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과제기본정보

지반응답스펙트럼 추정기법 개발 및 해석모델DB 구축을 통한 교량의 지진재해 대응 피해예측 시스템 구축기술 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 19CTAP-C130227-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물점검 진단기술 적용분야 사회질서 및 안전
2순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 교량 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 지반응답스펙트럼 추정기법 개발 및 해석모델DB 구축을 통한 교량의 지진재해 대응 피해예측 시스템 구축기술 개발
주관연구기관 (재단)국토교통연구인프라운영원
총괄연구 책임자 성명 최형석
소속 (재단)국토교통연구인프라운영원 직위 수석연구원
기관 대표번호 031-324-1071 FAX 031-323-2087
총 연구기간 2017-04-01 ~ 2019-12-31
당해연도 연구기간 2019-01-01 ~ 2019-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
3차년도 220,000,000 0 0 0 220,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ (기술의 정의) 지진발생 시 시설물의 안전성 및 피해발생 유무를 신속, 정확하게 평가, 판단하여 해당 관리기관 담당자의 긴급점검 실시 필요유무 의사결정을 지원하고, 상시 시설물의 체계적인 유지관리, 설계기준 개발 및 관련 정책수립 등에 활용이 가능한 지진 피해예측 시스템 구축 기술

○ (기술의 원리) 신뢰성 있는 관측소에서 계측된 지진가속도 시간이력으로부터 피해예상 시설물 위치의 지반응답스펙트럼을 추정하고 이를 해당 구조물의 동적해석모델에 적용하여 지진피해를 예측한 후 관리자에게 통보하는 시스템으로 다음의 절차에 의해 운영됨
① 지진조기경보시스템(기상청)으로부터 지진 발생 확인
② 진앙정보 및 시설물DB로부터 지진 발생 위치와 영향 시설물 선정
③ 해당 시설물별 인근 최소 3개소 이상의 지진가속도(자유장) 시간이력 확보
④ 관측지점 계측치 변환계수 확인 및 입수된 가속도 자료의 공학적 단위 변환
⑤ 주파수 변환을 통한 가속도 지반응답스펙트럼의 작성
⑥ 구조물 해석모델DB로부터 해당 시설물 동적해석모델 입수
⑦ 해당 시설물에 대한 응답스펙트럼해석 수행 및 결과분석
⑧ 위험 판정 구조물에 대한 피해예측결과를 해당 관리자에게 통보
최종목표 ○ (최종연구목표) 지진 가속도 관측 데이터의 지반응답스펙트럼 추정기법 개발, 구조물 구조해석모델 DB 구축 및 지진피해 추정 방안 개발을 통한 시설물별 지진재해 대응을 위한 피해예측 시스템 구축기술 개발

○ (최종성과물) 국가지진종합정보시스템과 연계하여 해당 시설물 위치의 지진력 산정 및 응답스펙트럼해석법을 이용한 교량의 동적해석이 가능한 지진재해 피해추정 시스템 구축기술

○ (세부연구목표)
- 지반응답스펙트럼 작성 시스템 개발
- 지진대비 구조해석모델 DB 구축
- 지진피해 추정 시스템 개발
연구내용 및 범위 ○ (핵심연구1) 지반응답스펙트럼 작성 시스템 개발
- 지진정보 수집 및 활용을 위한 기초기술 개발
- 시스템 운영을 위한 DB 구축 및 발생 지진력 추정 기술 개발
- 지반응답스펙트럼 작성 시스템 개발


○ (핵심연구2) 구조해석모델 DB구축
- 구조해석모델 DB 구축을 위한 기반구축
- 시설물 관리 DB 연동을 통한 구조해석모델 DB 고도화
- 교량 구조해석모델 DB 운영 매뉴얼 개발

○ (핵심연구3) 지진피해 추정 시스템 개발
- 교량 구조해석을 위한 기초 모듈 개발
- 지진피해 추정 모듈 개발 및 관련 자료 DB 구축
- 지진피해 추정 시스템 고도화

○ (연구의 한계) 본 연구개발에 의한 기술은 다수의 지진 가속도 관측 결과를 이용하는 경우 실제 구조물에 작용된 지진력 추정 결과의 정확도가 향상되고 구축된 구조해석모델 DB가 많을수록 그 적용성이 높아질 수 있으며, 해석방법에 따라 그 정밀도가 향상될 수 있으나, 현재의 과학기술수준 및 본 연구의 기간과 연구비 지원 규모를 고려하여 연구결과는 다음과 같이 제한됨
- (지진가속도 자료) 현재, 국내에서 활용이 가능한 지진 가속도 관측 자료는 국가지진종합정보시스템(기상청) 및 국가지진통합관측망(지질자원연구원), 지진가속도 측정자료 통합관리시스템(안전처) 및 각 시설물별 계측자료이나 이중 실시간 API(Aplicaition Programming Interface)를 지원하는 국가지진종합정보시스템 제공 지진 이벤트 자료에 한정
- (교량 적용기술) 다양한 형태의 시설물이 존재하나 본 연구는 교량에 한정되며, 기존에 계측 및 유지관리를 위한 설비가 설치되지 않은 일반교량 중점적용 ? 본 과제에서는 20개 이상의 교량모형 DB 구축 예정
- (동적해석방법) 구조물의 동적해석방법에는 응답스펙트럼해석법 및 시간이력해석법 등이 있으나 시간이력해석을 수행하기 위해서는 대량의 가속도 시간이력 데이터가 요구되며, 해석에도 많은 시간 및 자원을 요구하므로 신속한 결과를 얻는 것이 불가능함. 이에 본 연구에서는 응답스펙트럼해석법을 적용하여 교량의 동석해석을 수행하는 방안을 연구하도록 함

○ 최종성과물 개발환경 및 운영방안 및 활용범위
- 개발환경 : 분석프로그램 및 DB로 구성된 Standalone 또는 필요에 따라 Web방식 프로그램 개발
- 운영방안 : 각 시설물 관리자별 운영이 가능한 독립시스템
- 활용범위 : 기상청 통보 기준인 규모 2.0이상의 지진에 대응할 수 있도록 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 - 주관연구기관(국토교통연구인프라운영원) : 구조해석모델 DB 기반 구축 및 해석모듈 개발
- 참여기관(한국시설안전공단) : 지진정보 수집 및 활용을 위한 기초기술 개발
- 주관연구기관(국토교통연구인프라운영원)
a. 시험용 교량 해석모델 5개 DB화
※ 교량 해석모델 DB는 시설안전공단에서 관리하고 있는 시설물정보관리종합시스템(FMS)
상의 설계 및 유지관리 자료를 활용하고 활발한 단층활동을 보이고 있는 경주 인근의
교량에 대해서 우선 적용할 계획임
b. 구조해석모델 관리도구 개발 및 1차년도 구축 해석모델의 시각화 구현
c. 입력지진 및 해석모델 연계 모듈 개발
d. 응답스펙트럼 해석 모듈 개발

- 참여기관(한국시설안전공단)
a. 지진발생정보 수집 모듈 개발
b. 지진가속도 시간이력 변환 모듈 개발
c. 지진가속도 응답스펙트럼 변환 모듈 개발
연구성과 기술적 기대성과 ○ (지진재해 대응 시설물 안전성 확보) 기존 국내 지진재해대응 체계에서 부재한 각 시설물별 안전성 분석 및 피해예측 방안을 마련함으로써 사회적으로 지진재난에 대응하는 능력을 강화하고 구조물 손상에 즉각적으로 대응이 가능하여 국민의 안전을 확보하고 기반시설의 운영 중단에 따른 경제적 손실을 최소화
- (시설물의 내진설계 방안과의 차별성) 기존 내진설계 방법론은 설정된 목표 하에서만 안전성이 보장되므로 설계수준을 초과하는 지진 또는 9.12경주 지진과 같이 주파수 성분이 설계기준과 상이한 경우에 대해서는 시설물의 신속한 안전성 평가가 어려운 실정
→ 지진 발생 후 시설물의 관리측면에서 효율적 대응이 가능한 시스템 마련
사회 경제적 파급효과 ○ (다양한 시설물 적용) 본 연구는 시설물 중 교량에 한정하여 연구개발 되나 시스템 내 ‘시설물 관리 DB’ 및 ‘구조물 해석모델 DB’를 타 시설물에 확장하는 경우 다양한 시설물의 개별 지진 안전성 평가에 활용 가능
○ (타 재해 대응 활용) 본 연구 내용은 지진하중에 한정되나 구조물에 대한 해석모델이 구축되므로 각 종 재난에 특성화된 작용 하중산정 방안을 개발한다면, 태풍(바람), 홍수, 폭설, 화산, 산사태 등 다양한 문제에 적용이 가능함
○ (국가신뢰도 제고) 지진재난에 대응하는 능력을 향상하여 기반시설의 안전성을 도모함으로써 국제적으로 다양한 산업을 유치하고 국외 지진관련 분야 우수 학술대회 등에 연구결과를 발표하여 우리나라의 지진대응 기술 수준 홍보
활용방안 ○ (현장적용 및 실용화 방안) 연구개발 종료 후 시설물 피해예측 시스템의 프로토타입이 구축되며, 실제 운영을 위해서 교량해석모델 DB를 확충하고 각 기관의 지진대응시스템과 연계하여 실용화 가능
- (해석모델DB 구축방안) 현재, 국내에는 총 30,983개소의 교량이 설치(도로 교량 및 터널 현황 조서, ‘15)되어 있으며, 1년에서 6년 주기로 정밀점검 및 정밀안전진단 활동을 수행하도록 하고 있으므로(시설물의 안전관리에 관한 특별법 시행령) 각 유지관리 활동 시 성과물로 교량의 해석모델을 제출토록 관련 법령 및 규정을 개정하여 DB구축(약 10년 소요예정)
- (기존시스템 연동방안) 기존 지진관련 시스템(국가지진종합정보시스템, 안전처 및 지자체, 각 관리주체별 보유 지진재해대응시스템) 운영 주체와의 협의 및 관한 법률을 개정하여 연동 방안 마련
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 지진 교량 응답스펙트럼 해석모델 피해예측
영문 earthquake bridge structure response spectrum analysis damage prediction
최종보고서
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