것으로 나타났으며 이는 터널의 설치심도가 증가할수록 주변지반의 구속효과가 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 원지반의 경사가 완만할수록 터널에 발생되는 응답치는 증가하는 경향을 보이고 있는데 이는 지진동으로 인한 주변지반의 구속효과가 원지반의 영향 보다는 되메움토사의 영향을 지배적으로 받기 때문인 것으로 판단된다. 또한 진동대실험결과 및 상시조건의 구조해석결과와 비교하면 터널의 토피고가 터널직경의 1배(1D)이상 확보되는 조건일 경우, 지진동이 터널에 미치는 영향이 적은 것으로 나타났다.
This research is aimed at investigating the dynamic response of cut-and-cover tunnel to seismic waves. We carried out shaking table test which is used a 1/40-scale(the width of prototype tunnel is about 14.2m, the height is about 8.5m) model for this research, and we analyzed the effect of depth of ...
This research is aimed at investigating the dynamic response of cut-and-cover tunnel to seismic waves. We carried out shaking table test which is used a 1/40-scale(the width of prototype tunnel is about 14.2m, the height is about 8.5m) model for this research, and we analyzed the effect of depth of tunnel and slope of the ground in relation to the dynamic responses of tunnel. As a result of the test, the stress and acceleration along the tunnel decreased accordingly to the depth of increment, and this phenomenon is caused by the increase of the confining effect of ground. Also, the dynamic responses of tunnel showed a tendency to rise according as ground declined gently. In comparison the result of shaking table test with that of structural analysis on ordinary condition, we conclude that seismic waves do not affect cut-and-cover tunnel when the depth of tunnel is over the diameter of tunnel.
This research is aimed at investigating the dynamic response of cut-and-cover tunnel to seismic waves. We carried out shaking table test which is used a 1/40-scale(the width of prototype tunnel is about 14.2m, the height is about 8.5m) model for this research, and we analyzed the effect of depth of tunnel and slope of the ground in relation to the dynamic responses of tunnel. As a result of the test, the stress and acceleration along the tunnel decreased accordingly to the depth of increment, and this phenomenon is caused by the increase of the confining effect of ground. Also, the dynamic responses of tunnel showed a tendency to rise according as ground declined gently. In comparison the result of shaking table test with that of structural analysis on ordinary condition, we conclude that seismic waves do not affect cut-and-cover tunnel when the depth of tunnel is over the diameter of tunnel.
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문제 정의
따라서 지진시 구조물의 거동 특성을 보다 정확히 파악하기 위해서는 실제 지진시 구 조물의 거동을 계측치를 통하여 분석하는 것이 가장 적 당할 것으로 판단된다. 그러나 우리나라의 지진발생 현 황으로는 불가능하기 때문에 본 연구에서는 개착식 터 널을 일정 크기로 축소 모델링한 실험체를 이용한 진동 대 실험을 통해 지진시 개착식터널의 거동을 분석하고 자 한다. 그러나 이러한 진동대 실험 역시 모델 실험체 제작시 사용되는 Similitude Rule의 정밀도에 따라 많은 오차를 포함하고 있기 때문에 실험에서 얻어진 결과치 가 정확하다고는 볼 수 없다.
따라서 이러한 지진발생 현황으로 인해 국내의 구조물 내진설 계기준이 한층 강화되고 있는 현실이나 국내의 내진설 계기준은 지상구조물위주로 제시되어 있어 개착식 터 널과 같은 천층에 시공되는 지중구조물의 내진설계에 대한 기준은 거의 정립되어 있지 않다. 따라서 본 연구 에서는 천층에 시공되는 개착식터널의 지진시 거동특 성을 분석하고자 한다. 이를 위한 방법으로는 수치해석 적 분석이 있는데 이는 이론에 근거한 분석기법으로 이 론적 한계로 인해 실제 지진시 거동과는 어느정도 차이 가 있을 것으로 판단된다.
그러나 이러한 진동대 실험 역시 모델 실험체 제작시 사용되는 Similitude Rule의 정밀도에 따라 많은 오차를 포함하고 있기 때문에 실험에서 얻어진 결과치 가 정확하다고는 볼 수 없다. 따라서 본 연구에서는 진 동대 실험결과의 정량적 분석 보다는 지진으로 인한 지 증구조물의 거동 경향에 대한 분석을 주목적으로 하고 자 한다. 또한 지진하중을 고려하지 않은 조건에서의 구 조해석과 진동대실험 결과를 비교 분석하여 지진동이 지배적인 영향을 미치는 토피고조건을 분석하고자 한 다
0g, 최 대 주파수 는 50Hz로 2축방향으로 진동을 가할수 있는 진동시험 대를 사용하였다. 또한 본 실험에서는 터널의 횡방향에 대한 지진하증 작용시 터널의 동적거동 특성을 분석하 기 위하여 터널의 횡단방향에 대한 입력지진동을 이용 하여 실험하였다. 본 실험에서 사용된 진동대의 상세한 제원은 다음의 그림 2와 같다.
따라서 본 연구에서는 진 동대 실험결과의 정량적 분석 보다는 지진으로 인한 지 증구조물의 거동 경향에 대한 분석을 주목적으로 하고 자 한다. 또한 지진하중을 고려하지 않은 조건에서의 구 조해석과 진동대실험 결과를 비교 분석하여 지진동이 지배적인 영향을 미치는 토피고조건을 분석하고자 한 다
본 연구에서는 지진동 발생시 개착식터널의 동적거 동 특성을 파악하기 위해 l/40Scale 의 실험체를 이용한 진동대 실험을 수행하였으며 이에 대한 결과를 요약 정 리하면 다음과 같다.
가설 설정
상시조건에 대한 구조해석시 사용된 되메움토사의 단위중량은 1.6由irf으로 이는 진동대 실험시 측정된 값 을 이용하였으며 내부마찰각은 30° 로 가정하여 SAP90 을 이용한 구조해석을 수행하였다. 또한 구조물의 단면 성능은 다음의 표 2와 같다.
제안 방법
개착식 터널의 지진시 거동특성을 분석하기 위해 본 연구에서는 l/40Scale로 축소 제작된 실험체를 이용하 여 터널의 상부 토피고별, 원지반의 굴착경사별, 입력 가속도별, 입력 주파수별로 진동대 실험을 수행하였으 며 진동실험의 신뢰성을 확인하기 위해 진동대 실험과 동일한 조건으로 수치해석을 수행하여 여기서 얻어진 구조물의 응답치와 실험에 의한 응답치를 비교하였다. 또한 지진동이 개착식터널에 지배적인 영향을 미치는 조건에 대한 분석을 위해 지진하중을 고려하지 않은 조 건 즉, 일반적으로 상시시 개착식터널의 설계를 목적으 로 하는 해석방법과 동일한 조건으로 구조해석을 수행 하여 실험에 의한 값과 구조해석에 의한 값을 비교분석 하였다.
1g간격 으로 매단계 마다 5초간 가진하였다. 그 후 주파수를 한 단계씩 올려 동일한 방법으로 진동실험을 수행하였다. 이상과 같은 방법으로 하나의 Case가 종료가 되면 다시 되메움 토사의 높이를 한단계 올려 실험을 수행하였으 며 매단계 마다 실험을 수행하기 전에 되메움토사를 완 전히 교란시킨 상태에서 0.
따라서 본 연구에서도 이러한 파형의 특성을 반영한 Sine Wave를 이용하여 실험을 수 행하였다. 그러나 입력가속도는 본 실험이 lg조건에 의 한 진동대 실험이므로 별도의 Scale조정은 필요없으나 본 연구에서는 가속도 변화에 따른 개착식터널의 거동 을 분서하기 위해 0.1g에서 0.4g까지 0.1g씩 증가하며 진동대 실험을 수행하였다.
75m. 높이 0.7m, 길이 1.22m이며 원지반의 경사각에 따른 터널의 영향을 분석하기 위하여 원지반 경사가 1:0.0, 1:0.6, 1:1.2의 블록을 별도로 제작하여 각각의 경사각별 진동 실험을 수행하였다. 실험체의 전면과 후면에는 20mm두 께의 투명 아크릴 판을 설치하여 토사유실을 방지토록 제작하였으며 총 14개의 철봉을 이용하여 아크릴판과 실험체를 고정시켰다.
그러나 본 실험에서 사용된 Scale Factor가 1/40 이므로 지진파를 Similitude Rule로 변환시켜 실험에 이 용하는 것은 매우 곤란할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 우리나라의 내진설계기준에 적합한 인공지 진파의 특성을 반영한 Sine Wave를 이용하여 진동대 실 험을 수행하였다. 즉 국내 내진설계기준에 의하면 지반 조건이 보통암, 지진구역 I지역인 1등급구조물에 대한 인공합성지진파의 탁월주파수가 약 22Hz정도이고 지 진지속시간이 약 24sec로 산정되므로 이를 Similitude Rule에 의한 Sine Wave로 작성할 경우, Sine Wave의 주 파수(厂。吶二如-爲)는 약 14Hz이고 지진동 지속시간 이 약 Ssec로 변환된다.
즉 국내 내진설계기준에 의하면 지반 조건이 보통암, 지진구역 I지역인 1등급구조물에 대한 인공합성지진파의 탁월주파수가 약 22Hz정도이고 지 진지속시간이 약 24sec로 산정되므로 이를 Similitude Rule에 의한 Sine Wave로 작성할 경우, Sine Wave의 주 파수(厂。吶二如-爲)는 약 14Hz이고 지진동 지속시간 이 약 Ssec로 변환된다. 따라서 본 연구에서도 이러한 파형의 특성을 반영한 Sine Wave를 이용하여 실험을 수 행하였다. 그러나 입력가속도는 본 실험이 lg조건에 의 한 진동대 실험이므로 별도의 Scale조정은 필요없으나 본 연구에서는 가속도 변화에 따른 개착식터널의 거동 을 분서하기 위해 0.
터널과 아크릴판의 마찰저항을 최소화하기 위해 터널의 단부에 윤활제를 바른 스폰지 를 설치하였다. 또한 본래 산악지형에서 개착식터널이 설치되는 원지반 조건은 매우 양질의 암반조건으로 구 성되는 것이 일반적이므로 이러한 조건에서 지진동이 발생할 경우 지진동으로 인한 절대변위는 발생하지만 상대변위의 발생은 매우 미미하므로 본 실험에서도 실 험체의 절대변위만 발생시킬수 있도록 원지반에 대한 실험체를 제작하였다.
개착식 터널의 지진시 거동특성을 분석하기 위해 본 연구에서는 l/40Scale로 축소 제작된 실험체를 이용하 여 터널의 상부 토피고별, 원지반의 굴착경사별, 입력 가속도별, 입력 주파수별로 진동대 실험을 수행하였으 며 진동실험의 신뢰성을 확인하기 위해 진동대 실험과 동일한 조건으로 수치해석을 수행하여 여기서 얻어진 구조물의 응답치와 실험에 의한 응답치를 비교하였다. 또한 지진동이 개착식터널에 지배적인 영향을 미치는 조건에 대한 분석을 위해 지진하중을 고려하지 않은 조 건 즉, 일반적으로 상시시 개착식터널의 설계를 목적으 로 하는 해석방법과 동일한 조건으로 구조해석을 수행 하여 실험에 의한 값과 구조해석에 의한 값을 비교분석 하였다.
본 실험에서는 지진동으로 인한 터널의 영향을 분석 하기 위해 터널 외측면에 총 3개의 가속도계를 터널 천 단부, 어깨부, 측벽부에 설치하였으며 지진동으로 인해 터널에 발생되는 응력을 파악하기 위해 총 8개의 Strain Gage를 터널 천단부에 1개, 어깨부에 6개, 측벽부에 1개 씩 설치하였다. 본 실험 에서 사용된 Strain Gage는 일본 Tokyo Sokki KenkyujoS] 전기식 소성게이지를 사용하 였다.
본 절에서는 진동대실험에서 얻어진 결과를 Scale Factor 를 고려하여 실물크기의 개착식 터널에 발생될 것으로 예상되는 응력을 산정하였으며 여기서 얻어진 터널의 최대응력과 상시조건의 구조해석결과와 비교 분석하여 지진동이 개착식터널에 지배적인 영향을 미칠 수 있는 조건에 대해 분석하였다.
상기와 같은 제원으로 제작된 모델 실험체를 이용한 진동대 실험절차는 터널 모형체 및 계측기를 설치한 후, 계측기의 이상유무를 미리 검증한 다음 실험에 사용된 모래인 주문진 표준사를 일정한 높이에서 강사하여 되 메움 토사를 포설하였다. 이렇게 포설된 토사는 상대밀 도가 느슨한 상태이므로 이를 일정한 다짐도의 되메움 상태로 조성하기 위해 0.
6t/nf정도의 다짐상태로 조성된 것으로 확인되었다. 이러한 방법에 의해 되메움토사를 조성한 후에 입력주 파수를 일정한 값으로 출력될 수 있도록 고정시켜 놓은 상태로 입력가속도를 0.1g에서 부터 0.4g까지 0.1g간격 으로 매단계 마다 5초간 가진하였다. 그 후 주파수를 한 단계씩 올려 동일한 방법으로 진동실험을 수행하였다.
상기와 같은 제원으로 제작된 모델 실험체를 이용한 진동대 실험절차는 터널 모형체 및 계측기를 설치한 후, 계측기의 이상유무를 미리 검증한 다음 실험에 사용된 모래인 주문진 표준사를 일정한 높이에서 강사하여 되 메움 토사를 포설하였다. 이렇게 포설된 토사는 상대밀 도가 느슨한 상태이므로 이를 일정한 다짐도의 되메움 상태로 조성하기 위해 0.3g, 1가Iz의 가진조건으로 3분 간 진동을 가하였다. 이러한 방법에 의해 조성된 되메움 토사의 밀도를 측정한 결과, 토사의 건조단위 중량이 약 1.
본 연구에서 수행된 진동대 실험결과의 신뢰성을 확 인하기 위하여 진동대 실험에서 사용된 실험체와 동일 한 조건을 동적 수치해석 모델에 적용하여 실험에 의한 결과와 동적 수치해석결과를 비교분석하였다. 이를 위 하여 선정한 실험모델은 진동대에서 측정된 출력가속 도 파형을 활용하였으며 0.2g 및 16Hz의 Sine Wave조 건을 이용하여 터널상부의 토피고가 터널직경의 1배 (1D)인 경우에 대해 수치해석을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 수치해석용 Progmm은 AFIMEX로 동적해석에 사 용되는 Main Solver는 FLUSH(1975, U.
그 후 주파수를 한 단계씩 올려 동일한 방법으로 진동실험을 수행하였다. 이상과 같은 방법으로 하나의 Case가 종료가 되면 다시 되메움 토사의 높이를 한단계 올려 실험을 수행하였으 며 매단계 마다 실험을 수행하기 전에 되메움토사를 완 전히 교란시킨 상태에서 0.3g, 1가Iz의 가진조건으로 밀 도가 일정하게 유지되도록 재조성하였다.
실험체의 전면과 후면에는 20mm두 께의 투명 아크릴 판을 설치하여 토사유실을 방지토록 제작하였으며 총 14개의 철봉을 이용하여 아크릴판과 실험체를 고정시켰다. 터널과 아크릴판의 마찰저항을 최소화하기 위해 터널의 단부에 윤활제를 바른 스폰지 를 설치하였다. 또한 본래 산악지형에서 개착식터널이 설치되는 원지반 조건은 매우 양질의 암반조건으로 구 성되는 것이 일반적이므로 이러한 조건에서 지진동이 발생할 경우 지진동으로 인한 절대변위는 발생하지만 상대변위의 발생은 매우 미미하므로 본 실험에서도 실 험체의 절대변위만 발생시킬수 있도록 원지반에 대한 실험체를 제작하였다.
대상 데이터
본 실험에서는 지진동으로 인한 터널의 영향을 분석 하기 위해 터널 외측면에 총 3개의 가속도계를 터널 천 단부, 어깨부, 측벽부에 설치하였으며 지진동으로 인해 터널에 발생되는 응력을 파악하기 위해 총 8개의 Strain Gage를 터널 천단부에 1개, 어깨부에 6개, 측벽부에 1개 씩 설치하였다. 본 실험 에서 사용된 Strain Gage는 일본 Tokyo Sokki KenkyujoS] 전기식 소성게이지를 사용하 였다.
본 연구에서 사용된 진동시험대는 크기가 2mX2m, 최대 시 험하중은 5ton, 최대 가속도는 1.0g, 최 대 주파수 는 50Hz로 2축방향으로 진동을 가할수 있는 진동시험 대를 사용하였다. 또한 본 실험에서는 터널의 횡방향에 대한 지진하증 작용시 터널의 동적거동 특성을 분석하 기 위하여 터널의 횡단방향에 대한 입력지진동을 이용 하여 실험하였다.
2의 블록을 별도로 제작하여 각각의 경사각별 진동 실험을 수행하였다. 실험체의 전면과 후면에는 20mm두 께의 투명 아크릴 판을 설치하여 토사유실을 방지토록 제작하였으며 총 14개의 철봉을 이용하여 아크릴판과 실험체를 고정시켰다. 터널과 아크릴판의 마찰저항을 최소화하기 위해 터널의 단부에 윤활제를 바른 스폰지 를 설치하였다.
진동대 실험에서 사용된 개착식터널의 모형 실험체 는 2차선 도로터널을 1/40( A = 40)의 Scale로 축소 제작 한 실험체를 사용하였다. 즉, Prototype터널의 폭이 약 14.2m, 높이가 약 8.5m이며 이를 l/40scaIe로 제작한 터 널모형의 폭이 약 0.33m, 높이가 약 0.2m 인 규격으로 터널모형체를 제작하여 실험에 사용하였다. 또한 실험 체의 제원은 다음의 그림에서와 같이 폭 1.
진동대 실험에서 사용된 개착식터널의 모형 실험체 는 2차선 도로터널을 1/40( A = 40)의 Scale로 축소 제작 한 실험체를 사용하였다. 즉, Prototype터널의 폭이 약 14.
진동대 실험에서 사용된 터널의 제원은 Proto句pe을 l/40Scale로 축소제작한 터널을 사용하였다. 그러나 원 래의 개착식 터널재료는 콘크리트이므로 이를 Prototype 과 동일한 재료로 터널의 모형을 제작할 경우, 터널단면 의 두께가 매우 적어 제작상의 어려운 점이 있다.
데이터처리
본 연구에서 수행된 진동대 실험결과의 신뢰성을 확 인하기 위하여 진동대 실험에서 사용된 실험체와 동일 한 조건을 동적 수치해석 모델에 적용하여 실험에 의한 결과와 동적 수치해석결과를 비교분석하였다. 이를 위 하여 선정한 실험모델은 진동대에서 측정된 출력가속 도 파형을 활용하였으며 0.
이론/모형
그러나 원 래의 개착식 터널재료는 콘크리트이므로 이를 Prototype 과 동일한 재료로 터널의 모형을 제작할 경우, 터널단면 의 두께가 매우 적어 제작상의 어려운 점이 있다. 따라 서 본 실험에서는 알루미늄 합금을 터널모형 재료로 이 용하였으며 알루미늄은 콘크리트의 강성과는 차이가 있으므로 이러한 강성에 대한 보정을 위해 lai's Similitude Rule(/ = 405)을 이용하여 터널의 단면두께를 결정하였 다. 이러한 방법에 의해 알루미늄 터널의 두께를 0.
2g 및 16Hz의 Sine Wave조 건을 이용하여 터널상부의 토피고가 터널직경의 1배 (1D)인 경우에 대해 수치해석을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 수치해석용 Progmm은 AFIMEX로 동적해석에 사 용되는 Main Solver는 FLUSH(1975, U.C Berkeley)이다. 이상과 같은 조건에 의한 수치해석 결과와 진동대 실 험결과를 비교한 결과, 터널에 발생되는 최대응력은 주 로 터널의 어깨부에서 발생되는 것으로 나타났으며 이 는 해석결과와 실험결과가 거의 유사한 위치에서 최대 응력이 발생되는 것으로 나타났다.
성능/효과
(1) 본 연구에서 수행된 진동대실험 결과의 신뢰성을 확 인하기 위해 진동대 모델과 동일한 조건으로 동적 수치해석을 수행한 결과 진동대 실험에서 얻어진 응 답치가 10%내외의 큰 값을 나타냈으며 이는 실험 및 동적 수치해석의 결과가 유사한 경향을 보이고 있는것으로 나타났다.
(2) 터널의 토피고별 진동대실험에서 얻어진 변형율을 분석한 결과, 터널의 설치심도 즉, 터널의 토피고가 증가할수록 터널에 발생되는 변형율은 감소하는 경 향을 보이는 것으로 나타났다.
(3) 또한 진동대 실험시 측정된 터널의 응답가속도를 터 널 토피고별로 분석한 결과에서도 터널의 토피고가 증가할수록 터널의 응답가속도가 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 지진동으로 인해 발생된 구조물의 진동이 터널의 토피고가 증가할수록 주변지반의 구 속응력 증가로 인한 감쇠효과가 증가하기 때문인 것 으로 판단된다.
(4) 진동대실험에서 얻어진 터널의 응답치를 이용하여 원지반의 경사각에 따른 영향을 분석 한 결과, 원지 반의 경사가 완만할수록 터널에 발생되는 응답치가 증가하는 경향을 나타냈다. 이러한 경향은 지진동 발생시 원지반의 경사가 완만할수록 원지반 강성에 의한 진동특성 보다 되메움토사의 강성에 의한 효과 가 지배적이기 때문인 것으로 판단된다.
(5) 이상과 같은 실험결과를 이용하여 Scale Factor를 이 용한 Prototype의 구조물에서 발생될 것으로 예상되 는 응력을 추정한 결과와 상시조건에서의 실제 개착 식터널 설계시 사용되는 구조해석기법에 의한 결과 와 비교하면 지진가속도가 0.1g일 경우, 토피고가 0.5D이호卜, 0.2g일 경우 1D이하의 토피고조건에서는 상시하중에 의한 영향 보다는 지 진동으로 인한 영향 을 지배적으로 받는 것으로 판단된다.
또한 이러한 결과를 뒷받침하는 실험결과로 터널의 가속도를 측정한 결과, 그림 8에서 알 수 있듯이 터널의 토피고가 증가할수록 터널에 발생된 응답가속도 역시 감소하는 경향을 보이고 있다.
또한 터널에 부착된 가속도계에서 측정된 터널의 응 답가속도 역시 원지반의 경사가 완만할수록 응답가속 도 역시 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 경향은 원지반의 경사가 급한 경우 즉, 1:0.
본 절에서는 상기와 같은 실험자료를 이용하여 원지 반의 사면 경사별로 터널에 발생되는 응답특성을 분석 하였고 이에 대한 결과는 그림 9에서와 같이 원지반의 경사가 완만해 질수록 터널에 발생되는 최대 변형율은 증가하는 것으로 나타났다.
상기의 그림 6에서 알수 있듯이 동일한 조건에서의 두가지 방법에 의한 결과를 비교한 결과, 대체로 실험에 서 얻어진 결과가 해석에 의한 결과 보다 약 7~12%정 도 크게 나타났으며 이러한 결과는 지반-구조물의 모델 링이 실험에서의 조건과 해석에서의 조건이 다르기 때 문인 것으로 판단된다. 즉 실험에서는 지반과 구조물의 미끄러짐(Slippage)현상이 발생되는 반면, 해석상에서 는 이러한 조건을 모사할 수가 없으므로 두 방법에 의한 결과차이가 어느정도 있는 것으로 판단된다.
3g, 1가Iz의 가진조건으로 3분 간 진동을 가하였다. 이러한 방법에 의해 조성된 되메움 토사의 밀도를 측정한 결과, 토사의 건조단위 중량이 약 1.6t/nf정도의 다짐상태로 조성된 것으로 확인되었다. 이러한 방법에 의해 되메움토사를 조성한 후에 입력주 파수를 일정한 값으로 출력될 수 있도록 고정시켜 놓은 상태로 입력가속도를 0.
이상과 같은 조건에 의한 구조해석 결과, 터널에 발생 되는 최대응력은 터널 토피고가 0D일 경우, 약 16kg^crf 의 휨압축응력과 31kg/cnf의 휨인장응력이 발생되며 터 널의 토피고가 0.5D일 경우, 약 49kg#cnf의 휨압축응력 과 101kg/cnf의 휨인장응력이 발생되고 터널의 토피고가 1D일 경우, 약 118kg0cnf의 휨압축응력과 205kg/cnf의 휨인장응력이 발생되는 것으로 계산되었다. 따라서 이 러한 결과를 진동대 실험에서 얻어진 최대변형율에 Scale Facor를 고려한 Prototype의 부재 발생응력( 6» =。/(40))과 비교하면 다음의 그림 11과 같다.
C Berkeley)이다. 이상과 같은 조건에 의한 수치해석 결과와 진동대 실 험결과를 비교한 결과, 터널에 발생되는 최대응력은 주 로 터널의 어깨부에서 발생되는 것으로 나타났으며 이 는 해석결과와 실험결과가 거의 유사한 위치에서 최대 응력이 발생되는 것으로 나타났다. 또한 원지반의 경사 가 커질수록 터널에 발생되는 응력 역시 증가하는 경향 을 보이고 있으며 이는 터널 주변의 되메움토사가 차지 하는 면적이 커질수록 원지반의 영향 보다는 되메움토 사의 영향을 주로 받기 때문 인 것으로 판단된다.
진동대 실험시 사용되는 입력파는 실측된 지진파 또 는 인공지진파를 이용하는 것이 가장 적정할 것으로 판 단된다. 그러나 본 실험에서 사용된 Scale Factor가 1/40 이므로 지진파를 Similitude Rule로 변환시켜 실험에 이 용하는 것은 매우 곤란할 것으로 판단된다.
터널의 상부 토피고가 터널천단부까지 토사로 되메 웠을 경우(0D), 터널직경의 0.5배까지 되메움 토사를 포 설하였을 경우(0.5D), 터널직경의 1배까지 되메움 토사를 포설하였을 경우(1D)에 대해 입력 가속도 및 주파수 를 변화시키며 진동대 실험을 수행한 결과, 터널에 발생 되는 최대 변형율은 터널의 어깨부에서 주로 발생되는 것으로 나타났으며 터널의 설치심도가 깊어질수록 즉, 터널 상부의 토피고가 증가할수록 터널에 발생되는 변 형율은 감소하는 경향을 보이고 있다. 이러한 경향은 지 진동이 발생되었을 경우, 지진동으로 인해 발생된 구조 물의 진동이 주변지반의 구속응력으로 인한 감쇠효과 가 토피고가 낮을 때 보다 크게 발휘되 기 때문인 것으로 판단된다.
후속연구
진동대 실험시 사용되는 입력파는 실측된 지진파 또 는 인공지진파를 이용하는 것이 가장 적정할 것으로 판 단된다. 그러나 본 실험에서 사용된 Scale Factor가 1/40 이므로 지진파를 Similitude Rule로 변환시켜 실험에 이 용하는 것은 매우 곤란할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 우리나라의 내진설계기준에 적합한 인공지 진파의 특성을 반영한 Sine Wave를 이용하여 진동대 실 험을 수행하였다.
그러나 이러한 결론은 진동대 실험시 측정된 값만에 의해 추정된 값으로 실제 개착식터널의 되메움작업시 에는 진동대 실험에서 측정된 토사의 밀도 보다 더 큰 다짐상태를 유지할것으로 예상된다. 따라서 진동대 실 험결과에 의하면 지진동으로 인한 개착식터널의 지배 적인 영향을 미칠 것으로 예상되는 토피고는 터널직경 의 약 1배이하인 것으로 판단된다.
그러나 진동대 실험의 입력가속도가 0.3g이상인 경 우 원지반의 경사가 1:0.6과 1:1.2에서 토피고가 증가할 수록 변형율도 증가하는 경향을 보이고 있는데 이러한 결과는 터널의 거동이 탄성거동을 초과한 소성거동으로 인한 영향이거나 또는 터널의 공진(Resonance)으로 인한 현상일 것으로 판단되며 이에 대한 확실한 이유는 추가 실험 및 분석에 의해 규명되어져야 할 것으로 판단된다. 따라서 이와 같은 가속도 조건외의 나머지 조건에서 는 터널의 설치심도가 증가할수록 지진동으로 인해 터 널에 미치는 영향은 감소한다는 것을 진동대 실험에 의 해 증명한 결과라 할수 있다.
이를 위한 방법으로는 수치해석 적 분석이 있는데 이는 이론에 근거한 분석기법으로 이 론적 한계로 인해 실제 지진시 거동과는 어느정도 차이 가 있을 것으로 판단된다. 따라서 지진시 구조물의 거동 특성을 보다 정확히 파악하기 위해서는 실제 지진시 구 조물의 거동을 계측치를 통하여 분석하는 것이 가장 적 당할 것으로 판단된다. 그러나 우리나라의 지진발생 현 황으로는 불가능하기 때문에 본 연구에서는 개착식 터 널을 일정 크기로 축소 모델링한 실험체를 이용한 진동 대 실험을 통해 지진시 개착식터널의 거동을 분석하고 자 한다.
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