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[국내논문] 말뚝 강성을 고려한 지반의 지진하중 저감 효과에 관한 해석 연구
Analysis on the Seismic Load Reduction Effect of a Ground by Considering Pile Strength 원문보기

LHI journal of land, housing, and urban affairs, v.3 no.4, 2012년, pp.451 - 456  

김상연 (한국토지주택공사 토지주택연구원) ,  박종배 (한국토지주택공사 토지주택연구원) ,  박용부 (한국토지주택공사 토지주택연구원) ,  김동수 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  이세현 (한국원자력안전기술원 구조부지평가실)

초록
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최근에 건설되는 고층 건물들은 지하 3층 이상의 깊은 지하층을 갖는 경우가 일반적이며, 이 경우에 국내 지반의 특성상 기반암 깊이가 얕아 지하층하부가 암반에 장착되거나 지중에 위치하는 경우가 많다. 현행 우리나라 내진설계기준의 지진하중은 자유장인 지표면에서의 응답을 바탕으로 하고 있어 말뚝이 매설된 기초 하부 지반에서의 지진하중과 상이하므로 비교 및 검증이 요구된다. 이를 위하여 본 연구에서는 2차원 동적(2D Dynamic) 수치해석 기법을 이용하여 말뚝기초가 기반암에 근입될 때 말뚝 강성효과에 의한 기초저면에서의 지진하중 감소를 확인하였으며 경제적인 내진설계를 수행할 수 있는 가능성을 확인해 보았다. 현행 내진 설계기준에 따른 자유장 지표면 가속도를 설계 지진 하중산정 과정에서 말뚝 강성을 고려한 지진 하중 저감효과를 평가하기 위해 PLAXIS 2D 프로그램을 사용하여 말뚝 개수 4개, 8개, 12개인 세가지 말뚝 배치 경우에 대하여 지중 및 기초상부의 최대 지진 가속도와 동일 깊이의 자유장 최대 지진 가속도를 수치해석을 통하여 비교한 결과, 지반내 매설된 말뚝 기초에 의해 20~25%가량의 지진하중 저감효과가 있는 것을 확인하였다. 그러나 말뚝의 개수 및 콘크리트 기초의 크기는 지진응답 특성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a numerical analysis to evaluate the reduction of seismic load due to pile group was performed and compared the peak ground acceleration(PGA) measured at free-field and foundation. The special attention was given to the amplification of seismic acceleration on the foundation due to th...

주제어

#지진하중   #PHC 말뚝   #증폭   #수치해석  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 2차원(PLAXIS 2D Dynamic) 수치해석 기법을 이용하여 말뚝기초가 기반암에 근입될 때 말뚝 강성효과에 의한 기초저면에서의 지진하중 감소를 확인하였으며 경제적인 내진설계를 수행할 수 있는 가능성을 확인해 보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
내진 설계 시 구조물에 작용하는 지진 하중은 어떻게 결정되나? 내진 설계 시 구조물에 작용하는 지진 하중은 구조물이 들어서는 지역, 구조물의 중요도 및 국지적 지반 조건 등에 의해 결정된다. 지역 및 구조물의 중요도는 설계가 이루어지기 전에 결정되는 요소이므로 결국 국지적 지반 조건이 지진 하중 결정을 좌우한다.
지역 및 구조물의 중요도는 왜 중요한가? 내진 설계 시 구조물에 작용하는 지진 하중은 구조물이 들어서는 지역, 구조물의 중요도 및 국지적 지반 조건 등에 의해 결정된다. 지역 및 구조물의 중요도는 설계가 이루어지기 전에 결정되는 요소이므로 결국 국지적 지반 조건이 지진 하중 결정을 좌우한다. 구조물 하부에 위치한 지반의 국지적 특성에 따라 변하는 지반 증폭계수는 지진 시 구조물에 작용하는 지진하중 산정을 위한 직접적인 요소이며 1997년 건설교통부 에서 제정한 내진설계 상위 개념인 내진설계기준연구 II (건설교통부, 1997) 및 이 후 정부 관련 부처와 산하 기관에서 제정한 기준서 등에 명시되어 있다.
PLAXIS 2D Dynamics는 어떤 알고리즘을 갖는가? 수치해석은 2차원 선형 평면 변형률 해석을 위해서 네덜란드 PLAXIS사에서 개발한 PLAXIS 2D Dynamics를 사용하였으며 PLAXIS는 연약지반에 사용가능한 다양한 재료모형을 갖고 있으며 이는 매우 작은 전단강도의 지반에 굴착 또는 성토 등의 변형해석이 가능할 뿐만 아니라, 지진하중에 의한 동해석 등의 복잡한 지반변형을 계산할 수 있음을 의미한다. PLAXIS는 탄소성 상태에서 평형상태에 도달하기 위한 수렴 (convergence)를 돕는 강력한 알고리즘을 보유하고 있으며, 요소망 자동생성 등 편리한 사용자 인터페이스로 실무에서 많이 사용되고 있다
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참고문헌 (7)

  1. 건설교통부(1997), 내진설계기준연구 II-내진설계성능기준과 경제성 평가, 한국지진공학회. 

  2. 대한건축학회(2005), 건축구조설계기준. 

  3. 한국지반공학회(2009), 구조물 기초 설계기준. 

  4. 김용석(2005), 구조물-지반 상호작용과 지진해석, 구미서관. 

  5. 박종배, 천영수, 심영종, 정득재, 한규범(2010), 건축구조물 말뚝머리 접합부의 보강상세에 관한 연구, 토지주택연구원. 

  6. 박종배, 김상연, 이범식, 박용부, 임해식, 최경륜, 김동수, 김범주(2011), 말뚝기초의 설계법 선진화 및 시공법 다양화, 토지주택연구원. 

  7. ICBO (1997), 1997 Uniform Building Code, Volume 2-Structural Engineering Design Provisions, International Conference of Building Officials, California. 

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