계측된 지진응답비를 사용한 지반-구조물 상호작용계의 강성과 지진입력가속도의 추정

Abstract

This paper presents an input and system identification technique for a soil-structure interaction system using earthquake response data. Identification is carried out on the Hualien large-scale seismic test structure, which was built in Taiwan for an international joint research. The identified quantities are the input ground acceleration as well as the shear moduli of the near-field soil regions and Young's moduli of the shell sections of the structure. The earthquake response analysis on the soil-structure interaction system is carried out using the finite element method incorporating the infinite element formulation for the unbounded layered soil medium and the substructured wave input technique. The criterion function for the parameter estimation is constructed using the frequency response amplitude ratios of the earthquake responses measured at several points of the structure, so that the information on the input motion may be excluded. The constrained steepest descent method is employed to obtain the revised parameters. The simulated earthquake responses using the identified parameters and input ground motion show excellent agreements with the measured responses.

본 논문에서는 지반-구조물 상호작용계에서 계측된 지진응답자료를 사용하여 지진입력가속도뿐만 아니라 지반-구조물 강성에 관련된 미지계수들의 추정을 효과적으로 수행할 수 있는 방법에 대해 연구하였으며, 제안된 방법의 검증은 국제공동 연구의 일환으로 최근 대만의 화련에 건설된 대형지진시험구조물에서 계측된 지진 응답을 사용하여 수행하였다. 지반-구조물 상호작용계의 동적응답해석을 위해서 구조물과 근역지반은 축대칭 유한요소로 모형화하고 원역지반은 축대칭 무한요소를 사용하였다. 미지계수 추정을 위한 목적함수는 지진입력기속도에 관련된 정보가 배제될 수 있도록 하기 위해 구조물의 여러 지점에서 계측된 지진응답들의 주파수응답 함수비만을 사용하여 구성하였다. 이 같은 목적함수를 사용하여 각 영역의 물성값을 제약적 최속강하법을 사용하여 추정하였는데 추정된 계수들은 전반적으로 통일모형의 값들보다는 작았으며, 상관모형과는 매우 유사한 특징을 보였다. 또한, 추정된 계수들과 지진입력기속도를 사용하여 계산된 해석결과가 계측된 지진응답결과와 매우 잘 일치함을 알 수 있었다.