[논문]2016년 경주지진 스펙트럼과 한국표준설계스펙트럼의 비교

김재관; 김정한; 이진호; 허태민

doi:10.5000/eesk.2017.21.6.277

2016년 경주지진 스펙트럼과 한국표준설계스펙트럼의 비교
Response Spectra of 2016 Gyeongju Earthquake and Comparison with Korean Standard Design Spectra 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.21 no.6, 2017년, pp.277 - 286

김재관 (서울대학교 건설환경공학부) , 김정한 (부산대학교 건설융합학부) , 이진호 (부경대학교 해양공학과) , 허태민 (서울대학교 건설환경공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

On September 12, 2016, Gyeongju earthquake occurred. Its local magnitude was announced to be $M_L=5.8$ by Korea Meteorological Administration (KMA). Ground motion data recorded at KMA, EMC and KERC stations was obtained from their data bases. From the data, horizontal and vertical response spectra, and V/H ratio were calculated. The horizontal spectrum was defined as geometric mean spectrum, GMRotI50. From the statistical analysis of the geometric mean spectra, a mean plus one standard deviation spectrum in lognormal distribution is obtained. Regression analysis is performed on this curve to determine the shape of spectrum including transition periods. Applying the same procedure, the shape and transition periods of vertical spectrum was obtained. These results were compared with the Korean standard design spectra, which were developed from domestic and overseas intraplate earthquake records. The response spectra of Gyeongju earthquake were found to be almost identical with the newly proposed design spectra. Even the V/H ratios showed good agreement. These results confirmed that the method adopted when developing the standard design spectra were valid and the developed design spectra were reliable.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

6(b)에는 Fig. 6(a)에 제시된 지진 기록의 S_x(T), S_y(T), GMRotD50, GMRotI50을 비교하였다.
2016년 9월 12일 20시 32분에 발생한 규모 M_L = 5.8의 본진 지진기록에 근거하여 수평 및 수직스펙트럼을 구하였다. 이 수평스펙트럼은 기하평균스펙트럼으로 정의되었다.
개별 지진 기록의 기하평균스펙트럼을 계산한 다음 각 주기별로 스펙트럼 값의 분포를 통계 분석하고 신뢰도 수준에 따른 수평스펙트럼을 구하였다. 가속도스펙트럼뿐 아니라 변위스펙트럼도 계산하였다. 스펙트럼에 회귀분석을 실시하여 형상에 대한 파라미터들을 구하였다.
각 지진기록의 수직스펙트럼의 값을 기하평균(GMRotI50)으로 정의한 수평스펙트럼으로 나누어서 주기마다 비를 구하였다. 이때 감쇠비 ξ = 5% 이다
스펙트럼에 회귀분석을 실시하여 형상에 대한 파라미터들을 구하였다. 수직지반운동에 대해서도 수평운동과 같은 분석을 실시하여 수직설계스펙트럼의 형상 파라미터를 구하였다.
수평스펙트럼과 마찬가지 방법으로 mean + 1.0σ 수준의 가속도와 변위 스펙트럼에 회귀 분석을 실시하여 형상과 전이주기를 식별하였다.
이 논문에서는 표준스펙트럼과 비교하기 위해서 mean + 1σ 곡선을 구하였다
이 연구에서는 2축 방향으로 각각 구해지는 두 개의 스펙트럼의 기하평균을 취하는 기하평균스펙트럼, GMRotI50을 대표 스펙트럼으로 정의하는 방법을 채택하였다[6-8].
이러한 절차에 따라서 얻어진 경주 지진의 수평, 수직스펙트럼을 참고문헌[9, 10]에 제시된 한국표준설계스펙트럼(’17 code, ’97 code)과 비교하였다.
9에 제시된 스펙트럼을 회귀분석하였다. 주기를 가속도에 민감한 구간, 속도에 민감한 구간 그리고 변위에 민감한 구간으로 구분하고 가속도에 민감한 구간은 ZPA(zero period acceleration, T_z = 0.02초) 주기부터 상승하는 구간과 증폭비가 평탄한 구간으로 세분하였다. 가속도가 평탄한 구간에서 가속도설계스펙트럼의 최대지반가속도(PGA)에 대한 비를 증폭계수 a_A로 정의하였다.
8의 본진에 의한 지반진동 기록을 기상청 국가지진종합정보시스템(이하 NECIS)[3], 한국원자력안전기술원 원전 부지 지진감시센터(이하 EMC)[4], 한국지질자원연구원 지진연구센터(이하 KERC)[5] 데이터베이스에서 수집하고 분석하였다. 진앙거리 200 km 이하의 암반지반에서 관측된 50개의 가속도시간이력을 얻은 다음 이로부터 수평스펙트럼과 수직스펙트럼을 계산하였고 수평스펙트럼에 대한 수직 스펙트럼의 비를 계산하였다.

대상 데이터

2016년 9월 12일 경주 남서쪽 약 10 km 지점에서 지진이 발생하였다. 12일 19시 44분에 규모 M_L = 5.
M_L = 5.8본진에 의해서 진앙거리 200 km 이하의 암반지반 NECIS 관측망[3], EMC 감시망[4], KERC 연구망[5] 관측소에 기록된 지반가속도 데이터를 수집하였다. Table 2와 Table 3에 관측소명과 진앙거리가 정리되어 있고 Figs.
이 수평스펙트럼은 기하평균스펙트럼으로 정의되었다. 거리 200 km 이하의 암반지반 지진 기록 50개를 통계 분석하였다. 기록의 개수는 많지는 않지만 Fig.
7(b)와 같이 대표 방위각을 선정하여 그 방향의 기 하평균스펙트럼을 구한 것을 GMRotI50이라고 부른다. 이 연구에서 채택한 스펙트럼은 바로 GMRotI50이다[6-8]. Fig.
이를 위해서 저자들은 M_L = 5.8의 본진에 의한 지반진동 기록을 기상청 국가지진종합정보시스템(이하 NECIS)[3], 한국원자력안전기술원 원전 부지 지진감시센터(이하 EMC)[4], 한국지질자원연구원 지진연구센터(이하 KERC)[5] 데이터베이스에서 수집하고 분석하였다. 진앙거리 200 km 이하의 암반지반에서 관측된 50개의 가속도시간이력을 얻은 다음 이로부터 수평스펙트럼과 수직스펙트럼을 계산하였고 수평스펙트럼에 대한 수직 스펙트럼의 비를 계산하였다.

데이터처리

mean + 1.0σ 수준의 가속도와 변위 스펙트럼에 회귀 분석을 실시하여 형상과 전이주기를 식별하였다.
이 연구에서는 2축 방향으로 각각 구해지는 두 개의 스펙트럼의 기하평균을 취하는 기하평균스펙트럼, GMRotI50을 대표 스펙트럼으로 정의하는 방법을 채택하였다[6-8]. 개별 지진 기록의 기하평균스펙트럼을 계산한 다음 각 주기별로 스펙트럼 값의 분포를 통계 분석하고 신뢰도 수준에 따른 수평스펙트럼을 구하였다. 가속도스펙트럼뿐 아니라 변위스펙트럼도 계산하였다.
03초 보다 짧은 구조물의 수직스펙트럼 값은 약간 작게 산출될 수 있으나 일반 구조물은 대체로 이 영역에 속하지 않는다. 결과가 신뢰성해석에 사용될 수 있도록 스펙트럼 회귀분석에서 불확실성의 크기를 계산하였고 수록하였다.
가속도스펙트럼뿐 아니라 변위스펙트럼도 계산하였다. 스펙트럼에 회귀분석을 실시하여 형상에 대한 파라미터들을 구하였다. 수직지반운동에 대해서도 수평운동과 같은 분석을 실시하여 수직설계스펙트럼의 형상 파라미터를 구하였다.
표준스펙트럼과 비교하기 위해서 Fig. 8과 Fig. 9에 제시된 스펙트럼을 회귀분석하였다. 주기를 가속도에 민감한 구간, 속도에 민감한 구간 그리고 변위에 민감한 구간으로 구분하고 가속도에 민감한 구간은 ZPA(zero period acceleration, T_z = 0.

성능/효과

가속도스펙트럼뿐 아니라 변위스펙트럼도 같이 얻어졌고 형상을 결정하는 파라미터도 회귀분석에 의해서 수평 αA= 2.85, T0 = 0.054초, TS = 0.22초, TL = 1.5초, 수직 αA= 2.85, T0 = 0.04초, TS = 0.27초, TL = 0.98초, V/H(단주기) = .075, V/H(장주기) = 0.57로 구해졌다.
22초에 비해서 장주기 영역으로 이동하였다. 결과적으로 가속도에 민감한 구간이 확대되었다.
결과적으로, 참고 문헌[9]에서 새롭게 제시된 우리나라 표준설계스펙트럼(’17 code)이 내진 설계기준연구Ⅱ[14]의 설계스펙트럼(’97 code)의 장주기 영역에서 지나치게 보수적이고 단주기 영역에서 비보수적이던 단점에 실제 우리나라 지진위험을 잘 반영하여 수정되었다는 것을 알 수 있다
경주 지진 스펙트럼 분석결과를 내진설계기준연구Ⅱ[14]에서 제시하던 표준설계스펙트럼(’97 code)과 비교하였을 때 주기가 수평 0.25초, 수직 0.35초보다 짧은 단주기 구조물의 경우에는 설계기준보다 큰 응답이 발생했으며 주기가 수평 0.25초, 수직 0.35초보다 긴 장주기 구조물의 경우에는 작은 응답이 발생했다.
서론에서 언급한 바와 같이 본 연구를 통해서 참고문헌[9, 10]에 제시된 한국 표준설계스펙트럼(’17 code)의 적합성을 검증했고 그 결과 표준설계 스펙트럼의 형상은 경주 지진의 스펙트럼을 잘 포괄하며 설명한다는 것을 밝힐 수 있었다.
표준설계스펙트럼(’17 code)은 경주 지진의 기록으로부터 얻은 스펙트럼과 만족스럽게 잘 일치하는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라 표준수평설계스펙트럼은 무엇으로 정의되었는가?	단, 대표하는 지반운동을 정의할 수 있고 실제 설계를 위해서는 그렇게 할 수 밖에 없다. 우리나라 표준수평설계스펙트럼(’17 code)은 기하평균스펙트럼, 그 중에서도 GMRotI50로 정의되었다. x,y를 직교하는 두 수평축, 그리고 주기 T 에서 x축 방향 스펙트럼을 Sx(T), y축 방향 스펙트럼을 Sy(T)라고 하면, 기하평균스펙트럼 Sxy(T)는 식 (1)과 같이 정의된다.
	경주 지진으로 인한 지반의 진동은 어디에 기록되었는가?	경주 지진으로 인한 지반의 진동은 전국적으로 많은 관측소에서 기록되 었으며 심지어는 진앙에 아주 가까운 지역에서도 기록되었다. 이 기록들은 우리나라 지진 지반운동의 특성을 알아내는 데에 더 없이 좋은 기회를 제공 하였다.
	계산한 설계스펙트럼이 표준설계스펙트럼(’17 code)보다 단주기 영역으로 치우쳐져 있고, 단주기 성분이 더 발달한 것으로 보이는 이유는?	또한 경주지진 수평스펙트럼에서 가속도에 민감한 구간은 표준설계스펙트럼 (’17 code)에 비해서 단주기 성분이 더 발달한 것으로 보인다. 이는 규모 5.8의 경주 지진이 규모가 4.5이상 7.9이하의 국내외 판내부지진들의 mean + 1σ설계지진에 비해 단주기 성분이 탁월하고 장주기 성분은 충분히 발달하지 않았기 때문으로 추정된다. 아울러 USGS가 경주지진의 규모를 MW = 5.

참고문헌 (15)

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EMC. Earthquake Monitoring Center. Available from: http://emc.kins.re.kr/
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Kim JK, Kim JH, Lee JH, Heo TM. Development of Korean standard vertical design spectrum based on the domestic and overseas intraplate earthquake records. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2016 Nov;20(6):413-424.

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상세보기
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EESK, KICT. The Research of Seismic Design Code(II). Ministry of Construction and Transportation. c1997. 37p.
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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