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입력 지진의 주파수 특성을 고려한 중력식 안벽의 수평 지진계수에 대한 고찰
A Discussion on the Seismic Coefficient for Gravity Quay Wall Considering Frequency Characteristics of Input Earthquake 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.22 no.1, 2018년, pp.15 - 22  

이문교 (KAIST, 건설 및 환경공학과) ,  하정곤 (KAIST, 건설 및 환경공학과) ,  박헌준 (KAIST, 건설 및 환경공학과) ,  김동수 (KAIST, 건설 및 환경공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Pseudo-static approach has been conventionally applied for the design of gravity type quay walls. In this method, seismic coefficient ($k_h$), expressed in terms of acceleration due to gravity, is used to convert the real dynamic behavior to an equivalent pseudo-static inertial force for ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 실험에서는 안벽의 전도 및 기초지반의 지지력파괴 발생 여부를 확인하고, 활동파괴가 일어나는 시점을 결정하기 위해 안벽의 상하부에서 발생한 수평변위와 벽체 및 뒤채움 지반의 참하량을 동시에 계측하였다. 이를 Fig.
  • 본 연구에서는 중력식 안벽에 대한 입력 지진의 주파수 특성을 고려한 kh 산정법의 필요성을 평가하기 위해 국내외 주요 항만 설계 기준에 제시되어 있는 kh 산정 동향을 파악하였고, 일본 항만 설계 기준에서 적용 중인 입력 지진의 주파수 특성이 고려된 kh 정의의 산정과정을 분석하였다. 문헌연구를 바탕으로 입력 지진파의 1 Hz 이하의 주파수 대역이 안벽의 수평변위를 유발하며, 1 Hz 이상의 영향은 미비한 것으로 나타났다.
  • 이에 본 연구에서는 입력 지진파의 주파수 특성을 고려하고 있는 항만 기준의 kh산정법을 분석하고, 각기 다른 주파수 특성을 갖는 실지진 기록들을 이에 대입하여 입력 지진파의 주파수 특성이 kh 산정 값에 미치는 영향을 검증하였다. 또한 kh를 0.
  • 입력 지진파의 주파수 특성이 kh 산정 값에 미치는 영향을 검증하기 위하여 본 절에서는 주기가 다른 다음의 세가지 실지진기록을 앞서 소개한 일본의 입력 지진파의 주파수 특성을 고려한 kh 산정 방법들에 대입하여 그 결과를 분석하였다.
  • 중력식 안벽은 항만구조물로써 지진시 벽체전면과 배면에 작용하는 정적수압 및 벽체 전면에 작용하는 동적수압에 대한 추가적인 고려가 필요하다 [18]. 하지만 중력식 안벽에 대한 내진설계 및 안정성 검토는 뒤채움 지반이 건조사질토인 중력식 옹벽을 대상으로 제안된 Mononobe-Okabe 공식을 공통적으로 적용하고 있으므로 정확한 kh검증을 위해 본 연구에서는 건조사질토 조건에서의 실험을 수행하였다 [19]. 이에, 향후 지진 시 수압이 구조물에 미치는 영향을 평가하기 위한 포화지반 조건에서의 실험이 수행되어야 할 것으로 판단된다.

가설 설정

  • 각 입력 지진파 별 결과간의 정량적인 비교를 위해 상기 세가지 입력 지진파의 지반운동수준을 뒤채움 지표면 계측기록으로 가정하여 각각 0.055 g 로부터 0.055 g 간격으로 0.44 g까지 8개의 수준에 대하여 동일하게 조정하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
항만구조물 중 가장 기본적이고 필수적인 구조물은? 항만구조물 중에서 가장 기본적이고 필수적인 중력식 안벽에 대한 내진 2등급 붕괴방지수준의 내진 설계와 내진 안정성 평가 상세 1단계 에서는 등 가정적해석법이 사용되고 있다. 기존 등가정적해석법은 지진 하중을 하나의 상수 값을 갖는 관성력으로 변환해주는 Mononobe-Okabe 공식을 이용 하고 있으며, 지진하중은 수평지진계수(이하 kh)값에 결정적으로 좌우된다.
등가정적해석법에서 가장 중요한 요소는? 항만구조물 중에서 가장 기본적이고 필수적인 중력식 안벽에 대한 내진 2등급 붕괴방지수준의 내진 설계와 내진 안정성 평가 상세 1단계 에서는 등 가정적해석법이 사용되고 있다. 기존 등가정적해석법은 지진 하중을 하나의 상수 값을 갖는 관성력으로 변환해주는 Mononobe-Okabe 공식을 이용 하고 있으며, 지진하중은 수평지진계수(이하 kh)값에 결정적으로 좌우된다. 그러므로 적절한 kh 산정은 등가정적해석에서 가장 중요하다고 할 수 있다 [5].
내진설계 선진국과 달리 국내의 실정은? 최근에는 내진설계 선진국을 중심으로 지진하중에 의한 구조물의 힘의 평형관계 초과 시 구조물의 성능을 예측할 수 있는 kh 산정법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 구조물의 성능 평가항목 중 가장 중요한 항목에 해 당하는 변위는 입력 지진파의 주파수 특성에 크게 영향을 받는 것으로 나타나고 있다 [6-9]. 반면, 현행 국내 내진설계 표준서 [2]와 내진성능 평가요령 [4]에 제시된 kh산정방법은 입력 지진파 종류에 상관없이 최대지반가속도만을 이용하고 있다. 이는 계산이 간편한 반면에 입력 지진파의 주파수 특성이 안벽의 수평변위 유발에 미치는 영향을 반영하지 못하고 있다.
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참고문헌 (19)

  1. Ministry of Construction and Transportation. Research of Seismic Design Criterea (II). Earthquake Engineering Society of Korea. c1997. 

  2. Ministry of Oceans and Fisheries. Seismic Design Standards of Harbor and Port. Earthquake Engineering Society of Korea. c1999. 

  3. Seo HY, Park KS, Kim IH, Kim DS. A discussion on the improvement of seismic design criteria of infrastructures. Journal of the Earth quake Engineering Society of Korea. 2014;18(5):231-240. 

  4. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. Seismic Performance evaluation & improvement revision of existing structures (Harbors). Korea Infrastructures Safety and Technology Corporation. c2012. 

  5. Lee MG, Jo SB, Cho HI, Park HJ, Kim DS. A Discussion on the Definitions of Seismic Coefficient for Gravity Quay Wall in Korea. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2017;21(2):77-85. 

  6. Nozu A, Ichii K, Sugano T. Seismic design of port structures. Journal of Japan Association for Earthquake Engineering. 2004;4(3):195-208. 

  7. Nagao T, Iwata N, Fujimura M, Morishita N, Sato H, Ozaki R. Seismic Coefficients of Caisson Type and Sheet Pile Type Quay Walls Against the Level-one Earthquake Ground Motion. Technical note of National Institute for Land and Infrastructure Management. 2006;1-26. 

  8. Cakir T. Evaluation of the Effect of Earthquake Frequency Content on Seismic Behavior of Cantilever Retaining Wall Including Soil-structure Interaction. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2013;45:96-111. 

  9. Hatami K, Bathurst RJ. Effect of Structural Design on Fundamental Frequency of Reinforced-soil Retaining Walls. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2000;19(3):137-157. 

  10. Lee MG, Ha JG, Jo SB, Park HJ, Kim DS. Assessment of Horizontal Seismic Coefficient for Gravity Quay Walls by Centrifuge Tests. Geotechnique Letters. 2017;7(2):211-217. 

  11. Comite Europeen de Normalisation. Eurocode 8: Design of Structures for Earthquake Resistance. Part 5: Foundations, Retaining Structures. Geotechnical Aspects. CEN, Brussels. c2004. 

  12. Ministry of Transport. Technical standards for Ports and Harbour Facilities in Japan. c1999 translated version of 港灣の施設物の技術上の基準?同解說(日本港灣協會, 1999). 

  13. Ministry of Transport. Technical standards for Ports and Harbour Facilities in Japan. c2007 translated version of 港灣の施設物の技術上の基準?同解說(日本港灣協會, 2007). 

  14. Noda S, Uwabe T, Chiba T. Relation between Seismic Coefficient and Ground Acceleration for Gravity Quay Wall. Report of Port and Harbour Research Institute. 1975;14(4):67-111. 

  15. Kim DS, Kim NR, Choo YW, Cho GC. A Newly Developed State-of-the-art Geotechnical Centrifuge in Korea. KSCE Journal of Civil Engineering. 2013;17(1):77-84. 

  16. Lee SH, Choo YW, Kim DS. Performance of an Equivalent Shear Beam (ESB) Model Container for Dynamic Geotechnical Centrifuge Tests. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2013;44:102-114. 

  17. Terzaghi K. General Wedge Theory of Earth Pressure. American Society of Civil Engineers Transactions. 1941;106:68-97. 

  18. Kim SR, Jang IS, Chung CK, Kim MM. Evaluation of Seismic Displacements of Quay Walls. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2005;25:451-459. 

  19. Zeng, X. Seismic Response of Gravity Quay Walls. I: Centrifuge Modeling. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 1998;124(5):406-417 

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