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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 201311기술혁신D02
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 동적 원심모형실험을 이용한 기초-지반 시스템 및 토류구조물 지진하중 평가
총 연구기간 2011-09-29 ~ 2014-09-28
연구책임자 김동수
당해년도
참여 연구원수
3명 총 연구기간
참여 연구원수
13명
당해년도
연구비
정부 : 549,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 549,000,000 원
총연구비 정부 : 939,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 939,000,000 원
연구기관명 한국과학기술원
등록 발간번호 .
ISBN .
주요 내용 지진시 지반은 구조물과 달리, 3차원 무한성, 불균질 특성을 가지고 있고, 지반 종류 및 응력 조건에 따라 강성, 감쇠 특성 변화, 변형률에 따른 비선형 거동 특성, 에너지 소산 특성 등이 다양하게 나타남으로 인해 이를 반영한 정확한 해석이 매우 어려운 실정이다. 또한 지진과정에서의 지반-구조물의 복잡한 상호작용과 함께 수많은 설계변수들을 고려할 때 내진설계는 위에서 설명한 바와 같이 많은 단순화된 가정들을 필요로 한다.
따라서, 지진시 지반-기초-구조물의 거동을 동시에 고려할 수 있는 실험방법 및 수치해석기법을 통하여 실제 거동을 정확히 모사(Modeling)하여, 이를 가장 효율적인 방법으로 설계에 반영할 수 있는 방안을 도출하여야 한다.
본 연구에서는 지반 및 구조물 기초형식에 따른 지반-기초-구조물의 지진시 상호거동을 동적원심모형실험을 이용하여 평가하고 이를 바탕으로 현행 설계 기법의 개선사항을 도출하고자 한다. 또한 동적 원심모형실험을 이용하여 지진시 교대 및 옹벽 구조물의 토압분포를 규명하여 설계기준을 검토하고자 한다. 이와 같은 동적원심모형시험의 결과를 토대로 지반-기초-구조물의 지진시 실제거동을 합리적으로 모사할 수 있는 수치해석 모델링 기법을 도출, 설계업무 적용을 위한 수치해석 절차를 제안하여 이를 바탕으로 내진 취약 지반구조물의 내진 보강 방안(단면)을 제안하는 것을 본 과제의 최종 목표로 한다. 또한 원심모형실험결과를 가장 정확히 모사할 수 있는 수치해석 절차 및 기법 (경계조건, 지반 및 경계모델 지진 하중 등)을 제안하고, 더 나아가 이를 설계에 반영할 수 있는 하중조합(설계지진 가속도의 결정)을 결정할 수 있는 방안을 마련하고자 한다. 이는 추후, 국내 지반 구조물의 설계 및 해석 기술 향상 및 설계기준 선진화에 기여하고, 나아가 국가 경쟁력 향상에 이바지할 것으로 판단된다.

[최종목표]
○ 동적 원심모형 시험을 이용한 지반구조물(기초, 교대 및 옹벽 등)의 지진하중 및 내진성능 평가를 수행
● 구조물 기초형식에 따른 내진설계하중(지진가속도) 결정방법 제안
● 유사정적 동토압 하중모형(Mononobe Okabe 공식)의 타당성 검증 및 동토압의 합리적 설계적용을 위한 하중 모형화 방안 연구

○ 내진성능 평가 결과를 바탕으로, 현업에서 적용 가능한 설계기법(수치해석 등) 및 최적 단면을 제안하고, 현행 내진설계기준 및 설계절차의 신뢰성을 검증하여 필요시 내진설계기준 개정에 반영

[연구내용 및 범위]
○ 동적 원심모형 시험을 위한 모델링 기법 검증 및 매뉴얼 작성
● 성능기반 내진성능 평가 동향 조사 및 문헌 연구
● 동적원심모형실험 모델링 기법 및 매뉴얼 작성
● 동적 해석을 위한 수치해석 동향 파악

○ 동적 원심모형실험을 이용한 지반-기초-구조물의 지진시 상호거동 평가
● 지반 및 구조물의 기초형식(얕은기초, 깊은기초, 지하구조물)에 따른 지진시 거동 특성 평가
● 구조물 기초형식에 따른 내진설계하중(지진가속도) 결정방법 제안
* 현행방식 : 구조물 기초형식에 무관한 내진설계하중 적용
● 지반-기초-구조물을 모두 포함하는 동적원심모형실험 결과로부터, 구조물(선형, 주파수영역해석)과 지반(비선 형, 시간영역해석)의 해석 방법 및 물질 특성 차이로 발생할 수 있는 현행 설계 기법(기준)의 개선사항 도출
● 연약지반상 말뚝기초 교각의 설계에 관한 연구

○ 동적 원심모형실험을 이용한 지진시 교대 및 옹벽 구조물의 토압분포 규명 및 설계기준 검토
● 지진시 추가적으로 작용하는 동토압(Dynamic Earth Pressure)의 합리적인 설계적용(설계 하중조합)을 위한 하중 모형화 방안 연구
● 기존의 유사정적 동토압 하중모형(Mononobe-Okabe 공식)의 타당성 검증
※현행 방식 : 구조물 형식에 무관한 Mononobe-Okabe 동토압의 일률적인 적용

○ 동적원심모형실험 결과의 설계적용 방안 도출
● 동적원심모형시험과 수치해석 모델간의 상호 검증 연구를 통하여 설계업무 적용을 위한 수치해석 표준절차 제안 및 필요시 설계기준 반영
● 수치해석 결과를 이용한 구조물 별 최적 내진설계 단면 제안 및 설계지진 가속도 결정방안 도출

○ 연구결과를 이용한 현행 설계기준의 타당성 검증 및 개정 반영안 도출
● 연구 결과를 바탕으로 국내 내진설계 기준의 신뢰성 검증
● 동적원심모형시험과 수치해석 비교 연구를 통하여 도출된 개선사항들을 국내 내진설계 기준 및 평가요령 개정에 반영
● 기존의 붕괴방지 수준의 내진성능평가에서 성능기반 내진성능평가를 하기 위한 기준 제시
색인어 한글 지반-구조물 내진설계 동적원심모형시험 진동대 수치해석
영문 Soil-Structure interaction Seismic Design Centrifuge Test Shaking Table Numerical Analysis
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