포화 연약지반과 지하철역 구조물의 상호작용계에 대한 지진 취약성 분석에 관한 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7410(2023) 이 기사 인용

775 액세스

측정항목 세부정보

본 논문에서는 포화된 연약지반과 지하철 역사 구조물의 상호작용 시스템의 지진 취약성을 조사하였다. 상호작용 시스템의 결합 비선형 수치 모델은 포화 2상 매질을 설명하기 위해 Biot 이론의 u-p 공식을 사용하여 확립되었습니다. 비선형 지진 반응과 지진 위험 메커니즘을 연구하기 위해 상호 작용 시스템의 세련된 유한 요소 모델이 개발되었습니다. 본 연구에서는 토양은 다수율 탄소성 구성모델을, 구조는 섬유단면 탄소성 구성모델을 사용하였다. 파워스펙트럼-삼각계열법으로 얻은 인공지진파를 입력하여 구조물의 지진응답을 계산하였다. 지하철 역사 구조의 구조적 성능변수로는 최대 층간 드리프트각을 채택하였다. 구조적 수요 구름은 무작위 지반 운동 시퀀스에서 얻어졌습니다. 확률론적 지진수요모델 분석방법을 바탕으로 지하철역 구조물의 지진 취약성 곡선을 도식화하고, 성능변수의 취약성에 따른 지진 취약성 곡선을 분석하였다. 토양 강도가 증가함에 따라 서로 다른 최고 가속도 지반 운동에 따른 지하철역 구조의 취약성 지수는 그에 따라 감소했습니다. 위의 취약성 이론 및 해석방법을 바탕으로 포화연약지반에 매설깊이가 설정된 지하철 역사구조물은 어느 정도의 안전성과 신뢰성을 가지며, 내진설계에 대응할 수 있음을 알 수 있다. '작은 지진에도 피해가 없고, 중간 지진에도 수리 가능하며, 큰 지진에도 무너지지 않는다'는 요새화 목표를 갖고 있다. 취약성 분석 결과는 실제 지진조사와 일치하며, 본 논문에서 제안하는 취약성 분석 방법은 포화 연약지반 기초 지하구조물의 취약성 분석에 적용될 수 있다.

지하 구조물의 지진 평가는 엔지니어링 설계에서 어려운 문제 중 하나입니다. 이는 일반적으로 암석과 지진 특성에 대한 불확실성의 원인이 많기 때문입니다. 따라서 이는 지진으로 손상된 구조물의 동적 신뢰성을 평가하는 새로운 주제입니다1. 지진 취약성 해석은 1970년대 원자력 발전소의 내진 성능 연구에 처음으로 적용되었습니다. 성능 기반의 확률론적 지진 취약성 분석 방법이 지속적으로 개선 및 개발되면서 점차 다른 기반 시설에 대한 지진 연구에도 적용되고 있습니다. 구조물의 내진성능을 평가하는 방법으로 내진취약성분석은 구조물의 예상손상이나 잠재적인 지진위험을 판단하고, 구조물의 내진성능을 정량적으로 평가할 수 있다. 다양한 지진 강화 수준. 지하 구조물의 내진 설계를 위한 지진 취약성을 분석하고, 다양한 지진 수준 하에서 모든 수준에서의 피해 확률을 예측하고, 내진 성능을 평가하고, 내진 저감 및 격리 대책을 제안하는 것은 큰 의미가 있습니다. 현행 지하철 지하구조물 내진설계 코드에는 성능중심 내진설계가 도입되었으나, 설계 및 평가 프로세스가 아직 미비하여 추가적인 연구가 필요하다2.

현재 지진 취약성 분석은 주로 경험적 방법과 이론적 분석 방법으로 구성되어 있다. 조건의 제한으로 인해 경험적 취약성 곡선은 데이터 소스와 유사한 상황에만 적용 가능합니다. 지하 구조물의 지진 반응은 지진 환경과 현장 조건에 따라 다양하므로 경험적 취약성 곡선을 일반화하기가 어렵습니다. 이론적 분석방법은 지하구조물의 지진응답을 다중계산하여 회귀분석을 통해 최종적으로 합성한 것이다. 일반적으로 사용되는 계산 방법으로는 응답스펙트럼법, 비선형 정적해석법, 비선형 시간이력해석법 등이 있습니다.