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나사마디 이형봉강을 이용한 사각 격자지보재


1. 서 론


터널(NATM) 현장에서 강지보재는 록볼트, 숏크리트와 함께 주요 지보재로 분류되고 굴착면의 초기변형 억제와 숏크리트가 강지보재와 일체화 거동을 할 수 있도록 인터페이스 역할을 하며, 굴착 직후 록볼트가 설치되기 전, 숏크리트가 경화되기 전까지 터널의 안전성 확보에 중요한 역할을 한다. 일반적으로 강지보재의 재질은 강재를 사용하고 형상에 따라 H-형강, U-형강, 격자지보재로 구분되며, 국내에서는 대부분 H-형강과 격자지보재(삼각)가 사용되고 있다.


H-형강 지보재는 구조적 성능면에서 우수하지만 판(플랜지, 복부판) 부재로 구성되어 숏크리트 타설시 배면공극 발생과 함께 숏크리트와 일체화 되지 못하는 문제점으로 인해 입체적인 형상을 가진 격자지보재(Lattice Girder)가 개발되었으며, 1990년대 초 국내에 소개된 이후 많은 터널 현장에서 사용되고 있다. 국내에서 사용되는 격자지보재는 원형단면의 강봉을 사용하여 삼각형상으로 제작되며, 원형 부재간 점접촉, 점용접으로 인한 연결부 파손의 문제점이 제기되고 있다.


새로이 고안된 사각 격자지보재(Tetragonal Lattice Girder)는 상, 하면이 평탄한 타원형 나사마디 이형봉강을 사용하여 입체적 형상으로 제작되며, 상·하부재를 연결하는 연결재(Spider)는 모두 면접촉, 선용접으로 충분한 용접길이의 확보가 가능하여 연결부의 파손을 방지하도록 개발하였다. 


2. 기술개발 목표  


국내 터널(NATM)에서 사용되고 있는 강지보재는 H-형강과 격자지보재(삼각)로 구분되며, H-형강의 경우 숏크리트 타설시 배면공극 발생으로 일체화되지 못하는 문제점, 격자지보재(삼각)의 경우 원형 부재간 점접촉, 점용접으로 인한 연결부 파손의 문제점 해결을 필요로 하고 있다.
따라서 기술개발 목표는 기존 강지보재의 문제점을 해결하고 터널 현장에서 적용성이 우수한 새로운 격자지보재의 개발에 주안점을 두고 기술개발 초기 단계에서는 사용재료, 형상 등에 대한 연구를 수행하였으며, 이후 시제품 제작과 함께 다양한 성능평가를 통해 사각 격자지보재를 개발하였다.  


사각 격자지보재는 격자형태의 입체적 형상과 요철부를 가진 나사마디 이형봉강을 사용하여 숏크리트와의 일체화(공극발생 방지)에 용이하고, 모든 부재는 면접촉 선용접으로 충분한 용접길이를 확보하여 용접부 품질을 개선시켰다. 또한 안정적인 사변형 구조와 수직재 보강으로 구조성능 향상과 최적 단면 구성을 통한 강재 사용량 절감 및 경량화를 통해 경제성을 향상시켰다. 
 

3. 사각 격자지보재(Tetragonal Lattice Girder)  


(1) 사각 격자지보재 구성
사각 격자지보재는 나사마디 이형봉강을 사용하여 격자형태의 입체적 형상으로 제작되고 주요 구성요소는 주부재, 연결재(Spider), 간격재, 수직재로 구분되며, 사각 형상의 최적단면 구성으로 기존 강지보재 대비 휨성능을 향상 시켰다. 그리고 사각 격자지보재는 기존 강지보재(H-형강, 삼각 격자지보재) 규격에 상응하는 규격으로 제작되므로 현장 적용시 숏크리트 두께의 변경 없이 사용할 수 있다.


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(2) 재료

사각 격자지보재에 사용되는 나사마디 이형봉강은 상·하면이 평탄한 구조로 평탄부는 부재간 면접촉, 선용접으로 용접품질을 향상시켰으며, 요철부(횡방향 리브)는 숏크리트와의 부착력 향상으로 일체화 거동에 유리하도록 하였다.

           

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또한 나사마디 이형봉강 재료의 물성치는 인장강도 697∼728MPa, 항복강도 535∼553MPa, 연신율 17∼26%로 격자지보재 품질기준(KS D 3504)을 모두 만족하고 있다(수행기관 : 한국화학융합시험연구원).

           

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4. 성능평가  


사각 격자지보재는 나사마디 이형봉강을 사용하여 격자형태의 입체적 형상으로 제작·설치되며, 사변형 형상의 최적단면 구성으로 기존기술 대비 경량이지만 연결재(Spider)에 수직재가 보강되어 기존 강지보재 대비 휨성능을 향상시켰다.


(1) 휨강도(실험)
사각 격자지보재의 휨성능 평가는 공장에서 제작된 시험체를 사용하여 4점 재하실험으로 수행(수행기관 : 서울과학기술대학교 건설기술연구소)하였으며, 실험결과 삼각 격자지보재와는 15.8∼63.3%, H-형강 지보재와는 12.4∼24.7% 정도의 성능향상 효과를 확인하였다.

           

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(2) 휨강도(수치해석)

수치해석을 통한 강지보재의 휨성능 평가(수행기관 : 한국터널지하공간학회, 한국도로학회 공동)를 위해 재료의 물성치는 격자지보재(삼각, 사각)의 경우 SD500 강종으로 항복강도 500MPa을 적용하였으며, H-형강 지보재는 SS400 강종으로 항복강도는 240MPa를 적용하였다. 수치해석(FLAC 3D)은 Beam 요소를 사용하여 각 지보재의 중앙점에서 변위를 측정하였고 힌지와 롤러로 경계조건을 설정하여 동일한 조건으로 모델링 하였다.

           

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수치해석 결과 삼각 격자지보재와는 22.3∼25.1%, H-형강 지보재와는 13.8∼15.1% 정도의 성능향상 효과를 확인하였다.

           

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5. 현장 적용성 평가

  

사각 격자지보재는 현재 터널 현장의 본선 굴착부 및 수직구 시공에 사용되고 있으며, 실제 현장 적용시 기존 강지보재(삼각 격자지보재, H-형강) 대비 시공성 및 안정성 향상을 가져오는 것으로 나타났다.


(1) 시공성
강지보재는 터널 굴착 직후 지보효과를 제공하는 것이 주된 목적이며, 최단 시간 내에 설치되어야 하므로 강지보재의 중량, 조립의 용이성 등에 영향을 받는다. 사각 격자지보재는 나사마디 이형봉강을 사용, 사변형 형상의 최적단면 구성으로 기존기술 대비 경량화를 통해 운반 및 조립과정에서 시공성이 향상된다.

           

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(2) 구조 안정성

사각 격자지보재를 사용한 OO터널 현장의 구조 안정성 검토를 위해 시공 전 단계에서 지반조건, 하중조건에 따른 대표 단면의 안정성 검토를 수행하였으며, 수치해석 결과 허용응력 기준을 모두 만족하고 소성영역 발생 없이 터널 안정성을 확보하는 것으로 나타났다.

           

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시공 전 단계에서의 수치해석 결과를 바탕으로 시공 후 단계에서의 안정성 평가는 현장계측으로 검토하였으며, 사각 격자지보재 설치구간의 일상계측 및 정밀계측 결과 수치해석 자료와 약간의 차이는 있으나, 모두 1차 관리기준치 이내로 안정적인 상태로 확인되었다.

           


참고문헌

1. 터널 표준시방서(2016), 국토교통부

2. 김동규, 이승호, 김낙영(2009), “격자지보재의 현황 및 성능”, Proceeding of 2009 Conference Co-Hosted by KISTEC & KGES, pp.374-380

3. 김승준, 한금호, 원덕희, 백정식, 강영종(2012), “사각 격자지보의 구조 성능 평가”, 한국강구조학회 논문집 제24권 3호, pp.267-278

4. 손성곤, 송혁재, 황문삼, 이대형, 김준정(2017), “간격유지 및 강성증가 구조의 스파이더가 적용된 사각 격자지보의 현장 적용성 연구”, 대한토목학회 학술발표회 논문집, pp.503∼504

5. 손성곤, 정승현, 유진오, 김영익, 송혁재(2018), “사각 격자지보재 현장 시공사례 연구”, 대한토목학회 학술발표회 논문집, pp.636∼637

6. 김경철, 김선길, 최규대, 이대형, 손성곤(2019), “수치해석을 통한 숏크리트가 고려된 사각 격자지보재의 부재력 평가”, 대한토목학회 학술발표회 논문집, pp.800-801


[본 기사는 저자 개인의 의견이며 학회의 공식 입장과는 관련이 없습니다]





   

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하 익 수
경남대학교

토목공학과 교수

   


옹벽과 사면의 내진설계     

     

1. 서 론


산림청 조사결과에 따르면 우리나라는 국토의 63.7%가 산림이다. 국토 개발을 위한 산림 지역에서의 건설공사에는 불가피하게 옹벽과 사면이 생기게 되는데, 옹벽과 사면은 토목구조물 중에서도 가장 기본적이고 오래된 구조물로 재난 발생 시 인적·물적으로 영향이 큰 구조물이다. 이러한 이유로, 1995년에 제정된 시설물의 안전관리에 관한 특별법(이하 ‘시특법’)에 2002년에는 옹벽과 절토사면을 관리 대상시설물로 추가함으로써 옹벽과 사면의 안전관리에 힘쓰고 있다.


국내 옹벽과 사면의 지진에 의한 피해 사례는 2016년 경주지진으로 인한 경주시의 옹벽 및 낙석방지책 파괴, 기장군의 옹벽 일부가 파손되는 사례가 보고되었으며, 국외에서는 1999년 chichi 지진으로 인한 사면의 전도 파괴, 2016년 구마모토 지진으로 인한 석축 옹벽의 파괴 등 다수의 사례가 보고되었다.


옹벽과 사면의 내진설계 기준은 2006년에 제정된「건설공사 비탈면 설계기준」에 제시되고 있는데, 이는 2009년, 2011년에 개정되었다. 건설기준 코드체계 전환에 따라 코드화로 통합 정비되어 사면과 옹벽의 내진설계 내용은 각각 비탈면 내진설계기준(KDS 11 90 00 : 2016)과 콘크리트옹벽(KDS 11 80 05 : 2016)에 구분되어 포함되었다.


일반적으로 옹벽과 사면의 내진설계는 함께 언급되는 경우가 많은데, 그 이유는 지반구조물의 대표적인 지진해석 방법인 등가정적해석법이 바로 이 두 구조물에 전형적으로 적용되고 있기 때문이다. 옹벽과 사면의 내진설계 및 해석을 할 때 가장 염두에 두어야 할 것은 지진력의 크기와 작용 위치를 정하는 것이다. 특히 옹벽과 같이 배면지반보다 콘크리트 옹벽 제체의 관성력이 큰 경우에는, 옹벽 제체의 관성력을 고려해 주는 것이 합리적이다. 본 고에서는 옹벽과 사면의 내진설계를 위한 해석법을 간략히 소개하며, 해석 시 필수적인 지진력의 크기와 작용 위치를 강조하여 언급한다.

           

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2. 옹벽의 내진설계


옹벽은 토압에 저항하는 가장 일반적인 구조물로서 도로, 철도, 하천, 운하, 항만, 호안, 방조제, 교대 등 용지의 제한에 따른 토지의 최적 이용을 목적으로 주로 사용된다. 지진 발생 시 옹벽은 뒤채움 흙의 관성력, 그리고 벽체와 뒤채움 흙 사이의 상대 변위 등 복잡한 작용을 하게 된다. 이러한 옹벽의 내진해석법에는 유사정적해석 방법인 등가정적해석법, 벽체의 영구변위를 허용하는 영구변위해석법(강성블록 해석), 동적 수치해석법이 있다.


2.1 내진설계를 위한 해석법


(1) 등가정적 해석법
등가정적해석법은 파괴쐐기 중심에 수평가속도()와 파괴쐐기의 무게의 곱인 등가 횡방향지진력을 작용시켜 안정성을 평가하는 방법으로, 일반적으로 연직가속도()는 옹벽의 안전성에 미치는 영향이 작아 설계 및 해석에서는 무시된다. 는 수평방향설계지진계수로 설계지반운동인 기반암에서의 지반가속도와 지반증폭계수에 의해 결정된다. 단, 옹벽과 지반의 상호작용을 고려하여 옹벽의 변위 허용 여부에 따라 를 일정 부분 조정(대부분 감소)하여 사용 가능하다. Eurocode 8에서는 50mm 이내 변위 허용 시, 설계지진계수를 약 50% 감하여 사용하며, 중요도가 높은 구조물 혹은 높이 10m 이상 옹벽의 경우, 지반응답해석을 통한 산정을 고려하고 있다(Eurocode 8, 2004).

           

① Mononobe-Okabe 방법에 의한 동적토압 산정

등가정적해석 시 옹벽에 작용하는 동적토압은 Mononobe-Okabe(이하 M-O) 방법을 사용하고 있다. M-O 방법은 일본의 Okabe, Mononobe and Matsuo가 제안한 산정방법으로, Coulomb 이론을 직접적으로 확장한 것이다. Coulomb 이론은 주동 또는 수동 파괴쐐기에 등가정적 가속도를 적용시킨 후, 쐐기에 작용하는 힘들의 평형방정식으로 벽체에 작용하는 동적토압을 구하는 방법이다. 그러나 M-O 토압이론은 뒤채움 흙이 건조사질토인 중력식옹벽을 대상으로 제안되었으나, 현재 국내외 옹벽 내진설계에서 옹벽의 형태와 상관없이 지진 시 횡토압을 산정하는데 이용되고 있는 실정이다.


1) M-O 방법의 가정사항

- 뒤채움 지반은 사질토 지반으로 변형이 발생하지 않는 강체로 거동한다.

- 뒤채움 지반의 증폭현상은 고려하지 않으며, 지진에 의한 가속도는 뒤채움 지반에 균등하게 작용한다.

- 배면 및 기초지반에서 액상화는 발생하지 않는다.

           

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2) 동적주동토압 산정

동적주동토압은 뒤채움 지반의 주동쐐기에 작용하는 힘이다. 파괴쐐기에 작용하는 정적 작용력 외에 추가적으로 쐐기 질량에 수평 및 연직 지진계수()를 곱하여 수평, 연직 방향의 등가정적 지진관성력을 고려하는 것으로, 작용력()은 식 (1)로 표현된다. 식 (1)의 동적주동토압계수()를 산정하는 식에서 제곱근 안에 있는 항이 0보다 작아지면 허근이 되어 토압계수를 산정할 수 없다(식 (2) 참조). 그러므로 M-O 방법을 적용하는 경우, 뒤채움 지반의 배면 경사는  을 만족하여야 하며,  인 경우, 식에서 제곱근 안에 있는 항을 0으로 하여 산정한다. 주동상태의 총 작용토압()은 정적토압( )과 동적토압( )으로 분리가 가능하며, 는 Rankine 방법 또는 Coulomb 방법으로 산정할 수 있다. 동적수동토압의 산정방법은 주동토압의 산정절차와 방법을 그대로 따르며, 이는 관련 문헌을 참조하면 된다.

           

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M-O 방법은 지진 시 토력의 총 합력만 제시할 뿐 토압의 분포 및 작용점에 대한 언급이 없다. 지진력의 크기(), 동적토압의 분포(지진력의 작용 위치), 옹벽 관성력 고려 여부 확인이 중요하다. 최근까지의 다양한 국내외 연구결과와 기준에 언급된 지진력의 크기, 토압의 분포, 옹벽 벽체의 관성력의 고려여부에 대한 기준들은 표 1에 인용하였다. 그림 3은 동적주동토압 작용위치를 산정하는 예를 나타내며, 그림 4는 벽체관성력을 포함한 외적안정성 평가를 위한 하중을 도시한 예이다.

           

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(2) 영구변위해석법(강성블록 해석)
영구변위해석법은 설정한 옹벽의 허용 수평변위를 유발시킬 수 있는 수평가속도를 산정한 후, 해당 수평가속도를 이용하여 설계지진계수를 정하고, 이를 등가정적 해석법에 적용하여 등가정적해석법과 동일한 방법과 절차로 옹벽의 안정성을 평가하는 방법이다. 이는 허용변위 수반을 감안하여 이를 고려하는 방법으로, 작용하는 토압이 작아지게 되므로, 경제적 설계가 가능한 해석방법이다.


(3) 동적 수치해석법
AASHTO는 18m 이상인 옹벽에 대해 설계를 위한 해석법을 따로 분류하지 않고, 지반과 구조물의 상호작용을 고려한 동적해석법을 설계에 적용할 것을 권장한다(AASHTO, 2012). 동적해석의 종류는 유한요소법(FEM, Finite Element Method), 유한차분법(FDM, Finite Difference Method) 등이 있으며, 수치모델은 옹벽벽체와 지반과의 접촉면을 적절한 interface 요소로 반영하고, 수치 모델의 양측 경계조건을 진동이 반사되지 않는 경계조건(예를 들어 자유장 경계조건 등)으로 설정하여 모사하는 것이 바람직하다.


2.2 옹벽의 동적 안정성


지진에 대한 옹벽의 안정해석은 정적설계기준을 만족하는 옹벽에 대하여 동적 토압 및 옹벽 구조물 자중에 의한 관성력을 함께 포함하여 실시한다. Al Atik and Si tar, Jo et al.에 의하면 중력식 옹벽뿐만 아니라 캔틸레버식 옹벽은 벽체 관성력이 지진 시 옹벽의 거동뿐만 아니라 동적 토압에 미치는 영향이 크므로 벽체 관성력을 함께 고려할 필요가 있다고 제시되고 있다(Al Atik and Si tar, 2010; Jo et al., 2015). 벽체 하단에서 최대 모멘트 발생 시 동적 토압의 발현이 매우 미비함을 실험적으로 평가하였으며, 이는 동적토압뿐만 아니라 벽체 자중의 관성력이 단면력 증가에 큰 영향을 끼치는 것을 의미한다. AASHTO는 옹벽의 외적 안정해석을 수행할 때 옹벽 구조물의 관성력을 함께 포함하여 실시하고 있다(그림 4 참조).

           

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3. 사면의 내진설계


사면(비탈면)은 흙깎기와 흙쌓기 등의 인공으로 만들어진 경사진 지반이다. 흙깎기 비탈면은 부지조성 시 원지반을 깎아서 만들어진 지반이며 흙쌓기 비탈면은 기존 지반 위에 흙 또는 암석을 쌓아서 만들어지는 경사진 지반이다. 사면은 지진 시, 지진으로 유발된 지반진동은 지진 전에 최소한의 안전율과 중간 정도의 안전성을 가진 사면들을 파괴에 이르게 할 만한 충분한 영향력을 가진다. 사면은 평형을 유지하는데 요구되는 전단응력이 잠재적 예상 파괴면을 따라 확보될 수 있는 전단저항력에 도달하거나 이를 초과할 때 불안정하게 된다. 정적 중력하중 하에서 평형을 유지하는데 요구되는 전단응력이 높은 사면에 대해서는 불안정성을 일으키는데 소요되는 추가적인 동적응력은 작을 수 있다. 그러므로 사면의 지진에 대한 안정성은 정적 안정성의 영향을 크게 받는다.


3.1 내진설계 일반사항 및 절차

           

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사면이 속한 구조물이 활성단층이 지나가는 지역, 활성단층 인접지역, 지진 시 액상화 또는 과다한 침하가 예상되는 지역에 있고, 사면에도 그 영향이 있는 경우에는 지반을 보강 또는 개량하여 사면의 붕괴가능성을 감소시켜야 한다. 사면의 내진설계는 설계지반가속도에 대하여 내진성능 수준을 만족시키도록 설계하고, 사면 기초지반의 액상화 가능성과 사면 자체의 활동에 대한 안정성을 검토한다. 사면의 내진설계는 사면과 사면 하부 기초지반의 지반조건에 따라 우선적으로 액상화 발생 가능성을 검토하고 사면 안정성 검토를 수행한다.


3.2 내진설계를 위한 해석방법

지진 시 사면의 안정해석방법에는 유사정적해석법(한계평형해석법에 기초한 등가 정적해석법), 변위해석법(Newmark해석), 동적해석법 등이 있다.


(1) 한계평형해석법에 기초한 등가정적해석법
한계평형해석법에 기초한 등가정적해석법은 유사정적해석법으로 잠재적 파괴면 위의 토체의 힘 또는 모멘트 평형을 고려하고, 파괴면 위 흙은 강체로 전단응력은 오직 파괴면에서만 일어나는 것으로 가정한다. 전단강도는 잠재적 파괴면 모든 점에서 동시에 발휘된다고 가정된다. 파괴면 상의 흙은 강체-완전소성(rigid-perfectly plastic) 거동한다고 가정되기 때문에, 한계평형해석은 사면변형에 관한 어떠한 정보도 제공하지 못하며, 사면의 안정성은 일반적으로 하나의 지표인 안전율로 표현된다.


이 방법은 간편하고 보수적인 방법으로 알려졌지만, 적절한 지진계수를 선정하는 것이 가장 중요하고 어렵다. 관성력은 수평가속도가 최대값에 도달할 때 최대값에 도달한다고 여긴다. 실제 사면들은 강체가 아니며, 최대가속도는 단지 매우 짧은 시간 동안에만 나타나는 것을 안다면, 실제 사용되고 있는 지진계수들은 일반적으로  보다 작은 가속도 값에 해당한다.  를 이용하여 안전율이 1.0이하인 흙댐들은 위험하리만큼 큰 변형을 수반하지는 않는 것으로 보고되었다. 국내는 사면이 높지 않고, 사면 제체의 강도감소가 15% 이하인 경우, 사면 하단부의 지표면 최대가속도의 1/2, 사면이 높은 경우(약 10m 이상), 사면 상단까지 지진응답해석을 수행하여 하단부터 상단까지 최대가속도의 평균값을 정하고, 이 값의 1/2을 설계지진계수로 정하는 경우가 일반적이다.


한계평형해석법에 기초한 등가정적해석법의 한계점은 1950년에 Terzaghi는 지진의 효과를 사면에 부과하는 개념은 매우 부정확하다고 언급하고 계산된 등가정적 안전율이 설사 1.0보다 크다고 하더라도 사면은 불안정할 수 있다고 언급하였다(표 2 참조). 지진동으로 인하여 간극수압이 크게 발생하거나 강도가 약 15% 이상 감소하는 흙에 대해서는 이러한 해석법은 신뢰성이 떨어지는 것으로 나타났다. 이러한 한계점에도 불구하고, 등가정적해석법은 최소한의 상대적 안정성에 대한 개략적인 지표를 제공할 수 있는 것으로 평가되고 있다.


(2) 변위해석법
등가정적해석에서 기준안전율을 확보하지 못하는 경우, 변위해석법을 수행할 수 있다. 간편하고 대표적인 변위해석법으로 Makdisi-Seed 방법과 Newmark 방법이 있다. 일반적인 Newmark 변위해석은 Newmark의 활동블록이론에 기초한 간편해석을 수행하여 산정하고, 허용변위와 비교하여 설계의 적정성을 판별한다. 허용변위의 기준은 사면어깨에서 사면 높이의 1% 이내이며, 사면의 변위에 관한 간편해석법은 안전율이 1이 될 때의 가속도, 즉 항복가속도를 산정하고, 입력지진에 대한 파괴토체의 응답 가속도 시간이력을 적분하여 변위를 산정한다.

           

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지진 이후 사면의 사용성은 변형량이나 변형형상에 달려있기 때문에, 사면의 변위를 예측하는 해석은 동적 사면안정해석을 위한 더 유용한 지표를 제공한다. 가 증가함에 따라 동적안전율은 감소하고 안전율이 1.0이 될 때의 양의 가 존재하게 된다. 항복계수로 정의되는

와 같은 가속도이며, 항복가속도는 블록의 불안정성을 유발하는데 요구되는 최소의 등가정적 가속도이다. 강한 지반운동의 단일 펄스로 유발된 상대변위는 그 펄스의 진폭과 주파수 모두와 관련 지어진다. 그러나 지진운동은 많은 횟수로 항복가속도를 초과할 수 있고, 많은 변위의 증가를 초래할 수 있다. 그러므로 전체 변위량은 진폭과 주파수 특성뿐만 아니라 강진의 지속시간에 영향을 받게 된다. 영구변형량은 초과 가속도를 두 번 적분해서 구할 수 있기 때문에, 상대적으로 낮은 항복가속도를 가진 사면에 대해 계산된 변형량은 더 큰 항복가속도를 가진 사면보다는 변형량이 더 크게 된다. Newmark는 지진운동으로부터 유발되는 영구변형의 합리적인 상한값은 아래의 식으로 계산됨을 발견하였다.

           

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는 계측자료를 이용하거나, 지진응답해석 결과로부터 얻고, 를 얻을 수 있는 경우에는 표 3을 통하여 간접적으로 를 얻을 수 있다.


슬라이딩(활동)블록 해석법의 정확도는 경사면에 가해지는 지반운동의 정확도에 달려있다. 매우 견고한 흙으로 구성된 사면 또는 낮은 주파수의 운동을 받는 사면에 대해서는 잠재적 파괴토체 전체를 통한 횡방향 변위는 거의 동일한 위상을 가질 것이어서 강체블럭의 가정은 최소한 개략적으로 만족될 것이다. 그러나 무르고 연약한 지반에 있는 사면(또는 높은 주파수 운동을 받는 사면)의 잠재적 파괴토체에서의 횡방향 변위는 동일한 위상을 갖지 않게 된다. 이러한 경우, 잠재적 파괴토체 내부 다른 지점에서의 관성력들은 반대방향으로 작용할 수도 있어서, 결과적인 관성력은 강체블럭 가정으로 부과된 것보다 훨씬 더 작을 수 있다. 기반면에서의 가속도시간이력보다 진폭이 더 크거나 작을 수 있는 파괴면을 따른 평균가속도 시간이력은 잠재적 파괴토체의 슬라이딩블럭 해석을 위한 가장 현실적인 사면의 운동을 제공할 수 있다.

           

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(3) 동적해석법
유한요소해석 또는 유한차분해석 프로그램을 이용하여 수행하고, 입력하중은 기반암에서의 가속도 시간이력을 일반적으로 이용한다.

           

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4. 결언


본 고에서는 옹벽과 사면의 내진설계 및 해석에 사용되는 지진계수(), 변위허용, 동적토압의 분포 및 작용점, 옹벽 구조물의 관성력 고려가 중요한 요소임을 기술하고 소개하였다. 옹벽과 사면은 주변에서 흔히 볼 수 있는 구조물이어서, 지진 발생 시 큰 위험으로 다가올 수 있다. 옹벽에서의 등가정적 토압의 합력은 현재까지도 1929년의 M-O 방법을 이용하여 산정하고 있다. 그리고 등가정적해석 시, 구조물 기초설계기준에서는 옹벽에 대한 등가정적해석이나 지진력에 의한 옹벽의 부재력 검토 시 관성력을 고려하지 않고 있는 등 여러 문제점들이 확인되고 있다. 이에 향후 가장 대표적인 두 가지 지반구조물에 대한 내진설계 또는 성능평가를 위한 해석방법에 대한 추가적인 연구가 더 필요할 것으로 여겨진다.

           


참고문헌

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[본 기사는 저자 개인의 의견이며 학회의 공식 입장과는 관련이 없습니다]

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