[논문]한반도 지진특성을 고려하여 모사된 강진동에 대한 가속도 응답스펙트럼

김성균

doi:10.5467/jkess.2007.28.2.179

한반도 지진특성을 고려하여 모사된 강진동에 대한 가속도 응답스펙트럼
The Acceleration Response Spectrum for Simulated Strong Motions Considering the Earthquake Characteristics of the Korean Peninsula 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.28 no.2, 2007년, pp.179 - 186

초록
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응답스펙트럼은 내진설계에 있어서 중요한 기초자료의 하나이다. 응답스펙트럼을 얻기 위하여, 한반도에서 발생하는 지진들의 지진원 특성에 근거하여 다수의 강진동을 Boore(2005)에 의해 개발된 컴퓨터 프로그램 SMSIM을 사용하여 모사하였다. 여러 연구결과들에 대한 충분한 검토를 통하여, 모사에 필요한 입력자료들을 선정하였다. 모사된 강진동으로부터 얻은 응답스펙트럼은 가속도 1.0 g에 대하여 정규화하여 미국 원자력위원회(1973)의 표준응답스펙트럼과 비교하였다. 이 연구에서 얻어진 응답스펙트럼의 스펙트럼 진폭은 대략 10 Hz 이상의 고주파 대역에서 표준 응답스펙트럼 값에 비하여 큰 것으로 나타났다. 또한 응력강하량의 변화에 따른 응답스펙트럼의 변화를 평가하였다. 그 결과 큰 응력강하량에 대한 응답스펙트럼의 스펙트럼 진폭은 저주파 범위내에서 큰 값을 나타냄을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The response spectrum is one of the important basic materials for the aseismic design. Numerous strong ground motions based on the seismic source characteristics for the earthquakes occurring in the Korean Peninsula were simulated to obtain the response spectra by using the computer program, SMSIM, developed by Boore (2005). Through the extensive review of other study outcomes, the input data for the simulation such as seismic source and attenuation characteristics were selected. The spectra obtained from the simulated ground motions were normalized to 1.0 g of zero period acceleration and compared with the standard response spectrum proposed by the U.S. Atomic Energy Commission (AEC, 1973). In this study, we found that the spectral values for the response spectra appeared to be larger than those of the standard spectrum in the frequency band above roughly 10 Hz. The variation of resulting response spectra was evaluated with the variable stress drops. It was shown that the spectral amplitude of the spectrum for the larger stress drop denotes higher value in the low frequency range.

주제어

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문제 정의

여기서는 강진동 모사에 있어서의 주요 입력변수인지 진원 상수에 관한 국내의 연구결과를 검토하기로 한다. 한반도와 그 주변에서 발생한 지진을 대상으로 지진 원 상수를 결정한 여러 연구들(Jun, 1990; Kim and Kim, 1998; Cho, 1999; 박동희 외, 2000) 에서는응력강하량이 10-100 bar 범위의 다양한 값이 얻어졌다.
따라서 한반도의 지체구조적 특성에 맞는 응답스펙트럼은 관측된 지진자료를 직접 입력하여 얻을 수는 없으며, 현재로서는 모사 또는 합성된 지진동(simulated or synthetic ground motion)을 이용하여 얻을 수 밖에 없다. 이 연구의 목적은 한반도에서 발생하는 지진의 지진 원의 특성을 추출하여, 이 특성에 맞는 응답 스펙트럼을 작성하여 현재 국내 원전에 사용중인 응답 스펙트럼을 평가하는 것이다.

가설 설정

왜냐하면, 특정의 지역내에서 발생가능한 지진은 다양하기 때문이다. 따라서 이 연구에서는 모멘트 규모(Mw)를 5.0에서부터 7.5까지 0.25 간격으로 규모를 상정하여, 각각의 지진이'진앙거리 10-100 km의 범위내에서 기록된 것으로 가정하였다. 진앙거리는 10 km에서 100 k成까지를 대수적으로 10등분 하였으며, 각각의 거리는 R=10.

제안 방법

Fig. 3에 응력강하량 100 bar, 모멘트 규모 6.5 의 지진이 10, 100 km 떨어진 곳에서 관측된 경우를 상정하여 모사된 강진동의 가속도 기록파형을 제시하였다. 그림에서 진앙거리가 먼 100km의 경우(그림에서 (b)), 최대진폭이 1/10 이하로 감소하고 고주파 성분이 감쇠가 커서 저주파가 탁월한 것을 알 수 있다.
0 km이다. 그러므로 강진기록의 수는 총 110개가 되며, 이 강진에 대한 응답 스펙트럼을 구하여 1.0g(=980cm/sec2)로 비례 조정하였다. 응답스펙트럼의 계산은 0.
없다. 따라서 이 연구에서는 한반도에서 발생하는 지진의 지진 원 특성에 맞는 강진동을 모사하여, 이 강진 동으로부터 작성된 응답스펙트럼과 현재 국내에서 사용 중인 응답스펙트럼과의 비교를 통하여 현재 사용 중의 응답 스펙트럼을 평가하게 된다.
위에서 설명한 바와 같은 기본자료를 입력하여, 강진 동을 모사하고, 그에 대한 응답스펙트럼을 출력하였다. Fig.
여기서 모서리주파수는 김성균과 김병철(2002)에서 얻어진 식 (7) 에 의하여 주어진다. 입력자료중 가장 중요한 응력 강하량은 한반도 발생지진에 대하여 현재까지 값이 다양하기 때문에 50 bar, 100 bar, 200 bar에 대하여 계산하여 서로 비교하였다.
한편 응력강하량의 변화에 따른 응답스펙트럼의 변화를 고찰하기 위하여, 응력강하량 50, 100 및 200 bart- 가정하여 위에서와 마찬가지로 110개의 응답 스펙트럼을 각각 구하여 그들의 대수평균을 비교하였다 (Fig. 6). 주파수에 대한 가속도 응답의 크기는 저주파에서 응력강하량이 클수록 큰값을 보여주나, 고주파로 갈수록 그 차는 줄어서 수 Hz 이상에서는 거의 무시할 정도가 됨을 알 수 있다.

대상 데이터

이 연구에서 강진동 모사에 사용한 컴퓨터 프로그램의 주요입력 자료는 스펙트럼 형태, 감쇠특성, 지진동 지속시간, 응력강하량 등이 있다. 스펙트럼 형태와 관련하여, 이 연구에서는 Brune(1970)의 점 진원에 의한 원지장에서의 스펙트럼(1개의 모서리주파수 모델)을 선택하였으며, 가속도 스펙트럼 감쇠계수 k는조남대 와 박창업(2003)의 값을 채용하였다.

데이터처리

한반도에서 발생한 지진으로부터 결정한 지진원 특성에 맞도록 다수의 강진동이 BooreQOO”의 컴퓨터 프로그램을 이용하여 모사되었으며, 모사된 강진 동으로부터 얻은 평균적인 응답스펙트럼과 미국 원자력위원회가 제안한 표준응답스펙트럼(u.s. AEC, 1973)을서로 비교하였다. 그 결과, 대략 10Hz 이하의 저주파에서는 표준응답스펙트럼의 값이 크고, 10 Hz 이상의 고주파에서는 모사된 강진동의 응답이 큰 것으로 나타났다.

이론/모형

그러나 당시에 국내 고유의 지진지체 구조와 지진발생 특성에 근거한 응답스펙트럼에 관한 연구가 불충분한 관계로 미국 UBC(Uniform Building Code)에 제시되어있는 스펙트럼(Paz, 1991)을 설계응답 스펙트럼으로 채택하였다. 따라서 이 연구에서 얻어진 응답 스펙트럼은 국내 내진설계 기준안 개선에 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
김성균과 김병철(2002)의 연구는 다수의 지진자료를 대상으로 하고 있고, 또한 여러 방법론을 검토하여 결론을 도출하였다. 따라서 이 연구에서는 김성균과 김병철(2002)의 결과를 이용하여 강진 동을 모사하게 된다.
지속시간, 응력강하량 등이 있다. 스펙트럼 형태와 관련하여, 이 연구에서는 Brune(1970)의 점 진원에 의한 원지장에서의 스펙트럼(1개의 모서리주파수 모델)을 선택하였으며, 가속도 스펙트럼 감쇠계수 k는조남대 와 박창업(2003)의 값을 채용하였다. 지진파 감쇠와 관련된 상수들은 김성균 외(2002)를 참조하였다.
이 방법은 지진 원의 크기에 따라 지진동 지속시간과 평균적인 스펙트럼 성분을 결정하며, 이에 맞도록 백색잡음의 스펙트럼에 적절한 필터를 통과시켜 얻은 스펙트럼으로부터 강진동을 얻게 된다. 이러한 방법을 사용한 대표적인 예로서 Boore(1983)의 연구를 들 수 있으며, 이 연구에서는 이 방법론에 따라 작성된 컴퓨터 프로그램 SMSIM(Boore, 2005)을 이용하여 강진 동을 모사하게 된다.
모서리 주파수와 지진 모멘트는 세가지의 다른 방법으로 결정하였다. 즉 모든 지진에 대하여 지진원에서의 변위 스펙트럼을 Brune (1970)의 co2 모델에 적합시키는 방법과 Snoke(1987) 의 방법을 적용하였으며, 2개의 지진에 대하여 경험적인 Green 함수법을 적용하였다. 그 결과를 종합한 것이 Fig.
스펙트럼 형태와 관련하여, 이 연구에서는 Brune(1970)의 점 진원에 의한 원지장에서의 스펙트럼(1개의 모서리주파수 모델)을 선택하였으며, 가속도 스펙트럼 감쇠계수 k는조남대 와 박창업(2003)의 값을 채용하였다. 지진파 감쇠와 관련된 상수들은 김성균 외(2002)를 참조하였다. 즉 기하학적 확장계수는 50 km를 경계로 그 이하에서는 1.

성능/효과

비교하였다. 그 결과 대략 10 Hz를 경계로 고주파 부분에서는 국내지진기록으로부터 구한 응답이 크고, 저주파 부분에서는 표준응답이 큰 것으로 나타났다. 그러나 입력지진동으로 사용한 지진들의 규모가 작기 때문에 나타나는 당연한 결과로 받아들일 수 있다.
AEC, 1973)을서로 비교하였다. 그 결과, 대략 10Hz 이하의 저주파에서는 표준응답스펙트럼의 값이 크고, 10 Hz 이상의 고주파에서는 모사된 강진동의 응답이 큰 것으로 나타났다. 또한 응력강하량의 변화에 따라 응답 스펙트럼이 어떻게 변화하는가를 조사하기 위하여, 응력 강하량 50, 100, 200 bar에 대하여 구한 가속도 응답은 저주파에서 응력강하량이 클수록 응답이 커지는 것으로 나타났다.
(2006)은 코다파 정규화법에 의하여 한반도 남부에서 지진파 감쇠에 관한 연구를 수행하였다. 그 결과에 의하면 한반도에서 S 파의 감쇠는 저주파 대역에서 일본 및 미국 서부지역과 같이 지진활동이 활발하고 감쇠가 빠른 지역과 안정대륙에 속하고 감쇠가 느린 북미대륙 북동부 지역과의 중간정도이나 고주파로 갈수록 감쇠가 느려진다는 사실을 지적하였다. 이와 같이 한반도에서 고주파 성분의 감쇠가 상대적으로 느리기 때문에 고주파 대역에서의 응답이 표준 응답스펙트럼의 값보다 커지는 것으로 해석할 수 있다.
그 결과, 대략 10Hz 이하의 저주파에서는 표준응답스펙트럼의 값이 크고, 10 Hz 이상의 고주파에서는 모사된 강진동의 응답이 큰 것으로 나타났다. 또한 응력강하량의 변화에 따라 응답 스펙트럼이 어떻게 변화하는가를 조사하기 위하여, 응력 강하량 50, 100, 200 bar에 대하여 구한 가속도 응답은 저주파에서 응력강하량이 클수록 응답이 커지는 것으로 나타났다. 이 연구에서 얻어진 응답 스펙트럼은 국내 내진설계 기준안 개선에 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
6). 주파수에 대한 가속도 응답의 크기는 저주파에서 응력강하량이 클수록 큰값을 보여주나, 고주파로 갈수록 그 차는 줄어서 수 Hz 이상에서는 거의 무시할 정도가 됨을 알 수 있다.

후속연구

그러나 당시에 국내 고유의 지진지체 구조와 지진발생 특성에 근거한 응답스펙트럼에 관한 연구가 불충분한 관계로 미국 UBC(Uniform Building Code)에 제시되어있는 스펙트럼(Paz, 1991)을 설계응답 스펙트럼으로 채택하였다. 따라서 이 연구에서 얻어진 응답 스펙트럼은 국내 내진설계 기준안 개선에 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
그러나 당시에 국내 고유의 지진지체 구조와 지진발생 특성에 근거한 응답스펙트럼에 관한 연구가 불충분한 관계로 미국 UBC(Uniform Building Code)에 제시되어있는 스펙트럼(Paz, 1991)을 설계응답 스펙트럼으로 채택하였다. 따라서 이 연구에서 얻어진 응답 스펙트럼은 국내 내진설계 기준안 개선에 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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