[논문]국내 지반특성에 적합한 지반분류 방법 및 설계응답스펙트럼 개선에 대한 연구 (III) - 설계응답스펙트럼 개선방법

윤종구; 김동수; 방은석

doi:10.5000/eesk.2006.10.2.063

국내 지반특성에 적합한 지반분류 방법 및 설계응답스펙트럼 개선에 대한 연구 (III) - 설계응답스펙트럼 개선방법
Development of Site Classification System and Modification of Design Response Spectra considering Geotechnical Site Characteristics in Korea (III) - Modification of Desing Response Specra 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.10 no.2 = no.48, 2006년, pp.63 - 71

윤종구 (한국유지관리(주) 지반설계사업부) , 김동수 (한국과학기술원 건설및환경공학과) , 방은석 (한국과학기술원 건설및환경공학과)

초록
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동반논문(II-지반분류 개선방법)에서는 지반의 고유주기를 기준으로 지반을 분류하는 방법이 국내 지반조건에 적합한 지반분류 방법으로 제시하였다. 그러나, 지반분류 방법을 개선하여도 해석결과의 평균 스펙트럼 가속도 값과 재산정된 응답스펙트럼과 차이가 나타나는 부분이 존재한다. 이는 설계응답스펙트럼을 작성에 필요한 증폭계수를 계산하는 방법을 변경해야 해결할 수 있다. 본 논문에서는 국내 지반조건에 적합하도록 증폭계수를 재산정하기 위한 적분구간 변경에 대하여 검토하였다. 검토 결과 장주기 영역의 증폭계수 $F_v$의 적분구간은 현재 주기 0.4초${\sim}$2.0초에서 주기 0.4초${\sim}$1.5초로 변경할 경우 해석결과의 평균 스펙트럼 가속도 값과 설계응답스펙트럼이 비교적 잘 일치하는 결과를 얻을 수 있었고, 기존의 방법보다 국내 지반특성에 더 적합한 설계응답스펙트럼을 작성할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the companion paper (II, Development of Site Classification System), new size classification system based on site periods $(T_G)$ was recommended for legions of shallow bedrock depth in Korea. Despite the site classification method was improved, the response spectrum would be required to be modified by adjusting the integration interval to calculate the site coefficients because the response spectra did not match well the average spectral accelerations obtained by site response analyses in the range of long periods. In this paper, new response spectra for each site categories were determined by adjusting the integration interval of long period site coefficient $F_v\;from\;0.4{\sim}2.0\;to\;0.4{\sim}1.5$ second. It matched well the average spectral accelerations and new response spectrum, and it was also improved compared to the current she classification system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

없는 문제가 발생하였다. 따라서, 본 논문에서는 국내지반 조건에 적합하도록 지반증폭현상을 평가할 수 있는 증폭 계수의 계산방법을 검토하였다. 그 결과 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 국내 지반조건에 적합하도록 지반 증폭 현상을 평가할 수 있는 증폭계수의 계산방법을 검토하여, 국내 지반에 적합하도록 적분구간을 변경하는 방법에 대하여 논의하였다. 또한, 변경된 증폭계수의 적분구간을 이용하여 설계 응답스펙트럼을 재작성하였다.
본 논문에서는 이를 위하여 成의 정의와 문헌의 내용을 재검토해 보았다. 전술한 바와 같이 Fv는 RRS, 즉 지표면의 스펙트럴 가속도가 암반노두의 스펙트럴 가속도에 비하여 증폭되는 정도를 주기 0.

가설 설정

여기서, %°ck 와 Rsoil 의 값은 각각 진원 (fault) 에서 암반 노두와 지표면까지의 거리(hypocentral distance)를 의미하고, 본 연구에서는 Rsoil/Rrock은 진앙에서 거리가 먼 경우1.0으로 가정하여 계산하였다. RSs°ii은 구조물의 주기 T 에서 지표면의 스펙트럴 가속도 값이고, RSrock 은 암반 노두의 스펙트럴 가속도 값이다.

제안 방법

또한, 변경된 증폭계수의 적분구간을 이용하여 설계 응답스펙트럼을 재작성하였다. 재 작성된 설계 응답 스펙트럼의 경우 증폭계수의 적분구간을 변경하기 전보다 국내지반 특성을 합리적으로 반영하는 것으로 나타났다.
따라서, 위에서 설명한 바와 같은 오류가 나타날 수 있다. 본 연구에서는 이러한 점을 개선하기 위하여 다소 복잡해지는 단점이 있으나, 지반의 특성이 다를 경우 증폭계수의 적분구간을 적용하기는 기준도 달리하여 가급적 현상과 일치하는 설계응답스펙트럼의 작성에 중점을 두었다.
본 절에서는 F、, 의 적분구간을 변경하여 재산정된 증폭 계수를 이용하여 설계 응답스펙트럼을 재작성하였다. 설계 응답 스펙트럼을 작성하기 위하여는 증폭계수 Fa 와 F、, 가 필요하고, 증폭계수 Fa의 경우 3.
5초로 설정하여 재계산한 결과는 표 5에 나타내었다. 여기서, 기존의 Ta, Tb 그리고 Tc 지반의 표기 방법과 구분하기 위하여 Ta, nf, Tb, nf 그리고 Tc, nf로 표기하였고, Ta 지반의 경우 전술한 바와 같이 적분 구간을 변경하기 전후의 값에 큰 차이가 없을 것으로 판단했으나, 증폭계수 산정 과정의 통일성을 위하여 Ta 지반도 적분구간을 변경하였다. 그러나, Td 지반의 경우 적분 구간 0.
0초를 이용하고 있다. 표 1에 지반의 고유 주기를 기준으로 지반분류를 위한 경계는 간편함을 목적으로 0.1 초, 0.3초와 0.5초로 설정하여 Ta, Tb, Tc 그리고 Td 지반으로 분류하였다. 따라서, Td 지반을 제외할 경우 대부분의 지반은 주기 0.

데이터처리

각각의 적분구간을 이용하여 얻은 결과를 그림 3과 같이 상부 30m 평균 전단파속도(Mean shear wave ve locity, Vsm)에 대하여 나타내었고, 회귀분석 및 통계분석을 통한 추세선(Regression curve)을 도출하였다. 그림 3 을 살펴보면 위 식을 이용하여 계산한 RRS의 평균값과 Vs30의 관계를 대수축(log~scale)으로 나타내었을 경우 일정한 오차 범위(±2。) 내에서 선형적인 상관관계가 있는 것으로 나타난다.

성능/효과

(1) 단주기 영역의 증폭계수 Fa의 적분구간은 변경할 사유가 없어 현재의 방법을 그대로 사용하기로 결정 하 그림 9 VS30과 지반의 고유주기를 기준으로 지반분류시 각 지반 종류별 설계응답스펙트럼의 비교 (재현주기 1, 000년) 였다. 이는 RRS 값이 Fa 적분구간에서는 감소추세를 형성하며 수렴하는 경향성이 나타나지 않았기 때문이다.
(2) 장주기 영역의 증폭계수 K의 적분구간은 현재 주기 0.4초〜2.0초에서 주기 0.4초〜 1.5초로 변경하여 재계산을 하였다. 적분구간을 변경하여 %를 재산정한 결과 Tb 지반과 Tc 지반에서 응답스펙트럼과 스펙트럴가속도의 평균값에서 차이가 나타났던 부분이 해결되었고, 국내 지반특성에 더 적합한 설계 응답 스펙트럼을 작성할 수 있었다.
그림 1(b)의 Tb 지반의 결과를 비교해보면 본 절에서 재산정한 R를 이용한 설계응답스펙트럼이 기존의 적분 구간을 적용하여 구한 값보다 주기 0.4초 부근에서 개선된 것을 볼 수 있다. Tc 지반의 경우 적분구간 변경 전의 그림 1(c)와 적분구간 변경후의 그림 6(b)를 비교해보면 개선효과가 더욱 뚜렷하여 적분구간을 재산정하여 계산한 값이 해석결과의 현상을 더욱 합리적으로 설명하고 있는 것으로 판단된다.
검토하였다. 검토한 결과, 지반의 고유 주기를 이용할 경우 동일한 지반그룹에서 개별 지반들이 서로 다른 특성을 나타내는 현상을 개선할 수 있었고, 증폭 계수와 지반분류 기준의 상관관계를 나타내는 추세선의 경향성 면에서도 입력 지진가속도의 증가에 따른 지반의 비선형 거동을 효과적으로 나타내어 국내 지반조건에 적합한 지반분류 방법으로 제시하였다.°)
보았다. 그림 7을 살펴보면 적분구간을 변경하여 재계산한 R를 이용하여 재작성된 설계응답스펙트럼(Tb, nf 및 Tc, nf)이 기존의 Sc 및 SD 지반의 설계응답스펙트럼과 비교하여 개선되었음을 확인할 수 있고, 또한 적분 구간을 변경하기 전의 Tb 지반과 Tc 지반의 설계 응답 스펙트럼보다 개선되었음을 알 수 있다. 그림 7에는 재산정된 Fv 값을 각각의 RRS와 함께 나타내었고, Ta 지반과 Td 지반의 경우 생략하였다.
그러나, 국내 지반의 대부분은 Tb 및 Tc 지반에 해당하고, 이를 지반조건이 전혀 다른 국내 지반에 같은 적분구간을 적용하였을 경우 氏의 값은 과소평가될 위험이 있다. 따라서, RRS의 값이 1.0 근처의 값을 가지고 감소추세를 형성하며 수렴하는 구간의 경우 적분 구간에서 제외하여 瓦의 과소평가를 해소하는 것이 합리적인 것으로 판단했다.
또한, 변경된 증폭계수의 적분구간을 이용하여 설계 응답스펙트럼을 재작성하였다. 재 작성된 설계 응답 스펙트럼의 경우 증폭계수의 적분구간을 변경하기 전보다 국내지반 특성을 합리적으로 반영하는 것으로 나타났다.
5초로 변경하여 재계산을 하였다. 적분구간을 변경하여 %를 재산정한 결과 Tb 지반과 Tc 지반에서 응답스펙트럼과 스펙트럴가속도의 평균값에서 차이가 나타났던 부분이 해결되었고, 국내 지반특성에 더 적합한 설계 응답 스펙트럼을 작성할 수 있었다. 따라서, 증폭계수의 적분 구간변경은 합리적인 방법으로 판단된다.
두 가지 특징을 가지고 있다. 첫째는 V$30이 증가함에 따라 증폭계수는 모두 1.0에 수렴하는 형태로 나타났으며, 둘째는 적분구간 0.1 초〜0.5초와 나머지 적분구간 사이에 뚜렷한 추세의 차이가 나타났고, 나머지 적분 구간의 경우 거의 비슷한 값을 가지고 있어 주기 0.4초〜2.0초 의적 분구간으로 대 표하여 하나의 적 분구간으로 통일하였다. 따라서, 위와 같은 연구결과를 바탕을 증폭계수 계산 방법을 식 (1), (2)와 같이 제안하였고, 증폭계수를 단주기와 장주기 영역으로 두 개의 그룹으로 분류하여 1994 NEHRP 이후 반영되고 있다.

참고문헌 (6)

윤종구, 김동수, 방은석 '국내 지반 특성에 적합한 지반 분류 방법 및 설계응답스펙트럼 개선에 대한 연구 (I) - 국내 내진설계기준의 문제점 분석', 한국지진공학회 논문집, 제10권 2호(통권 제48호), 2006, pp. 39-50

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윤종구, 김동수, 방은석 '국내 지반특성에 적합한 지반 분류 방법 및 설계응답스펙트럼 개선에 대한 연구 (II) - 지반분류 개선방법', 한국지진공학회 논문집, 제10권 2호(통권 제 48호), 2006, pp. 51-62

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NEHRP, Recommended Provisions for Seismic Regulation for New Buildings and Other Structures, FEMA 302/303, February, Part I. (Provisions) and Part. 2(commentary), 1997
Dobry, R. and Martin, G. 'Development of Site-Dependent Ratio of Elastic Response Spectra(RRS),' Proceeding of the Workshop on Earthquake Site Response and Seismic Code Provisions, 1999
Borcherdt, R.D., 'Estimates of site-dependent re-sponse spectra for design(methdology and justi-fication), Earthquakr Spectra, Vol. 10, pp. 617-654

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윤종구, 김동수, '국내 지반특성에 적합한 설계지반운동 결정 방법에 대한 연구', 한국지진공학회논문집, 제8권 제3호, 2004, pp. 23-32

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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