건축구조물의 비선형 지진응답 평가를 위한 개선된 지진하중 분배방법

이동근,최원호,안지희 한국지진공학회 2001 한국지진공학회논문집 Vol.5 No.2

성능에 기초한 내진설계에서는 구조물이 보유하고 있는 능력을 효과적으로 파악하기 위해서 비선형 정적 해석이 적용되고 있다. 그러나 비선형 정적해석은 고차모드에 대한 효과를 고려하지 못함으로써 고층구조물이나 비정형 구조물과 같은 경우에는 정확한 비선형 지진응답의 산정과 내진성능을 평가하는데 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 건축구조물의 선형 및 비선형 지진응답 평가를 위하여 응답 스펙트럼해석을 통하여 얻어지는 층전단력으로부터 층하중을 산정하는 유사동적해석법이 적용되었다. 제안된 방법을 비선형 정적 해석에 적용하여 구조물의 비선형 자동응답을 비선형 시간이력해석의 결과와 비교하였다. 기존의 층분포하중에 의한 비선형 지진응답과 비교하였으며, 제안된 방법에 의한 지진 응답이 구조물의 비선형 거동특성을 가장 정확하게 표현하였다. 그러므로 본 연구에서 제안된 방법을 사용하여 비선형 정적 해석을 수행한다면 비교적 명확한 건축물의 비선형 거동특성과 내진성능을 평가할 수 있을 것으로 판단된다.

구조물의 비선형 지진응답 산정을 위한 스펙트럼 모드해석법

유진오,임남기,김재웅 대한건축학회지회연합회 2012 대한건축학회연합논문집 Vol.14 No.3

구조물의 비선형 응답을 가장 정확하게 산출할 수 있는 해석법은 비선형 시각이력법(NHA)이지만, 비선형 직접적분법에 따른 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 이에 따라 다자유도계 구조물의 비선형 정적해석과 단자유도계의 비선형 동적응답을 고려하여 구조물의 비선형 응답을 보다 간편하게 산정하는 약산적인 방법들이 연구되고 있다. 이러한 약산법들로서 능력스펙트럼법(CSM)과 비선형 직접스펙트럼법(NDS) 등이 기존에 제시된바 있으나, 산정과정은 비교적 간단한 대신 1차모드만 고려하는 제한성을 갖고 있다. 또한, CSM은 반복과정이 요구되며 해가 수렴하지 않거나 수렴하여도 오차가 크게 발생하는 경우가 생긴다. 그리고 NDS는 단자유도계의 항복강성비와 진동주기에 대한 비선형 가속도 스펙트럼이 존재하지 않는 범위에서는 연성계수를 구할 수 없는 등의 취약점 등이 있다. 따라서 본 연구에서는 위와 같은 약산법들의 문제점을 개선하기 위하여, 고차모드를 고려하는 한편 변위 및 가속도를 시각이력대신 비선형 변위 스펙트럼과 가속도 스펙트럼으로부터 구하여 구조물의 비선형 응답을 약산적으로 산정할 수 있는 스펙트럼 모드해석법( SMA)을 제시하고 그 정확성 및 특성을 검토하는 것을 연구의 목적으로 한다. 전반적으로 볼 때, SMA는 TMA보다 정확도가 높을 뿐만 아니라, TMA는 복잡한 시각이력해석이 요구되지만 SMA는 응답스펙트럼을 사용하므로 산정방식에서도 SMA가 간편하다. 또한, pushover횡력분포로서, 모드형상횡력분포는 질량모드횡력분포에 비하여 응답오차가 약 2.0% 작다. 결과적으로, 모드형상횡력분포와 스펙트럼 모드해석법을 사용한 경우의 평균 응답오차는 약 5.0%정도인 것으로 나타난다.

연성계수를 이용한 비선형 지진응답 약산법

유진오,임남기,김재웅 대한건축학회지회연합회 2012 대한건축학회연합논문집 Vol.14 No.1

최근 우리나라와 인접한 일본(2011년 3월, 규모 9.0)과 중국(2008년 5월, 규모 8.0)에 발생한 대지진의 영향으로 우리나라 또한 대규모 지진 발생 가능성에 대한 우려가 커져가고 있다. 따라서 우리나라에서도 경제적이면서도 안전한 성능기반 내진설계가 이루어져야 하며 이를 위해서는 비선형 응답산정이 필수적이다. 구조물의 비선형 응답을 가장 정확하게 산출할 수 있는 해석법은 비선형 동적해석법 (Nonlinear Dynamic Analysis; NDA)이나, 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 이에 따라 다자유도계 구조물(Multi Degree of Freedom; MDF)의 비선형 정적해석(pushover)과 등가단자유도계(Equivalent Single Degree of Freedom; ESDF)의 비선형 동적응답을 고려하여 구조물의 비선형 최대응답을 정확성과 실용성의 측면에서 보다 간편하게 산정하는 약산적인 방법들이 연구되고 있다. 이러한 약산법들로서 능력스펙트럼법(Capacity Spectrum Method; CSM)과 비선형 직접스펙트럼법(Nonlinear Direct Spectrum Method; NDS) 등이 기존에 제시된바 있다. 그 중에서 CSM는 반복과정이 요구되며 해가 수렴하지 않거나 수렴하여도 오차가 크게 발생하는 경우가 있으며, NDS는 ESDF의 항복강성비와 진동주기에 대한 비선형 가속도 스펙트럼이 존재하지 않는 범위에서는 연성계수를 구할 수 없는 등의 취약점이 있다. 따라서 본 연구에서는 위와 같은 약산법들의 문제점을 개선하기 위하여, 비선형 연성 스펙트럼으로부터 연성계수를 직접 구하여 구조물의 비선형 최대응답을 약산적으로 산정하는 비선형 연성계수법(Nonlinear Ductility Factor Method; NDF)을 제시하고 신뢰성을 검토하기로 한다.

지진응답해석에 의한 역량스펙트럼의 정밀도 분석

유진선,양원직,이원호,김형준 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

일반적으로 건축물의 손상도평가 및 성능평가시 비선형 등가정적해석(Push-over Analysis)이 사용된다. 등가정적해석법은 지진하중을 등가의 정적하중으로 환산하여 정적해석을 수행하는 방법으로 각층을 변위제어로 가력하여 각층의 강성에 의한 복원력만이 산출하기 때문에 지진파와 같은 동적하중에 대한 건축물의 동적거동을 평가하기에는 곤란하다. 지진하중에 의한 건축물의 거동은 주기 및 강성의 변화에 따라 동적거동이 달라지며 반복적인 거동으로 같은 변위에서의 내력저하 현상도 발생하게 된다. 따라서 건축물의 동특성이 반영된 손상도평가 및 성능평가를 위한 역량스펙트럼은 동적거동을 평가할 수 있는 비선형 지진응답해석을 통하여 산출되어야한다. 본 연구에서는 질점계 비선형 지진응답해석을 수행하여 역량스펙트럼을 도출한다. 도출된 역량스펙트럼을 등가정적해석과 비교하여 질점계 비선형 지진응답해석이 고차모드 및 층별 동특성의 영향을 고려하고 있음을 확인하고자 한다. 또한, 질점계 비선형 지진응답해석과 등가정적해석을 3차원 해석에 의한 결과와 비교·검토하여 질점계 비선형 지진응답해석과 등가정적해석의 정밀도를 비교·분석하고자 한다.

댐-호소계 비선형 지진응답의 직접시간영역 해석기법

이진호,김재관 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.3

An analysis method is proposed for the transient linear or nonlinear analysis of dynamic interactions between a flexible dam body and reservoir impounding compressible water under earthquake loadings. The coupled dam-reservoir system consists of three substructures: (1) a dam body with linear or nonlinear behavior; (2) a semi-infinite fluid region with constant depth; and (3) an irregular fluid region between the dam body and far field. The dam body is modeled with linear and/or nonlinear finite elements. The far field is formulated as a displacement-based transmitting boundary in the frequency domain that can radiate energy into infinity. Then the transmitting boundary is transformed for the direct coupling in the time domain. The near field region is modeled as a compressible fluid contained between two substructures. The developed method is verified and applied to various earthquake response analyses of dam-reservoir systems. Also, the method is applied to a nonlinear analysis of a concrete gravity dam. The results show the location and severity of damage demonstrating the applicability to the seismic evaluation of existing and new dams. 이 논문에서는 댐-호소계의 선형 및 비선형 지진응답 해석을 시간영역에서 엄밀히 수행할 수 있는 해석법을 제시하였다. 댐-호소계는 (1) 선형 또는 비선형으로 거동하는 댐체와 (2) 깊이가 균일하다고 가정한 호소 원역 및 (3) 댐체와 호소 원역 사이 불규칙한 형상의 근역의 세가지 부구조물로 구성된 연계 시스템으로 정식화되었다. 댐체는 선형 또는 비선형 유한 요소로 모델링되고, 호소 원역은 무한 영역으로의 에너지 방사를 엄밀하게 표현할 수 있도록 주파수영역에서 개발된 변위기반 전달경계를 시간영역에서의 포갬적분으로 변환하여 시간증분법과 결합이 용이하게 하였다. 호소 근역을 댐체와 호소 원역이라는 두 개의 부구조물 사이에 저장된 압축성 유체로 모델링하였다. 이 논문에서는 세 개의 부구조물로 구성되는 댐-호소계에 대해 비선형 시간영역 해석을 용이하게 하는 시간증분법을 유도하여 제시하였고 개발된 해석법을 다양한 형상의 댐-호소계의 지진응답 해석에 적용하여 그 정확성을 검증하였다. 이에 추가하여 제시한 기법을 콘크리트 댐의 비선형 지진응답 해석에 적용하여 손상 정도와 부위를 해석 결과로서 보여주었으며 동시에 제시한 기법이 내진성능평가 등 실무에 바로 활용될 수 있음을 입증하였다.

현수교의 지진응답 평가

김호경,유동호 주석범 한국지진공학회 2003 한국지진공학회논문집 Vol.7 No.1

현수교의 지진응답 산정 시 몇 가지 해석법 간에 발생될 수 있는 차이를 파악하고자 하나의 예제 현수교에 대해 비교 연구를 수행하였다. 주된 검토항목은 선형과 비선형 응답응답스펙트럼법과 동적해석법, 그리고 감쇠율과 감쇠고려 방안이다. 검토 결과 대상 물리량이나 가진 방향에 따라 약간의 차이는 있지만 전체적으로 감쇠율과 감쇠 고려방안 등 감쇠와 관련된 변수가 지진응답에 큰 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 반면 응답스펙트럼과 동적해석법, 선형 및 비선형해석법 등 구조해석법에 관련된 변수는 상대적으로 지진응답에 미치는 영향이 적은 것으로 확인되었다. 대상 현수교의 경우에도 응답스펙트럼법이 안전측의 결과를 줄 수 있을 것으로 기대되지만 이 경우 도로교설계기준에 제시된 설계응답스펙트럼을 감쇠율에 따라 적절히 보정하는 사전 작업이 필요랄 것으로 판단되었다. A comparative study was performed for a suspension bridge to grasp the possible differences in seismic responses evaluated by several analytical methods. The items mainly investigated are the linear vs. nonlinear response, the response spectrum method vs. the linear dynamic analysis method, and the damping ratio and it's implementation into analysis procedures. According to the numerical example, it is found that the seismic responses are considerably affected by the damping-related parameters even though slight differences are shown depending on the response quantities and the exciting directions. On the other hand, it is also confirmed that the seismic responses are less affected by the analysis method-related parameters such as the response spectrum method vs. the linear dynamic analysis method, and the linear and nonlinear analysis method. The response spectrum method is expected to give conservative results for the examined bridge, provided that the design response spectrum in the Korean Highway Design Specification is modified according to the proper damping ratio.

말뚝기초를 포함한 철근콘크리트 건물의 비선형 지진해석법에 관한 연구

이강석,이원호,류해상 한국지진공학회 2003 한국지진공학회논문집 Vol.7 No.2

지진동에 의한 건물의 내진성능은 건물 자체가 보유하고 있는 내력.변형능력뿐만 아니라, 지반상태를 포함한 기초구조의 진동특성, 즉 건물과 기초구조의 동적상호작용을 고려하여 종합적으로 평가해야 한다는 것은 과거의 피해지진의 경험에서 널리 알려져 있다. 이러한 사실은 최근 세계각지에서 발생한 대지진, 1993년 홋카이도난세오키 지진(일본), 1994년 Northridge지진(미국), 1995년 효고켄 남부지진(일본), 1999년지지 지진(대만) 등에서도 입증되었다. 한편, 건축물 자체의 내진성능 평가에 관한 연구는 활발히 진행되어 왔으며, 또한 수많은 건물에 적용되었다. 그러나, 건물과 기초구조의 동적상호작용을 고려한 내진성능평가에 관한 연구는 부족하며, 특히 건물과 말뚝기초의 동적상호작용을 고려한 철근콘크리트 건물의 내진성능 평가에 관한 연구는 더욱 부족한 것이 현재의 실정이다. 본 연구는 철근콘크리트 건물자체 및 지반상태를 포함한 말뚝기초의 비선형거동을 고려한 지진응답해석법을 제안하였다. 이 해석법은 실제 지진에 의하여 말뚝기초부에 피해를 입은 철근콘크리트 건물에 적용하였으며, 해석결과와 지진피해와의 관계를 비교·검토하여, 본 연구에서 제안한 해석기법의 적용가능성을 검증하였다. 본 연구는 말뚝기초를 가지는 철근콘크리트 건물의 내진성능예측의 기본적인 자료로서 활용 가능하다고 사료된다. At present, the information on the foundation-structure interaction is lacking. As a result, the seismic performance evaluation of buildings seldom considers the effect of the foundation performance on the building responses. Recent earthquakes such as the 1993 Hokkaido Nansei-oki Earthquake(M=7.8), the 1994 Northridge Earthquake(M=6.7), the 1995 Hyogoken-Nambu Earthquake(M=7.2), and the 1999 Chi-Chi Earthquake (M=7.6) have shown that building damages are significantly affected by the degree of damage sustained by the building foundation and the interaction between the building and the foundation. This paper presents a nonlinear seismic analysis method for the seismic performance evaluation of reinforced concrete buildings which considers the pile foundation-structure interaction. The proposed method is applied to an actual building which was damaged during the 1993 Hokkaido Nansei-oki Earthquake. The result reveal that the method is able to predict the performance of the building.

댐-호소계 비선형 지진응답의 직접시간영역 해석기법

이진호 김재관 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.3

이 논문에서는 댐-호소계의 선형 및 비선형 지진응답 해석을 시간영역에서 엄밀히 수행할 수 있는 해석법을 제시하였다. 댐-호소계는 (1) 선형 또는 비선형으로 거동하는 댐체와 (2) 깊이가 균일하다고 가정한 호소 원역 및 (3) 댐체와 호소 원역 사이 불규칙한 형상의 근역의 세가지 부구조물로 구성된 연계 시스템으로 정식화되었다. 댐체는 선형 또는 비선형 유한 요소로 모델링되고, 호소 원역은 무한 영역으로의 에너지 방사를 엄밀하게 표현할 수 있도록 주파수영역에서 개발된 변위기반 전달경계를 시간영역에서의 포갬적분으로 변환하여 시간증분법과 결합이 용이하게 하였다. 호소 근역을 댐체와 호소 원역이라는 두 개의 부구조물 사이에 저장된 압축성 유체로 모델링하였다. 이 논문에서는 세 개의 부구조물로 구성되는 댐-호소계에 대해 비선형 시간영역 해석을 용이하게 하는 시간증분법을 유도하여 제시하였고 개발된 해석법을 다양한 형상의 댐-호소계의 지진응답 해석에 적용하여 그 정확성을 검증하였다. 이에 추가하여 제시한 기법을 콘크리트 댐의 비선형 지진응답 해석에 적용하여 손상 정도와 부위를 해석 결과로서 보여주었으며 동시에 제시한 기법이 내진성능 평가 등 실무에 바로 활용될 수 있음을 입증하였다. An analysis method is proposed for the transient linear or nonlinear analysis of dynamic interactions between a flexible dam body and reservoir impounding compressible water under earthquake loadings. The coupled dam-reservoir system consists of three substructures: (1) a dam body with linear or nonlinear behavior; (2) a semi-infinite fluid region with constant depth; and (3) an irregular fluid region between the dam body and far field. The dam body is modeled with linear and/or nonlinear finite elements. The far field is formulated as a displacement-based transmitting boundary in the frequency domain that can radiate energy into infinity. Then the transmitting boundary is transformed for the direct coupling in the time domain. The near field region is modeled as a compressible fluid contained between two substructures. The developed method is verified and applied to various earthquake response analyses of dam-reservoir systems. Also, the method is applied to a nonlinear analysis of a concrete gravity dam. The results show the location and severity of damage demonstrating the applicability to the seismic evaluation of existing and new dams.

건물의 수평방향 내진거동에 미치는 연약지반의 비선형 영향

김용석 한국지진공학회 2001 한국지진공학회논문집 Vol.5 No.2

지반 위에 세워진 구조물의 지진응답해석시 지반-구조물 상호작용 영향은 지반으 선형특성을 고려하여 간주되었는데 최근 연구결과에 의하면 구조물 지진해석에서 연약지반의 비선형 특성이 중요한 요소로서 인식되었다. 하지만 지반-구조물계의 복잡한 비선형 특성 때문에 내진설계 기준에서 비선형 지반특성을 고려하기에는 아직도 어려움이 많다. 이 논문에서는 UBC 지반종류 S_{D} 지반 위에 놓인 중규모의 얕은 온통기초와 묻힌 온통기초위에 세워진 건물에 대한 단자유도계 선형 지진해석을 연약지반의 비선형성을 고려하여 최대가속도가 0.17g 과 0.36g 인 Taft E-W 및 El Centro N-S 지진기록을 사용하여 수행하였다. 비선형 지진해석을 결과를 선형해석 결과와 비교하였을 때, 비선형 응답스펙트럼의 최대가속도가 지반의 비선형성 때문에 상당히 줄어드는 것으로 나타나 지반의 비선형성을 고려한 더효율적인 내진설계의 가능성을 보여준다.

필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 요구내력 스펙트럼

이강석,오재근 한국지진공학회 2007 한국지진공학회논문집 Vol.11 No.5

본 연구의 목적은 하부층에 필로티 구조, 상부층에 전단벽식구조를 가진 저층 철근콘크리트 건물의 내진설계 및 내진성능 평가를 위한 기본적인 자료를 제공하는 것으로서, 비선형 지진응답해석을 실시하여 각 층의 내력과 연성율 사이의 상관관계를 파악하여, 이것들의 비율이 건물 전체의 내진성능에 어떻게 영향을 미치는가를 검토하였다. 본 연구에서는 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 특성을 2질점계로 치환하였으며, 하부층인 필로티 구조는 휨파괴형으로 상부층인 전단벽식 구조는 전단파괴형 시스템으로 각각 모델링하였다. 또한 각층의 복원력 특성으로는 필로티 구조는 Degrading Trilinear Model(휨파괴형), 상부층은 Origin Oriented Model(전단파괴형)을 선정하였다. 상기 복원력 특성은 각 층의 보유내력에 의하여 변화를 하며, 지진응답해석용 입력지진파로는 8개의 피해지진의 가속도 성분을 선정하여 이들 가속도 성분의 최대가속도를 0.1g, 0.2g, 0.3g로 표준화 하였다. 각각 지진강도수준에 따라 지진 응답해석을 실시하여 하부층 필로티 구조와 상부층 전단벽식 구조의 내력비와 응답 연성율 사이의 상관관계를 파악하였다. 최종적으로 특정 연성율을 위한 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 요구내력을 산정하여 요구내력 스펙트럼(Required Strength Spectrum)을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 요구내력스펙트럼은 특정 지역에서 요구하는 지진수준에 대하여 지진발생시 특정 연성율 이내로 머물게 하는 하한내력의 범위를 파악할 수 있는 등, 연구결과는 필로티 구조를 가진 철근콘크리트 전단벽식 건물의 내진성능평가 및 내진설계의 기본적인 자료로서 활용 가능하다고 사료된다..2-propanedial 1.5 M 실험구에서는 실험개시시 30\;{\times}\;10^4\;cell/ml이던 것이 3 일 후 138\;{\times}\;10^4\;cell/ml였고, 실험종료시인 5 일 후에는 385\;{\times}\;10^4\;cell/ml로 증식되어 가장 높은 증식률을 보였다. 참굴 D상 유생을 대상으로 먹이효과를 조사한 결과 실험구와 대조구간 유생의 성장 및 생존율에 유의한 차이를 보이지 않았다.C에서 73.3%, 10^{\circ}C에서 63.3% 및 5^{\circ}C에서 56.7%로 수온이 30^{\circ}C 이내에서는 높을수록 높은 경향을 보였다. 염분에 따른 잠입 실험 결과는 실험 개시 300분 경과 후 염분 30 psu에서 93.3%로 가장 높았고, 35 psu에서 90.0%, 25 psu에서 83.3%, 20 psu에서 60.0%, 15 psu 이하에서는 거의 잠입이 이루어 지지 않았다. 따라서, 적정 살포를 위한 잠입률은 치패의 크기와 상관없이 저질종류는 모래 (75%) + 뻘 (25%), 입자크기는 1 mm 모래에서 높게 나타났다. 공기 중 노출시간은 짧을수록, 수온은 30^{\circ}C 이내에서 높을수록, 염분은 20-35 psu 이내에서 높을수록 잠입률이 높은 경향을 나타내었다. 교수학습모형에 관련된 지식을 묻는 내용으로 주로 출제되었다. 이에 구체적인 개선방안으로 특정 교수학습모형의 이론적 토대가 되고 전체적인 교수설계를 하기 위한 기본 바탕이 될 수 있는 교수학습이론에 관한 내용, 또한 현재가정과교육에 The main purpose of this study is to provide a basic information for the seismic capacity evaluation and the seismic design of low-rise reinforced concrete (RC) shear wall buildings, which are comprised of a pilotis in the first story. In this study, relationships between strengths and ductilities of each story of RC buildings with pilotis are investigated based on the nonlinear seismic response analysis. The characteristics of low-rise RC buildings with pilotis are assumed as the double degree of freedom structural systems. In order to simulate these systems, the pilotis is idealized as a degrading trilinear hysteretic model that fails in flexure and the upper story of shear wall system is idealized as a origin-oriented hysteretic model that fails in shear, respectively. Stiffness properties of both models are varied in terms of story shear coefficients and structures are subjected to various ground motion components. By analyzing these systems, interaction curves of required strengths for various levels of ductility factors are finally derived for practical purposes. The result indicates that the required strength levels derived can be used as a basic information for seismic evaluation and design criteria of low-rise reinforced concrete shear wall buildings having pilotis structure.