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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 권민호
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 경상대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2021
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내진성능평가를 위한 해석법에 대해 등가정적해석법과 모드스펙트럼해석법을 간략내진해석으로 분류하고 시간이력해석법, 비선형해석법, p-δ효과를 고려한 해석법을 정밀내진해석으로 분류하고 있다.
일반적으로 설계조건의 불확실성을 고려하여 간략내진해석이 정밀내진해석보다 보수적이고 안전측인 결과를 도출하는 것으로 인식되고 때문에 실제 설계단계에서도 간략내진해석이 주로 적용되고 있다. 간략내진해석이 정밀내진해석에 비해 간편함만을 추구하여 매우 보수적인 방법으로 적용된다면 간략내진해석에 의해 내진설계 된 시설은 매우 안전측으로 과다 설계 될 수 있다. 그러나 정밀내진해석은 많은 노력의 시간과 비용이 소요되는 방법이며 현행 실무에서는 주로 응답스펙트럼해석법에 의한 간략내진해석이 적용되고 있다.
현재 항만관련 기준에서도 잔교식 안벽 내진설계 시 동적해석 뿐만 아니라 간편해석법으로 응답스펙트럼 해석법을 제시하고 있으나, 현재 국내 외 말뚝식 계류시설의 내진해석법과 관련된 연구는 부족한 실정이다. 따라서 현행 실무에서 적용되는 응답스펙트럼 해석방식의 적정성 검증과 정확성을 향상시킬 수 있는 연구가 필요하다.
본 연구의 목적은 말뚝식 계류시설의 응답스펙트럼해석에서 지진력의 결정에 주요인자가 되는 지반종류 별 지반 가속도 응답과 구조물 고유주기 측면에서 크레인 말뚝식 계류시설에 대한 동적거동 특성을 분석하여, 간략내진해석법으로 주로 실무에 적용되고 있는 현행 응답스펙트럼 해석법의 정밀도를 높일 수 있도록 개선안을 도출하는 것이다.
이를 위하여 다양한 지층조건을 고려한 Proshake 1차원 부지응답을 수행하여 현행 표준설계응답스펙트럼과 비교하고, Abaqus를 활용한 지반-말뚝 모델링으로 시간이력해석을 수행하여 지반-말뚝 동적거동 특성을 분석하였으며, 잔교시설이 설치되는 경사지반에 대해 Abaqus를 활용한 2차원 부지응답해석을 수행하여 응답스펙트럼의 기준면 선정방안을 검토하였다. 또한 다양한 지반종류, 말뚝-지반 모델링과 구조물 고유주기 등을 설계변수로 Abaqus를 활용한 시간이력해석을 수행하고, 잔교-크레인의 다양한 연결조건과 구조물 고유주기 등을 변수로 시간이력해석을 수행하여 응답스펙트럼 해석결과와 비교 분석하였다.
본 연구 결과 말뚝식 계류시설의 내진해석법에 대해 현행 실무에서 적용되고 있는 방식의 응답스펙트럼 해석은 정확도와 신뢰성이 매우 부족하다는 것을 확인하였다. 동적해석에서 검증되지 않은 가상고정점 법의 적용, 경사지반의 지반운동 특성을 고려하지 못한 표준설계응답스펙트럼의 적용, 크레인과의 동적거동 특성을 무시한 해석 등이 가장 큰 문제점이다.
본 연구에서 제시하는 주요 개선사항은 표준설계응답스펙트럼의 적용을 지양하고 부지응답해석 결과에 의한 응답스펙트럼 적용, 경사지반의 응답스펙트럼 기준면은 경사면 중앙부 위치로 적용, 도로교 기준의 말뚝-지반스프링 법 적용, 크레인하중은 부가질량으로 고려하는 방식의 적용 등으로 기존의 방식보다 정확도와 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서 도출된 개선사항을 말뚝식 계류시설의 내진해석 방법에 적용한다면 보다 정밀내진해석에 근접한 결과를 도출할 수 있을 것이다.
본 연구를 기반으로 향후에는 항만시설 이외에 교량, 건축물, 댐 등 응답스펙트럼 해석법이 주로 적용되는 시설에 대해서도 개선사항을 도출하는 연구가 필요하다.
일반적으로 설계조건의 불확실성을 고려하여 간략내진해석이 정밀내진해석보다 보수적이고 안전측인 결과를 도출하는 것으로 인식되고 때문에 실제 설계단계에서도 간략내진해석이 주로 적용되고 있다. 간략내진해석이 정밀내진해석에 비해 간편함만을 추구하여 매우 보수적인 방법으로 적용된다면 간략내진해석에 의해 내진설계 된 시설은 매우 안전측으로 과다 설계 될 수 있다. 그러나 정밀내진해석은 많은 노력의 시간과 비용이 소요되는 방법이며 현행 실무에서는 주로 응답스펙트럼해석법에 의한 간략내진해석이 적용되고 있다.
현재 항만관련 기준에서도 잔교식 안벽 내진설계 시 동적해석 뿐만 아니라 간편해석법으로 응답스펙트럼 해석법을 제시하고 있으나, 현재 국내 외 말뚝식 계류시설의 내진해석법과 관련된 연구는 부족한 실정이다. 따라서 현행 실무에서 적용되는 응답스펙트럼 해석방식의 적정성 검증과 정확성을 향상시킬 수 있는 연구가 필요하다.
본 연구의 목적은 말뚝식 계류시설의 응답스펙트럼해석에서 지진력의 결정에 주요인자가 되는 지반종류 별 지반 가속도 응답과 구조물 고유주기 측면에서 크레인 말뚝식 계류시설에 대한 동적거동 특성을 분석하여, 간략내진해석법으로 주로 실무에 적용되고 있는 현행 응답스펙트럼 해석법의 정밀도를 높일 수 있도록 개선안을 도출하는 것이다.
이를 위하여 다양한 지층조건을 고려한 Proshake 1차원 부지응답을 수행하여 현행 표준설계응답스펙트럼과 비교하고, Abaqus를 활용한 지반-말뚝 모델링으로 시간이력해석을 수행하여 지반-말뚝 동적거동 특성을 분석하였으며, 잔교시설이 설치되는 경사지반에 대해 Abaqus를 활용한 2차원 부지응답해석을 수행하여 응답스펙트럼의 기준면 선정방안을 검토하였다. 또한 다양한 지반종류, 말뚝-지반 모델링과 구조물 고유주기 등을 설계변수로 Abaqus를 활용한 시간이력해석을 수행하고, 잔교-크레인의 다양한 연결조건과 구조물 고유주기 등을 변수로 시간이력해석을 수행하여 응답스펙트럼 해석결과와 비교 분석하였다.
본 연구 결과 말뚝식 계류시설의 내진해석법에 대해 현행 실무에서 적용되고 있는 방식의 응답스펙트럼 해석은 정확도와 신뢰성이 매우 부족하다는 것을 확인하였다. 동적해석에서 검증되지 않은 가상고정점 법의 적용, 경사지반의 지반운동 특성을 고려하지 못한 표준설계응답스펙트럼의 적용, 크레인과의 동적거동 특성을 무시한 해석 등이 가장 큰 문제점이다.
본 연구에서 제시하는 주요 개선사항은 표준설계응답스펙트럼의 적용을 지양하고 부지응답해석 결과에 의한 응답스펙트럼 적용, 경사지반의 응답스펙트럼 기준면은 경사면 중앙부 위치로 적용, 도로교 기준의 말뚝-지반스프링 법 적용, 크레인하중은 부가질량으로 고려하는 방식의 적용 등으로 기존의 방식보다 정확도와 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서 도출된 개선사항을 말뚝식 계류시설의 내진해석 방법에 적용한다면 보다 정밀내진해석에 근접한 결과를 도출할 수 있을 것이다.
본 연구를 기반으로 향후에는 항만시설 이외에 교량, 건축물, 댐 등 응답스펙트럼 해석법이 주로 적용되는 시설에 대해서도 개선사항을 도출하는 연구가 필요하다.
목차
Ⅰ. 서 론 11.1 연구의 배경 11.2 연구의 목적 31.3 논문의 구성 7Ⅱ. 말뚝식 계류시설 내진해석방법 92.1 말뚝식 계류시설 종류 91) 잔교식 92) 돌핀식 103) 계류시설 상부 탑재 하역장비 122.2 말뚝식 계류시설 내진해석방법 고찰 131) 항만 내진(KDS 64 17 00 : 2018) 132) 기존 시설물(항만) 내진성능 평가 요령(안), 2012년 143) 현행 말뚝식 계류시설 내진해석방법 고찰 182.3 연구동향 191) 잔교식 안벽 내진해석기법에 관한 연구 192) 잔교식 안벽 가상고정점 법에 관한 연구 203) 구조물-지반 상호작용에 관한 연구 204) 연구동향 고찰 21Ⅲ. 지반-말뚝-크레인 구조물의 동적거동 특성 분석 223.1 일반사항 221) 지반-말뚝 구조물 222) 잔교-크레인 구조물 233.2 지반분류체계 지층 조건별 부지응답해석 241) 지반분류체계 및 응답스펙트럼 내진설계 기준 242) 부지응답해석 지반조건 263) 부지응답해석 결과 303.3 지반-말뚝 구조물의 부지응답해석 331) 해석방법 및 해석조건 332) 등가 비선형 지반 모델 373) 지반-말뚝 구조물 부지응답해석 484) 결과 분석 683.4 경사지반 지표면 가속도 응답스펙트럼 기준면 선정 711) 해석방법 및 해석조건 712) 경사지반 2차원 부지응답해석 713) 결과 분석 753.5 지반-말뚝 구조물의 동적거동 특성 분석 761) 잔교식 계류시설의 동적거동 특성 762) 자켓식 계류시설의 동적거동 특성 883) 설계변수(파라메트릭)를 고려한 지반-말뚝 동적거동 특성 분석 994) 결과 분석 1153.6 잔교-크레인 구조물의 동적거동 특성 분석 1171) 잔교-크레인 경계부 동적거동 구속조건 1172) 잔교-크레인 동적거동 해석 방법 1193) 고유치 해석 결과 1214) 시간이력해석 결과 1235) 설계변수(파라메트릭)를 고려한 잔교-크레인 동적거동 특성 분석 1266) 결과 분석 133Ⅳ. 응답스펙트럼 해석법 개선사항 도출 1404.1 일반사항 1404.2 현행 응답스펙트럼 해석법 적용방식의 문제점 분석 1411) 표준설계응답스펙트럼의 적용성 1412) 지반-말뚝 동적거동 특성 1423) 가상고정점 법의 적용성 1434) 경사지반의 응답스펙트럼 기준면 1445) 말뚝-지반스프링 법의 적용성 1456) 잔교-크레인 동적거동 특성 1454.3 응답스펙트럼 해석법 개선사항 도출 1461) 부지응답해석에 의한 가속도 응답스펙트럼 1462) 지반-말뚝 동적거동 특성 반영 1463) 경사지반 응답스펙트럼 기준면 선정 1474) 크레인 하중 부가질량 고려 1474.4 응답스펙트럼 해석법 개선사항 실무 적용성 검토 1491) 해석 모델링 및 해석 조건 1492) Midas 해석프로그램 적용성 검토 1523) 응답스펙트럼 해석 결과 1564) 해석방법 별 응답스펙트럼 비교 1605) 해석조건 별 결과 비교 1616) 결과 분석 1614.5 소결 168Ⅴ. 결론 170참 고 문 헌 173
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