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5개 중규모 지진의 속도 관측자료를 이용한 수평 응답스펙트럼 특성 분석
Analysis of Characteristics of Horizontal Response Spectrum of Velocity Ground Motions from 5 Macro Earthquakes 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.21 no.6 = no.95, 2011년, pp.471 - 479  

김준경 (세명대학교 소방방재학과)

초록
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최근 한반도 및 주변해역에서 발생한 규모 4.8 이상의 5개 중규모 지진으로부터 관측된 속도 지반운동 파형을 이용하여 수평 응답스펙트럼을 분석하고 결과를 우선 가속도 지반운동을 이용하여 얻어진 수평 응답스펙트럼, 국내 원자력 관련 구조물의 내진설계 기준, 마지막으로 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준과 각각 비교하였다. 연구에 이용된 지반운동은 수평성분 102개(NSEW 성분 포함)이며 고유진동수에 따른 응답을 구하고 각각의 최대 지반 속도 값을 이용하여 정규화 분석을 수행하였다. 첫째, 가속도 응답스펙트럼과 비교한 결과 속도 응답스펙트럼 값은 특히 중간주기에서 높은 응답을 보여 주었고 이에 비해 가속도 응답스펙트럼은 특히 단주기 즉 높은 고유진동수 영역에서 높은 응답을 보여 주었다. 둘째, 국내 원자력시설물의 내진기준으로 이용되고 있는 Reg. Guide 1.60과 비교한 결과 속도 응답스펙트럼 값은 약 6-7Hz를 시작점으로 보다 낮은 장주기 영역에서 기준값을 초과하는 현상을 보여 주었다. 셋째, 500년 재래주기에 해당하는 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준인 표준 설계응답스펙트럼을 SC, SD 및 SE지반 조건과 같은 3개 지반조건과 동시에 비교한 결과 차례로 약 1.5초, 2초 및 3초에서 시작하여 보다 장주기 영역에서 국내 일반 구조물 표준 설계 응답스펙트럼값을 초과하였다. 동일한 부지에서 일반적으로 가속도 응답스펙트럼은 단주기에서 가장 큰 값을 나타내며, 속도 응답 스펙트럼은 중간주기에서 가장 크며, 마지막으로 변위 응답스펙트럼은 장주기에서 가장 큰 값을 가진다는 국외 연구결과가 국내 지반운동을 이용한 결과에서 역시 적용가능하다는 점을 확인시켜 주었다. 최근 국내에서도 건축물의 초고층화 등으로 구조물의 디자인이 기존의 단주기에 비해 중간주기 및 장주기 영역이 상대적으로 강조되고 있어 이러한 중간주기영역에서 수평 응답스펙트럼의 정보는 향후 대단히 중요하다고 할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The velocity horizontal response spectra using the observed ground motions from the recent 5 macro earthquakes, equal to or larger than 4.8 in magnitude, around Korean Peninsula were analysed and then were compared to the acceleration horizontal response spectra, seismic design response spectra (Reg...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 최근 국내에 속도 관측소가 많이 설치되어 특히 속도 지반운동이 풍부하다는 점을 고려하였다. 가속도 지반운동이 아니고 속도 지반운동을 직접 처리하여 국내 지진발생 특성 및 관측소의 지반환경이 충분히 고려된 중간주기 영역의 응답스펙트럼 특성을 분석하고자 시도하였다.
  • 앞서 언급된 국내의 대부분의 연구는 주로 단주기 영역 즉 가속도 지반운동의 처리를 통하여 분석한 연구가 주류를 이루어 있어 즉 강성이 매우 커다란 구조물의 거동특성과 관련되는 연구에 치우쳐 있다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 최근 국내에 속도 관측소가 많이 설치되어 특히 속도 지반운동이 풍부하다는 점을 고려하였다. 가속도 지반운동이 아니고 속도 지반운동을 직접 처리하여 국내 지진발생 특성 및 관측소의 지반환경이 충분히 고려된 중간주기 영역의 응답스펙트럼 특성을 분석하고자 시도하였다.
  • 특히 이전 연구결과에 의하면 구조물의 고유진동수, 진앙거리, 부지의 지반 종류, 지진규모 및 지진원의 단층운동 형태 등에 의한 영향이 크다고 발표되고 있다. 본 연구는 속도 지반운동을 이용하여 여러 가지 영향인자 가운데 특히 민감도가 가장 높은 것으로 알려져 있는 구조물의 고유 진동수에 의한 영향을 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
설계응답스펙트럼에서 반드시 고려해야 하는 것은? 일반적으로 설계응답스펙트럼을 이용하여 임의 지역에서의 구조물의 설계지반운동의 특성이 표현된다. 설계응답스펙트럼은 우리나라 고유의 지진지체구조 특성, 진앙거리에 따른 감쇠 특성 및 고유주기 등을 반드시 고려하여야 한다. 그러나 국내의 경우 해당 분야에 대한 연구가 충분하지 못해 1997년에 건설교통부에 의해 제시된 건축물 및 구조물을 위한 설계응답스펙트럼(건설교통부, 1997)을 약 10여년 동안 개정없이 아직 동일한 기준을 계속 채택해오다가 최근 활발하게 개정이 진행중에 있다.
5개 중규모 지진으로부터 관측된 자료를 이용한 수평 응답스펙트럼을 분석한 결과는? 연구에 이용된 지반운동은 수평성분 102개(NS 및 EW 성분 포함)이며 고유진동수에 따른 응답을 구하고 각각의 최대 지반 속도 값을 이용하여 정규화 분석을 수행하였다. 첫째, 가속도 응답스펙트럼과 비교한 결과 속도 응답스펙트럼 값은 특히 중간주기에서 높은 응답을 보여 주었고 이에 비해 가속도 응답스펙트럼은 특히 단주기 즉 높은 고유진동수 영역에서 높은 응답을 보여 주었다. 둘째, 국내 원자력시설물의 내진기준으로 이용되고 있는 Reg. Guide 1.60과 비교한 결과 속도 응답스펙트럼 값은 약 6-7Hz를 시작점으로 보다 낮은 장주기 영역에서 기준값을 초과하는 현상을 보여 주었다. 셋째, 500년 재래주기에 해당하는 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준인 표준 설계응답스펙트럼을 SC, SD 및 SE지반 조건과 같은 3개 지반조건과 동시에 비교한 결과 차례로 약 1.5초, 2초 및 3초에서 시작하여 보다 장주기 영역에서 국내 일반 구조물 표준 설계 응답스펙트럼값을 초과하였다. 동일한 부지에서 일반적으로 가속도 응답스펙트럼은 단주기에서 가장 큰 값을 나타내며, 속도 응답 스펙트럼은 중간주기에서 가장 크며, 마지막으로 변위 응답스펙트럼은 장주기에서 가장 큰 값을 가진다는 국외 연구결과가 국내 지반운동을 이용한 결과에서 역시 적용가능하다는 점을 확인시켜 주었다. 최근 국내에서도 건축물의 초고층화 등으로 구조물의 디자인이 기존의 단주기에 비해 중간주기 및 장주기 영역이 상대적으로 강조되고 있어 이러한 중간주기영역에서 수평 응답스펙트럼의 정보는 향후 대단히 중요하다고 할 수 있다.
3개의 주기 영역 특성을 동시에 효과적으로 표현한 것은? 따라서 응답스펙트럼은 단주기 영역, 중간주기 영역 및 장주기 영역과 같이 3개의 주기 영역의 정보를 모두 이용하여 구성되어야 한다. 3개의 주기 영역 특성을 동시에 효과적으로 표현한 것이 Tripartite 혹은 Four-Way Logarithmic Plot이다. 미국 원자력 규제위원회가 처음 제정하였고 국내 원자력 내진설계기준이 준용하고 있는 Reg.
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참고문헌 (19)

  1. 건설교통부, 1997, 내진설계기준개발 2단계 연구, 한국지진공학회. 

  2. 김성균, 2007, 한반도 지진특성을 고려하여 모사된 강진동에 대한 가속도 응답스펙트럼, 한국지구과학회지, 28, 2, 179-186. 

  3. 김준경, 2005, 발파에 의한 지반진동의 응답스펙트럼 분석, 한국암반공학회, 15, 5. 338-343. 

  4. 김준경, 2009, 최근 발생지진 관측자료를 이용한 응답스펙트럼 분석, 한국암반공학회, 19, 6, 490-497. 

  5. 김준경, 홍승민, 박기종, 2010, 국내 관측자료를 이용한 수직응답스펙트럼 특성 분석, 지구물리와 물리탐사, 13, 3, 227-234. 

  6. 김준경, 2011, 국내 관측자료를 이용한 응답스펙트럼의 수직/수평비 특성 분석, 한국지반환경공학회, 12, 1, 83-89. 

  7. 선창국, 정충기, 김동수, 김재관, 2007, 역사지진 피해발생 읍성지역에 대한 부지고유의 지진응답 평가, 한국지질공학회, 17, 1, 1-13. 

  8. 윤종구, 김동수, 방은석, 2006, 국내 지반특성에 적합한 지반분류 방법 및 설계응답스펙트럼 계산에 대한 연구(I), 국내 내진설계기준의 문제점, 한국지진공학회, 10, 2, 39-50. 

  9. Benioff, H., 1934, The Physical Evaluation of Seismic Destructiveness, Bulletin of the Seismological Society of America, 24, 2, 88-97. 

  10. Biot, J. A., 1941, A Mechanical Analyzer for the Prediction of Earthquake Stresses, Bulletin of the Seismological Society of America, 31, 2. 

  11. Boore, D. M., Joyner, W. B., and Fumal, T. E., 1994, Estimation of Response Spectra and Peak Acceleration from Western North American Earthquakes: An Interim Report, Part 2, USGS Open File Report 94-127, Menlo Park, California, United States Geological Survey. 

  12. Bozorgnia, Y., and Campbell K. W., 1995, Characteristics of free-field vertical ground motions during the Northridge earthquake, Earthquake Spectra, 11, 515-525. 

  13. Bozorgnia, Y., and Campbell K. W., 2004, The verticalto- horizontal response spectral ratio and tentative procedures for developing simplified v/h and vertical design spectra, Journal of Earthquake Engineering, 8, 175-207. 

  14. Elgamal A., and He, L., 2004, Vertical earthquake ground motion records: an overview, Journal of Earthquake Engineering, 8, 663-697. 

  15. Housner, G. W., 1959, Behavior of Structures during Earthquakes, Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE, 85, EM4, 104-111. 

  16. Newmark, N. M., Blume, J. A., and Kapur, K. K., 1973a, Seismic Design Spectra for Nuclear Power Plants, Journal of Power Division, ASCE, 99, 2, 287-303. 

  17. Newmark, N. M., and Hall, W. J., 1973b, Procedures and Criteria for Earthquake Resistant design, Building Research Series 46, Building Practices for Disaster Mitigation, National Bureau of Standards, U. S. Department of Commerce. 

  18. Newmark, N. M., Hall, W. J., and Mohraz, B., 1973c, A Study of Vertical and Horizontal Earthquake Spectra, Report WASH-1255, Directorate of Licensing, U. S. Atomic Energy Commission. 

  19. Regulatory Guide 1.60, 1968, Design Response Spectra for Seismic Design of Nuclear Power Pans, USNRC. 

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