(그림) 부동변위 방지 장치

(2) 유도상 궤도의 내진 대책

유도상 궤도의 지진 시 유도횡저항력, 좌굴(座屈, buckling)안정성의 평가방법 및 좌굴안정성을 향상시키기 위한 대책 연구를 실시하였다. 지진 시의 유도상 궤도의 도상횡저항력(道床 橫抵抗力, lateral resisting force of ballast)을 평가할 수 있는 FEM 해석모델을 제한하였다. 그리고, 실물 대궤도에 의한 실제 지진파형에 의한 진동대 시험을 실시하여 좌굴방지판 등에 의한 좌굴대책을 실시함으로써 가진(加振)이 없을 때에는 대책이 없을 경우보다 2배 정도의 도상횡저항력이 얻어진 것과 가진에 의한 저하도 비교적 적은 지진에 의한 좌굴대책 공법으로서 효과가 크다는 것을 확인하였다.    

(3) 각종 구조물의 내진성 평가법

철도 토목구조물은 강구조물, 터널, 콘크리트구조물, 흙구조물 등으로 구성되어 있지만, 각 구조물은 재료 및 구조가 다르기 때문에 구조물간 내진성의 평가방법에도 차이가 있다. 구조물간 균형이 좋은 내진보강을 실시하기 위해서는 평가지표로 내진성 및 보강효과를 평가하는 것이 중요하다. 그것에 대한 공통의 평가지표로서 “손상수준”으로 평가하는 방법을 제한하였다. 손상수준이란 신설된 구조물 등의 성능조사형 설계지표로 이용되고 있는 평가지표로 손상의 정도 및 복원의 어려움 정도를 나타내는 것이다.

각종 기존에 설치된 구조물의 지진 시 거동 모델화의 방법 및 조사법을 새롭게 제안하는 것으로 신설 구조물의 설계 표준으로 이용되고 있는 이용되고 있는 손상수준이라는 공통의 평가지표로 내진성의 평가가 수행된다. 

(4) 지진대책의 우선순위 판정방법

선형으로 배열된 철도시설의 효과적인 내진보강을 한정된 예산으로 수행하기 위해서는 보강의 우선순위 및 보강공법의 선택에 관하여 합리적인 전략을 세울 필요가 있다. 이 경우, 선로 구간의 실제 상황에 대응하여 지진대책의 선정 및 그 실시 의사결정 방법에서 그것을 지원하기 위한 정량적이고 적정한 우선순위의 판단지표 등이 확립되어 있지 않다. 따라서, 지진에 의한 복구성의 관점에서 지진대책 전후의 라이프사이클 비용의 차분(보강효과 지표)가 최대가 되도록 보강 우선순위를 결정하는 수법을 제안하였다. 

제안된 수법을 이용하여 대상이 되는 노선의 운행조건, 지진조건, 지반조건, 구조물조건에 대한 내진 보강전략의 선택이 가능하게 된다. 제안된 수법을 실제 철도노선에 적용함으로써 각 노선의 균형 잡힌 내진대책의 검토에 도움이 될 것으로 생각된다.

5. 철도시설의 내진성 향상을 위한 앞으로의 대응

5.1 철도 구조물의 새로운 내진 설계기준

효고현 남부 지진 이후의 내진설계는 지진피해를 검토하여 정력적인 연구가 실시되어 그 성과가 1999년 “철도 구조물 등 설계기준(내전설계)”로 정리되었다. 이 내진표준의 기준은 종래의 내진설계에서 고려되었던 지진동(L1)에 추가로 효고현 남부 지진과 같이 단층 근접지역에서 발생하는 상당히 강한 지진동 등(L12)도 고려하여 내진성을 조사하는 것이다.  

(1) 성능설계에서 요구성능의 사고방식

지진 시에 구조물에 요구되는 성능으로서 “안전성”와 “복구성”을 설정한다. “안정성”은 구조물이 사용자 및 주변 사람의 생명을 위협하지 않도록 하는 성능으로 구조체의 파괴에 대한 안전성(구조 안정성)과 구조물의 기능에 대한 안전성(주행 안전성)을 설정한다. 또한 “복구성”은 지진동에 대해 구조물의 복구 난이도로부터 정해진 손상 등을 일정 범위 내로 한정함으로써 단기간에 기능을 회복할 수 있는 상태를 유지하기 위한 성능이다.

(2) 설계 지진동의 검토

종래와 같이 L1지진동과 L2지진동을 이용하여 설계하는 것을 답습한다. L1지진동에 관해서는 정의 및 스펙트럼의 크기 등 종래의 것과 비슷하지만, L2지진동에 관해서는 종래의 “설계 내용 기간 중에 발생하는 확률은 낮지만, 상당히 강한 지진동”이라는 정의로부터 “건설지점에서 상정된 최대급 지진동”이라는 정의로 변경한다.

(3) 응답치 산정법의 검토와 신기술의 도입

지진동의 검토를 위해 응답치의 산정에 관해서도 정확도 향상을 도모하였다. 구체적으로는 지반거동의 산정에서 흙의 구성측 검토와 비선형 응답 스펙트럼법의 고도화, 구조물의 자재 비선형 특성의 고도화를 도모함으로써 지진동의 검토에 의한 단면 및 철근량의 증가를 억제한다. 또한, 성능규정화의 이점으로서 신재료 및 신공법 등이 도입되기 쉬운 점을 들 수 있다.

(4) 새로운 조사법(照査法)의 제안

복구성의 조사는 상정된 지진동에 대해 단기간에 기능을 회복할 수 있는 상태이다라는 것을 조사하는 것이다. 현재의 내진표준에서는 한계상태 설계법에 기초하여 표준적인 구조를 가정한 소정의 지진동에 대해 손상을 제어하는 것에 의해 실시되고 있다. 예를 들어, 새로운 표준에서는 표준적인 구조 대신에 보다 내진성이 높은 구조로 변경한 경우에, 구조변경에 따른 초기 건설비의 증가분과 지진 시 손실비용의 총합이 최소가 되는 것을 조사하는 성능 조사법의 개념도 제시할 예정이다.  

5.2 내진성 향상을 위한 장래 연구개발

(1) 고밀도 지진관측 자료에 기초한 거동 평가기술의 검증과 정밀도 향상

단층, 지반, 상호작용을 고려한 구조물군의 거동 평가법을 구축하였지만, 실제 관측사례에 기초한 해석 정밀도의 검증사례는 상당히 적은 것이 현재 상황이다. 장래 시뮬레이션 기술의 정밀도 향상을 도모하기 위해 고정밀도 실제 지진관측 자료를 얻는 것은 중요하다.

(2) 본진-여진의 지진동군의 평가법

지진에서 피해정도의 차이를 상세하게 검토하는 것은 구조물의 내진성 차이뿐만 아니라 지진동이 가진 특성의 차이에 관해서도 정확하게 파악할 필요가 있다. 대규모 지진에서 철도시스템의 안전성을 평가하기 위해서는 이러한 대규모 지진의 고정밀도 평가가 중요하다. 또한, 최근 발생하고 있는 대규모 지진에서는 동등한 수준의 여진이 발생하고 있는 경우가 적지 않다. 때문에 본진뿐만 아니라 여진에 대한 시계열 지진동군의 예측법의 연구도 필요하다.

(3) 대규모 지진에 대한 각종 구조물의 내진성 평가법

현행의 설계체계에서 설계한계 변위 이후의 대변형영역에서의 거동 평가방법과 본진 후의 여진 지진동군에 대한 구조물의 내진성 평가법의 개발도 필요하다. 본진 및 여진 지진동군에 대한 구조물의 내진성을 합리적으로 평가하기 위해서는 시계열적인 지진동 역사를 고려하여 설계한계 변위 이후 구조물이 붕괴하지 않는 한계상태에 대한 여유도를 평가할 필요가 있다.

(4) 손상한계가 높고, 복구성이 뛰어난 내진 대책기술의 개발

지진에 대한 구조물의 잔여 내력을 향상시켜 주행안전성의 확보 및 지진 후 휴지시간의 단축을 도모하기 위해 경제적인 손상한계 향상기술 및 지진 시 응답저감 수법을 활용한 내진대책기술의 제안도 필요하다. 현행의 내진설계에서 거대 지진 시에는 구조물이 손상되는 것을 전제로 하고 있지만, 구조물이 큰 손상을 받은 경우, 지진 후의 휴지시간이 길게 되는 것으로 상정되어 복구성을 고려한 경우에 반드시 합리적이라고 말할 수 없다. 주행성 확보의 관점에서도 철도구조물에 적합한 제진 디바이스의 활용에 의한 지진 시 응답 저감기술의 개발로 구조물의 변형을 억제하는 것이 효과적이다.

(5) 지진 등의 재해 시뮬레이션

지진 등의 자연재해에 대한 철도시스템에의 영향을 사전에 파악하고 싶은 경우 및 새로운 기술을 도입하는 경우 영향평가를 실시할 때, 실제 철도를 이용한 실험적 검토를 실시하는 것은 어렵다. 따라서, 철도시스템 일련의 흐름을 모의할 수 있는 가상 철도노선을 구축하여 시뮬레이션에 의한 이러한 영향을 사전에 평가하는 것 및 각종 대책의 수치실험을 가능케 하는 재해 시뮬레이션 개발이 필요하다.

▣ 원문제목 : ？道施設の耐震性向上