공간적으로 변이하는 지진파가 터널에 미치는 영향 규명

Abstract

지하 구조물의 대표적 구조물인 터널은 지상 구조물에 비하여 지반 진동에 대해 안전하다고 알려져 있다. 하지만 해외의 경우 지진으로 인한 지하구조물의 피해사례가 계속적으로 나타나고 있다. 국내의 경우 도시철도 시설과 같이 개착식 박스구조물에 대한 내진설계기준은 정립되어 있으나, 명확히 규정되어 있지는 않다. 외국의 경우에도 미국과 일본 등 규모가 큰 지진이 빈번히 발생하고 있는 국가에서도 터널의 내진설계는 활발하지 않은 상황이다. 종방향 길이가 긴 터널, 교량, 또는 댐과 같은 구조물의 경우 지진파가 구조물의 모든 부분에 동시에 도달하지 않으며 주파수 특성 또한 상이하다. 공간적으로 변이하는 지진파는 해저터널과 같이 종방향 길이가 긴 해저시설물의 동적거동에 큰 영향을 미치며 이를 정확히 모사하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다. 공간적으로 변이하는 지진파가 터널에 미치는 영향을 분석하기 위하여 3차원 유한요소 해석을 수행하였다. 해석시 다양한 경험적 간섭함수와 지진파를 적용하였다. 종방향 변위 주상도로 발전 되었으며, 계산된 변위 주상도를 통해 유사 정적 해석을 수행하였다. 3차원 유한 요소 분석 결과는 공간적으로 변이하는 지진파는 터널 내진 설계 시 주요한 인자로 작용함을 보여주고 있다.; Various components including wave scattering and wave passage effects cause the ground motion to vary spatially. While the effect of the spatially varying ground motion on bridges has been extensively studied, there is a lack of study on its effect on underground tunnels. This study generates spatially variable ground motions using empirical coherency functions, from which displacement profiles in longitudinal direction are developed. The longitudinal displacement profiles are used to perform a comprehensive suite of pseudo-static three dimensional finite element analyses. Results of the analyses show that the spatially variable ground motion can result in substantial axial stress on the tunnel. The effect is especially important at boundaries at which the material properties of the ground vary in the longitudinal direction