지진과 내진설계및 해석기법.

소개

지진과 내진설계에대하여 순차적으로 광범위하면서도 디테일하게 정리해 보았습니다.

목차

1. 개요
2. 지진의 발생원인
3. 지진요소
1. 내진 설계의 개념
2. 응답스펙트럼이란
3. 해석방법
① 등가정적하중법
② 단일모드스펙트럼해석법
③ 다중모드스펙트럼해석법
④ 시간이력해석법

본문내용

내진설계

1. 내진 설계의 개념

내진설계란 그동안 무시하여 왔던 수평하중의 하나인 지진하중을 구조물 설계시 추가로 고려하는 것이다. 건축구조물의 설계를 위한 하중은 중력에 의한 자중과 적재하중 등의 연직 방향의 하중과 지진 및 바람에 의한 수형하중으로 대별할 수 있는데 연직 하중에 대한 설계는 내진설계 도입 후에도 종전과 똑같은 방법을 적용한다. 수평하중인 풍하중과 지진하중은 그 성질에 있어서 큰 근본적인 차이가 있음을 간과해서는 안된다. 즉 풍하중은 대체로 바람방향의 구조물의 외형과 외벽면에 비례하고 정역학적 하중으로 생각할 수 있는 반면 지진하중은 외벽면적에 관계없이 구조물의 동적 특성치인 각 층의 질량 강성등에 따른 관성력이고 또한 지반에 의해 크게 달라질 수 있으므로 동역학적 하중으로 보아야 할 하중이다. 풍하중과 지진 하중의 영향중에서 더 큰 쪽을 실제 설계에 반영하고 두 하중의 영향을 동시에 적용하는 것은 아니다. 우리나라의 내진 설계 규준은 우리의 현 기술의 수준과 지진의 위험성,또한 국민경제에 미치는 영향들을 고려하여 현재로서는 응답스펙트럼 해석법 을 근간으로 하고 있으나 설계자의 판단이나 건축주의 요구에 따라 다른방법이 쓰일 수 있다.


2. 응답스펙트럼이란

오늘날 주로 이용되는 해석방법에는 응답스펙트럼 해석법과 시간이력 해석법이 있다.
일반적으로 스펙트럼이란 말에 우리들이 먼저 떠오르는 개념은 아마도 프리즘을 통하여 나타나는 태양광선의 아름다운 무지개인 일곱 색깔일 것이다. 태양광선은 맨눈으로 보면 밝기만 인식될 뿐 아무런 색깔도 띄지 않으나 프리즘을 통하여 보면 주파수별로 일곱 가지색으로 분해되어 보인다. 이와 마찬가지로 지진동의 크기를 기록한 지진파의 시간이력을 보면 지진의 계속시간이나 최대가속도와 같은 비교적 간단한 특성은 파악되나 지진파 속에 포함된 주파수의 성분까지는 잘 파악할 수가 없으나, 빛의 주파수 성분을 파악하는 프리즘과 같이 수학적 도구를 사용하여 지진파의 특성을 주파수별 성분으로 분해할 수 있으며, 이러한 분석방법 중의 한 가지가 응답스펙트럼이며, 응답스펙트럼은 다음과 같은 방법으로 작성하게 된다.
어떤 물체에 강제적인 변위를 가한 후, 이를 해제하면 그 물체는 원위치로 되돌아가려는 복원력과 제자리에 있고자 하는 관성력이 작용하므로 진동을 하게 된다. 이러한 물체의 진동하는 주기를 물체의 고유주기라 하며 물체의 재료와 형상에 따라 달라진다. 또한 물체가 진동하는 동안에 열이나 소리로써 에너지를 소비하는 현상을 감쇠(減衰,Damping)라고 한다. 이러한 주기와 감쇠를 갖는 진동하는 물체를 매개로 하여 지진파의 주파수 성분을 분석한 결과가 응답스펙트럼이며, 이의 작성방법을 도식적으로 표시하면 그림-1.5와 같다. 즉, 한 장의 판 위에 여러 종류의 스프링으로 연결된 고유주기가 다른 수많은 추(一質点系)가 놓여 있다고 가정하자. 판을 지면이라 생각하고 지진동처럼 판을 흔들면 이 추들도 각자의 고유주기에 따라 흔들릴 것이다. 이때에 각 추들의 시간에 따른 응답치를 측정하여 이들 응답치 중에서 최대치를 찾아 X축에는 고유주기를, Y축에는 고유주기에 대응하는 응답의 최대치를 표시한 그래프가 응답스펙트럼이다. 스펙트럼의 형상은 지진파의 주기특성에 따라 많은 굴곡을 가지며 특히 큰 응답치를 가지는 주기를 탁월주기(卓越週期, Predominant Period)라고 부른다. 또한 감쇠가 클수록 주기의 특성은 적어지고 굴곡들은 완만한 모양을 갖게 된다. 이러한 스펙트럼의 모양은 지진파에 따라 상이하나 전 세계적으로 관측된 지진파들의 스펙트럼을 분석한 결과 스펙트럼에는 개략적으로 비슷한 성질이 있다는 것을 알게 되었다.

참고자료

· 없음