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문제 정의
- 교량의 내진설계에서는 지진하중에 의한 에너지의 대부분을 교각의 소성 힌지를 통해 소산하도록 유도되고, 상부구조의 경우 탄성거동을 하도록 설계되기 때문에 교각의 응답이 중요하다. 또한 본 연구에서는 국부적인 응답보다는 전체적인 응답에 초점을 맞추고 있기 때문에 교각의 최대변위 및 최대전단력을 검토하였다.
- 본 연구에서는 2016년 9월 12일 경주지역에서 발생한 본진 규모 5.8 지진에 대한 도시철도 교량의 잠재적 손상 평가를 수행하였다. 이를 위해 비선형 정적해석을 수행하여 교량 교각의 공급역량을 구하였고, 경주지역 및 인근지역의 관측소에서 계측된 지진파를 사용한 비선형 동적 시간이력해석 결과로부터 계측된 지진파에 의한 요구수준을 검토하였다.
- 따라서 이번 경주지진과 같은 큰 규모의 지진에 대해 도시철도 교량의 내진성능을 평가하여야 한다. 이에 본 연구에서는, 기상청(KMA)[2]과 한국지질자원연구원(KIGAM) [3]에서 운영하는 경주지역 및 인근지역 관측소에서 계측된 지진파를 사용하여 국내의 도시철도 교량에 대한 손상수준을 평가하였다. 이를 위해 대표적인 형식을 갖는 도시철도 교량을 선정한 후 비선형 정적해석에 의해 공급 역량을 평가하였고, 계측된 지진파를 지진하중으로 재하한 비선형 시간이력해석을 수행하여 요구수준을 검토하였다.
가설 설정
- 각 교각이 보유하고 있는 공급역량(하중지지능력, capacity)을 검토하기 위하여 각 교각에 대해 비선형 정적 pushover 해석을 수행하였다. 각 교각은 지반고를 고려하여 교각의 높이를 산정하였고, 각 교각의 유효높이는 교각 코핑부 하단에서 코핑부 중립축까지의 높이까지로 가정하였다. 교각의 해석모델에서는 소성힌지의 영향을 면밀하게 검토하기 위해 교각의 밑면에서는 작은 요소로 그리고 교각의 윗부분으로 갈수록 비교적 큰 요소로 해석모델을 구성하였다.
- 본 연구에서 사용된 지진취약도 모델은 스트라입 방법에 근거하여 지진 응답(demand) 확률 모델과 한계상태(limit state) 확률 모델을 대수 정규분포(lognormal distribution)로 가정한 후(Fig. 11 참조), 대수 정규분포누적함수(lognormal cumulative distribution function, Φ[•])로서 정의된다.
- 1에 있는 대상 교량의 일반도에서 역사 진출부로부터 반복적으로 구성되어 있는 프리스트레스트콘크리트 보 주형 부분을 해석대상 교량으로 고려하였다. 비선형 동적 시간이력해석을 위한 대상교량의 모델링에서, 첫 번째 경간의 왼쪽 지점은 정거장 역사의 진출부로 서 고정단으로 가정한 반면에, 해석대상 교량 마지막 경간의 오른쪽 지점은(Fig. 1에서 7번째 교각) 강 상자 구간으로 연결되어 반복적인 형식으로 계속 진행되기 때문에 가상의 교대로 가정하여 가동단받침으로 해석모델을 구성하였다. 해석대상 교량의 해석모델은 Fig.
- 위에서 기술된 모델링의 기본 가정을 사용하여 대상 교량의 해석모델을 구성하였다. 해석모델을 구성함에 있어, Fig.
- 81이었다. 한계손상상태의 불확실성을 고려하기 위하여 앞서 주어진 변위연성도를 대수 정규분포(Fig. 11에서 C분포 함수임)의 중앙값으로 선택하였고, 또한 대수 표준편차를 모든 교각의 변위연성도에 대하여 0.25로 가정하였다.
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