R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C077508-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 항복 거동을 이용한 신개념 기초 내진설계 기법 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-07-11 ~ 2016-07-10 | |||||
| 연구책임자 | 김동수 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
3명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
5명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 200,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 200,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 400,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국과학기술원 | |||||
| 등록 발간번호 | . | |||||
| ISBN | . | |||||
| 주요 내용 |
○ 현행 내진설계 개념은 구조물 기초시스템을 높은 안전율로 강하게 설계하여 지진시 구조물 기둥에서 소성힌지가 발생하도록 하고 있음. 이 방법은 지진에 의해 기초의 항복(YIELDING)이 일어나지 않는 장점은 있으나 상부구조물에 작용하는 하중이 크게 증가하여 비경제적인 내진설계를 수행하게 됨. 최근 세계 각국에서 설계지진을 상회하는 큰 지진으로 엄청난 경제적 손실이 발생하였으며 이로 인해 복구 및 사회기능 회복에 큰 장애를 경험하고 있음. 내진 선진국에서도 이를 인식하고 시설물의 손상도를 제어하는 성능기반 내진설계로 패러다임을 전환하고 있음. ○ ATC40, IBC2012 등 해외 내진설계기준에서는 얕은기초의 회전운동에 의한 지진하중 감쇠 개념(Rocking Roundation)을 제시하였으며, 이는 지진시 기초 하부지반의 항복을 방지하는 설계 기준을 완화하여 시설물의 손상도를 최소화하며 지진하중을 효과적으로 감소시키는 획기적인 설계 개념임. 지진 시, 얕은기초의 회전 운동과 수평 운동은 에너지 감쇠 효과를 가지고 있으며, 해외 유수 연구 기관에서는 이에 대한 연구가 활발히 진행되어 오고 있음 ○ 국내에서도 지금까지 연구된 내진설계 연구를 기반으로 단순한 모방에 의한 내진성능 확보뿐만 아니라, 보다 합리적이고 경제적인 신개념의 내진설계 기법을 개발하여 국민의 안전을 확보하고 경쟁력 있는 내진설계가 이루어질 필요가 있음. ○ 신개념의 내진설계기법을 도입하기 위하여 지진을 모사하는 실험적 검증이 반드시 필요함. 현재 분산공유사업으로 세계적 수준의 동적원심모형시험 장비가 구축되어 있으며 이를 이용하여 실제 지진운동을 모사하여 다양한 기초모형에 대한 지진 시 지반-기초-구조물의 상호거동을 효과적으로 분석할 수 있음. ○ 이를 바탕으로, 우리나라도 안전하고 경제적인 내진설계 개념의 확립과 세계적인 설계흐름에 맞춘 새로운 패러다임의 내진설계기법의 개발과 설계기준의 확보가 가능함. [최종목표] 본 연구에서는 동적 원심모형실험을 활용하여 1)항복 거동을 이용하는 기초-지반-구조물 시스템의 에너지 소산 매커니즘 및 허용 침하량을 평가하고, 이를 바탕으로 현행 설계 기준의 문제점을 보완할 수 있도록 2)항복 거동을 이용하는 신개념 내진설계 기법을 제안하는 것을 최종 목표로 한다. 이를 달성하기 위해 다음과 같은 세부 목표를 설정하였다 ▷ 기초 하부지반 항복 거동 및 에너지 소산 매커니즘 규명 ▷ 말뚝-기초판 결합 유무에 따른 지진 시 영향 평가 ▷ 풍화토 지반에서의 기초 하부 지반 항복 거동 적용성 평가 ▷ 하부지반의 항복 거동을 유도하는 복합 기초 형태 제안 및 적용성 평가 [연구내용 및 범위] 본 연구개발의 최종목표는 현행 내진설계 기법이 가지고 있는 기초의 과다 설계 및 상부구조물 지진 하중 증가 등의 문제점들을 보완하기 위해서 기존 내진설계에서 제한하고 있는 기초의 항복 거동을 이용하여 새로운 기초 내진설계 기법을 제안하는 것이다. 제안된 설계 기법이 추후 실제 현장에 적용 될 경우 경제적이고 안정적인 내진설계가 가능하며 본 연구 개발의 최종 성과물의 성격은 공정 개발에 해당된다. ○ 선행 연구 사례 및 내진설계 동향 조사 - 국내외 설계 기준 정리 및 분석 - 지진 시 얕은기초 하부지반 항복 거동에 대한 해외 실험 연구사례 조사 ○ 기초 항복 거동 평가를 위한 동적 원심모형실험 모델링 기법 - In-Flight 지반 물성 평가 기법 평가 - 기초-구조물 시스템 항복거동 평가를 위한 원심모형실험 모델링 ○ 기초 하부지반 항복 거동 및 에너지 소산 매커니즘 규명 - 현행 기초 내진설계 개념과 새로운 내진설계 개념 비교를 위한 동적 원심모형실험 - 에너지 소산 매커니즘 분석 및 지진 하중 감소 효과에 대한 정량적 평가 - 지진 시 항복 에너지 소산에 따른 지진 저항 능력 검증 및 적용성 제안 ○ 동적원심모형실험을 통한 말뚝-기초판 결합 유무에 따른 지진 시 영향 평가 - 말뚝과 상부 기초판이 결합되지 않은 형태의 복합 기초 - 기초 형태 (말뚝 기초, 얕은 기초 등)에 따른 소성 거동 실험적 검증 - 허용 변위량 평가 및 현행 설계 기준 대비 안정성 평가 ○ 풍화토 지반에서의 기초 하부 지반 항복 거동 적용성 평가 - 단단한 국내 풍화토 지반 환경에서 항복을 허용하는 기초 설계의 에너지 소산 효과 평가 - 풍화토 지반에서 말뚝 기초와 얕은 기초 설계 시, 상부 구조물의 지진 하중 및 설계 비교 평가 ○ 하부지반의 항복 거동을 유도하는 복합 기초 형태 제안 및 적용성 평가 - 항복 거동을 유발하면서 기초판의 지지력을 향상시킨 복합 기초 형태 제안 - 복합 얕은 기초에 대한 동적 원심모형실험 - 기존 설계 형식 대비 복합 기초의 항복 거동 효과 및 적용성 비교 검증 ○ 새로운 기초 내진설계 기법 개발 및 검증 - 에너지 소산 효과 및 허용 침하량 분석을 통해 항복 거동을 이용한 신개념 내진설계 기법 제안 - 기초 하부지반 항복 거동을 유발하는 복합기초의 변수 연구 및 최적화 - 새로운 기초 내진설계 기법 정리 및 제안 |
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| 색인어 | 한글 | 회전기초 | 동적 원심모형실험 | 내진설계 | 항복 | 지진 |
| 영문 | Rocking foundation | Dynamic centrifuge test | Seismic design | Yielding | Earthquake | |
| 최종보고서 | 1_2_최종보고서 요약문(최종).pdf 2_2_창의과제_최종보고서_최종.pdf | |||||