초록 ▼

연구목적
○ 이 연구의 최종 목적은 우리 나라 지진, 지질, 지반 특성에 적합한 설계 스펙트럼과 가속도 시간이력을 포함한 지진 하중에 대하여 연구하고 그 결과에 근거하여 기준에 대한 다음과 같은 정부 고시(안)을 작성하는데 있다.
(1) 수평지반운동에 대한 표준설계스펙트럼(안)
(2) 수직지반운동에 대한 표준 설계스펙트럼(안)
(3) 다양한 감쇠비에 대한 설계스펙트럼 형상 기준(안)
(4) 표준스펙트럼에 대응하는 비탄성 스펙트럼 작성 기준(안)
(5) 표준설계스펙트럼에 대응하는 파워스펙트럼(PSD)(

연구목적
○ 이 연구의 최종 목적은 우리 나라 지진, 지질, 지반 특성에 적합한 설계 스펙트럼과 가속도 시간이력을 포함한 지진 하중에 대하여 연구하고 그 결과에 근거하여 기준에 대한 다음과 같은 정부 고시(안)을 작성하는데 있다.
(1) 수평지반운동에 대한 표준설계스펙트럼(안)
(2) 수직지반운동에 대한 표준 설계스펙트럼(안)
(3) 다양한 감쇠비에 대한 설계스펙트럼 형상 기준(안)
(4) 표준스펙트럼에 대응하는 비탄성 스펙트럼 작성 기준(안)
(5) 표준설계스펙트럼에 대응하는 파워스펙트럼(PSD)(안)
(6) 표준스펙트럼에 대응하는 가속도 시간이력 작성 기준(안)
(7) 국내 지반 특성을 고려한 지반 분류 체계(안)
(8) 단주기 및 장주기를 고려한 지반 증폭 계수(안)
(9) 지반 분류 및 증폭 계수를 고려한 설계 스펙트럼 작성 기준(안)

○ 연구 목적은 다음과 같다.
(1) 국내 지반 환경에 적합한 설계기준하중을 제시하는 것으로 수평지반 운동의 표준설계스펙트럼과 수평지반운동의 표준설계스펙트럼을 제시하고 감쇠비에 따른 표준설계스펙트럼의 형상 변화를 제시한다. 그리고 비탄성 스펙트럼과 감쇠비에 따른 비탄성 스펙트럼의 형상변화를 제시한다. 그리고 시간이력생성에 필요한 PSD함수과 시간이력 생성기준을 제시한다.
(2) 국내 지반 특성에 적합한 지반분류체계 및 지반의 종류별 설계응답스펙트럼 형상계수를 제안하고 다양한 방법을 통해 검증한다.

연구내용
○ 국내외 판내부에서 발생한 지진에 의한 수평 가속도시간이력으로부터 기하평균스펙트럼을 구하고 통계 분석하여 수평지반운동에 대한 표준설계스펙트럼(안)을 도출한다.
○ 국내외 판내부에서 발생한 지진에 의한 수직 가속도시간이력의 스펙트럼을 통계 분석하여 정규화된 수직지반운동에 대한 표준설계스펙트럼(안)을 도출한다.
○ 감쇠비에 따른 수평·수직 방향 가속도시간이력의 스펙트럼을 통계 분석하여 감쇠비에 따른 표준설계스펙트럼 형상 기준(안)을 도출한다.
○ 국내외 판내부에서 발생한 지진에 의한 수평·수직 방향 가속도시간이력의 PSD함수를 통계 분석하여 파워스펙트럼(PSD)(안)을 도출한다.
○ 국내외 판내부에서 발생한 지진에 의한 수평 가속도시간이력으로부터 최대 Arias 진도 방향을 식별하고 최대방향 시간이력의 Arias 적분을 계산하고 통계 분석해서 지반운동의 유의지속시간과 포락함수의 형상을 도출하여 제시하고 가속도 시간이력 생성 기준(안)을 도출한다.
○ 우리나라에서 발생할 수 있는 큰 규모의 지진에 의한 지반가속도의 특성을 파악하기 위해서 경험적 Green 함수법을 개발하여 오대산 지진 기록에 적용하였다.
○ 국내 대규모 지반의 지반응답해석 수행을 통하여 지반분류체계(안) 및 지반종류 별 설계응답스펙트럼(안)을 도출한다.
○ 제안된 지반분류체계 및 설계응답스펙트럼의 국내 실지진 기록, 동적원심 모형실험 등을 통한 검증한다.

기대효과 및 활용방안
○ 외국 스펙트럼을 차용하던 단계를 벗어나서 우리 기술로 직접 우리 나라에 적합한 설계 스펙트럼을 개발하는 연구를 개시하여 관련 기술 독립의 초석이 될 것이다.
○ 스펙트럼에 개발에 관련되는 기술과 방법 및 정의(definition)를 표준화하여 향후 지속적인 개선에 크게 기여할 것이다
○ 우리 나라 설계 스펙트럼과 기준이 국제적 표준과 수준으로 발전함에 따라서 우리 나라 설계 기술자들의 내진 설계 기술이 국제적 수준으로 급속하게 향상할 것이다
○ 스펙트럼 개발 과정에서 지진 분야 학자들 간의 합의가 형성되어 지진에 대한 사회적 안정감이 증대할 것이다.
○ 우리 나라 지진환경에 적합한 설계 스펙트럼에 설정되면 지진 피해 평가의 정확도가 높아져서 지진 대책의 신뢰성이 높아질 것이다.
○ 우리 나라 지진 환경에 적합한 설계 스펙트럼이 설정되면 내진 설계가 한층 비용 효율적이 될 것이다.
○ 자체 설계 스펙트럼 개발 과정에서 관련 되는 분야의 기술이 향상되어 외국 컨설팅에 대한 의존을 탈피할 것이고 결과적으로 수입 대체 효과를 가져와서 국가 경제에 기여할 것이다.
○ 설계 기술이 국제적 수준으로 향상되면 우리 나라 설계 회사와 건설 회사의 국제 경쟁력이 한층 높아질 것이다.

○ 연구결과는 최종적으로 국가고시(안)으로 작성될 것이다.
(1) 수평지반운동에 대한 표준설계스펙트럼(안)
(2) 수직지반운동에 대한 표준 설계스펙트럼(안)
(3) 다양한 감쇠비에 대한 설계스펙트럼 형상 기준(안)
(4) 표준스펙트럼에 대응하는 비탄성 스펙트럼 작성 기준(안)
(5) 표준스펙트럼에 대응하는 파워스펙트럼(PSD)(안)
(6) 표준스펙트럼에 대응하는 가속도 시간이력 작성 기준(안)
(7) 국내 지반 특성을 고려한 지반 분류 체계(안)
(8) 단주기 및 장주기를 고려한 지반 증폭 계수(안)
(9) 지반 분류 및 증폭 계수를 고려한 설계 스펙트럼 작성 기준(안)
(4) 표준 스펙트럼에 대응하는 비탄성 스펙트럼(안)
(5) 다양한 감쇠비에 대한 설계 스펙트럼 형상 기준(안)
(6) 인공가속도시간이력 생성에 필요한 PSD함수(안)
(7) 국내 지반 특성을 고려한 지반 분류 체계(안)
(8) 단주기 및 장주기를 고려한 지반 증폭 계수(안)
(9) 지반분류 및 증폭계수를 고려한 설계스펙트럼 형상 기준(안)

(출처 : 초록 4p)

Abstract ▼

Ⅳ. Conclusions
1. The goals of the final year have been completed satisfactorily and will be summarized accordingly.

2. The conclusions from the first part are as follows:
1). Collect and review both domestic and overseas design standards on seismic design spectra: We confirmed that the

Ⅳ. Conclusions
1. The goals of the final year have been completed satisfactorily and will be summarized accordingly.

2. The conclusions from the first part are as follows:
1). Collect and review both domestic and overseas design standards on seismic design spectra: We confirmed that the direction of the developed standards is in agreement with the global trend.
2). Collect ground motion data recorded during earthquakes which occurred in intra-plate regions worldwide, including Korea: We collected 55 records from 18 intra-plate earthquake both domestic and overseas. The strong motion records in intra-plate regions are very rare and difficult to collect. But we were able to get enough number of records to be statistically meaningful.
3). Analysis and quantification of near-fault ground motion: The velocity pulse period of near-fault ground motions in intra-plate regions are distinctly different from those of inter-plate regions. However active fault regions are not clearly identified in Korea, the consensus is not to make new provisions. Instead we included the near-fault records in the development of design spectra.
4). Development of empirical Green’s function method: We developed successfully the empirical Green’s function method to synthesize ground accelerations due to large magnitude earthquakes from recorded ground motion from small earthquakes. The method has been developed successfully and applied to the earthquake records of 2004 Offshore Uljin Earthquake, 2007 Odaesan earthquake and 2009 Andong Earthquake. But the spectra from the synthesized records showed anormal behavior in long period range. Hence we decided not to use the results in the development of design spectra.
5). Development of standard horizontal design spectrum: We developed a standard design spectrum for the horizontal ground motion based on the accelerations recorded both in Korea and in intra-plate regions of the world. The developed spectra are found to be very reasonable compared with those design spectra of Europe, Australia, and East USA.
6). Development of standard vertical design spectrum: We developed a standard design spectrum for the vertical ground motion based on the accelerations recorded both in Korea and other intra-plate regions of the world. The developed spectra are found to be very reasonable compared with those design spectra of Europe and USA.
The V/H ratio turned out to be 0.86 exceeding 2/3. But in comparison with the value in Eurocode 8, the The V/H ratio 0.86 seems to be very reasonable value in intra-plate regions.
7). Development of damping correction factors for the design spectra:
We developed damping correction factors for both horizontal and vertical design spectra for various damping ratios. The proposed damping correction factors are expressed as continuous functions of damping ratio valid from 0.5% to 50%. Even though we developed them independently, the difference between them was insignificant.
Hence we propose one damping correction factor for both horizontal and vertical design spectra.
8). Development of power spectral density functions (PSD functions): We developed PSD functions for both horizontal and vertical ground motion corresponding to the design spectra. Even though we developed them independently, the difference between them was insignificant. Hence we propose one PSD function for both horizontal and vertical ground motions.
9). Development of the standard for the generation of synthetic acceleration time histories: We developed significant duration of strong ground motion based on Arias Intensity and derived envelope function for the generation of non-stationary process. The proposed envelope function compares well with that given in ASCE standards.
10). Consensus build-up: we held public hearing on the draft of standards and got approval from the researcher and practicing engineers.

3. The conclusions from the second part are as follows:
1) Total 9,600 site-specific response analyses were performed at more than 300 sites considering 8 input earthquake motions and 4 shaking intensities. The results showed that the short period amplification is dominant because of the shallow bedrock condition in Korea. However, the current code does not represent this phenomena. The results were utilized in development of a new site classification system and design response spectra.
2) The 20m of depth to bedrock was selected as the initial parameter for site classification based on the trend of site coefficients obtained from the site-specific response analyses. The sites having less than 20m of depth to bedrock (H1 sites) are sub-divided into two site classes using 260m/s of VS,Soil while the sites having greater than 20 m of depth to bedrock (H2 sites) are sub-divided into two site classes at VS,Soil equal to 180m/s. Finally, the site coefficients of 4 site categories with rock shaking intensity were proposed comparing the analyses results and the site coefficients of similar site classes suggested in other codes.
3) The design response spectra were compared with the design response spectra in Eurocode 8, KBC 2016 and current code. Each proposed design response spectrum showed similar shape with that in other codes reflecting short period amplification and reduction in mid-long period region. Site coefficients from real earthquake records measured in Korea have short period amplification characteristics as opposed to the site coefficients in current code. Finally, dynamic centrifuge tests were performed to simulate the representative Korean site conditions, such as shallow depth to bedrock. The measured free-field motions of model grounds were adequately included in the proposed response spectra. The overall results showed that the proposed site classification system and design response spectra reasonably represented the site amplification characteristic of shallow bedrock condition in Korea.

(출처 : SUMMARY 23p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 초록 ... 4
• 요 약 문 ... 8
• SUMMARY ... 18
• 목차 ... 28
• 그림목차 ... 37
• 표목차 ... 65
• 제 1 장 서론 ... 71
• 1.1 연구의 필요성 ... 71
• 1.2 연구의 목적 ... 74
• 1.3 연구의 범위 ... 77
• 1.4 연구 추진 체계 ... 79
• 1.5 보고서의 구성 ... 81
• 제 2 장 국내외 설계기준 조사 분석 ... 83
• 2.1 우리나라 설계기준 현황 ... 83
• 2.1.1 건축물 설계 스펙트럼 (KBC 2009) (국토해양부, 2009) ... 83
• 2.1.2 교량의 설계 스펙트럼 (도로교설계기준 2010) (국토해양부, 2010) ... 87
• 2.1.3 케이블 교량의 설계 스펙트럼 (초장대교량사업단, 2014) ... 91
• 2.2 외국의 설계기준 현황 ... 95
• 2.2.1 외국의 표준설계스펙트럼 현황 ... 95
• 2.2.2 외국의 수직설계스펙트럼 현황 ... 114
• 2.2.3 외국의 감쇠비에 따른 표준설계스펙트럼 형상 기준 현황 ... 117
• 2.2.4 외국의 비탄성스펙트럼 현황 ... 123
• 2.2.5 외국의 파워스펙트럼 현황 ... 126
• 2.2.6 외국의 시간이력생성기준 현황 ... 127
• 제 3 장 판내부 지진 기록 조사 분석 ... 133
• 3.1 개요 ... 133
• 3.2 우리 나라의 지진 기록 ... 134
• 3.2.1 지진 목록 ... 134
• 3.2.2 지진별 가속도 시간 이력 ... 136
• 3.3 외국의 지진 기록 ... 145
• 3.3.1 지진 목록 ... 145
• 3.3.2 지진 기록별 가속도 시간 이력 ... 146
• 3.3.3 진앙지역 근단층 지반운동의 특성분석 및 정량화 ... 157
• 3.4 경험적 Green 함수 방법에 의한 국내 강지진동 합성 ... 163
• 3.4.1 개요 ... 163
• 3.4.2 경험적 Green함수에 의한 강진모사 방법 ... 167
• 3.4.3 경험적 Green함수에 의한 강진모사의 계산절차 ... 177
• 3.4.4 소프트웨어 개발: 경험적 그린함수를 이용한 강지진동 모사 소프트웨어 프로그램 ... 187
• 3.4.5 한국에서 EGF지진으로 이용할 지진의 선정 기준 및 이용할 지진 ... 195
• 3.4.6 방법의 적용 ... 200
• 3.4.7 모사된 지진기록에 근거한 응답스펙트럼 ... 255
• 3.4.8 EGF방법을 이용한 강지진동 모사의 문제점 ... 255
• 3.5 최종 사용 지진기록 ... 260
• 제 4 장 수평운동 표준설계스펙트럼 개발 ... 267
• 4.1 개요 ... 267
• 4.2 수평운동 스펙트럼의 정의 ... 268
• 4.3 지진별 수평 기하평균 스펙트럼 ... 270
• 4.4 응답스펙트럼 통계분석 방법 ... 289
• 4.5 수평운동 스펙트럼 통계 분석 ... 290
• 4.6 수평운동 스펙트럼 기준안 ... 294
• 제 5 장 수직운동 표준설계스펙트럼 개발 ... 297
• 5.1 개요 ... 297
• 5.2 지진별 수직운동 스펙트럼과 V/H비 ... 298
• 5.3 수직운동 스펙트럼 통계 분석 ... 315
• 5.4 V/H 비에 대한 통계분석 ... 320
• 5.5 수직운동 스펙트럼 기준안 ... 322
• 제 6 장 감쇠비에 따른 표준설계스펙트럼 형상 기준 개발 ... 325
• 6.1 개요 ... 325
• 6.2 감쇠비에 따른 스펙트럼 형상 변화 ... 326
• 6.3 지진별 감쇠비에 따른 수평운동 스펙트럼 ... 328
• 6.4 수평운동 스펙트럼의 감쇠보정계수 평가 ... 333
• 6.5 지진별 감쇠비에 따른 수직운동 스펙트럼 ... 338
• 6.6 수직운동 스펙트럼의 감쇠보정계수 평가 ... 343
• 6.7 수평 감쇠보정계수와 수직 감쇠보정계수 비교 ... 346
• 6.8 감쇠비에 따른 표준설계스펙트럼 형상 기준안 ... 349
• 제 7 장 표준설계스펙트럼에 대응하는 비탄성응답스펙트럼 작성 기준 개발 ... 351
• 7.1 개요 ... 351
• 7.2 비탄성 스펙트럼 도출과정 ... 353
• 7.2.1 연성도(u)와 강도감수계수(Ry) ... 353
• 7.2.2 연성도에 따른 비탄성 스펙트럼 ... 356
• 7.3 표준스펙트럼에 대응하는 비탄성설계스펙트럼 생성 ... 359
• 7.3.1 연성계수에 따른 지진별 비탄성 스펙트럼 ... 359
• 7.3.2 연성도별 비탄성 스펙트럼 통계 분석 ... 378
• 7.4 감쇠비에 따른 비탄성스펙트럼 형상 기준 개발 ... 387
• 7.4.1 연성도별 다양한 감쇠비에서 비탄성 스펙트럼 ... 387
• 7.4.2 연성도별 감쇠계수 통계분석 ... 392
• 7.5 표준설계스펙트럼에 대응하는 비탄성응답스펙트럼 작성 기준안 ... 400
• 제 8 장 가속도시간이력 Power Spectral Density Function (PSD 함수) ... 405
• 8.1 개요 ... 405
• 8.2 PSD 함수 도출 방법과 절차 ... 407
• 8.2.1 stationary process ... 407
• 8.2.2 PSD 함수 도출 방법 ... 409
• 8.3 수평 가속도 시간이력의 PSD 함수 통계 분석 ... 412
• 8.3.1 수평 가속도 시간이력의 PSD 함수 분포와 통계 분석 ... 412
• 8.3.2 Modified Kanai-Tajimi 모델에 맞추기 ... 416
• 8.4 수직 가속도 시간이력의 PSD 함수 통계 분석 ... 418
• 8.4.1 수직 가속도 시간이력의 PSD 함수 분포와 통계 분석 ... 419
• 8.4.2 Modified Kanai-Tajimi 모델에 맞추기 ... 423
• 8.5 가속도 시간이력의 PSD 함수 기준안 ... 426
• 제 9 장 가속도 시간이력 생성 기준 ... 429
• 9.1 개요 ... 429
• 9.2 지반운동과 지속시간 ... 431
• 9.3 시간이력 생성 방법 ... 433
• 9.3.1 non-stationary process ... 433
• 9.3.2 Arias 진도와 적분 ... 435
• 9.3.3 최대방향 Arias 진도와 적분, 그리고 지속시간 ... 438
• 9.3.4 최대방향 Arias 진도와 유의 지속시간 ... 443
• 9.3.5 포락함수에 유의 지속시간 활용 ... 456
• 9.3.6 포락함수의 유의 지속시간 산출 ... 460
• 9.4 시간이력 검정 ... 468
• 9.5 가속도 시간이력 생성 기준안 ... 473
• 제 10 장 표준 지진하중에 대한 고시(안) 초안 ... 479
• 10.1 개요 ... 479
• 10.2 수평 지반운동에 대한 표준설계스펙트럼(안) ... 479
• 10.3 수직 지반운동에 대한 표준설계스펙트럼(안) ... 482
• 10.4 표준설계스펙트럼에 대응하는 비탄성스펙트럼 기준(안) ... 483
• 10.5 표준설계스펙트럼에 대응하는 파워스펙트럼(PSD)(안) ... 486
• 10.6 표준설계스펙트럼에 대응하는 가속도시간이력 작성 기준(안) ... 487
• 제 11 장 지반분류체계 및 설계응답스펙트럼에 대한 국내·외 기준 및 선행연구 분석 ... 489
• 11.1 개요 ... 489
• 11.2 지반분류방법 및 설계응답스펙트럼 변천 과정 ... 489
• 11.2.1 1994년 이전의 지반분류 및 응답스펙트럼의 변천 ... 489
• 11.2.2 1994년 이후 개정된 NEHRP Provision 및 UBC 기준 ... 495
• 11.2.3 증폭계수 산정방법 및 적용성 검토 ... 499
• 11.3 국내·외 기준의 지반분류체계 및 설계응답스펙트럼 ... 507
• 11.3.1 미국설계기준(IBC, 2012) ... 507
• 11.3.2 유럽설계기준(Eurocode 8) ... 511
• 11.3.3 주요국 기준 비교 ... 514
• 11.3.4 국내기준(내진설계기준연구II) ... 516
• 11.4 국내 지반분류체계 및 설계응답스펙트럼 개선연구 동향 ... 518
• 11.4.1 국내 내진설계기준 문제점 분석 ... 518
• 11.4.2 국내 관련 연구 동향 ... 524
• 11.4.3 지진의 지반증폭 영향요소 ... 527
• 11.4.4 지반분류체계 및 설계응답스펙트럼 개선 필요성 ... 528
• 11.5 소결 ... 529
• 제 12 장 지반분류체계 및 설계응답스펙트럼 제안을 위한 국내 지반의 지반응답해석 ... 530
• 12.1 개요 ... 530
• 12.2 지반응답해석을 위한 자료 획득 및 해석 수행 ... 530
• 12.2.1 해석대상지반 및 전단파속도 주상도 ... 530
• 12.2.2 지반의 비선형 동적 변형특성 ... 538
• 12.2.3 입력지진파 및 지반운동수준 ... 540
• 12.2.4 지반응답해석 수행 ... 544
• 12.3 지반응답해석 결과 ... 544
• 12.3.1 응답스펙트럼 비교 ... 544
• 12.3.2 증폭계수 비교 ... 552
• 12.4 소결 ... 555
• 제 13 장 지반분류체계 및 설계응답스펙트럼 제안 ... 556
• 13.1 개요 ... 556
• 13.2 기반암 기준 깊이(H) ... 556
• 13.3 토층 평균 전단파속도(VS,Soil) 기준 ... 558
• 13.4 지반분류에 따른 증폭계수 제안 ... 565
• 13.4.1 장주기 증폭계수(Fv) 적분구간 최적화 ... 565
• 13.4.2 기반암 깊이(H)에 대한 검토 ... 569
• 13.5 지반운동수준에 따른 증폭계수 결정 ... 575
• 13.6 설계응답스펙트럼 작성 ... 581
• 13.7 소결 ... 584
• 제 14 장 지반분류체계 및 설계응답스펙트럼 검증 ... 586
• 14.1 개요 ... 586
• 14.2 국내·외 기준과 비교 ... 587
• 14.3 탄성파시험 결과를 활용한 지반응답해석과 비교 ... 598
• 14.4 국내 실지진 기록을 활용한 검증 ... 605
• 14.4.1 국내 실지진 계측기록 확보 ... 606
• 14.4.2 실지진기록을 활용한 증폭특성 규명 ... 616
• 14.5 동적원심모형실험을 활용한 검증 ... 618
• 14.5.1 동적원심모형실험 장비 ... 619
• 14.5.2 실험 계획 ... 622
• 14.5.3 규사 단일층 실험 ... 624
• 14.5.4 층상 구조 실험 ... 632
• 14.5.5 동적원심모형실험 결과 검증 및 조정 ... 639
• 14.6 소결 ... 642
• 제 15 장 공청회 개최 및 기준(안) 개선 ... 644
• 15.1 개요 ... 644
• 15.2 1차 공청회 ... 644
• 15.2.1 1차 공청회 안내 및 개최 ... 644
• 15.2.2 1차 공청회 결과 및 반영계획 ... 649
• 15.2.3 공청회 결과의 기준(안) 반영 ... 651
• 15.3 2차 공청회 ... 658
• 15.3.1 2차 공청회 안내 및 개최 ... 658
• 15.3.2 2차 공청회 결과 및 기준(안) 반영 ... 663
• 15.4 고시(안) ... 664
• 참고문헌 ... 674
• 끝페이지 ... 685