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한국의 지반거동을 고려한 교량과 송전철탑의 지진취약도 분석
Seismic Fragilities of Bridges and Transmission Towers Considering Recorded Ground Motions in South Korea 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.20 no.7 special, 2016년, pp.435 - 441  

박효상 (건국대학교 인프라시스템공학과) ,  응웬 두이-두안 (건국대학교 인프라시스템공학과) ,  이태형 (건국대학교 인프라시스템공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Korean peninsula has known as a minor-to-moderate seismic region. However, some recent studies had shown that the maximum possible earthquake magnitude in the region is approximately 6.3-6.5. Therefore, a seismic vulnerability assessment of the existing infrastructures considering ground motions...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히 철탑은 풍하중 설계가 이루어지기 때문에 지진하중에 의한 손상정도를 판단할 근거가 부족하다[14]. 따라서 본 논문에서는 선형 시간이력해석을 통해 철탑 구조물 각 부재의 응답을 검토하였다. 각 부재가 갖는 항복응력(Fy)과 탄성좌굴응력(fcr)을 기준으로 철탑구조물의 손상유무를 정의하였다.
  • 본 연구의 목적은 국내에서 관측된 지반운동을 고려하여 사회기반시설 중 강상자형 교량과 송전철탑(이하 ‘철탑’)의 해석적 지진취약도 곡선을 도출하는데 있다.

가설 설정

  • 비면진 교량의 지진에 의한 손상 확률은 면진교량의 손상 확률 보다 높다.
  • 본 연구에서 사용한 취약도 함수는 식 (1)과 같이 표현되는 누적정규분포함수로 가정한다.
  • 비면진 교량의 경우, 상부 구조물과 교각의 연결은 rigid-link 요소를 사용하여 모델링 하였다. 본 연구에서는 교량의 성능에 대한 지반 구조물 상호 작용과 교대의 효과는 고려하지 않았다.
  • 지진 하중 하에서 교각의 요소 길이에 따른 소성 및 비선형 거동을 정확히 나타내기 위해 OpenSees의 nonlinearBeamColumn 요소를 사용하고, 콘크리트 및 강재의 형상은 파이버단면으로 구성하였다. 상부구조인 거더는 지진하중에서도 탄성상태를 유지하는 것으로 가정하여 elasticBeamColumn 요소로 구성하였다. 단면적, 단면의 비틀림 모멘트 및 단면 2차모멘트와 같은 거더 단면의 특성화 된 양은 Fig.
  • 면진교량의 경우 가장 중요한 구성 요소 중 하나는 상부와 하부구조를 연결하는 면진받침으로, 본 연구에서 고려한 교량은 LRB로 구성된 두 개의 면진장치가 설치되어 지진 발생 시 상부 구조물의 변형을 수용하도록 설계되어있다. 전단력 하에서의 LRB의 거동은 초기 강성(Ku), 항복 후 강성(Kd) 및 항복 강도(Fy) 또는 특성 강도(Qd)와 같은 일반적인 특성의 이선형 모델로 가정된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 수행한, 단일 RC 교각을 갖는 강상자형 거더 교량과 765 k, 154 kV 용량 송전철탑의 내진 성능 평가를 통해 도출된 결론은 무엇인가? ∙ 해외지진파에서 얻은 교량의 지진 취약도 곡선과 국내 지진파를 사용하여 도출한 지진 취약도 곡선을 비교했을 때, 국내 지진파를 사용한 교량의 지진취약성이 현저히 작은 결과를 보였다. ∙ 비면진 교량의 지진에 의한 손상 확률은 면진교량의 손상 확률 보다 높다. ∙154 kV 및 765 kV 철탑은 부재의 항복응력에 의한 손상이 탄성좌굴에 의한 손상보다 더 취약한 것으로 나타났다. ∙해외지진파에서 얻은 철탑의 지진취약도 곡선과 국내지진파를 사용하여 도출한 지진취약도 곡선을 비교했을 때, 국내지진파를 사용한 철탑의 지진취약성이 더 작은 결과를 보였다. ∙국내지진파와 해외강진기록에 의한 해석의 차이가 명확하게 드러났으므로, 국내 구조물의 내진설계와 내진성능평가를 위해서 국내 특성이 반영된 실측 및 인공지진파의 확충이 필요하다.
시간이력해석법을 사용하는데 어떤 어려움이 있는가? 따라서 지진취약도 곡선은 사회기반시설의 지진취약성을 평가하는데 유용한 도구로 활용되고 , 그 중 시간이력 해석법은 구조물의 취약도곡선을 유도하는데 가장 널리 사용되고 신뢰할 수 있는 방법이다 [1, 2]. 하지만 시간이력해석법은 입력지진파 특성의 영향이 큰 분석적 방법으로, 경험적 지진 관측 자료가 부족한 지역의 경우 지역 특성을 고려한 구조물의 지진취약성을 평가하는데 어려움이 있다.
지진취약도 해석을 내진성능평가에 널리 사용하는 이유는 무엇인가? 지진취약도 해석은 구조물의 확률적 지진손상 평가방법의 하나로 다양한 크기의 지진하중에 대한 손상확률을 정량적으로 제시할 수 있으므로 내진성능평가에 널리 사용되고 있다. 따라서 지진취약도 곡선은 사회기반시설의 지진취약성을 평가하는데 유용한 도구로 활용되고 , 그 중 시간이력 해석법은 구조물의 취약도곡선을 유도하는데 가장 널리 사용되고 신뢰할 수 있는 방법이다 [1, 2].
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참고문헌 (14)

  1. Shinozuka M, Feng MQ, Kim HK, Kim SH. Nonlinear static procedure for fragility curve development. Journal of Engineering Mechanics. 2000;126:1287-1296. 

  2. Shinozuka M, Feng MQ, Lee J, Naganuma T. Statistical analysis of fragility curves. Journal of Engineering Mechanics. 2000;126(12): 1224-1231. 

  3. Mazzoni S, McKenna F, Scott MH, Fenves GL. OpenSees command language manual. Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley USA; c2007. 

  4. Federal Highway Administration (FHWA). Seismic Retrofitting Manual for Highway Bridges, Publication No. FHWA-RD-94-052, Department of Transportation, McLean, Virginia, USA; c1995. 

  5. Park DH, Kwak DY, Jeong CG. Development of new probabilistic seismic hazard analysis and seismic coefficients of Korea Part I: Application and verification of a novel probabilistic seismic hazard analysis procedure. Journal of the Korean Geoenvironmental Society. 2009;10(7):103-109. 

  6. Park DH, Kwak DY, Jeong CG. Development of new probabilistic seismic hazard analysis and seismic coefficients of Korea Part II: Derivation of probabilistic site coefficients. Journal of the Korean Geoenvironmental Society. 2009;10(7):111-115. 

  7. Ministry of Public Safety and Security. Development of seismic fragility for urban infrastructure network. c2015 Apr. 

  8. Gasparini DA, Vanmarcke EH. Simulated earthquakes compatible with prescribed response spectra. Massachusetts Institute of Technology, Publication No. R76-4, Cambridge, Massachusetts. c1976 Jan. 

  9. PEER Strong Motion Database [Internet]. Pacific Earthquake Engineering Research Center; c2014. Available from : http://peer.berkeley.edu/nga 

  10. Kent DC, Park R. Flexural members with confined concrete. Journal of the Structural Division. 1971;97(7):1969-1990. 

  11. Menegotto M, Pinto PE. Method of analysis for cyclically loaded reinforced concrete plane frames including changes in geometry and non-elastic behavior of elements under combined normal force and bending. Proceedings of the IABSE Symposium of Resistance and Ultimate Deformability of Structures Acted on by Well-Defined Repeated Loads, Lisbon, Portugal. 1973;13:15-22. 

  12. Tian L, Li H, Liu G. Seismic response of power transmission tower line system subjected to spatially varying ground motions. Mathematical Problems in Engineering. 2010. 20p. 

  13. Wang F, Su Z, Li Q, Yang J. Response analysis of cathead transmission tower seismic performance based on OpenSees. Proceedings of the 5th International Conference on Intelligent Systems Design and Engineering Applications. 2014;893-896. 

  14. Korea Electric Power Corporation (KEPCO). Design standard of transmission tower (DS-1111). Korea Electric Power Corporation; c2010. 

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