[논문]지진 하중을 고려한 첨성대의 동적 거동 특성 평가

김호수; 이하나

doi:10.9712/kass.2019.19.4.35

지진 하중을 고려한 첨성대의 동적 거동 특성 평가
Evaluation of Dynamic Behavior Characteristics of Cheomseongdae Considering Earthquake Load 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.19 no.4, 2019년, pp.35 - 44

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, the occurrence frequency of earthquake has increased in Korea, and many cultural assets have been damaged. Cheomseongdae is a valuable cultural assets that must be preserved historically and culturally. But, the masonry structure such as Chemseongdae is vulnerable to lateral forces. Therefore, in this study, structural modeling and dynamic analysis are performed to reflect the ground state and structural form of Cheomseongdae. Also, discrete element analysis technique is applied and dynamic behavior characteristics are analyzed according to earthquake load. For this purpose, displacements and stresses according to locations are reviewed and then swelling and distortion are analyzed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 첨성대의 지반 현황과 구조 형식에 따른 지진 거동 특성을 분석하고자 한다.이를 위해 첨성대의 현황을 반영한 구조 모형화를 수행하고, 조적식 구조물의 불연속체 특성을 반영하기 위해 개별 요소 해석 기법을 적용한 동적 해석을 수행한다.
첨성대에 대한 동적 해석 기법을 구현하기 위해 서는 조적조 구조물의 불연속체 거동 특성 분석이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 불연속면의 역학적 특성을 잘 반영할 수 있는 개별 요소법을 적용하고 자한다. 개별 요소 해석은 단위 부재의 Rocking 및 Sliding 현상을 반영하므로 부재가 개별적으로 거동하는 석조 구조물의 거동을 가장 잘 표현할 수 있다.
이를 위해 첨성대의 현황을 반영한 구조 모형화를 수행하고, 조적식 구조물의 불연속체 특성을 반영하기 위해 개별 요소 해석 기법을 적용한 동적 해석을 수행한다. 이때 지진파는 경주 지진을 활용하며, 다양한 설계 변수에 따른 첨성대의 동적 거동 특성을 평가하기 위해 위치에 따른 변위 및 응력 결과 분석과 더불어 해석 결과 비교를 통한 배부름 및 비틀림 현상을 분석하고자 한다.
또한 1~12단 내부에 있는 적심과 19~20단, 25~26단에 존재하는 비녀석 및 정자석이 첨성대의 동적 거동 특성에 큰 영향을 미칠 것으로 판단되어 적심 무(Model 2), 비녀석 및 정자석 무(Model 3)를 적용하여 해석 모델을 선정하였다. 이와 더불어 지반 침하 모델(Model 4)을 반영하여 다양한 설계 변수에 대한 동적 거동 특성을 평가하고자 한다.

가설 설정

지반은 Sc로 가정하며, 지진파는 목표 스펙트럼과 경주 지진 간의 유효 지반 가속도의 비율(0.22/0.209=1.05)을 구하고 지반 조사 결과에 따른 KBC 2016의 지반 증폭 계수 (Fa = 1.38)를 반영한다.

제안 방법

3]과 같이 정형화 및 3D 모형화 작업을 수행하고 그에 따른 3D 모형화의 부재 좌표를 도출 하여 3DEC 모델링을 구축하는 작업을 수행한다¹⁾^,2) . 지반의 경우 ‘석조문화재 안전관리 방안 연구보고서’의 내용¹⁾ 을 바탕으로 지반 조사 크기와 동일한 가로 20m, 세로 20m, 높이 3m로 설정하고, 지반 크기에 맞는 경계 조건을 입력한다. 이때 경계 조건은 변위 구속 방식을 이용하고 면접촉 모델을 적용하여 구조물과 지반의 연계를 통한 구조 모형화를 수행한다.
그러나 첨성대의 수평 방향 기울어짐, 구성 형식에 따른 정자석 및 비녀석의 형태와 위치 등을 고려할 때 남북 방향보다는 동서 방향의 지진이 더 많은 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 [Fig. 8]과 같이 동서 방향으로 가진하여 설계 변수에 따른 동적 거동 특성을 분석한다. 또한 동적 해석 결과 검토 시 횡 변위는 [Fig.
또한 1~12단 내부에 있는 적심과 19~20단, 25~26단에 존재하는 비녀석 및 정자석이 첨성대의 동적 거동 특성에 큰 영향을 미칠 것으로 판단되어 적심 무(Model 2), 비녀석 및 정자석 무(Model 3)를 적용하여 해석 모델을 선정하였다. 이와 더불어 지반 침하 모델(Model 4)을 반영하여 다양한 설계 변수에 대한 동적 거동 특성을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 정확한 3D 모델링을 위해 [Fig. 2] 의 위치별 평면도, 입면도 및 단면도 등을 이용하여 [Fig. 3]과 같이 정형화 및 3D 모형화 작업을 수행하고 그에 따른 3D 모형화의 부재 좌표를 도출 하여 3DEC 모델링을 구축하는 작업을 수행한다¹⁾^,2) . 지반의 경우 ‘석조문화재 안전관리 방안 연구보고서’의 내용¹⁾ 을 바탕으로 지반 조사 크기와 동일한 가로 20m, 세로 20m, 높이 3m로 설정하고, 지반 크기에 맞는 경계 조건을 입력한다.
지반의 경우 ‘석조문화재 안전관리 방안 연구보고서’의 내용¹⁾ 을 바탕으로 지반 조사 크기와 동일한 가로 20m, 세로 20m, 높이 3m로 설정하고, 지반 크기에 맞는 경계 조건을 입력한다. 이때 경계 조건은 변위 구속 방식을 이용하고 면접촉 모델을 적용하여 구조물과 지반의 연계를 통한 구조 모형화를 수행한다. 또한 북측 지반 침하의 영향을 검토하기 위해 [Fig.
3° 기울어져 있는 상태이다. 이를 바탕으로 구조 모형화를 수행하고, 지반 침하가 없는 모델을 기본 모델(Model 1)로 설정하였다.
따라서 본 연구에서는 첨성대의 지반 현황과 구조 형식에 따른 지진 거동 특성을 분석하고자 한다.이를 위해 첨성대의 현황을 반영한 구조 모형화를 수행하고, 조적식 구조물의 불연속체 특성을 반영하기 위해 개별 요소 해석 기법을 적용한 동적 해석을 수행한다. 이때 지진파는 경주 지진을 활용하며, 다양한 설계 변수에 따른 첨성대의 동적 거동 특성을 평가하기 위해 위치에 따른 변위 및 응력 결과 분석과 더불어 해석 결과 비교를 통한 배부름 및 비틀림 현상을 분석하고자 한다.
첨성대의 동적 해석 결과를 통해 [Table 14]와같이 설계 변수별 동측과 서측의 X방향 및 Y방향 변위차를 이용하여 배부름 및 비틀림 변형 현상을 검토하였다.

대상 데이터

따라서 ‘석조문화재 안전관리 방안 연구보고서’의 내용 1) 을 바탕으로 [Table 2] 및 [Table 3]과 같이 석재 및 절리면의 재료 특성을 설정하였으며, 풍화도 3등급의 데이터를 적용하였다.
첨성대의 동적 거동 특성 분석을 위해 2016년 발생한 경주 지진파를 사용한다. 지반은 S_c로 가정하며, 지진파는 목표 스펙트럼과 경주 지진 간의 유효 지반 가속도의 비율(0.

성능/효과

1) 적심 유무에 따른 동적 거동 특성 분석 결과, 두 모델의 거동 형상은 유사하나 적심이 없는 경우 하부의 변위가 더 크게 나타났다. 이에 비해 상부는 구성 형식이 서로 동일하여 변위차가 크게 나타나지 않았다.
2) 정자석 및 비녀석 유무에 따른 동적 거동 특성 분석 결과, 하부에서는 변위 차이가 크지 않게 나타 났으나 상부에서는 정자석 및 비녀석이 없는 모델의 변위가 더 크게 나타났다. 이에 따라 상부에 존재하는 정자석 및 비녀석이 횡 방향의 하중을 어느 정도 감소시켜주는 것으로 판단된다.
3) 지반 침하에 따른 동적 거동 특성 분석 결과, X축 변위는 전체적으로 큰 차이가 없으나 Y축 변위는 지반 침하 모델에서 상부로 갈수록 변위가 증가 하는 거동 특성이 나타났다. 이는 북서측 방향으로 지반 침하가 반영되어 Y축 변위가 크게 나타나며, 다른 설계 변수 요인보다 침하에 의한 구조 거동이 구조물에 더 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.
4) 배부름 및 비틀림 변형 분석 결과, 모든 Model 이 주로 하부에서 배부름이 발생하고 상부에서 비틀림 현상이 발생하였다. 특히 하부에 적심이 있는 경우 지진 하중이 증폭되어 상부에서 비틀림 현상이 더 크게 발생되는 것으로 판단된다.
정자석 및 비녀석 유무에 따른 Z축 응력 검토 결과, 동측의 경우 유사하게 나타났으나 서측의 경우 하부에서 Model 3의 응력이 Model 1에 비해 평균 적으로 약 2배 높게 나타났다. 서측 상부의 경우 두모델 모두 유사하게 나타났다.
지반 침하 유무에 따른 Y축 변위 검토 결과, Model 1의 경우 동측과 서측 모두 비교적 큰 변위가 발생하지 않는 것으로 나타났다. 그러나 Model 4 의 경우 상부로 갈수록 변위가 증가하는 켄틸레버와 같은 변형 형상이 나타났으며, 특히 서측의 경우 21단에서부터 변위가 급격하게 증가하는 거동 형상이 나타났다.
또한 서측 일부도 지반 침하가 반영되어 상부에서 변위가 급격하게 증가하는 거동 특성이 나타나는 것으로 판단된다.지반 침하 유무에 따른 동적 거동 특성 분석 결과, 다른 설계 변수 요인보다 침하에 의한 구조 거동이 구조물에 더 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.

후속연구

추후 남북 방향 및 2축 방향 가진에 따른 동적 거동 특성을 분석할 필요가 있을 것으로 사료된다. 또한 적심 유무, 정자석 및 비녀석 유무, 지반 침하 유무 등에 따른 동적 실험을 수행하여 해석 결과와 비교 검토하는 연구가 수행될 필요가 있다.
추후 남북 방향 및 2축 방향 가진에 따른 동적 거동 특성을 분석할 필요가 있을 것으로 사료된다. 또한 적심 유무, 정자석 및 비녀석 유무, 지반 침하 유무 등에 따른 동적 실험을 수행하여 해석 결과와 비교 검토하는 연구가 수행될 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석조 문화재 중 첨성대는 국보 몇 호인가?	특히 석조 문화재와 같은 조적식 구조물의 경우 지진에 의한 횡력에 취약한 특성을 지니고 있다. 석조 문화재 중 첨성대는 국보 제 31호로 역사적 · 문화적으로 보호되어야할 귀중한 문화재이다. 현재 첨성대는 수평 방향으로 약 1.
	첨성대의 구조는?	첨성대의 구조는 크게 기단부, 원통부 및 정상부로 구분된다. 기단부의 기단은 지대석 위에 한 단이 있고 원통부는 총 27단이며 정상부는 2단으로 총 30단으로 구성되어 있다.
	첨성대의 구조 형식을 반영한 구조 모형화 및 동적 해석 결과를 바탕으로 지진 거동 특성을 분석한 결과를 통해 어떤 결론을 얻었는가?	1) 적심 유무에 따른 동적 거동 특성 분석 결과, 두 모델의 거동 형상은 유사하나 적심이 없는 경우 하부의 변위가 더 크게 나타났다. 이에 비해 상부는 구성 형식이 서로 동일하여 변위차가 크게 나타나지 않았다. 이는 적심이 없는 하부의 강성이 낮기 때문에 변위 차이가 더 크게 발생한 것으로 판단된다. 2) 정자석 및 비녀석 유무에 따른 동적 거동 특성 분석 결과, 하부에서는 변위 차이가 크지 않게 나타 났으나 상부에서는 정자석 및 비녀석이 없는 모델의 변위가 더 크게 나타났다. 이에 따라 상부에 존재하는 정자석 및 비녀석이 횡 방향의 하중을 어느 정도 감소시켜주는 것으로 판단된다. 특히 Y축 변위가 크지 않게 발생한 것으로 보아 정자석 및 비녀 석이 가진 방향에는 큰 영향을 미치나 가진의 수직 방향에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 3) 지반 침하에 따른 동적 거동 특성 분석 결과, X축 변위는 전체적으로 큰 차이가 없으나 Y축 변위는 지반 침하 모델에서 상부로 갈수록 변위가 증가 하는 거동 특성이 나타났다. 이는 북서측 방향으로 지반 침하가 반영되어 Y축 변위가 크게 나타나며, 다른 설계 변수 요인보다 침하에 의한 구조 거동이 구조물에 더 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 4) 배부름 및 비틀림 변형 분석 결과, 모든 Model 이 주로 하부에서 배부름이 발생하고 상부에서 비틀림 현상이 발생하였다. 특히 하부에 적심이 있는 경우 지진 하중이 증폭되어 상부에서 비틀림 현상이 더 크게 발생되는 것으로 판단된다. 또한 정자석및 비녀석 유무에 따라 하부의 배부름 현상은 큰 차이가 없으나 상부의 비틀림 현상은 차이가 크게 나타나므로 정자석 및 비녀석이 지진에 의한 횡력을 어느 정도 분담하는 것으로 판단된다. 반면 지반 침하의 경우 다른 설계 변수와 달리 침하에 의한 기울 어짐이 크게 영향을 받기 때문에 배부름이나 비틀림 현상이 기본 모델에 비해 국지적이면서 불규칙 하게 발생하는 것으로 판단된다.

참고문헌 (6)

National Cultural Properties Research Institute, "Safety Management Research of Stone Cultural Properties", 2011.
Kim, H. S., & Kim, J. H., "Structural Characteristics Evaluation Considering Construction Circumstances of Cheomseongdae", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol.15, No.3, pp.69-76, 2015
Itasca Consulting Group, 3 Dimensional Distinct Element Code User's Guide, 2003.
Kim, K. T., "A Study on the Chumsungdae's Figures and Functions", Publications of the Korean Astronomical Society, Vol.28, No.2, pp.25-36, 2013

원문보기 상세보기
National Cultural Properties Research Institute, "Survey Report on Measurement and Damage Assessment of Cheomseongdae in Gyeongju", 2009.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Korean Building Code, 2016.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증