주파수 의존적 등가선형 지진 지반응답 해석법의 적용성 평가

Abstract

최근 국내 내진설계의 중요성이 부각됨에 따라 내진 설계 시 동적 해석의 수행 빈도가 높아지고 있다. 1차원 등가선형 지반응답해석은 지반에 의한 지진동의 증폭현상을 모사하는 데 널리 사용되고 있다. 등가선형해석은 적은 수의 입력변수를 필요로 하므로 사용하기 편리하며 해석 소요시간이 짧다는 장점을 가지고 있는 반면, 시간에 따라서 변화하는 지반의 비선형 거동을 모사할 수 없으며 일정한 전단탄성계수와 감쇠비를 해석시에 적용하는 선형해석이라는 단점을 가지고 있다. 이는 작은 변형률에서는 전단탄성계수를 과소예측하게 되고 큰 변형률에서는 전단탄성계수를 과대예측하게 된다. 따라서 등가선형 해석의 정확성을 향상시키기 위해 주파수에 따른 변형률의 변화를 모사하는 수정된 등가선형 해석 기법들이 제안되었다. 이 해석기법은 지진하중 지속기간 내에 발생하는 넓은 범위의 전단변형률을 모사할 수 있으며 최대지반가속도 추정의 정확성을 향상시키는 것으로 발표되었다. 하지만 제한된 해석에 의해 도출된 결과이므로 충분한 검증이 이루어지지 못하였다. 본 연구는 이전에 제안된 두 가지 형태의 수정된 등가선형해석기법의 정확성을 평가하기 위하여 정현파와 계측지진기록을 사용하여 일련의 비선형, 등가선형, 수정된 등가선형 지반응답해석을 수행하였다. 해석 결과, 수정된 등가선형해석기법들은 고주파수 요소를 과대예측 할 수 있으며 그 증폭 정도는 입력지진파의 특성에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 특히 고주파수 요소가 풍부한 인공지진파를 입력 지진파로 사용하였을 경우 비현실적인 응답이 계산될 수 있기 때문에 사용에 주의가 필요한 것으로 판단된다.