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.
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 ...
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.
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.
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문제 정의
특히 국내 건축물의 내진설계 기준인 건축구조설계기준(KBC2005) 에서는 건축구조물의 동적지진해석법으로 시간이 력 해석법을 허용하고 있지만 지반조건을 고려한 설계지진파의 선정 방법에 대해서는 명확한 방법을 제시하지 않고 있다.(1) 이 연구에서는 미국 Berkeley 소재 캘리포니아 주립대학교에 소속된 Pacific Earthquake Engineering Research Center(PEER)에서 제공하는 지진기록 데이터베이스로부터 지반 조건을 United States Geology Survey(USGS)와 Geomatrix 지반조건 분류표상 A(암반)로 평가하여 암반 지진기록으로 분류한 지진기록들을 선정하여 그 동적특성을 파악하는 연구를 수행하였다.⑹ PEER 강진기록 데이터베이스에는 1935 Helena 지진과 1999 Turkey Duzce 지진을 포함한 전 세계 143개 지진으로부터 기록된 1557개 지진기록들이 공개되어 있다.
⑹ PEER 강진기록 데이터베이스에는 1935 Helena 지진과 1999 Turkey Duzce 지진을 포함한 전 세계 143개 지진으로부터 기록된 1557개 지진기록들이 공개되어 있다. 데이터베이스에서 암반지진기록으로 분류된 Table 1에 열거된 50개 지진기록들에 대한 연약지반의 증폭영향 여부를 파악하기 위한 특성연구를 수행한 후실무자들을 위해 연약지반의 영향이 미미한 암반지진기록 26개를 선정하는 연구를 수행하였고, 암반지진기록으로 분류된 지진기록들의 신뢰성을 파악하기 위해 지진가속도 지진 규모 및 진앙거리 사이의 상관관계들에 대한 연구도 수행하였다.
이 연구에서는 1557개의 지진기록이 있는 PEER 강진기록 데이터베이스로부터 암반지진기록으로 분류된 50개 지진기록을 내려 받아 연약지반의 영향을 고려한 지진응답 특성을 조사하였다. 암반지진기록으로 분류된 내려 받은 50개 지진기록 중에서 약진기록 8개, 중진기록 15개, 강진기록 3 개 등 Table 3에 제시된 단지 26개 지진기록만이 지반의 증폭 영향이 미미한 암반지진기록으로 판단되었고, 나머지 24 개 지진기록은 지반의 증폭영향이 포함된 것으로 평가되어 연약지반의 지표면에서 기록된 것으로 평가되었다.
또 지진기록에서 진앙거리와 최대 지진가속도 사이의 물리적 관계를 파악하기 위한 연구를 암반지진기록으로 PEER 에서 분류한 50개 지진기록과 이 연구에서 암반지진으로 선정한 26개 지진기록에 대해서 수행하였다. Figure 5 (a)와 (b)에는 진앙거리와 최대 지진가속도 사이의 물리적 관계가 나타나 있는데, 암반지진기록으로 선정된 26개 지진기록에서는 강한 지진가속도의 경우에 더 먼 진앙거리를 나타내는 등 지진기록에 대한 진앙거리와 지진가속도 사이의 어떤 관계나 일반적인 지진가속도 감쇠법칙을 유추하기가 어려운 것으로 판단되었다.
지진기록에 대한 진앙거리와 지진규모에 대한 상관관계를 파악하기 위한 연구를 PEER에서 암반 지진 기록으로 분류한 50개 지진기록과 그 중 앞에서 이 연구에서 암반 지진기록으로 선정한 26개 지진기록에 대해서 수행하였다. Figure 4 (a)와 (b)에서는 진앙거리와 지진규모 사이의 상관관계을 파악할 수 있는데, PEER에서 암반지진기록으로 분류된 50개 지진기록의 경우에 지진을 기록한 계측장소에서진앙지까지 거리와는 거의 무관하게 전 진앙거리에서 지진 규모가 5-7로 나타났고, 이 연구에서 암반지진기록으로 선정된 26개 지진기록의 경우에도 약간의 차이는 있지만 거의 유사한 경향을 나타내고 있었으며 이 연구에서 선정한 암반 지진의 지진규모가 대략 5-7 범위에 있는 것을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
암반지진기록의 응답스펙트럼 특성을 파악하기 위해서 Table 1에 열거된 것처럼 USGS와 Geomatrix 지반분류에서 지반등급 A(암반)로 분류된 지반에서 기록된 50개 지진기록을 PEER 데이터베이스에서 내려 받았다. 지반분류 등급 A(암반)는 Table 2에 나타난 것처럼 USGS 지반분류에서는 지반깊이 30m까지 평균전단파속도(Vs)가 750m/sec 이상인 지반으로 규정하였고, Geomatrix 지반 분류에서는 전 단파 속도가 600m/sec이상이거나 암반 상부에 5m 미만의 흙을 갖는 암반지반으로 규정하였다"問
4 (a)와 (b)에서는 진앙거리와 지진규모 사이의 상관관계을 파악할 수 있는데, PEER에서 암반지진기록으로 분류된 50개 지진기록의 경우에 지진을 기록한 계측장소에서진앙지까지 거리와는 거의 무관하게 전 진앙거리에서 지진 규모가 5-7로 나타났고, 이 연구에서 암반지진기록으로 선정된 26개 지진기록의 경우에도 약간의 차이는 있지만 거의 유사한 경향을 나타내고 있었으며 이 연구에서 선정한 암반 지진의 지진규모가 대략 5-7 범위에 있는 것을 확인할 수 있었다.
따라서 내려 받은 지진기록들의 응답스펙트럼들을 검토한 결과 지진기록들을 지반에 의한 지진파의 증폭영향이 포함되지 않은 암반지진기록과 지진파의 증폭영향이 포함된 지표면 지진기록 두 가지로 크게 분류할 수 있었다.
028g로 상당히 약진인 경우에도 지진규모가 7보다 큰 경우가 나타나는 등 지반에 의한 지진파 증폭 영향을 받은 지진기록의 경우에 지진가속도에 관계없이 지진 규모가 7정도인 것으로 나타났다. 따라서 대지(site)의 지반 조건을 고려하지 않고 단순히 지진의 규모만으로 지진가속도를 유추하는 것은 합리적이지 못하고, 0.11g보다 작은 최대지진가속도를 갖는 암반지진들을 약진으로 만 분류할 수 없다는 것도 알 수 있었다.
또, 이 연구 결과로부터 대지의 지반조건을 고려하지 않고 지진의 규모로부터 지진가속도를 평가하는 것은 최대지진가속도가 약진인 경우에도 큰 규모의 강진으로 평가될 수 있기 때문에 합리적이지 못하다는 것을 확인할 수 있었다. 한편, PEER 데이터베이스의 지진기록으로부터 지진기 록에 대한 일반적인 지진가속도 감쇠법칙이나 지진가속도, 지진 규모 및 진앙거리 사이의 상관관계를 유추하는 것은 어렵기 때문에 지진해석을 위한 지진기록을 선정할 때에는 최대지진가속도 만을 기준으로 선정하는 것보다 예상되는 진앙거리 및 지진규모도 동시에 고려하여 진앙거리와 지진 규모도 유사한 암반지진기록을 선정 것이 공학적으로 합리적인 것으로 판단되었다.
조사하였다. 암반지진기록으로 분류된 내려 받은 50개 지진기록 중에서 약진기록 8개, 중진기록 15개, 강진기록 3 개 등 Table 3에 제시된 단지 26개 지진기록만이 지반의 증폭 영향이 미미한 암반지진기록으로 판단되었고, 나머지 24 개 지진기록은 지반의 증폭영향이 포함된 것으로 평가되어 연약지반의 지표면에서 기록된 것으로 평가되었다. 따라서 구조물에 대한 합리적인 시간이력 지진해석을 수행하기 위해서는 Table 3에 제시된 암반지진기록들을 사용하고 대지의 지반조건을 고려하여 지진해석을 수행하는 것이 필요한 것으로 판단되었다.
도표가 나타나 있다. 이 그림에서 PEER에서 암반 지진기록으로 분류된 50개 지진기록이나 이 연구에서 암반 지진기록으로 선정한 26개 지진기록 모두의 지진규모가 전체 지진가속도 범위에서 지진가속도의 크기에 관계없이 4.5에서 7.5사이에 있는 것으로 나타나 지진가속도와 지진규모 사이에 상관관계가 매우 미약한 것으로 나타났다. 특히 지진가속도가 0.
5사이에 있는 것으로 나타나 지진가속도와 지진규모 사이에 상관관계가 매우 미약한 것으로 나타났다. 특히 지진가속도가 0.028g로 상당히 약진인 경우에도 지진규모가 7보다 큰 경우가 나타나는 등 지반에 의한 지진파 증폭 영향을 받은 지진기록의 경우에 지진가속도에 관계없이 지진 규모가 7정도인 것으로 나타났다. 따라서 대지(site)의 지반 조건을 고려하지 않고 단순히 지진의 규모만으로 지진가속도를 유추하는 것은 합리적이지 못하고, 0.
후속연구
발생한 것으로 판단되었다. 따라서 어떤 대지에서 지진해석을 위한 암반지진기록을 선정할 때에는 최대지진가속도 만으로 선정하는 것 보다는 예상되는 진앙거리와 지진 규모도 동시에 고려하여 진앙거리와 지진규모도 유사한 암반 지진기록을 선정하고 대지의 지반조건에 대한 면밀한 분석을 통해 선정된 지진기록을 재검토하는 것이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.
참고문헌 (8)
Roesset, J. M., "A Review of Soil-Structure Interaction", Lawrence Livermore Laboratory, 1980, pp. 125
Robert L. Wiegel, "Earthquake Engineering", Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, N.J., USA, 1970, pp. 518
Raw W. Clough & Joseph Penzien, "Dynamics of Structures", McGraw-Hill, 1993, pp. 738
대한건축학회, 건축기초구조설계기준, 태림문화사, 2005, pp. 308
대한건축학회, 건축구조설계기준 (KBC2005), 기문당, 2005, pp. 597
PEER Strong Earthquake Data Base, http://peer.berkeley.edu/smcat/search.html/
Dobry, R. et al., "New Site Coefficients and Site Classification System Used in Recent Building Seismic Code Provisions", Earthquake Spectra, Vol.16, No.1, Feb. 2000, pp. 41-67
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