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국내 액상화 평가를 위한 지진파 선정
Selection of Ground Motions for the Assessment of Liquefaction Potential for South Korea 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.24 no.2, 2020년, pp.111 - 119  

장영은 (한국원자력연구원 혁신원자력시스템연구소) ,  서환우 (울산과학기술원 도시환경공학과) ,  김병민 (울산과학기술원 도시환경공학과) ,  한진태 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 지진안전센터) ,  박두희 (한양대학교 건설환경공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, some of the most destructive earthquakes have occurred in South Korea since earthquake observations began in 1978. In particular, the soil liquefactions have been reported in Pohang as a result of the ML 5.4 earthquake that occurred in November 2017. Liquefaction-induced ground deformation...

주제어

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문제 정의

  • 다음으로 내진설계 수준 및 액상화 평가에 활용되는 등 동적 설계에서 매우 중요한 지표인 PGA의 전달 특성을 살펴보았다. 이를 위해 지진파별 재현주기 500년, 1,000년, 2,400년에 대한 지반응답해석 결과로부터 암반 최대가속도(PGArock)와 지표면 최대가속도(PGAsurface)의 비율을 나타내는 PGA 증폭비(amplification factor)를 산정하였다.
  • 다음으로, 위에서 살펴본 입력 지진파에 대한 지반응답특성이 액상화 평가에 미치는 영향을 살펴보고자 한다. 국내 액상화 평가는 지진에 의해 발생되는 진동전단응력비(Cyclic Shear Ratio, CSR)와 지반의 액상화 저항력인 진동저항응력비(Cyclic Resistance Ratio, CRR)를 비교하여 안전율(CRR/CSR)을 산정하는 방식으로 수행되고 있다.
  • 따라서 본 연구에서는 국내외에서 계측된 7쌍의 입력 지진파를 선정하였고, 새로 선정된 지진파와 기존 지진파의 적용에 따른 지반의 응답 및 액상화 평가결과에 미치는 영향을 검토하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 기존 내진설계에 활용되고 있는 세 종류의 지진파와 달리 국내 설계응답스펙트럼에 부합하는 국내외 계측된 7개의 지진파를 새롭게 선정하고, 1차원 비선형 지반응답해석을 통해 입력 지진파 조건에 따른 지진파의 증폭 특성과 액상화 평가 결과를 살펴보았다. 다양한 지반운동 매개변수 중 대표적인 지진파 성분지표인 응답스펙트럼 비교를 통해 새롭게 선정된 7개의 지진파가 기존의 지진파들과 비교해 내진설계기준에서 제시하고 있는 설계응답스펙트럼의 주기별 성분에 잘 부합하는 것을 확인하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 기존 지진파와 비교해 더욱 합리적이고 국내의 실정에 적합한 지진파를 선정하기 위한 목적으로 국내에서 계측된 경주지진과 포항지진을 포함하여 일본의 훗카이도 지진파 및 미국, 그리스, 이탈리아 등지에서 계측된 지진파의 특성을 검토하였다. 국외의 내진설계기준 Eurocode 8 [6, 7], New Zeland Standard [8], Italian code [9] 등을 참고하여 7쌍의 지진파를 선정하였다 [10].
  • 액상화 평가에서는 최대지반가속도를 고려하기 때문에 본 연구에서는 최대지반가속도의 특성에 주목하고자 한다. 먼저, S2 지반에서는 Hachinohe 지진파의 최대지반가속도가 다른 지진파(Ofunato, artificial, this study(지진파 7개의 평균값))의 최대지반가속도보다 작게 예측되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
내진설계기준 공통적용사항에 명시된것은? 다만 국내에서 계측된 지진기록과 사례 부족으로 인해 1999년 항만 및 어항시설의 내진설계표준서에 수록된 설계 예제 작성 시 장주기 및 단주기 특성을 대표하는 일본의 Hachinohe항과 Ofunato항의 지진기록을 바탕으로 동적해석을 수행한 것이 대표적인 사례가 되어 두 지진파가 보편적으로 활용되어왔다 [2]. 이후 2017년 제정된 내진설계 기준 『내진설계기준 공통적용사항』에서는 내진성능평가시 지진파의 시간 이력에 대한 응답스펙트럼을 목표로 하는 설계응답스펙트럼 형상에 부합되도록 시간 이력을 보정(spectrum matching)하는 것을 추천한다고 명시되었다 [3]. 반면 기존에는 일반적으로 지진파의 최대지반가속도(Peak Ground Acceleration, PGA)를 설계응답스펙트럼이 갖는 최대가속도에 부합하도록 보정하는 정도의 방법이 활용되었다.
지반응답해석 결과에서 본 연구에서 선정한 지진파와 비교했을 때 Hachinohe 지진파와 Ofunato 지진파의 경우 어떻게 나타났는가? 지반응답해석 결과에서는 동일한 지반조건이라 하더라도 지진파의 입력 조건에 따라 응답스펙트럼의 지표면 증폭 특성에 차이가 나타났다. 특히 본 연구에서 선정한 지진파와 비교해 Hachinohe 지진파와 Ofunato 지진파의 경우 지표면 지진파의 증폭 정도가 특정 부근에 집중되거나 인공지진파와 같이 지표면에서의 증폭 정도가 전반적으로 과대하게 나타나기도 했다. 또한, S4 지반과 S5 지반에서는 새롭게 선정된 지진파의 PGA 및 지표면 응답이 입력값 지진파와 비교해 오히려 감소하는 경향을 보였다. 이러한 현상은 두꺼운 점토층이 포함된 해당 지반의 고유주기가 증가하여 발생한 것으로 판단되었다.
지반 구조물의 내진설계 및 액상화 가능성 평가시 사용하는 것은? 국내에서는 지반 구조물의 내진설계 및 액상화 가능성 평가시 인공지진파와 함께 장주기, 단주기 특성을 포함하는 세 종류의 지진파가 사용되고 있다. 이러한 지침은 1997년 건설교통부에서 발간된 『내진설계 기준연구(Ⅱ)』의 권장 사항을 따르는 것으로 입력 지진파의 선택을 위한 조건은 구체적으로 언급되어 있지 않다 [1].
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참고문헌 (19)

  1. Ministry of Construction & Transportation. Seismic Design Criteria Study(II). Earthquake Engineering Society of Korea. c1997. 

  2. Ministry of Oceans and Fisheries. Seismic Design Standard of Port and Harbor. c1999. 

  3. Ministry of the Interior and Safety (MIS). Seismic Design Code. c2017. 

  4. Sun CG, Han JT, Choi JI, Kim KS, Kim MM. Investigation into the Input Earthquake Motions and Properties for Round Robin Test on Ground Response Analysis. In Proceedings of the Korean Geotechnical Society Conference. Korean Geotechnical Society. 2007;266-292. 

  5. Seed HB, Idriss IM. Simplified Procedure for Evaluating Soil Liquefaction Potential. J. of Soil Mechanics and Foundations Divisions. 1971;97(9):1249-1273. 

  6. CEN. Eurocode 8. Design of Structures for Earthquake Resistance. Part I: General Rules, Seismic Actions and Rules for Buildings. European Committee for Standardization. c2003. 

  7. CEN. Eurocode 8. Design of Structures for Earthquake Resistance. Part II: Bridges, Seismic Actions and Rules for Buildings. European Committee for Standardization. c2003. 

  8. Structural Design Actions Part 5: Earthquake Actions - New Zealand. Standards New Zealand. c2004. 

  9. Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri (OPCM) n. 3274. Norme Techniche per il Progetto. c2003. 

  10. Lee JS. Seismic Behavior of Inverted T-type Wall under Earthquake-Part II: Effect of Input Earthquake Motion. J. of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2016;20(1):9-19. 

  11. Kim JH, Kim JK. Modeling of Near Fault Ground Motion due to Moderate Magnitude Earthquakes in Stable Continental Regions. J. of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2006;10(3):101-111. 

  12. Atik L, Abrahamson N. An Improved Method for Nonstationary Spectral Matching. Earthquake Spectra. 2010;26:601-617. 

  13. Sun CG, Kim HJ, Chung CK. Deduction of Correlations between Shear Wave Velocity and Geotechnical In-situ Penetration Test Data. J. of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2008;12(4):1-10. 

  14. Sun CG, Han JT, Cho WJ. Representative Shear Wave Velocity of Geotechnical Layers by Synthesizing In-situ Seismic Test Data in Korea. J. of Engineerng Geology. 2012;22(3):293-307. 

  15. Korea Land and Housing Corporation (KLHC). Measurement and Application of Shear Wave Velocity for Resonable Soil Classification in Seismic Design. c2009. 

  16. Hashash YMA, Musgrove MI, Harmon JA, Okan I, Groholski DR, Phillips CA, Park D. DEEPSOIL 7.0. User Manual. University of Illinois at Urbana-Champaign. Urbana. IL. c2017. 

  17. Darendeli MB. Development of a New Family of Normalized Modulus Reduction and Material Damping Curves. Ph.D. thesis. University of Texas at Austin. 2001;131-153 (chapter 6). 

  18. Suetomi I, Ishida E, Isoyama R, Goto Y. Amplification Factor of Peak Ground Motion Using Average Shear Wave Velocity of Shallow Soil Deposits. In 13th World Conference on Earthquake Engineering. Canada. c2004. 

  19. Youd TL, Idriss IM. Liquefaction Resistance of Soils: Summary Report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils. J. of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2001;127(4):297-313. 

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