지하구조물 내진설계

지하구조물 내진설계란

지하구조물 내진설계는 지진 때 주변 지반과 구조물이 함께 움직이는 거동을 고려한다.

지반변위와 지반-구조물 상호작용을 반영해 구조물의 내진 안정성을 확보한다.

지상 건물과 달리 지하구조물은 지반 변위에 따라 움직인다.

지반-구조물 상호작용

SSI는 역학적 성격에 따라 두 가지로 나뉜다.

운동상호작용은 구조물이 지반 변위를 따라가며 생기는 준정적 상호작용이다.

관성상호작용은 구조물 질량의 관성력이 기초를 통해 지반에 전달되어 생긴다.

지반변위가 지배하는지 관성력이 지배하는지가 해석법 선택의 출발점이다.

해석법 선택

해석법은 지반변위가 지배하는지 관성력이 지배하는지에 따라 고른다.

등가정적해석은 지진하중을 등가 정적하중으로 환산해 정적설계법을 적용한다.

지중 벽체처럼 지반변위가 지배하는 구조물은 응답변위 해석방법을 적용한다.

기초와 지반의 상호작용을 고려할 때는 동적해석을 쓴다. 해석 부담은 가장 높다.

설계 절차

설계는 부지의 지진구역과 지반분류를 정해 설계 응답스펙트럼을 결정하는 데서 시작한다.

다음으로 액상화 가능성을 평가한다. 영향이 있으면 지반 강도 감소와 측방유동을 하중으로 반영한다.

구조물 형식에 따라 해석법을 고르고 최대응력과 지반 최대반력 등을 검토한다.

마지막으로 기능수행수준과 붕괴방지수준의 설계거동한계를 만족하는지 확인한다.

내진성능수준

내진성능수준은 기능수행수준과 붕괴방지수준의 두 가지로 설계할 수 있다.

기능수행수준에서는 주변 지반의 소성거동을 허용하고, 기초와 상부구조는 탄성에 준하는 거동을 허용한다.

붕괴방지수준에서는 기초와 상부구조에 취성파괴나 좌굴이 없어야 하고, 지반에 과다한 변형이 없어야 한다.

정답은 탄성 거동이다. 기초와 상부구조는 탄성 또는 탄성에 준하는 거동을 허용한다.

흔한 실수

첫째, 지하구조물을 지상구조물처럼 관성력 기반 등가정적해석으로만 처리하는 실수가 많다.

둘째, 액상화 가능성이 있는 토층에서 말뚝 주면마찰력을 그대로 두는 실수를 피한다.

셋째, 기초 내진 설계기준은 기초구조물에 적용되고 지반 내 터널은 터널 설계기준을 따른다.

넷째, 내진성능수준을 빠뜨리지 않는다. 기능수행수준은 탄성, 붕괴방지수준은 취성파괴와 좌굴 방지다.

정리

지하구조물 내진설계는 지반변위와 지반-구조물 상호작용을 기준으로 해석법을 고른다.

지반변위가 지배하면 응답변위법, 관성력이 지배하면 등가정적법을 쓴다.

액상화 구간은 말뚝 주면마찰력을 무시하고, 성능수준을 두 가지로 확인한다.

기출에서는 진동특성과 내진설계 방법을 구분해 설명하라고 물었다.