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[국내논문] 2-매개변수 지반분류 방법 및 지반 증폭계수의 검증 (I) - 국외 내진설계기준 및 부지응답특성과의 비교
Verification of 2-Parameters Site Classification System and Site Coefficients (I) - Comparisons with Well-known Seismic Code and Site Response Characteristics 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.28 no.3, 2012년, pp.25 - 34  

이세현 (한국원자력안전기술원 구조부지평가실) ,  선창국 (한국지질자원연구원 지진연구센터) ,  하정곤 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  김동수 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과)

초록
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최근 제안된 2-매개변수 지반분류 방법 및 지반 증폭계수가 국내 지반조건 및 지반증폭특성에 적합함을 검증하기 위하여 내진설계기준연구II, Eurocode-8, 현재 개정중인 미국 동부지역 NYC DOT 내진설계기준과 비교를 수행하였다. 유사한 조건의 지반 조건에 대하여 각 기준의 설계응답스펙트럼을 비교한 결과, 2-매개변수 지반분류, Eurocode-8, NYC DOT 내진설계기준은 일반적인 국내 지반특성인 단주기 영역의 증폭을 크게 고려하고 있는 반면, 내진설계기준 연구II는 장주기 영역의 증폭을 크게 평하는 것으로 나타났다. 추가적으로 경주시 $10km{\times}10km$ 지역내 50개 부지에 대한 지반응답해석 결과를 확보하고, 이를 내진설계기준연구II 및 2-매개변수 지반분류 방법에서 제안하는 지반 증폭계수와 2차원 공간적인 비교를 수행하였다. 단주기 및 장주기 증폭계수 모두에 대하여 내진설계기준연구II가 2-매개변수 지반분류 방법에 비하여 부지응답해석 결과와의 오차값이 월등히 큰 것으로 평가되어, 2-매개변수 지반분류 방법에서 제안하는 지반 증폭계수의 타당성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to verify that the recently proposed two-parameters site classification system and the corresponding site coefficients are suitable for the local geological conditions in Korea, a comparison was conducted with current Korean seismic code, Eurocode-8, NYC DOT seismic code. The design spectru...

Keyword

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문제 정의

  • 본 연구에서는 최근 제안된 2-매개변수 지반분류 방법 및 지반 증폭계수(김동수 등, 2008)가 현행 국내 내진설계기준과 비교하여 국내 지반 조건 및 지반 증폭 특성에 적합함을 검증하기 위하여 국내 지반 조건과 유사한 국외 내진설계기준과의 비교를 수행하였다. 또한, 특정 지역에 대한 부지 고유의 지반응답해석 결과로부터 계산된 지반 증폭계수를 2-매개변수 지반분류 방법 및 현행 국내 내진설계기준과 2차원 공간에서 비교하였다.
  • 0 이상의 주요 지진 계측 기록 및 최근 신설된 765kV 변전소 부지에서 계측된 지진 기록을 분석함으로써 2-매개변수 지반분류 방법의 타당성을 입증하였다. 본 논문에서는 앞의 두 가지 검증 방법에 대해 상세하게 논의하였고, 마지막 국내 실지진 계측 기록을 통한 검증 방법에 대해서는 동반 논문(II-국내 실지진 계측 기록을 통한 검증)에서 상세하게 논의하였다.
  • 본 연구에서는 국내 내륙 지형 및 지질 특성을 대표하고, 역사 및 계기 지진 기록이 다수 존재하여 지진학적 가치가 높은 경주 지역의 부지응답해석 결과와의 2차원 공간적 비교를 통해 2-매개변수 지반분류 방법의 적합성을 확인하였다. 선창국 등(2005)에 의해 경주시 10km×10km 지역에서 획득한 다양한 지반조사 결과와 이를 바탕으로 수행된 지반응답해석 결과를 이용하였다.
  • 본 연구에서는 기반암 깊이(H)와 토층 평균 전단파속도(Vs,soil)를 동시에 고려하는 2-매개변수 지반분류 방법및 지반 증폭계수의 국내 지반조건에 대한 적합성을 검증하기 위하여, 국내 지반조건과 유사한 국외 내진설계 기준과의 비교 및 경주 지역의 부지응답특성 결과와의 2차원 공간적 비교를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
내진설계기준 연구II에서 정의하고 있는 국내 지반분류 방법은? 현행 국내 내진설계기준 상위 개념인 내진설계기준 연구II(건설교통부, 1997)에서 정의하고 있는 지반분류 방법은 상부 30m 평균 전단파속도인 Vs,30과 표준관입시험 저항값(SPT-N값) 및 비배수 전단강도를 부차적으로 이용하여 사질토 및 점성토에 모두 적용할 수 있도록 하고 있다. 분류 기준인 Vs,30은 부지의 전단파속도 주상도와 식 (1)을 이용하여 획득할 수 있고, 이를 바탕으로 표 1과 같이 5 종류(SA~SE)의 지반과 지반 특성이 매우 불리할 경우 추가적인 부지특성평가가 요구되는 SF 지반으로 분류하고 있다.
내진설계시 구조물에 작용하는 지진하중의 결정을 좌우하는 것은? 내진설계시 구조물에 작용하는 지진하중은 구조물이 들어서는 지역, 구조물의 중요도 및 국지적 지반 조건 등에 의해 결정되고, 지역 및 구조물의 중요도는 구체적인 설계가 이루어지기 전에 결정되는 요소이므로 결국 국지적 지반 조건이 지진하중 결정을 좌우하게 된다. 구조물 하부에 위치한 지반의 국지적 특성으로부터 지반분류를 수행하고, 이에 따라 가변성을 지닌 지반 증폭계수는 구조물에 작용하는 지진하중 산정을 위한 직접적인 요소이며, 1997년 건설교통부에서 제정한 내진설계 상위 개념인 내진설계기준연구II(건설교통부, 1997) 및 이 후 정부 여러 부처와 산하 기관에서 제정한 기준서에 명시되어 있다.
상부 30m 토층의 평균 전단파속도를 이용하는 지반 분류 방법을 국내지반에 적용할 시 한계점은? 또한, 상부 30m 토층의 평균 전단파속도(Vs,30)를 이용하는 지반분류 방법은 미국 서부 해안지역에서 기반암 깊이까지의 토층 물성을 모두 설계에 반영할 수 없기 때문에 경제성과 편의성을 고려하여 지진시 상대적으로 지배적인 영향을 미치는 얕은 심도의 지반 특성을 반영하고자 상부 100ft(약 30m) 토층의 물성을 설계에 이용한다는 취지로써 제안된 방법이다. 그러나 기반암이 주로 30m 이내에 존재하는 국내 내륙 지반 조건에 대해서 Vs,30을 이용하여 지반분류를 수행한다면, 30m 이내에 존재하는 암반의 물성을 함께 반영하게 된다. 즉, 기반암이 깊은 지역에서 설계의 효율성을 위하여 상부 30m의 평균 지반물성을 이용하려는 취지가 기반암이 얕은 지역에서는 불합리한 요소로 작용할 여지가 있다.
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참고문헌 (16)

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

  2. 김동수, 이세현, 윤종구 (2008), "기반암 깊이와 토층 평균 전단파속도를 이용한 국내 지반분류 방법 및 지반 증폭계수 개선", 대한토목학회 논문집, 제28권 제1C호, pp.63-74. 

  3. 선창국, 정충기, 김동수 (2005), "국내 내륙의 설계 지반 운동 결정을 위한 지반 증폭계수 및 지반분류 체계 제안", 한국지반공학회 논문집, 제21권 제6호, pp.101-115. 

  4. 윤종구, 김동수, 방은석 (2006), "국내 지반특성에 적합한 지반분류 방법 및 설계응답스펙트럼 개선에 대한 연구 (I) - 국내 내진 설계기준의 문제점 분석", 한국지진공학회 논문집, 제10권 제2호, pp.39-50. 

  5. 천성호, 선창국, 정충기 (2005), "지반 정보화를 위한 지구 통계학적 방법의 적용", 대한토목학회 논문집, 제25권 제2C호, pp.103-115. 

  6. Bardet, J. P. and Tobita, T. (2001), "NERA : A computer program for nonlinear earthquake site response analyses of layered soil deposits", University of Southern California. 

  7. CEN (Comite Europeen de Normalisaton) (2003), "Eurocode 8 : Design of Structures for Earthquake Resistance, Part 1.1 : General Rules, seismic actions and rules for buildings", PrEN 1998-1. 

  8. Dobry, R., Ramos, R. and Power, M. S. (1999), "Site Factors and Site Categories in Seismic Codes", Technical Report MCEER-99-0010. 

  9. Gajer, R., Dobry, R., Silva, W., Thomann, T., Kishore, K., Patel, J., Razzaq, A. and Jain, S. (2008), "2008 New York City DOT Seismic Design Guidelines for Bridges Considering Local Site Conditions", 6th National Seismic Conference on Bridges and Highways. 

  10. Hwang, H. H. M, Lin, H. and Huo, J. (1997), "Site coefficients for design of buildings in eastern United States", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol.16, pp.29-40. 

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

  12. Idriss, I. M. and Sun, J. I. (1992), "User's manual for SHAKE91 : a computer program for conducting equivalent linear seismic response analysis of horizontally layered soil deposits", University of California, Davis, California. 

  13. Kim, D. S., Chung, C. K., Sun, C. G. and Bang, E. S. (2002), "Site Assessment and Evaluation of Spatial Earthquake Ground Motion of Kyeongju", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol.22, No.5, pp.371-387. 

  14. Lee, Sei-Hyun, Sun, Chang-Guk, Yoon, Jong-Ku, Kim, Dong-Soo (2011), "Development and verification of a new site classification system and site coefficients for regions of shallow bedrock in Korea", Journal of Earthquake Engineering. (Accepted) 

  15. Nuttli, O. W. (1981), "Similarities and differences between western and eastern United States earthquakes and their consequences for earthquake engineering", Earthquakes and Earthquake Engineering - Eastern United States, ed. J. Beavers. Ann Arbor, MI, Vol.1, pp.25-51. 

  16. Schnabel, P. B., Lysmer, J. and Seed, H. B. (1972), "SHAKE : a computer program for earthquake response analysis of horizontally layered sites", Report EERC 72-12, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, California. 

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