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한국구조물진단유지관리공학회 논문집 KCI 등재 Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection
- 발행기관 한국구조물진단유지관리공학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 2234-6937 (Print)2287-6979 (Online)
- 수록기간 1997 ~ 2020
- 주제분류 공학 > 안전공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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Vol.15. No.1. (2011년 1월) 25건
1.
2011.01
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기존의 철근 콘크리트 구조물에서 나타나는, 극한 환경하에서의 철근의 부식 문제 때문에 GFRP 보강근으로 철근을 대체하고 있다. 최근 들어 GFRP를 보강근으로 사용한 보의 성능에 대한 해석적, 실험적 연구가 지속적으로 행해지고 있지만 아직 철근 콘크리트 보의 연구에 대한 수에 비하여 이에 대한 연구 결과는 매우 적어 신뢰성을 얻기 힘든 상황이다.
이에 본 연구에서는 겹침이음된 GFRP 보강근을 보에 적용하여 모멘트-처짐 관계에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험변수는 GFRP의 보강비와 피복 두께에 대한 것으로 총 6개의 GFRP 보강 콘크리트 보의 실험체가 제작되었다. 모든 실험체는4000mm의 스팬을 가지고 있으며 12.7mm의 지름을 가지는 GFRP 보강근을 사용하였다. 보강근이 겹침이음된 부분에 일정한모멘트가 작용하게 하기 위해 2점 가력 방식을 사용하였다. 실험 결과 보강근비의 증가에 따라 극한 하중의 크기가 증가하였다.
파괴 모드는 보강근비에 따라 매우 민감하게 변화하였으며 피복 두께는 인장측의 콘크리트의 탈락에 의해 최대 강도와 처짐량을 결정하는 요인이 되는 것으로 나타났다.
2.
2011.01
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연속보를 대상으로 한 재료비선형 전달행렬법을 제시하였으며, Gauss-Lobatto 적분법을 사용하여 보의 강성행렬로부터 전달행렬을 도출한다. 전달행렬법에서는 유한요소해석법과는 달리 각 절점의 자유도 수에 상관없이 일정한 미지값만을 가지게 되므로 선형해석뿐만 아니라 비선형해석에서도 빠른 연산속도를 보인다. 연속보에 대한 비선형 해석의 적용 예를 통한 비교 결과, 재료비선형 전달행렬법이 변위-모멘트, 변위-하중, 곡률-모멘트의 관계에서 유한요소해석법에 비해 효율적인 것으로 평가되었다.
3.
2011.01
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본 논문에서는 구조적으로 유연한 특성을 갖는 교량 구조물을 대상으로 외력에 의해 발생되는 진동을 실시간으로 제어하고자 준능동형 실시간 피드백 진동제어시스템을 구성하고, 이를 실험적으로 평가하였다. 여기서 진동제어를 위한 대상 교량 구조물은 서해대교를 약 1/200 크기로 규모화 하여 설계/제작한 모형 교량 구조물을 사용하였고, 실험실 여건을 고려해 규모화 된El-centro 지진파형으로 구조물을 가진하였다. 또한, 교량 상판 중앙지점에는 전자석이 채용된 전단형 MR 댐퍼를 수직방향으로 설치하여 발생된 진동을 제어하도록 하였고, 동시에 변위계 및 가속도계를 설치하여 구조물의 응답(변위, 가속도)을 획득하였다. 이때 진동제어의 실험은 크게 비-제어, 수동 on/off 제어, Lyapunov 안정론 기반 제어 그리고, Clipped-optimal 제어조건으로 구분하여 실시간 피드백 진동제어실험을 수행하였고, 이때 진동제어의 효과는 상판 중앙지점에 대하여 각 실험방법 별절대최대변위와 절대최대가속도 그리고, 인가전원의 소모량 등을 성능지수를 이용해 정량적으로 평가하였다. 진동제어실험의 결과로부터, Lyapunov 제어 및 Clipped-optimal 제어방법 모두 구조물의 발생 변위 및 가속도를 효과적으로 감소시켰으며, 특히 진동제어 시 요구되는 외부 인가전원의 소비를 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성한 준능동형 실시간 피드백 진동제어시스템은 교량 구조물에 발생된 진동을 제어 ․관리하기 위한 적극 ․ 효율적인 방법으로 활용될 가능성이 있음을 확인하였다.
4.
2011.01
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두께가 얇은 강관을 사용한 CFT기둥은 강관의 국부좌굴에 대한 구속효과로 내력상승을 기대할 수 있으므로 폭두께비가 작은 강관 CFT기둥에 비해 경제성을 확보할 수 있다. 본 논문의 목적은 각형 CFT기둥에 대한 기존 설계식의 타당성을 입증하고, 내력 증대에 따른 강관 폭두께비의 사용성 한계를 확인하고자 하였다. 실험의 주요변수로는 강관의 폭두께비, 콘크리트 각주의 높이 및 콘크리트 충전 유무로 하였다. 실험결과, 고강도 콘크리트를 충전한 박판의 각형강관기둥에서 충전콘크리트의 압축내력에 대한 강관의 구속효과가 크게 나타났으며, 비선형 해석에 따르면, 실험결과에 의한 내력은 전체 CFT단주 실험체에서해석값보다 다소 크게 나타남을 알 수 있었다.
5.
2011.01
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이 연구에서는 나선철근으로 횡구속된 순환골재 콘크리트의 구조적 거동을 평가하였다. 주요 실험변수는 골재의 종류와 나선철근의 철근비로 계획하였다. 총 18체의 실험체를 제작하였으며, 실험체의 직경과 높이는 각각 150mm와 300mm이었다. 실험체는 사용된 굵은 골재의 종류에 따라 2가지로 구분할 수 있으며, 나선철근의 철근비는 0%에서 1.75%까지 변화하도록 계획하였다. 실험체의 축방향 및 횡방향 변형을 측정하기 위하여, 6개의 LVDT를 실험체에 부착하였다. 또한 나선철근의 변형률을 측정하기 위하여 스트레인 게이지를 120도 간격으로 나선철근에 부착하였다. 실험결과로부터, 나선철근으로 횡구속된 순환 골재콘크리트의 구조 성능은 나선철근의 철근비와 관계없이 천연골재 콘크리트와 서로 유사함을 확인하였다.
6.
2011.01
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PC형교에서는 거더의 복부와 하부에 PC강선을 수용하는 쉬이스가 배치되어 있으며, 그 내부에 그라우트를 충전함으로서 PC 강선과 콘크리트를 간접적으로 부착시킨다. 그러나 이 충전이 불충분하면, 쉬이스 내부에 물이 침투하여 PC강선이 부식하거나,동결융해 작용에 의한 쉬이스 배치 위치에서의 횡방향 균열이 발생한다. 그 때문에 시공 후 조기에 미충전부를 파악하는 것이구조물의 유지관리상 중요한 요소가 된다. 본 연구에서는, 교랑 부재에 손상을 입히지 않게 하기위해 충격탄성파법을 이용하여실구조물에 대한 그라우트 미충전부 탐사측정을 실시하였다. 우선 레이더형 철근 탐사기로 철근과 쉬이스의 위치를 추정하고그 위치를 기준으로 쉬이스에서의 측정부위를 정하였다. 거더 측면에 탄성파를 입력하고 그 응답으로부터, 고주파수 피크와 두께를 나타내는 공진주파수의 2배수 주파수와의 차로서 미충전부의 위치와 충전정도를 정성적으로 추정하였다. 추정 부위에 대한 확인을 위해 거더의 측면을 천공하고 공업용 내시경에 의한 촬영을 실시하였다.
7.
2011.01
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변전소 구조물은 가스절연개폐기의 개폐로 유발되는 주기적인 충격하중을 받게 된다. 이러한 주기적인 충격하중은 구조물의 노후화 및 열화를 가속화하여 구조물의 일부 부재 혹은 전반적인 강성 감소를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 주기적인 충격하중이 구조물에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고, 손상 정도를 평가하는 방법을 선정하고자 한다. 따라서, 개략적인 손상 정도를 파악할 수 있는 효율적인 방법으로 인지되고 있는 시스템식별기법을 선정하였다. 선정된 기법에 대한 신뢰성을 검증하기 위해 3층 1경간 축소 모형을 대상으로 모의 손상실험 및 해석을 통해 모드형상 및 고유진동수를 산정하고 결과를 비교하였다.
8.
2011.01
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A Study on the Resistance to Seawater Attack of Mortars and Concretes Incorporating Limestone Powder
본 연구는 석회석미분말을 4단계(0, 10, 20 및 30%)로 대체한 모르타르 및 콘크리트의 내해수성을 평가하기 위하여 수행되었다. 내해수성 평가를 위하여 모르타르의 해수침식 저항성 및 콘크리트의 염소이온 침투저항성 실험을 각각 실시하였다. 실험결과에 의하면, 시멘트 경화체의 내해수성은 석회석미분말의 대체율에 의존적으로 나타났다. 다시 말해서, 석회석미분말을10% 대체한 모르타르 및 콘크리트는 대체적으로 OPC와 유사한 내해수성을 나타낸 반면, 석회석미분말의 대체율이 큰 모르타르 및 콘크리트의 내해수성은 OPC와 비교하여 현저하게 떨어지는 것으로 조사되었다.
9.
2011.01
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본 연구의 목적은 직접전단응력 및 휨 전단응력의 비교분석을 통하여 Perfobond Rib 전단연결재를 사용한 구조물의 하중방향에 따른 전단응력 분석이다. 직접전단응력 분석을 위해서 5개의 변수로 Perfobond Rib 전단연결재 실험체 5개를 제작하고Push-out Test를 실시하였다. 실험 후 Perfobond Rib 전단연결재의 전단저항 메커니즘을 규명하고, 직접전단응력에 영향을미치는 주요 인자를 바탕으로 직접전단력을 산출할 수 있는 제안식을 제시하였다. 또한 휨 전단응력의 분석을 위해 강-콘크리트 합성 바닥판 실험체를 제작하고 정적 휨실험을 실시하였다. 정적 휨실험을 바탕으로 휨 거동특성을 분석하고 휨 전단응력을계산하였다. 직접전단응력과 EN 1994-1-1을 통해 계산된 휨 전단응력을 비교하여 하중방향에 따른 전단저항응력에 대해서분석을 하였다.
10.
2011.01
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교량구조물은 사회물류흐름에 필요한 중요한 역할을 하는 사회간접시설물로 공용수명이 다하거나 지진, 폭풍 등의 자연재해에 따라 구조물의 손상이 발생할 경우 기존 교량을 철거하고 재가설 하여야 한다. 공용중인 교량을 재가설할 경우, 차량의 우회, 교통체증에 따른 사용자비용과 공사기간동안의 소음, 분진 등에 따른 사회비용이 발생하게 된다. 하지만 교량의 재가설에따른 사용자비용과 사회비용은 교량건설시 고려되지 않고, 이를 평가하는 방법 또한 모호하므로 이를 적용한 교량형식이 선정되지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 교량의 재가설시 발생되는 사회적 간접비용, 즉 사용자의 사회적, 경제적 가치를 파악하여 교량 재가설에 따른 사용자비용의 평가방법을 제안하고 이를 평가하였다. 사용자비용의 평가 시 교량의 일교통량, 첨두시간, 우회거리, 우회시간 등을 포함한 교통정보와 사회적 물동량이 고려되었으며, 차량운행비용과 교량 재가설에 따른 시간지연비용 또한 고려되었다.
11.
2011.01
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본 연구에서는 분산제 코팅을 통해 성능 개선된(EP) 나일론 섬유를 혼입한 자기충전 콘크리트의 가능성을 알아보고자 하였으며, 이를 위한 실험 방법으로 나일론 섬유 길이와 다른 유기계 섬유(폴리프로필렌, 셀룰로오스)를 혼입한 경우 그리고 광물질혼화재(고로슬래그 미분말, 플라이애쉬)의 종류를 달리 혼합한 2성분계 및 3성분계의 경우를 가지고 자기충전 콘크리트의 특성을 검토하였다. 이 실험 결과를 토대로 하여 실구조물 적용을 위한 Mock-up Test를 성능 개선된 나일론 섬유를 혼입한 자기충전콘크리트 와 일반콘크리트를 비교하여 실구조물 활용 가능성을 검토 하였다. 그 결과 굳지 않은 자기충전 콘크리트의 특성, 경화된 자기충전 콘크리트의 특성 및 내구특성을 종합해 볼 때 성능 개선된(EP) 나일론 섬유가 우수함을 알 수 있었고,성능 개선된 나일론 섬유에 따른 광물질 혼화재 사용에서는 플라이애쉬 보다 고로슬래그 미분말이 우수함을 알 수 있었다.
12.
2011.01
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한국은 세계의 거점국가에 못지않은 막대한 스톡(Stock)을 보유하고 있으나, 지금까지 기존의 주택을 활용하거나, 재이용하기 보다는 새로운 주택을 건설하는 등 성장위주의 주택정책으로 인해 기존 공동주택을 유지하고 재이용하는 정책개발에 대한노력은 미비하였다. 지금까지 정부주도하의 강력한 주택공급 정책으로 인해 짧은 기간 동안 막대한 주택을 건설한 나머지, 현재의 주택공급율이 110%에 이르는 등 주택과잉에 이르게 되었다.
그러나 최근에 들어 저출산, 고령화 등의 사회환경변화와 주거의 질 향상이라는 국민적 요구로 인해 주택정책의 변화가 요구되고 있다. 이러한 사회적 변화와 함께 국내 공동주택의 80%가 건설된 지 20년 이내의 주택으로 이루어져 향후 개보수가 중요한 문제로 대두될 것으로 예상된다. 특히, 서울의 아파트 또는 분당, 일산 등 1기 신도시가 건설된 지 상당한 시간이 지난 시점에서 주택의 기존의 품질을 유지하고, 안전하게 활용하기 위해서는 기존 공동주택의 유지관리를 운용할 수 있는 전문인력 육성이 절실한 실정이다.
따라서 본고에서는 미국의 공동주택 유지관리전문인력의 관련자격체계를 분석하여, 국내 유지관리전문인력 육성을 위한 방향성을 제시하였다.
13.
2011.01
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최근 대구경철근에 적용할 수 있는 기계적 철근이음장치에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 대구경 기계적 철근이음재에 대한 구조적 성능평가에 대하여 연구가 수행되었다. 원자력발전소에 대구경의 기계적 철근이음장치를 적용하기 위해서2가지 형태의 철근이음장치에 대한 실험이 수행되었으며, 원자력발전소에 적용되는 11번과 14번 및 18번에 대한 대구경 철근이음 장치가 조립되어 정적 및 동적실험이 수행되었다. 실험은 ASME SEC III DIV.2 CC-4330에 따라 이루어졌다.
14.
2011.01
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구조실험에서 정확성과 효율성을 높이기 위해서는 적절한 실험장치를 적용하는 것은 중요한 요소이다. 특히, 대규모의 구조실험에서 적절한 실험장치는 비용과 시간을 절감할 수 있다. 액츄에이터와 유압잭 및 UTM은 실험체의 휨 능력을 평가하는 데일반적으로 적용되고 있다. 그러나, 대규모 실험체에서 다점 다하중 가력하중이 적용되어야 하는 경우에는 기존의 UTM 등을이용하는 실험방법은 정확한 하중을 가력하기에 어려움이 많다. 이를 해결하기 위하여 본 연구에서는 실험결과의 정확성과 효율성을 높이기 위하여 기존의 실험장치로 조합된 새로운 방법을 개발하였다.
15.
2011.01
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연약 점성지반 위에 상대적으로 낮은 하중의 구조물이 얹어질 때, 상부에 모래층을 두어 지지력을 증진시킬 수 있다. 이와같은 점토 위 모래층이 놓이는 조건에 대한 지지력 검증은 현장에서 평판재하시험 등을 통해 지지력 검증이 어렵기 때문에 설계단계에서부터 정확한 지지력 예측이 필요하다.
따라서, 본 연구는 점토 위 모래층이 놓이는 지반의 지지력 거동을 파악하기 위해 2차원 실내토조실험과 FEM 해석을 수행하였다. 주요 인자로 깊이비 H/B와 지지력비 qc/qs를 선정하여, 모래층 높이, 점토의 비배수전단강도 그리고 재하 폭을 변수로하였다. 그 결과, 실내토조실험은 FEM 해석과 적합성이 상당히 높게 나타났다. 이론식과의 비교에 있어서 보다 최신 연구인Okamura et al.(1998)의 메커니즘보다 관입전단 메커니즘과 그 유사성이 크게 나타났으며, 하중확산 메커니즘의 적용성을 위하여 등가하중확산각을 제시하였다. 또한, qc/qs에 대하여 무차원 단위의 한계깊이비 Hf의 선형 회귀식을 제안하였다.
16.
2011.01
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본 연구에서는 효과적인 풍력발전기 블레이드의 상태 모니터링을 위하여 대표적 손상형태 중 하나인 로터의 질량 불균형으로 인한 이상상태를 감지할 수 있는 기법을 제안하였다. 이를 위하여 수평축 3-블레이드 풍력발전기를 대상으로, 블레이드 1개의 질량을 증가시키면서 로터의 질량 불균형 조건을 구현한 후 전체 풍력발전기에 대한 동력학 시뮬레이션을 수행하였다. 질량불균형이 발생하면 부가질량에 의한 원심력에 의하여 나셀의 로터 회전축에 대한 횡방향 진동이 발생하고, 부가 질량의 크기가커질수록 나셀 횡방향 진동의 진폭이 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있었다.
17.
2011.01
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메타카올린은 고령토나 카올린으로 알려진 카올린 광물의 풍화물로, 도자기 산업에 주로 사용되는 원료로, 일반적으로 메타카올린의 입자 크기는 시멘트보다는 작지만, 마이크로 실리카퓸보다는 크다. 본 연구에서는 콘크리트용 혼화재로 메타카올린을사용한 콘크리트의 압축강도와 염소이온 투과저항 특성에 관한 영향에 관해 조사하였다. 메타카올린과 실리카퓸의 혼입률이 압축강도와 염소이온 투과저항에 주는 영향을 비교하기 위해 물-결합재비를 30%로 고정하고 각각 0, 5, 10, 15, 20%인 배합수준을 설정하여 비교하였다. 연구결과 메타카올린을 혼입한 콘크리트는 실리카퓸을 혼입한 콘크리트와 유사한 강도특성을 보였지만, 염소이온 투과저항성은 다소 불리한 것으로 나타났다. 따라서, 강도와 염소이온 투과저항 성능을 동시에 만족하기 위한메타카올린의 혼입률은 10% 정도인 것으로 나타났다.
18.
2011.01
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Service Life Prediction and Cost Estimation of Repaired Concrete Structures Under Marine Environment
해양환경 하에서 염화물의 침투를 억제하여 부식 위험을 최소화함으로써 콘크리트 구조물의 공용기간을 연장할 수 있다. 효과적으로 구조물을 관리하기 위해 적절하게 유지관리하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 효과적인 유지관리 전략을 세우기 위한 보수된 구조물의 유지관리비용 평가와 연계하여 구조물의 사용수명을 정량적으로 평가하는 방법을 제안하였다. Fick의 제2법칙으로부터Crank-Nicolson법에 기초한 유한 차분법을 제안하여 보수되지 않은 콘크리트 구조물과 보수된 콘크리트 구조물의 염화물 이온 분포를 예측하였다. 이를 이용하여 보수에 의해 연장 가능한 사용수명과 목표한 공용기간 동안에 필요한 보수 횟수를 평가하였다. 게다가보수 횟수와 콘크리트 교체 비용을 고려하여 총 유지관리 비용을 산출하였다. 마지막으로 제안된 방법의 적용성 검토를 위해 수치해석예제를 제시하였다.
19.
2011.01
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지진동에 대처하기 위한 구조물의 능동제어기를 설계할 때, 모델링의 오차 및 외란의 불확실성을 무시하고 진행하면 제어성능이 크게 퇴화될 수 있다. 심지어 시스템 전체가 불안정하게 되어 제진이 불가능하게 될 가능성도 배제할 수 없다. 본 연구의목적은 슬라이딩 모드제어기(SMC)라 불리는 비선형제어기의 제어성능을 TMD가 장착된 구조물에 설계하여 그 적용 가능성을검토하는 것이다. 이때 가진 외란은 FFT 해석으로 탁월주파수를 분석한 3개의 지진동이다.
SMC로 제어한 결과, 구조물의 질량과 강성이 ±30% 섭동되어도 강인성을 유지하고 있음을 확인할 수 있었다. 다만, 오버슈트가 증대되고 정정시간이 증가하는 등 과도응답성능은 다소 퇴화되는 것을 확인할 수 있었다. 전반적으로 SMC는 모델링 및외란의 불확실성에 대해 강인함을 유지하고 지진동을 효과적으로 제어하는 능동제어법으로 TMD 구조물과 결합시켜 지진동제어에 적용해 볼 수 있는 유용한 기법이라 판단된다
20.
2011.01
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본 논문은 내진설계규정이 적용되지 않은 국내 철근콘크리트 학교 건물에 관한 해석적 연구이다. 일본의 내진진단과 비선형정적 및 동적 해석을 통하여 대상 건축물의 내진 성능을 평가하였다. 일본의 내진진단 방법에 기초하여 철근 콘크리트 학교 건물의 부족한 내진 성능을 파악하였다. 또한, 횡하중을 받는 학교 건물의 내진거동이 해석적으로 평가되었다. 건축물의 내진 보강을 위하여 1,300kN의 내력을 받는 전단벽과 K형 가새골조가 사용되었다. 비선형 정적해석 결과, 보강에 의한 전단내력은 보강 전에 비하여 30%이상의 향상을 보이는 것으로 나타났으며, 전단벽 보강 시 최대 하중 이후에서 가새골조 보강에 비해 큰강성저하를 나타내었다. 또한, 성능점 산정 결과에서 가새골조로 보강된 건축물이 전단벽으로 보강된 건축물에 비해 30% 이상의 변형능력을 보였다. 한편 비선형 동적해석의 시간이력해석 결과에서는 가새골조와 전단벽에 의해 보강된 건축물의 최대 변위가 보강량이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 본 연구는 이 외에도 지진 지역에서의 건축물의 내진성능 향상을 위해다양한 지반 조건과 지진파를 고려되어야 한다고 판단된다.
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