표제지

목차

1. 서론 14

1.1. 연구배경 및 목적 14

1.2. 연구내용 및 방법 16

2. 미륵사지 석탑의 축조 형식 20

2.1. 미륵사지 석탑 개요 20

2.2.1. 미륵사지 가람 규모와 구조 20

2.2.2. 미륵사지 석탑 현황 21

2.2. 미륵사지 석탑의 비대칭 축조 형태 분석 26

2.3. 미륵사지 석탑 내부적심 형태 분석 27

3. 구조모형화 방안 30

3.1. CAD 연계를 통한 부재 모형화 30

3.2. 부재 정형화 방안 31

3.3. 지반 구조모형 분석 33

3.4. 초반석 구조모형 분석 34

3.5. 뒷뿌리 구조모형 분석 35

3.6. 개구부 구조모형 분석 36

4. 개별요소해석 및 거동 분석 38

4.1. 해석기법 분석 38

4.1.1. 기본개념 38

4.1.2. 개별요소 해석기법을 이용한 구조모형화 및 구조해석 38

4.2. 적용된 석재 및 접촉면 물성치 40

4.2.1. 구부재의 석재 및 접촉면 물성치 40

4.2.2. 신재 압축강도에 따른 물성치 추정 41

4.3. 구조부재별 신부재와 구부재의 구분 42

4.4. 축조 단계에 따른 거동 분석 44

4.4.1. 축조 단계에 따른 1층 X축 응력 분석 44

4.4.2. 축조 단계에 따른 1층 Y축 응력 분석 45

4.4.3. 축조 단계에 따른 1층 Z축 응력 분석 46

4.4.4. 축조 단계에 따른 3층 X축 응력 분석 47

4.4.5. 축조 단계에 따른 3층 Y축 응력 분석 48

4.4.6. 축조 단계에 따른 3층 Z축 응력 분석 49

4.4.7. 축조 단계에 따른 5층 X축 응력 및 변위 분석 50

4.4.8. 축조 단계에 따른 5층 Y축 응력 및 변위 분석 51

4.4.9. 축조 단계에 따른 5층 Z축 응력 및 변위 분석 52

4.5. 1층 기둥 및 면석 벌어짐 현상 분석 53

4.5.1. 1층 평면 X축 거동분석에 따른 벌어짐 현상 53

4.5.2. 1층 평면 Y축 거동분석에 따른 벌어짐 현상 54

4.6. 개구부 거동 분석 55

4.6.1. 축조 단계에 따른 동측 개구부 X축 응력 분석 55

4.6.2. 축조 단계에 따른 동측 개구부 Y축 응력 분석 56

4.6.3. 축조 단계에 따른 동측 개구부 Z축 응력 분석 57

4.6.4. 축조 단계에 따른 동측 개구부 X축 변위 분석 58

4.6.5. 축조 단계에 따른 동측 개구부 Y축 변위 분석 59

4.6.6. 축조 단계에 따른 동측 개구부 Z축 변위 분석 60

4.7. 뒷뿌리 거동 분석 61

4.8. 심주석 거동 분석 62

4.8.1. 심주석의 응력 및 변위 분석 62

4.8.2. 심주석 유무에 따른 수평변위 비교 64

4.8.3. 심주석 유무에 따른 내진성능 비교 64

4.8.4. 심주석의 거동평가 및 구조적 역할 65

5. 구조성능 평가 68

5.1. 안전성 평가 방안 68

5.1.1. 안전성 평가 방안 68

5.1.2. 응력 검토 방안 68

5.1.3. 변위 검토 방안 69

5.2. 층별 구조부재 거동 분석 70

5.2.1. 층별 구조부재 변위분석 (동서방향) 70

5.2.2. 층별 구조부재 변위분석 (남북방향) 71

5.2.3. 층별 구조부재 층간변위 적용 (동서방향) 72

5.2.4. 층별 구조부재 층간변위 적용 (남북방향) 74

5.3. 구조부재 상세도 및 구조 안전성 평가 76

5.3.1. 구조부재 상세 및 안전성 평가 76

5.4. 인장파괴 검토 98

5.3.1. 인장파괴 개념 98

5.3.2. Griffith 기준 99

5.3.3. 인장파괴 판정 102

5.3.4. 주요 구조부재별 인장파괴 검토 102

5.5. 미끄러짐 검토 108

5.5.1. 절리면의 전단강도식 108

5.5.2. Mohr - Coulomb 조건 108

5.5.3. 주요 구조부재별 미끄러짐 검토 110

5.6. 초반석 및 축기부 하단 지내력 분석 115

5.6.1. 초반석 하단 지내력 분석 115

5.6.2. 축기부 하단 지내력 분석 116

5.7. 초반석 크기에 따른 검토 117

5.7.1. 초반석 일부 부재의 응력집중현상 분석 117

5.7.2. 초반석 크기에 따른 응력집중 현상 분석 118

5.8. 초반석 형태에 따른 검토 119

5.8.1. 초반석 형태 분석 119

5.8.2. 초반석 형태에 따른 응력집중 현상 분석 120

5.7.3. 초반석 형태에 따른 주요구조부재 거동 검토 122

5.7.4. 초반석 형태에 따른 층별 수평변위 비교 126

5.7.5. 초반석 형태에 따른 내진성능 비교 127

5.7.6. 팽이형 초반석의 구조적 특성 및 적용성 평가 128

5.9. 재현주기에 따른 지진하중 적용 및 내진성능 검토 129

5.9.1. 지진하중 적용방안 129

5.9.2. 재현주기 500년(0.15g)의 내진성능 검토 (동서방향) 130

5.9.3. 재현주기 500년(0.15g) 내진성능 검토 (남북방향) 134

5.9.4. 재현주기 1000년(0.20g)의 내진성능 검토 (동서방향) 137

5.9.5. 재현주기 1000년(0.20g)의 내진성능 검토 (남북방향) 140

5.9.6. 내진성능 평가 결과 143

6. 결론 146

참고문헌 150

ABSTRACT 154

표 2.1. 미륵사지 석탑 보수정비사업 주요 추진 경과 (1997~2014) 25

표 2.2. 층별 적심 모형 분석 28

표 4.1. 구부재의 재료 특성 40

표 4.2. 구부재의 접촉면 특성 40

표 4.3. 각 재료별 특징 41

표 4.4. 풍화등급에 따른 재료 물성치 41

표 4.5. 미륵사지 석탑의 신재 적용 비율분석 43

표 4.6. 1층 X축 응력 분포 44

표 4.7. 1층 Y축 응력 분포 45

표 4.8. 1층 Z축 응력 분포 46

표 4.9. 3층 X축 응력 분포 47

표 4.10. 3층 Y축 응력 분포 48

표 4.11. 3층 Z축 응력 분포 49

표 4.12. 5층 X축 응력 및 변위 분포 50

표 4.13. 5층 Y축 응력 및 변위 분포 51

표 4.14. 5층 Z축 응력 및 변위 분포 52

표 4.15. 1층 평면 X축 벌어짐 현상 분석 53

표 4.16. 1층 평면 Y축 벌어짐 현상 분석 54

표 4.17. 동측 개구부 X축 응력 분포 55

표 4.18. 동측 개구부 Y축 응력 분포 56

표 4.19. 동측 개구부 Z축 응력 분포 57

표 4.20. 동측 개구부 X축 변위 분포 58

표 4.21. 동측 개구부 Y축 변위 분포 59

표 4.22. 동측 개구부 Z축 변위 분포 60

표 4.23. 뒷뿌리 거동 분석 61

표 4.24. 심주석의 응력 및 변위 분석 63

표 4.25. 층별 수평 변위 비교 64

표 4.26. 층별 수평변위 비교 (재현주기 500년) 65

표 4.27. 층별 수평변위 비교 (재현주기 1000년) 65

표 5.1. 등급별 허용층간변위 69

표 5.2. 등급에 따른 미륵사지 석탑의 허용층간변위 69

표 5.3. 동서방향 수평변위 72

표 5.4. 동서방향 층간변위 산정 73

표 5.5. 동서방향 안전성 평가 74

표 5.6. 남북방향 수평변위 74

표 5.7. 남북방향 층간변위 산정 75

표 5.8. 남북방향 안전성 평가 76

표 5.9. 구조부재 상세 77

표 5.10. 기단부 초반석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 78

표 5.11. 기단부 통로면석 받침석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 79

표 5.12. 기단부 상층기단면석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 81

표 5.13. 1층 기둥 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 83

표 5.14. 1층 면석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 84

표 5.15. 1층 옥개석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 86

표 5.16. 2층 탑신석, 면석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 87

표 5.17. 2층 옥개석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 89

표 5.18. 3층 탑신석, 면석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 91

표 5.19. 3층 옥개석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 92

표 5.20. 4층 탑신석, 면석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 93

표 5.21. 4층 옥개석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 94

표 5.22. 5층 탑신석, 면석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 95

표 5.23. 5층 옥개석 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 96

표 5.24. 6층 부재 응력, 변위 측정 및 안전성 검토 97

표 5.25. 1층 상옥개 받침석 및 옥개석 인장파괴 검토 103

표 5.26. 2층 상옥개 받침석 및 옥개석 인장파괴 검토 104

표 5.27. 3층 상옥개 받침석 및 옥개석 인장파괴 검토 105

표 5.28. 4층 상옥개 받침석 및 옥개석 인장파괴 검토 106

표 5.29. 5층 상옥개 받침석 및 옥개석 인장파괴 검토 106

표 5.30. 6층 부재 인장파괴 검토 107

표 5.31. 1층 상옥개 받침석 및 옥개석 미끄러짐 검토 110

표 5.32. 2층 하옥개 받침석 및 상옥개 받침석 미끄러짐 검토 112

표 5.33. 3층 상옥개 받침석 및 옥개석 미끄러짐 검토 113

표 5.34. 4층 하옥개 받침석 및 상옥개 받침석 미끄러짐 검토 113

표 5.35. 5층 상옥개 받침석 및 옥개석 미끄러짐 검토 114

표 5.36. 6층 부재 미끄러짐 검토 115

표 5.37. 시험지점별 단기 및 장기허용지지력의 산정 115

표 5.38. 시험체별 단기 및 장기허용지지력의 산정 117

표 5.39. 초반석 크기에 따른 최대응력 및 최소응력 차이 119

표 5.40. 초반석 형태에 따른 최대응력 및 최소응력 차이 121

표 5.41. 기단부 초반석 비교 122

표 5.42. 기단부 초석 비교 123

표 5.43. 1층 하옥개 받침석 비교 124

표 5.44. 3층 탑신 받침석 비교 125

표 5.45. 5층 옥개석 비교 126

표 5.46. 층별 수평 변위 비교 126

표 5.47. 층별 수평변위 비교 (재현주기 500년) 127

표 5.48. 층별 수평변위 비교 (재현주기 1000년) 127

표 5.49. 층별 수평 변위 측정 131

표 5.50. 층간변위 산정 131

표 5.51. 안전성 평가 132

표 5.52. 층별 수평 변위 측정 134

표 5.53. 층간변위 산정 134

표 5.54. 안전성 평가 135

표 5.55. 층별 수평 변위 측정 137

표 5.56. 층간변위 산정 138

표 5.57. 안전성 평가 139

표 5.58. 층별 수평 변위 측정 141

표 5.59. 층간변위 산정 141

표 5.60. 안전성 평가 142

그림 1.1. 연구의 흐름도 18

그림 2.1. 미륵사지 가람 배치도 20

그림 2.2. 미륵사지 석탑 동측면 (1910년경) 22

그림 2.3. 해체중인 미륵사지 석탑 기초부 (심초석) 23

그림 2.4. 미륵사지 석탑 비대칭 축조 형태 분석 26

그림 2.5. 내부적심 형태 분석 27

그림 3.1. 미륵사지 석탑의 개념도 30

그림 3.2. CAD 연계를 통한 부재 모형화 과정 31

그림 3.3. 부재 정형화 과정 및 적용 32

그림 3.4. 지반 구조모형 분석 33

그림 3.5. 지반 및 채움석 모델링 33

그림 3.6. 초반석 배열 위치 34

그림 3.7. 초반석 구조모형 분석 35

그림 3.8. 뒷뿌리 구조모형 분석 35

그림 3.9. 개구부 구조모형 분석 36

그림 4.1. 개별요소해석기법의 적용 38

그림 4.2. 블록 및 접촉면 구성모델 39

그림 4.3. CAD 연계를 통한 구부재와 신부재 구분 과정 42

그림 5.1. 층별 구조부재 변위 분석 (동서방향) 70

그림 5.2. 층별 구조부재 변위 분석 (남북방향) 72

그림 5.3. 동서방향 층간변위 분석 73

그림 5.4. 남북방향 층간변위 분석 75

그림 5.5. 기단부 초반석 응력 및 변위 분포 78

그림 5.6. 기단부 통로면석 받침석 응력 및 변위 분포 79

그림 5.7. 기단부 상층기단면석 응력 및 변위 분포 81

그림 5.8. 1층 기둥 응력 및 변위 분포 83

그림 5.9. 1층 면석 응력 및 변위 분포 84

그림 5.10. 1층 옥개석 응력 및 변위 분포 85

그림 5.11. 2층 탑신석, 면석 응력 및 변위 분포 87

그림 5.12. 2층 옥개석 응력 및 변위 분포 89

그림 5.13. 3층 탑신석, 면석 응력 및 변위 분포 91

그림 5.14. 3층 옥개석 응력 및 변위 분포 92

그림 5.15. 4층 탑신석, 면석 응력 및 변위 분포 93

그림 5.16. 4층 옥개석 응력 및 변위 분포 94

그림 5.17. 5층 탑신석, 면석 응력 및 변위 분포 95

그림 5.18. 5층 옥개석 응력 및 변위 분포 96

그림 5.19. 6층 부재 응력 및 변위 분포 97

그림 5.20. 일축 인장응력 상태의 타원형 미소균열 99

그림 5.21. 2축 인장응력 상태의 타원형 미소균열 100

그림 5.22. Griffith 파괴포락선 101

그림 5.23. 1층 상옥개 받침석 및 옥개석 103

그림 5.24. 2층 상옥개 받침석 및 옥개석 104

그림 5.25. 3층 상옥개 받침석 및 옥개석 105

그림 5.26. 4층 상옥개 받침석 및 옥개석 105

그림 5.27. 5층 상옥개 받침석 및 옥개석 106

그림 5.28. 6층 부재 107

그림 5.29. 구조부재 미끄러짐 기본개념 109

그림 5.30. 1층 상옥개 받침석 및 옥개석 110

그림 5.31. 2층 하옥개 받침석 및 상옥개 받침석 111

그림 5.32. 3층 상옥개 받침석 및 옥개석 112

그림 5.33. 4층 하옥개 받침석 및 상옥개 받침석 113

그림 5.34. 5층 상옥개 받침석 및 옥개석 114

그림 5.35. 6층 부재 114

그림 5.36. 초반석 크기에 따른 분류 117

그림 5.37. 초반석 크기에 따른 거동 분석 118

그림 5.38. 초반석 형태 분석 120

그림 5.39. 초반석 형태에 따른 거동 분석 121

그림 5.40. 기단부 초반석 122

그림 5.41. 기단부 초석 123

그림 5.42. 1층 하옥개 받침석 124

그림 5.43. 3층 탑신 받침석 125

그림 5.44. 5층 옥개석 125

그림 5.45. 팽이기초의 거동 특성 128

그림 5.46. 지진하중 적용 방안 130

그림 5.47. 층간변위 분석 132

그림 5.48. 동서방향 층별 구조부재 응력 검토 133

그림 5.49. 층간변위 분석 135

그림 5.50. 남북방향 층별 구조부재 응력 검토 136

그림 5.51. 층간변위 분석 138

그림 5.52. 동서방향 층별 구조부재 응력 검토 140

그림 5.53. 층간변위 분석 142

그림 5.54. 남북방향 층별 구조부재 응력 검토 143

 The stone pagoda in Mireuk temple site is currently restoring through the repairing process. The stone pagoda has the various construction types in the inner and outer space. Therefore, the stress concentration and structural behavior need to be considered by the analysis of various construction patterns. This study presents the structural modelling and analysis considering the discrete element analysis technique to solve the discontinuum behavior between the stone elements. In addition, the study carries out the structural performance evaluation through the various design variables for the safety security of stone pagoda.

The conclusions of this study are as follows:

1) According to the behavioral analysis of the construction stages, it occurs stress concentration phenomenon and relatively large deformation due to the infield void in some members; however, the value is too small to affect the behavior of the whole structure.

2) The behavioral analysis of the opening and back-support part shows the stress concentration in some members. Because the size of the displacement and the stress is extremely small, it is anticipated that the behavior of the stone pagoda might not be affected.

3) The behavioral analysis with the center column shows the insignificant structural role to the vertical load for the stone of the pagoda in Mireuk temple site. It is determined that the center column can hold the center of the pagoda, and it can be resisted to earthquake with the infield stone.

4) For the result of structural performance evaluation, the vertical load is satisfied with the allowable compressive strength of the material for all members. The result of the tension failure shows the safety for the main structural members. In addition, the sliding does not occur in all the main structural members from the result of sliding evaluation.

5) Because the decreasing effect of a stress difference by increasing the size of foundation stone is small, the original sized foundation stone need not to be altered. Especially, the top-shaped foundation stone is difficult to expect the mutual restrict and control of the side sway for the top base, while it is required to pay attention for construction i.e., controlling the gradient and flat level. As a result, it is considered that the flat foundation stone is more appropriate.

6) According to the result of seismic performance examination, for 1000 year-return period with earthquake magnitude 5.5, the phenomena of special-grade allowable story drift appears at the top part of pagoda, while there is no abrupt change of the center of gravity in the middle of the members. Although the sliding behavior might be appeared at the discontinuum by the alternation of vertical and horizontal stress for the roof stone, it is expected that the stone pagoda would not be collapsed and the fast restoration by the FEMA regulation could be possible.