구조물의 내진설계 및 내진성능 향상에 관한 연구 1

제2장 구조물의 제진 및 제진해석 26

그림 1. 교량 개략도 26

그림 2. Pier 1의 정면, 측면 및 단면 형상[원문불량;p.12] 27

그림 3. Pier 2의 정면, 측면 및 단면 형상[원문불량;p.13] 28

그림 4. Pier 3의 정면, 측면 및 단면 형상[원문불량;p.14] 29

그림 5. 상부구조의 지점부, 중앙부의 단면형상 30

그림 6. 점탄성 감쇠기(Shen and Soong 1995) 34

그림 7. 점탄성 댐퍼의 Stress-strain 곡선 37

그림 8. 점탄성 감쇠기의 감쇠능력에 따른 상부거더의 변위, 기초격리장치의 변위, 교각하단의 전단력 39

그림 9. 가속도 응답스펙트럼(예) 41

그림 10. 등가 응답스펙트럼을 갖는 스펙트럼 밀도함수를 구하는 과정 42

그림 11. 목표 응답스펙트럼과 모사된 응답스펙트럼 43

그림 12. 가속도계수 값에 따른 스펙트럼 밀도함수의 변화(S=2.7) 43

그림 13. 지반계수 값에 따른 스펙트럼 밀도함수의 변화(A=0.14) 44

그림 14. 지진격리교량의 2자유도 모델 45

그림 15. 교각의 이중선형 모델링 46

그림 16. 격리장치의 등가 선형 강성 47

그림 17. 이중선형 이력곡선을 가지는 단자유도 진동계 48

그림 18. 이중선형 단자유도 진동계의 탄소성력 48

그림 19. 교각의 파손에 대한 한계상태 51

그림 20. 통계학적 선형화의 과정 53

그림 21. 사용기간비용 최소화 개념 54

그림 22. 사용기간비용 최소화에 따른 지진격리교량 교가의 최적강성 54

그림 23. Soil type I인 경우 비격리시 교량의 주기가 2.0, 1.0, 0.5초 일 때 격리장치의 강성에 따른 사용기간비용 58

그림 24. Soil type II인 경우 비격리시 교량의 주기가 2.0, 1.0, 0.5초 일 때 격리장치의 강성에 따른 사용기간비용 59

그림 25. Soil type III인 경우 비격리시 교량의 주기가 2.0, 1.0, 0.5초 일 때 격리장치의 강성에 따른 사용기간비용 60

그림 26. Soil type IV인 경우 비격리시 교량의 주기가 2.0, 1.0, 0.5초 일 때 격리장치의 강성에 따른 사용기간비용 61

그림 5.1. 지진격리장치의 등가강성 및 등가감쇠정수 66

그림 5.2. 거더 단부의 여유간격 68

그림 27. 비격리 내진설계 교각모델(Type ER)의 배근도 71

그림 28. 지진격리 교각모델(Type SI)의 배근도 72

그림 29. 비격리 내진설계 교각(Type ER)의 배근 사진 73

그림 30. 지진격리 교각(Type SI)의 배근 사진 74

그림 31. 기초부분 보강철근 배근도 75

그림 32. 종방향 철근 배근도 76

그림 33. 횡방향 철근 구성도 77

그림 34. 지진격리장치 등가강성 그림 78

그림 35. 지진격리장치 규격 78

그림 36. 비격리 교량 시험체의 Loading history 79

그림 37. 지진격리 교각 시험체의 Loading history 79

그림 38. 비격리 내진설계 교각 모델 시험체 Setting 상태(Type ER) 80

그림 39. 지진격리 교각 모델 시험체 Setting 상태 (Type SI) 81

그림 40. 비격리 내진설계 교각(Type ER)의 Strain gauge 설치 장면 82

그림 41. 지진격리 교각(Type SI)의 Strain gauge 설치 장면 82

그림 42. 세로방향 균열발생 사진 83

그림 43. 교각상단 변위 10mm 발생시의 시험체 모델 83

그림 44. 종국변위시의 기둥 하단부 파손 84

그림 45. 지진격리 교량 모델의 실험사진 85

그림 46. 비격리 교각 모델 시험체(Type ER)의 하중-변위 이력곡선 86

그림 47. 지진격리 교각 모델 시험체(Type Si)의 하중-변위 이력곡선 87

그림 48. 지진격리장치 교각모델 중 교각 부분만의 하중-변위 이력곡선 87

그림 49. 지진격리장치의 하중-변위 이력곡선 88

그림 1. 수동적 구조제어 시스템 190

그림 2. 능동적 구조제어 시스템 191

그림 3. 혼합형 구조제어 시스템 193

그림 4. 반능동형 구조제어 시스템 193

그림 5. 전기장에 의한 ER재료의 거동 195

그림 6. 전체 크기의 MR 내진 감쇠기 200

그림 7. MR 감쇠기 201

그림 8/9. MR 감쇠기 모형 201

그림 9. 실험 결과 202

그림 10. Bingham 모델 203

그림 11. Bingham 모델과 실험 결과 값의 비교 204

그림 12. Gamota and filisko 모델 205

그림 13. Gamota and filisko 모델과 실험 결과 값의 비교 206

그림 14. Bouc-wen 모델 207

그림 15. Bouc-wen 모델과 실험 결과 값의 비교 208

그림 16. 개선된 Bouc-wen 모델 210

그림 17. 개선된 Bouc-wen 모델과 실험 결과 값의 비교 210

그림 18a. 시간-하중 응답 212

그림 18b. 변위-하중 응답 212

그림 18c. 속도-하중 응답 213

그림 19. C₁C₂를 결정하기 위한 flow chart 216

그림 20a. 시간-하중 응답 219

그림 20b. 변위-하중 응답 219

그림 20c. 속도-하중 응답 220

그림 1. 제어방식에 따른 분류 235

그림 2. 점탄성 재료의 특성 236

그림 3. 지진시 감쇠기 설치에 따른 건물거동 비교 237

그림 4. 전형적인 점탄성 감쇠기의 형상 238

그림 5. 옹력-변형도 관계 238

그림 6. 힘-변위 이력곡선 238

그림 7. 전탄성 재료의 전단변형 238

그림 8. 점탄성 재료의 특성 239

그림 9. World trade center에 설치된 감쇠기 242

그림 10. Columbia seaFirst building에 설치된 감쇠기 243

그림 11. 비비례 감쇠시스템에서 시간에 따른 구조물의 변위 247

그림 12. 강막가정과 행렬응축에 의한 3차원 골조의 자유도 변환 255

그림 13. 예제 구조물 259

그림 14. EI centro 지진(NS, 1940)의 지진 가속도 260

그림 15. 감쇠기 설치 여부에 따른 최상층 변위 비교 260

그림 16. 감쇠기 설치 여부에 따른 최대수평변위 및 최대층간변위 비교 261

그림 17. 해석방법에 따른 최상층 변위 비교 262

그림 18. 해석방법에 따른 최대수평변위 및 최대층간변위 비교 263

그림 19. 모드선택에 의한 최상층 변위 비교 268

그림 20. 해석방법에 따른 최대수평변위 및 최대층간변위 비교 268

그림 21. Mexico 지진(EW, 1985)의 지진 가속도 269

그림 22. 비례 및 비비례 감쇠시스템에 대한 변위 응답 스펙트럼 비교 270

그림 23. 응답 스펙트럼을 이용한 최대수평변위 272

그림 24. 예제 구조물 275

그림 25. 모드형상과 모드층간변위(Y방향) 276

그림 26. 최적위치 index 277

그림 27. 감쇠기 수에 따른 감쇠기의 최적위치 비교 281

그림 28. 설치된 감쇠기의 개수에 따른 층간변위와 최대변위 282

그림 29. 모드형상과 모드층간변위(Y방향) 284

그림 30. 최적위치 index 285

그림 31. 설치된 감쇠기의 개수에 따른 층간변위와 최대변위 289

그림 32. EI Centro지진에 대한 선정결과를 mexico지진에 적용하였을 때의 변위제어효과 291

그림 33. 설치된 감쇠기 개수에 따른 최상층 변위 292

그림 34. 설치된 감쇠기의 개수에 따른 최상층 변위제어지수(%) 292

그림 35. 단자유도계 시스템 294

그림 36. 단자유도계의 탄성 및 비탄성 거동 296

그림 37. 감쇠기가 설치된 시스템의 거동 296

그림 38. 탄성 시스템의 에너지 시간이력 296

그림 39. 비탄성 시스템의 에너지 시간이력 296

그림 40. 감쇠기가 설치된 시스템 296

그림 41. 해석 모델 297

그림 42. 인공지진 응답스펙트럼(0.154g) 299

그림 43. 시간이력(0.154g) 299

그림 44. 재현주기 및 지반종류에 따른 5층 건물의 최대층간변위 301

그림 45. 10층 건물의 최대층간변위 302

그림 46. 20층 건물의 최대층간변위 302

그림 47. 1000년 주기 지진에 대한 최대층간변위 303

그림 48. 점탄성 감쇠기가 설치된 건물의 최상층 변위의 시간이력 304

그림 49. 각각의 지진에 대한 소성힌지 발생현황 1000년 주기 304

그림 50. 각각의 지진에 대한 소성힌지 발생현황 CASE A 304

그림 51. 각각의 지진에 대한 소성힌지 발생현황 CASE B 304

그림 52. 각각의 지진에 대한 소성힌지 발생현황 CASE C 304

그림 53. 감쇠기가 설치되지 않은 건물의 에너지 시간이력 305

그림 54. CASE A의 에너지 시간이력 305

그림 55. CASE C의 에너지 시간이력 305

그림 56. 진동대 구동 메카니즘 307

그림 57. 서보모터를 이용한 소형 진동대 307

그림 58. 축소모형구조물의 평면도와 입면도 308

그림 59. Type-A 감쇠기 309

그림 60. Type-B 감쇠기 309

그림 61. 감쇠기의 설치 위치 310

그림 62. Type-A, B 감쇠기 310

그림 63. 감쇠기가 설치되지 않은 구조물의 자유진동 시간이력 결과 311

그림 64. Type-B가 설치된 구조물의 자유진동 시간이력 결과 311

그림 65. 감쇠기가 설치되지 않은 모형 구조물 312

그림 66. 감쇠기가 설치된 모형 구조물 312

그림 67. 축소모형의 형상 313

그림 68. 축소모형의 모의 지진실험 313

그림 69. 감쇠기 종류에 따른 응답 제어 314

그림 70. 감쇠기 종류에 따른 응답 제어 314

그림 71. 감쇠기가 설치되지 않은 구조물(Case-A)의 해석 및 실험결과 비교 315

그림 72. Case-B의 해석 및 실험결과 비교 315

그림 73. Case-C의 해석 및 실험결과 비교 316

그림 74. Case-D의 해석 및 실험결과 비교 316

그림 75. Case-E의 해석 및 실험결과 비교 316

제3장 보수보강 구조물의 내진성능 향상 324

그림 1.1. 한신고가도로 붕괴(효고현남부지진, 1995) 324

그림 2.1. 강교각의 국부좌굴(효고현남부지진, 1995) 326

그림 2.2. 건축용 단면과 교각단면 328

그림 2.3. 충전강교각의 상세(Kitada, 1998) 329

그림 2.4. 압축력과 변형률 관계의 개념도 331

그림 2.5. 강교각과 충전강교각의 좌굴모드 332

그림 2.6. 연성도의 정의 333

그림 2.7. 강교각의 이력곡선(Ge and Usami, 1994) 334

그림 2.8. 충전강교각의 이력곡선(Ge and Usami, 1994) 334

그림 2.9 보조보강재(우측으로부터 3개) 335

그림 2.10. 충전강교각의 국부좌굴모드 337

그림 2.11. 좌굴강도를 위한 기둥모델 337

그림 2.12. 충전강교각의 극한휨상태의 웅력상태 338

그림 2.13. 충전강교각의 P-M 상관도 338

그림 3.1. 합성교각 단면제원 340

그림 3.2. 강교의 피해양상 341

그림 3.3. 코베지진에서 강교의 피해사례 342

그림 3.4. 다양한 양식의 개선안 343

그림 3.5. 일본에서 수행 되었던 강합성 교각에 대한 실험 345

그림 3.6. 인장시험편의 절취위치 347

그림 3.7. 강재의 인장강도 실험 348

그림 3.8. 압축강도 실험장비 349

그림 3.9. 압축강도 시험 결과[재령39일] 350

그림 3.10. 실험의 셋업 351

그림 3.11. 횡방향 변위 재하 순서 352

그림 3.12. Myo(이미지참조)(yield moment) 설명그림 353

그림 3.13. 부재의 각부 명칭 356

그림 3.14. 횡방향 변위 부호 규약 356

그림 3.15. 국부좌굴현상(변위 = -80mm, cycle 1) 357

그림 3.16. 국부좌굴현상 357

그림 3.17. 최종 변형 형상 358

그림 3.18. 모서리 부분의 파단 358

그림 3.19. Rib의 용접부 분리 358

그림 3.20. 약한 국부좌굴현상(+80mm, cycle 3) 359

그림 3.21. 좌굴형상 360

그림 3.22. 기둥 하단부의 균열(-120mm, cycle 1) 361

그림 3.23. 교각의 파단면 362

그림 3.24. 국부좌굴과 하단리브에서의 균열(+80mm, cycle 1) 362

그림 3.25. 이어진 균열(+120mm, cycle 1, 배면부) 363

그림 3.26. 용접부 상의 균열(+60mm, cycle 2) 364

그림 3.27. 단계별 좌굴형상 365

그림 3.28. 균열부 사진(120 mm) 366

그림 3.29. 균열의 전파 367

그림 3.30. 파단된 모습(실험 종료) 367

그림 3.31. 국부좌굴(-80mm, cycle 3) 368

그림 3.32. 하단 리브 용접부 균열(+80mm, cycle 1) 369

그림 3.33. 전면부의 좌굴형상의 변화 370

그림 3.34. 배면부의 좌굴형상의 변화 371

그림 3.35. 좌굴 정점에서의 찢어짐 372

그림 3.36. 웹 플레이트의 좌굴(+140mm, cycle 1) 373

그림 3.37. 플랜지 플레이트의 찢어짐(+140mm, cycle 3) 374

그림 3.38. 파괴형상(실험종료) 375

그림 3.39. 이력곡선 379

그림 3.40. 우사미 실험 그림 381

그림 3.41. 40mm 진폭에서 에너지 감소비 383

그림 3.42. 60mm 진폭에서 에너지 감소비 383

그림 3.43. 80mm 진폭에서 에너지 감소비 384

그림 3.44. 100mm 진폭에서 에너지 감소비 384

그림(사진) 3.45. 좌굴위치 비교 385

그림 3.46. C5BR의 에너지 감소비 387

그림 3.47. 플라스틱 힌지형성, 콘크리트 노치 388

그림 3.48. 우사미 실험 찢어진 모습 389

그림 3.49. 파괴점의 정의 391

그림 3.50. Au와 δu의 정의(이미지참조) 392

그림 3.51. μm 연성도 그래프(이미지참조) 394

그림 3.52. μ 연성도 그래프 395

그림 3.53. E(이미지참조) 연성도 그래프 395

그림 3.54. 에너지소산 그래프 396

그림 4.1. 합성교각의 파괴형상 398

그림 4.2. 폰미세스 모델(Von Mises Criteria) 400

그림 4.3. 해석모델의 하중 및 경계조건 400

그림 4.4. UUI모델의 변형된 형상 401

그림 4.5. UUI모델의 하중과 변위관계 402

그림 4.6. 웅력경화모델(Hardening Modeling) 403

그림 4.7. C0-O0모델 403

그림 4.8. 경계조건 404

그림 4.9. C0-OO모델의 변형된 형상 405

그림 4.10. C0-OO모델의 하중과 변위관계 405

그림 4.11. 콘크리트와 등가 비선형스프링요소 모델 406

그림 4.12. 콘크리트를 위한 비선형 스프링의 역학적거동 407

그림 4.13. C5-OO 수치해석 모델 408

그림 4.14. C5-AB 모델의 앵커볼트를 위한 비선형 스프링의 재료 모델 410

그림 4.15. C5-TB 모델의 턴버클을 위한 비선형 스프링의 재료모델 410

그림 4.16. C5-BR 모델의 베이스리브 411

그림 4.17. C5-OO 모델의 변형된 모습 412

그림 4.18. C5-OO 모델의 하중-변위 관계 413

그림 4.19. C5-OO 모델의 최대주 변형률 분포 413

그림 4.20. 변위와 최대주변형률의 관계 414

그림 4.21. C5-BR모델의 변형된 모습 415

그림 4.22. C5-BR모델의 하중과 변위의 관계 415

그림 4.23. C5-BR모델의 최대주변형률 분포 416

그림 4.24. C5-BR모델의 변위와 최대주변형률 분포 417

그림 4.25. C5-AB모델의 변형모습 417

그림 4.26. C5-AB모델의 변위와 하중 관계 418

그림 4.27. C5-OO모델의 변위와 하중과의 관계 419

그림 4.28. 강합성교각의 수치해석결과 비교 419

그림 3.1. 유사동적실험의 기본 구성도 430

그림 3.2. Explicit newmark method 432

그림 3.3. 하갈교 설계 상세도 433

그림 3.4. 비내진설계 434

그림 3.5. 내진설계 434

그림 3.6. 보강설계 435

그림 3.7. Stress-strain(D10) 438

그림 3.8. Stress-strain(D6) 439

그림 3.9. 실험체 Setting 개요 442

그림 3.10. 중저진지역 인공지진파(한국도로공사작성) 443

그림 3.11. 강진지역 인공지진파(일본건설성토목연구소작성) 444

그림 3.12. Pseudo dynamic 실험 계측 447

그림 3.13. LVDT 부착위치도 449

그림 3.14. Strain gauge 부착위치도 449

그림 3.15. Clip gauge 부착위치도 450

그림 3.16. 전형적인 자유진동감쇠곡선 451

그림 3.17. Control program과 Equipment와의 interface 452

그림 3.18. Pilot 실험 및 SARCF해석 비교 452

그림 3.19. 상사법칙 453

그림 3.20. Prototype-specimen의 동적유사성 검증 453

그림 3.21. 항복변위정의 455

그림 3.22. Control displacement for data analysis 456

그림 3.23. 시간-이력 곡선(비내진실험체) 456

그림 3.24. 시간-이력 곡선(내진실험체) 457

그림 3.25. 시간-이력 곡선(유리섬유보강실험체) 457

그림 3.26. 시간-이력 곡선(국산유리섬유보강실험체) 457

그림 3.27. 시간-이력 곡선(비내진실험체) 458

그림 3.28. 시간-이력 곡선(내진실험체) 458

그림 3.29. 시간-이력 곡선(유리섬유보강실험체) 458

그림 3.30. 시간-이력 곡선(탄소섬유보강실험체) 459

그림 3.31. 최대응답 변위곡선[LP1] 459

그림 3.32. 최대응답 변위곡선[LP2] 460

그림 3.23. 변위연성도 정의 460

그림 3.34. 하중-이력 곡선(비내진실험체) 462

그림 3.35. NS-PD-LP1-A1의 파괴장면 462

그림 3.36. 하중-이력 곡선(내진실험체) 463

그림 3.37. S-PD-LPI-AI의 파괴장면 463

그림 3.38. 하중-이력 곡선(유리섬유보강실험체) 464

그림 3.39. T-PD-LP1-A1의 파괴장면 464

그림 3.40. 하중-이력 곡선(국산유리섬유보강시험체) 465

그림 3-41. DT-PD-LP1-A1의 파괴장면 465

그림 3.42. 하중-이력 곡선(비내진실험체) 466

그림 3.43. NS-PD-LP2-A1의 파괴장면 466

그림 3.44. 하중-이력 곡선(내진실험체) 467

그림 3.45. S-PD-LP2-A1의 파괴장면 467

그림 3.46. 하중-이력 곡선(유리섬유보강실험체) 468

그림 3.47. T-PD-LP2-A1의 파괴장면 468

그림 3.48. 하중-변위 곡선(탄소섬유보강시험체) 469

그림 3.49. C-PD-LP2-A1의 파괴장면 469

그림 3.50. 강도저하의 평가 470

그림 3.51. 강도저하곡선 [LP1] 470

그림 3.52. 강도저하곡선 [LP2] 471

그림 3.53. 강성저하의 정의 471

그림 3.53. 강성저하곡선 [LP1] 472

그림 3.55. 강성 저하 곡선 [LP2] 473

그림 3.56. 곡률측정 473

그림 3.57. 곡률측정 Clip guage 474

그림 3.58. Wheatstone bridge 회로도 474

그림 3.59. NS-PD-LP1-A1 475

그림 3.60. S-PD-LP1-A1 475

그림 3.61. T-PD-LP1-A1 476

그림 3.62. DT-PD-LP1-A1 476

그림 3.63. Loading pattern II 476

그림 3.64. Input energy definition 477

그림 3.65. Dissipated energy definition 477

그림 3.66. 누적 소산 에너지 [LP1] 478

그림 3.67. 누적 input 에너지 [LP1] 478

그림 3.68. 누적 에너지 소산비 [LP1] 478

그림 3.69. 누적 에너지 소산 [LP2] 479

그림 3.70. 누적 input 에너지 [LP2] 479

그림 3.71. 누적 에너지 소산비 [LP2] 479

그림 3.72. FEAP해석-유사동적실험 비교 (NS-PD-LP1-A1) 481

그림 3.73. FEAP해석-유사동적실험 비교(S-PD-LP1-A1) 481

그림 3.74. FEAP해석-유사동적실험 비교(NS-PD-LP2-A1) 482

그림 3-75. FEAP해석-유사동적실험 비교(NS-PD-LP2-A1) 482

그림 1. 프로토타입 벽식구조 및 실험대상 벽체 504

그림 2. Casel, case 2의 Mn/Φ -Pn/Φ 곡선(이미지참조) 509

그림 3. 시험체 배근상세 510

그림 4. Φ6 철근의 변형률-응력도 관계 512

그림 5. 실제 실험에 사용된 하중가력이력 515

그림 6. 실험장치도 516

그림 7. (a) Wc 시험체의 변형률계 부착위치 (b) W4 시험체의 변형률계 부착위치 517

그림 8. 변위계의 부착위치 518

그림 9/8. Wc의 균열양상 520

그림 10/9. W4의 균열양상 521

그림 11. Wc와 W4의 횡하중-상부변위 곡선 523

그림 11. 횡하중-상부변위관계의 이상화 525

그림 10. Wc의 액츄에이터 A에서의 하중-변위 곡선 526

그림 11. Wc의 액츄에이터 B에서의 하중-변위 곡선 526

그림 12. Wc의 액츄에이터 C에서의 하중-변위 곡선 527

그림 13. W4의 액츄에이터 A에서의 하중-변위곡선 527

그림 14. W4의 액츄에이터 B에서의 하중-변위 곡선 528

그림 15. W4의 액츄에이터 C에서의 하중-변위 곡선 528

그림 19. Wc의 모멘트-곡률 관계 531

그림 20. W4의 모멘트-곡률 관계 531

그림 21. Wc의 모멘트 곡률곡선(13번째 사이클까지) 532

그림 22. Wc의 모멘트 곡률곡선 532

그림 23. W4의 모멘트 곡률곡선(13번째 사이클까지) 533

그림 24. W4의 모멘트 곡률곡선 533

그림 25. Wc의 기초부(level -12cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 535

그림 26. Wc의 기초부(level -12cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 535

그림 27. Wc의 벽체하단부(level 1cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 536

그림 28. Wc의 벽체하단부(level 1cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 536

그림 29. Wc의 벽체중간부(level 150cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 536

그림 30. Wc의 벽체중간부(level 150cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 537

그림 31. Wc의 벽체의 동쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 537

그림 32. Wc의 벽체의 동쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 537

그림 33. Wc의 벽체의 서쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 538

그림 34. Wc의 벽체의 서쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 538

그림 35. W4의 기초부(level -12cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 538

그림 36. W4의 기초부(level -12cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 539

그림 37. W4의 벽체하단부(level 1cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 539

그림 38. W4의 벽체하단부(level 1cm)에서의 길이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 539

그림 39. W4의 벽체의 동쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 540

그림 40. W4의 벽체의 동쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 540

그림 41. W4의 벽체의 서쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포((+)방향) 540

그림 42. W4의 벽체의 서쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포((-)방향) 541

그림 43. Wc 시험체의 하단부에서의 길이방향에 대한 변형률 분포(+방향) 542

그림 44. Wc 시험체의 하단부에서의 길이방향에 대한 변형률 분포(-방향) 542

그림 45. Wc 시험체의 동쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포(+방향) 543

그림 46. Wc 시험체의 동쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포(-방향) 543

그림 47. Wc 시험체의 서쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포(+방향) 543

그림 48. Wc 시험체의 서쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포(-방향) 544

그림 49. W4 시험체의 하단부에서의 길이방향에 대한 변형률 분포(+방향) 544

그림 50. W4 시험체의 하단부에서의 길이방향에 대한 변형률 분포(-방향) 544

그림 51. W4 시험체의 동쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포(+방향) 545

그림 52. W4 시험체의 동쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포(-방향) 545

그림 53. W4 시험체의 서쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포(+방향) 545

그림 54. W4 시험체의 서쪽단부에서의 높이방향에 대한 변형률 분포(-방향) 546

그림 55. 해석 모델링 548

그림 56. 실험결과와 해석결과의 비교(W4) 549

그림 57. 실험결과와 해석결과의 비교(Wc) 549

그림 58. W4의 에너지 흡수능력 549

그림 59. 파괴시의 응력도-변형률 관계 550

그림 60. 구조부재의 비선형 거동의 이상화(FEMA 273) 552

그림 61. 파괴모드에 따른 구조벽체의 성능기준 553

그림 62. W4시험체의 모멘트-곡률관계 이상화 555

그림 63. 시험체의 곡률 및 변형 556

그림 64. W4의 성능수준별 소성힌지 회전각 556

그림 65. Wc와 W4의 연성도 요구량 558

그림 66. 지진재해수준과 성능목표 559

그림 67. 변위에 근거한 내진설계과정 561

그림 68. SEAOC Zone 3의 변위스펙트럼 562

제4장 구조물의 내진성능 평가기법 개발 570

그림 1. Restrainer의 설치 예 572

그림 2. Restrainer의 모형화 573

그림 3. Restrainer의 하중-변위관계 573

그림 4. 거더간 충돌로 인한 낙교의 예 575

그림 5. 충돌요소 575

그림 6. 마찰력의 히스테리시스모형 579

그림 7. 가동단의 마찰요소모형 580

그림 8. 상대속도와 마찰력의 관계 581

그림 9. 하중-변위 효과 582

그림 10. 하중-변위관계에서의 P-δ 효과 585

그림 11. 해석에서 적용하는 일반적인 히스테리시스모형 589

그림 12. 해석에 사용된 히스테리시스모형 590

그림 13. 콘크리트의 응력-변형률 곡선 591

그림 14. 철근의 응력-변형률 곡선 592

그림 15. 원형 철근콘크리트 교각의 모멘트-곡률 곡선 592

그림 16. 원형 철근콘크리트 교각의 하중-변위 곡선 593

그림 17. 직접기초의 모형화 594

그림 18. 모래의 상대밀도에 따른 토압계수와 교축방향변위에 대한 관계[19] 596

그림 19. 교대의 교축방향 이동 601

그림 20. 교대에 작용하는 하중과 모멘트 601

그림 21. 교대의 교축방향강성을 얻기 위한 반복과정 603

그림 22. 교대의 동적해석모형 605

그림 23. 교대의 교축방향강성 비교 606

그림 24. 지반의 상대밀도에 따른 교대의 교축방향강성 607

그림 25. 대상 교량시스템의 단면 제원 608

그림 26. 대상 교량시스템 609

그림 27. 이상화된 해석모형 610

그림 28. 복합형의 포락함수 616

그림 29. 인공지진이력(PGA=0.3g) 617

그림 30. 설계응답스펙트럼과 인공지진이력의 응답스펙트럼 617

그림 31. 상대변위에 대한 시간이력(PGA=0.4g) 620

그림 32. 상대변위에 대한 시간이력(PGA=0.6g) 620

그림 33. 상대거리에 대한 시간이력(PGA=0.3g) 621

그림 34. 상대거리에 대한 시간이력(PGA=0.6g) 621

그림 35. 최대상대거리의 확률적 분포특성 626

그림 36. 충돌력에 대한 시간이력(PGA=0.3g) 629

그림 37. Restrainer의 여유길이에 따른 교량시스템의 최대응답 636

그림 38. 강성변화에 따른 각 인접 진동계간 최대상대거리(PGA=0.3g) 639

그림 39. Restrainer의 강성에 따른 교량시스템의 최대응답 641

그림 40. Restrainer의 길이에 따른 교량시스템의 최대응답 644

기초의 내진성능 향상을 위한 설계기법 및 보수방법 연구 652

제3장 이론적 연구 669

그림 3.1. 옹벽의 일부분이 무너져 도로가 붕괴됨 669

그림 3.2. 옹벽의 횡방향 변위에 의하여 도로에 균열발생 669

그림 3.3. 교대가 손상되어 부등침하 발생 670

그림 3.4. 교대 옹벽부의 파괴모습 670

그림 3.5. 단층활동에 의한 옹벽의 파괴모습 671

그림 3.6. 단층활동에 의한 댐 옹벽의 파괴모습 671

그림 3.7. 영구지반변형에 의한 말뚝기초의 손상 674

그림 3.8. 말뚝두부의 펀칭현상에 의해 붕괴된 교량 675

그림 3.9. 말뚝주변의 점성토 지반의 공간(gap) 발생 675

그림 3.10. 말뚝주변지반의 지지력 감소로 인한 말뚝연결부위의 파괴 676

그림 3.11. 한신 고속도로의 붕괴모습 676

그림 3.12. 램프 구조물 하부의 말뚝기초 파괴 677

그림 3.13. 말뚝두부와 말뚝캡간의 부적절한 연결로 인한 연결부위의 파괴모습 677

그림 3.14. Port island의 고가철도를 지지하고 있는 피어 678

그림 3.15. 액상화로 인한 Nishinomiya 교량경간의 붕괴 678

그림 3.16. Mononobe-Okabe방법에서 주동파괴토체에 작용하는 힘 684

그림 3.17. Mononobe-Okabe방법에서 수동파괴토체에 작용하는 힘 685

그림 3.18. 비항복 벽체에 대해 토압을 산정하는 Wood방법의 벽체형상 686

그림 3.19. Wood 식에서 사용되는 Fp와 Fm값(이미지참조) 687

그림 3.20. 투수계수가 큰 경우 흙입자에 작용하는 관성력 688

그림 3.21. 투수계수가 작은 경우 흙입자에 작용하는 관성력 689

그림 3.22. 자유장 경계(Free-Field Boundry) 695

그림 3.23. 표준응답스펙트럼과 인공지진파의 응답스펙트럼의 비교(감쇠비 5%) 696

그림 3.24. 인공 지진파의 가속도 시간이력곡선 696

그림 3.25. 말뚝기초의 내진설계절차 701

그림 3.26. 액상화 평가 흐름도 702

그림 3.27. 표준관입저항값 N₁에 따른 저항전단응력비 산정 704

그림 3.28. 상세예측법에 따른 액상화 평가방법의 순서도 706

그림 3.29. p-y의 도식적 정의 711

그림 3.30. (N₁)60에 따른 잔류강도 Sr의 산정(Seed and Harder, 1990)(이미지참조) 715

그림 3.31. (N₁)60에 따른 잔류강도 ?? lim의 산정(Seed 등, 1984)(이미지참조) 716

그림 3.32. 액상화된 지반의 ??-?? 관계에서 p-y곡선으로의 변환(Byrne 등) 716

그림 3.33. Bi-linear 방법과 Modified Soft Caly 방법으로 구한 p-y 곡선의 비교 717

그림 3.34. 액상화 지반의 영구변형 형태 718

그림 3.35. 사면의 형상에 대한 변수 718

그림 3.36. 유한요소해석에서 평균 횡방향 가속도의 결정 720

그림 3.37. 지진의 크기 및 가속도 비에 따른 변형량 721

그림 3.38. 말뚝기초의 모델링 방법 724

그림 3.39. 가상지표면 725

그림 3.40. 6개의 자유도 성분 및 스프링 계수 726

제4장 옹벽과 말뚝기초의 내진설계예제 732

그림 4.1. 옹벽 해석단면 732

그림 4.2. 해석대상의 기하학적 형상 739

그림 4.3. 인공 지진파의 가속도 시간이력곡선 740

그림 4.4. 토압의 측정위치 741

그림 4.5. 각 위치에서의 수평토압의 시간이력 742

그림 4.6. 벽체에 작용하는 수평토력의 시간이력 742

그림 4.7. 전체수평토력의 작용위치의 시간이력 742

그림 4.8. 옹벽 해석단면(T-81) 744

그림 4.9. 해석대상의 가하학적 형상 752

그림 4.10. 인공 지진파의 가속도 시간이력곡선 753

그림 4.11. 수평 토압의 측정위치 753

그림 4.12. 각 위치에서의 수평토압의 시간이력 754

그림 4.13. 벽체에 작용하는 수평토력의 시간이력 754

그림 4.14. 전체수평토력의 작용위치의 시간이력 755

그림 4.15. 해석 대상 757

그림 4.16. 입력 하중 758

그림 4.17. 1~6번 위치에서의 토압 759

그림 4.18. 전체 토력 759

그림 4.19. 1~6번 위치에서의 토압 760

그림 4.20. 전체 토력 760

그림 4.21. 1~6번 위치에서의 토압 761

그림 4.22. 전체 토력 761

그림 4.23. 전체 토력 762

그림 4.24. 해석 대상 762

그림 4.25. 입력 하중의 변위이력(최대진폭 : ±5.5mm) 763

그림 4.26. 상대변위에 따른 동적토력의 이력곡선 765

그림 4.27. 말뚝기초의 설계 단면 766

그림 4.28. 단위 선정 767

그림 4.29. 말뚝단면의 해석 방법 선택 768

그림 4.30. 해석 환경설정 769

그림 4.31. 데이터 입력 창 771

그림 4.32. 말뚝의 특성 771

그림 4.33. 말뚝 단면의 특성 입력 772

그림 4.34. 하중 형태의 선정 772

그림 4.35. 말뚝 작용 하중 입력 772

그림 4.36. 깊이별 p-y곡선 및 지반반력 계수 입력 773

그림 4.37. 각 지층의 유효 단위중량 입력 773

그림 4.38. 각 지층의 강도 정수 입력 774

그림 4.39. 계산 수행 및 입·출력문 확인 774

그림 4.40. 계산 결과 그래프 확인 775

그림 4.41. 말뚝의 변위 및 모멘트 분포곡선 775

그림 4.42. 해석결과출력 776

그림 4.43. 해석대상 단면 778

그림 4.44. 표준응답스펙트럼과 인공지진파의 응답스펙트럼의 비교(감쇠비 5%) 779

그림 4.45. 인공 지진파의 가속도 시간이력곡선 779

그림 4.46. Seed와 Idriss가 제안한 모래에 대한 평균곡선 780

그림 4.47. API에서 제시한 모래의 p-y곡선 781

그림 4.48. Modified soft clay모델을 적용하여 구한 p-y곡선 781

그림 4.49. 액상화 지반의 p-y곡선과 영구변위를 고려하지 않은 경우 783

그림 4.50. 액상화 지반의 p-y곡선과 영구변위를 고려하지 않은 경우 784

그림 4.51. 액상화 지반의 p-y곡선과 영구변위를 고려한 경우 784

그림 4.52. 말뚝의 배치 785

그림 4.53. 6개의 자유도 성분 및 스프링 계수 786

제5장 진동대 실험을 통한 말뚝기초의 동적 거동 분석 791

그림 5.1. 진동대 전경 791

그림 5.2. 군말뚝 효율 실험에 사용된 토조의 제원 792

그림 5.3. 말뚝의 액상화 거동실험에 사용된 토조의 제원 792

그림 5.4. 계측기의 배치 797

그림 5.5. 입력가속도의 진폭과 진동수에 따른 지표면 최대가속도 크기변화 801

그림 5.6. 입력가속도의 진폭과 진동수에 따른 상부구조물의 가속도 변화 801

그림 5.7. 입력가속도의 진폭과 진동수에 따른 상부구조물의 횡변위량 802

그림 5.8. 말뚝중심간 간격비(s/d)와 입력가속도 803

그림 5.9. 입력가속도의 진폭과 진동수에 따른 상부구조물의 가속도 변화 804

그림 5.10. 입력가속도 특성과 말뚝간격비(s/d)에 따른 상부구조물의 횡방향 변위값 805

그림 5.11. 모멘트 측정자료 806

그림 5.12. 가속도 시간이력곡선 807

그림 5.13. 변위 시간이력곡선 808

그림 5.14. 깊이에 따른 과잉간극수압 시간이력곡선 809

그림 5.15. 진동대와 깊이 20cm에서의 지반변위 시간이력곡선 811

그림 5.16. 단말뚝의 p-y곡선(center, 5Hz) 812

그림 5.17. 군말뚝의 p-y곡선(center, 5Hz, 0.4g) 813

그림 5.18. 입력가속도 진폭에 따른 p-y곡선(center, 5Hz, s/d=3) 815

그림 5.19. 입력가속도 진폭과 주파수에 따른 p-y곡선(center, 5cm깊이, s/d=3) 817

그림 5.20. 액상화 지반내의 단말뚝의 p-y곡선(10Hz, 0.20g) 818

그림 A.1. 단말뚝 833

그림 A.2. 군말뚝(S=3d, center) 834

그림 A.3. 군말뚝(S=3d, corner) 835

그림 A.4. 군말뚝(S=3d, side) 836

그림 A.5. 군말뚝(S=6d, center) 837

그림 A.6. 군말뚝(S=6d, corner) 838

그림 A.7. 군말뚝(S=6d, side) 839

그림 A.8. 군말뚝(S=8d, center) 840

그림 A.9. 군말뚝(S=8d, corner) 841

그림 A.10. 군말뚝(S=8d, side) 842

그림 B.1. 표준 설계응답스펙트럼(건설교통부, 1997) 847

사진 1. 원하는 말뚝간격으로 두부와 선단부를 말뚝캡과 토조바닥에 고정 849

사진 2. 지반다짐을 위한 진동시 말뚝 두부의 변위발생을 억제하기 위하여 고정대를 상부구조물 양쪽에 설치 849

사진 3. 고정대를 토조에 고정 850

사진 4. 스트레인 게이지선을 측정장치에 연결 850

사진 5. 지반을 조성시 모래를 포설하면서 가속도계를 원하는 깊이에 매설 851

사진 6. 모래를 포설한 후 진동을 주어 지반을 다짐 851

사진 7. 말뚝캡의 수평변위와 회전각을 측정하기 위해서 LVDT를 설치 852

사진 8. 말뚝 두부 고정대를 제거한 후 원하는 지진하중을 가함 852

사진 9. 실험에 사용된 토조 853

사진 10. 말뚝에 부착된 스트레인게이지 853

사진 11. 말뚝캡과 말뚝 두부와의 연결 854

사진 12. 토조와 말뚝 선단부의 연결 854

사진 13. 가속도 측정장치 855

사진 14. 스트레인게이지 측정장치 855