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다층지반에서의 수직구 동적 거동 분석
A Study on the Dynamic Behavior of Vertical Shaft in Multi-Layered Soil 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, C. 지반공학, 터널공학, v.31 no.4C, 2011년, pp.109 - 116  

김용민 (연세대학교 토목환경공학과) ,  정상섬 (연세대학교 토목환경공학과) ,  김경열 (한국전력공사 전력연구원) ,  이용희 (한국수력원자력(주) 중앙연구원)

초록
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본 연구에서는 수직구의 동적 거동특성 분석을 위하여 지반조건, 입력하중 특성, 하중 방향 등의 주요 인자를 고려하여 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 그 결과로, 다층지반에 시공된 수직구는 하부 단단한 지층이 두꺼울수록 전단력과 휨모멘트가 최대 1.7배 크게 발생되며, 지층이 변화하는 경계면에서 가장 큰 단면력이 발생된다. 또한 입력하중의 주기 특성에 따라 수직구 동적거동은 서로 다르며, 수직구와 주변지반에서의 가속도 증폭 비율은 주변지반에서 최대 3배 이상 크게 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, dynamic response of a vertical shaft subjected to seismic loads was evaluated by three-dimensional Finite Element (FE) approach. The emphasis was on quantifying the ground conditions, input motions and direction of motions. A series of parametric analyses were carried out. From the re...

주제어

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문제 정의

  • 비교분석에 사용된 연구는 2차원 axis-symmetric 조건의 수치해석 결과이며, 응답변위법 결과와의 비교를 통해 그 타당성이 검증되었다(Kawashima, 1996). 본 논문에서는 3차원 해석 기법을 검증하고자 3차원 동적해석을 수행하여 기존 연구와 비교하였다.
  • 본 연구에서는 기존연구(Kawashima, 1996)와의 비교 검증에 적용한 모델링 기법을 토대로 다층지반에 시공된 수직구의 동적거동을 분석하기 위하여 대표적인 수직구 및 지반조건에 대한 수치해석을 수행하였다. 수직구는 그림 5에 나타낸 바와 같이 직경이 9m로 2개의 지층에 시공되어 있는 것으로 모델링 하였으며, 하부지층(h2) 이하로는 기반암이 존재한다고 가정하였다.

가설 설정

  • 따라서 연속체역학에 근거한 동적해석 수행 시 시스템의 자유진동을 감쇠시키고 거리에 따른 감쇠현상을 고려하기 위해 일반적으로 레일리 감쇠비(layleigh damping ratio)가 사용되며, 본 해석에서는 질량에 대한 레일리 감쇠비 5%를 적용하여 수치해석을 수행하였다. 또한 재료의 미소변형에 대한 전단탄성계수는 일정하다고 가정하였다(Psarropoulos et al., 2005).
  • 본 연구에서는 기존연구(Kawashima, 1996)와의 비교 검증에 적용한 모델링 기법을 토대로 다층지반에 시공된 수직구의 동적거동을 분석하기 위하여 대표적인 수직구 및 지반조건에 대한 수치해석을 수행하였다. 수직구는 그림 5에 나타낸 바와 같이 직경이 9m로 2개의 지층에 시공되어 있는 것으로 모델링 하였으며, 하부지층(h2) 이하로는 기반암이 존재한다고 가정하였다. 지층조건은 일반적으로 국내에 분포되어있는 다층지반을 내진설계상의 지반분류 방법에 따라 연약한 층(SD:VS=180m/s)과 단단한 층(SB:VS=761m/s)으로 구분하였으며, 층 경계면에서의 구조물의 거동을 분석하고자 물성차이를 크게 하였다.
  • 수직구는 탄성체(elastic)매질로 가정하여 면내·면외 변형을 고려할 수 있는 shell요소로 모델링 하였으며, 주변지반은 Mohr-Coulomb의 파괴규준을 따르는 탄소성(elasto-plastic)매질로 가정하여 8-node solid요소로 모델링 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수직구와 같은 지하구조물은 무엇에 큰 영향을 받는가? 수직구와 같은 지하구조물은 지상구조물과는 달리 구조물 자체의 질량보다는 주변지반의 거동에 더 큰 영향을 받는다(Okamoto, 1973). 이러한 지하구조물의 지진해석방법은 구조물의 관성력에 중점을 준 지상구조물의 지진해석방법과는 달리 구조물-지반의 상호작용에 대한 연구가 중점적으로 수행되었다.
국내 지하구조물에 대한 내진설계 기준이 강화된 이유는? 0이상의 대규모 지진 발생 횟수가 증가하고 있으며 국내에서도 1988년 이후 지진발생빈도가 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 2010년 7월 충청남도 공주시에서는 규모 2.0 이상의 지진이 발생하였으며 제주도, 강원도, 전라도, 경상도 등 전국각지에서 크고 작은 지진이 빈번히 발생하고 있어 우리나라도 더 이상 지진에 안전한 국가라고 할 수 없다. 따라서 터널을 비롯하여 대부분의 지하구조물에 대한 내진설계 기준이 강화되었으며, 지진에 의해 변형 및 손상으로 인하여 사회적으로 큰 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 큰 규모의 지반운동에 대해서도 구조물의 전부 또는 일부가 붕괴되지 않도록 내진 1등급으로 규정하여 내진설계를 실시하도록 되어 있다(터널설계기준, 2007).
본 연구에서 수직구 동적 거동특성을 분석하고자 지반조건, 입력하중, 하중방향 등을 고려한 3차원 동적해석한 결과는 어떠한가? 1. 수직구가 시공된 지반 조건에서 하부 단단한 지층이 두터울수록(CASE A) 구조물의 상부에 큰 변형이 발생되어 그 결과 전단력과 휨모멘트가 1.7배 크게 발생되며, 특히 단주기 특성을 가지는 Ofunato 지진파를 적용하였을 때 단면력이 가장 크게 발생하는 것을 확인 할 수 있었다. 2. 구조물과 주변지반의 깊이에 따른 무차원화된 가속도를 통해 수직구의 동적거동은 구조물 자체 질량에 다른 관성력보다는 주변지반의 거동에 더 큰 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. 3. 다층지반에 시공된 수직구의 경우 최대 전단력과 최대 휨모멘트는 지반 물성이 변화하는 경계면 부근에서 최대로 발생함을 확인 하였으며, 수직방향 성분의 지진하중은 수평방향 지진하중에 비하여 그 영향 정도가 작고 구조물의 손상을 일으키는 주된 요인이 수평방향 성분의 지진하중임을 알 수 있었다.
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참고문헌 (27)

  1. 건설교통부(2007) 터널설계기준. 

  2. 김명철(2004) 지하박스구조물의 내진설계를 위한 구조해석방법에 관한 연구, 박사학위논문. 연세대학교 대학원. 

  3. 에스케이건설(2008) 강남지역 전기공급시설 전력구 공사 지반조사 보고서. 

  4. 이대우(1993) BOX형 지하구조물의 내진설계 기준확립을 위한 해석기법 개발, 석사학위논문, 연세대학교 대학원. 

  5. 이종우(1998) 다층반무한 평면의 동적기본해를 이용한 지반-구조물 상호작용계의 경계요소해석, 석사학위논문, 연세대학교 대학원. 

  6. 이재득(2000) 터널의 내진설계기준 수립을 위한 지진해석 방법의 비교 연구, 석사학위논문, 연세대학교 산업대학원. 

  7. 임재일(2001) 지하철 구조물의 지진해석에 관한 연구, 석사학위논문, 연세대학교 산업대학원. 

  8. 삼호(2005) 신양산-동부산 4차 전력구 공사 지반조사 보고서. 

  9. An, X., Shawky, A.A., and Maekawa, K (1997) The Collapse Mechanism of a Subway Station during the Great Hanshin Earthquake, Cement and Concrete Composites, Vol. 19, pp. 241-257. 

  10. Consantopoulos, I.V., Motherwell, J.T., and Hall, J.R (1979) Dynamic Analysis of Tunnels, Third Interaction Conference on Numerical Method in Geomechanics, pp. 841-848. 

  11. Goto, K., Matsumoto, M., and Urayama, M (1985) Earthquake-Resistance Analysis by Finite Element-Boundary Element Hybrid Method, 5th Interaction Conference on Numerical Methods in Geomechanics, pp. 1519-1524. 

  12. Hibbit, Karlsson, Sorensen, Pawtucket R.I (2008) ABAQUS version 6.8 Manual 

  13. Huo, Hongbin (2004) Seismic Design and Analysis of Rectangular Underground Structures, PH. D thesis, Purdue University. 

  14. Huo, H., Bobet, A., Fernandez, G. and Ramirez, J (2005) Load Transfer Mechanisms between Underground Structure and Surrounding Ground: Evlauation of the Failure of the Daikai Station, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 131, pp. 1522-1533. 

  15. Kaizu N (1990) Seismic Response of shaft for underground transmission line, Proceeding from the Third Japan-U.S. Workshop on Earthquake Resistant Design of Lifeline Facilities and Countermeasures for Soil Liquefaction, pp. 513-525. 

  16. Kawashima, K. (1999), Seismic Design of Underground Structures in Soft Ground, a Review, Proceedings of the International Symposium on Tunneling in Difficult Ground Condition, Tokyo, Japan. 

  17. Kawashima, K. (1996) 지하 구조물의 내진 설계(Seismic design of underground structure). 

  18. Kunichika, M., Sato, T (2004) An earthquake resistant design methodology for divisional shaft based on the response displacement method, Japan Society for Natural Disaster Science, Vol. 23, pp. 381-390. 

  19. Maruyama (1998) Seismic analyses of an isolated shield-driven tunnel, Symposium of the 10th Earthquake Engineering Society of Japan, pp. 2875-2878. 

  20. Monsees, J.E. and Merritt, J.L (1991) Seismic modeling and design of underground structures, Numerical Methods in Geomechanics, Vol. 21, pp. 1833-1841. 

  21. Ohbo, K. and Ueno, K (1992) Dynamic behavior of super deep vertical shaft during earthquake, Earthquake Engineering, Tenth World Conference, Balkema, Rotterdam. 

  22. Okamoto, S., Tamura, C., Kato, K., and Hamada, M (1973) Behaviors of Submerged tunnels during Earthquakes, Proceedings of the Fifth World conference on Earthquake Engineering, Vol. 1, Rome Italy, pp. 544-553. 

  23. Psarropoulos, P.N., Klonaris, G., and Gazetas, G. (2005) Seismic earth pressures on rigid and flexible retaining walls, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 25, pp. 795-809. 

  24. Peck, R.B., Hendron, A.J., and Mohraz, B (1972) State of the Art in Soft Ground Tunneling, Proceedings of the Rapid Excavation and Tunneling Conference, American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers, New York, pp. 259-286. 

  25. Sakurai, A. and Takahashi, T (1969) Dynamic Stresses of Underground Pipeline During Earthquakes, Proceedings of the Fourth World Conference on Earthquake Engineering. 

  26. Tachibana (2003) Evaluation of ground displacement for seismic design of tunnels near vertical shaft, Earthquake Engineering Society of Japan. pp. 1-7 

  27. Takahashi (2003) 立坑とシ一ルドトンネモルの免震繼手の開發(입갱과 쉴트터널의 면진이음새 개발), Earthquake Engineering Society of Japan, pp. 1-4. 

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