This study performed the seismic response analysis of an LNG storage tank supported by a disconnected piled raft foundation (DPRF) with a load transfer platform (LTP). For this purpose, a precise analytical model with simultaneous consideration of Fluid-Structure Interaction (FSI) and Soil-Structure Interaction (SSI) was used. The effect of the LTP characteristics (thickness, stiffness) of the DPRF system on the seismic response of the superstructure (inner and outer tanks) and piles was analyzed. The analytical results were compared with the response of the piled raft foundation (PRF) system. The following conclusions can be drawn from the numerical results: (1) The DPRF system has a smaller bending moment and axial force at the head of the pile than the PRF system, even if the thickness and stiffness of the LTP change; (2) The DPRF system has a slight stiffness of the LTP and the superstructure member force can increase with increasing thickness. This is because as the stiffness of the LTP decreases and the thickness increases, the natural frequency of the LTP becomes closer to the natural frequency of the superstructure, which may affect the response of the superstructure. Therefore, when applying the DPRF system, it is recommended that the sensitivity analysis of the seismic response to the thickness and stiffness of the LTP must be performed.

This study analyzes the seismic response of traffic light poles, considering soil-foundation effects through nonlinear static and time history analyses. Two poles are investigated, uni-directional and bi-directional, each with 9 m mast arms. Finite element models incorporate the poles, soil, and concrete foundations for analysis. Results show that the initial stiffness of the traffic light poles decreases by approximately 38% due to soil effects, and the drift ratio at which their nonlinear behavior occurs is 77% of scenarios without considering soil effects. The maximum acceleration response increases by about 82% for uni-directional poles and 73% for bi-directional poles, while displacement response increases by approximately 10% for uni-directional and 16% for bi-directional poles when considering soil-foundation effects. Additionally, increasing ground motion intensity reduces soil restraints, making significant rotational displacement the dominant response mechanism over flexural displacement for the traffic light poles. These findings underscore the importance of considering soil-foundation interactions in analyzing the seismic behavior of traffic light poles and provide valuable insights to enhance their seismic resilience and safety.

최근 간척지를 활용한 대규모 수출 원예 단지에 대한 수요가 증대되고 있고, 대규모 시설원예 단지 조성을 위한 현안 중에 하나는 경량 온실용 기초 설계 기준을 확립하는 것이다. 이를 위해 연약지반 기초 보강 방법에 관한 사전 연구들을 검토 하였다. 대상 공법으로는 스파이럴, 나무, 쇄석 다짐 말뚝(팽이) 및 PF 공법이며, 성능 검증을 위해 인발저항력, 지내력, 침하량 측정 등의 시험이 수행되었다. 인발저항력은 동일한 직경에서 근입 깊이가 증가할수록 저항력이 상승하는 것을 확인 할 수 있었다. 스파이럴과 나무 말뚝 기초의 성능을 비교하자면, 유사한 근입비와 마찰 면적을 갖는 기준에 대하여 스파이럴 말뚝의 인발저항력 0.8kN, 나무 말뚝은 인발저항력 1.1kN로 근소하게 나무 말뚝의 성능이 우수하다고 판단되었다. 추가적으로, 일정 근입비(L/D)의 범 위에서의 직경 변화에 따른 인발저항력을 비교하였다. 근입 비 10~12.1 범위에서는 직경 250mm구간, 근입비 14.6~16.7 범위에서의 직경 300mm구간에서 급격한 상승 값을 보였으며, 근입비 범위에 따라 인발저항력 증가 폭이 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 지반 지내력 검토를 위한 재하시험 결과의 경우, 상이한 보강 방법, 직경, 관입 깊이 등의 영향으로 단순 비교하는 것에 한계가 있지만, 나무 말뚝 105kN/m2, 팽이 말뚝 826kN/m2, PF방법 300kN/m2 수준의 최대 허용지지력을 보였다. 위 조건의 경우에, 팽이 말뚝, PF방법, 나무 말뚝 순으로 높은 지내력을 나타냈다. 간척지 기초 시공공법 타당성 검토를 위하여, 일부 국한된 시험 조건하에 인발저항력, 허용지지력, 침하량 측정 등 시험 평가 결과를 비교 검토하였다. 기초 보강 방법 별 일관성있는 경향을 파악하는데 한계가 있었지만, 풍속 40m/s에서 온실에서 받는 인발력이 20kN수준이고(Yu 등, 2012), ’97 한국형 유리온실 표준설계도에 명시된 온실의 기초 지내력 기준이 50kN/m2인 점을 고려한다면 지내력 105kN/m2 ~ 826kN/m2 범위의 기초보강 공법인 팽이, 나무말뚝 및 PF방법 모두 간척지 온실 기초에 적용하기 충분한 공법으로 간주 된다. 장기 침하량 모니터링 및 기초 보강 방법 별 수렴성과 재현성이 확보된 실증 데이터 보완을 통해, 온실 유형별 구조안정성과 경제성을 동시에 만족시킬 수 있는 기초 방식 선정과 설계 가이드 라인 제시가 가능할 것이라고 판단된다.

이 논문에서는 수직방향 지진입력에 의한 지반-구조물 상호작용 효과가 기초 종류에 따라 LNG 저장탱크의 지진응답에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해 석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력을 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 얕은 기초에서 외조탱크의 수직응력은 SSI 효과로 인하여 고정기초응답 보다 작았다. (2) 말뚝으로 지지된 기초에서 말뚝으로 인해 기초의 수직강성이 커지고 방사감쇠가 작아질 수 있기 때문에 SSI 응답이 고정기초응답 보다 커질 수 있다. (3) 동다짐 효과는 수직지진에 의한 LNG 저장탱크의 응답에 미치는 영향이 매우 작았다.

이 연구에서는 기초의 종류에 따라 지반-구조물 상호작용(SSI) 효과가 LNG 저장탱크의 지진응답해석에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력과 내조탱크의 밑면전단력 및 전도모멘트를 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 고정 기초해석에 의한 외조와 내조탱크의 지진응답이 SSI 효과로 인한 지진응답보다 매우 컸다. (2) SSI의 효과가 내조탱크와 외조탱크의 동적응답에 미치는 영향은 기초의 형식에 따라 다르게 나타난다. (3) 말뚝지지 전면기초에서 동다짐 효과에 의한 구조물 응답의 변화는 약 10%로서 무시할 수 없을 정도로 큰 것으로 나타났다.

최근, 장기간의 집중호우 및 장마로 인하여, 상대적으로 구조가 불안정한 보도 하부에 공동이 발생하여, 상당수의 지반함몰이 발생되었다. 또한 내진·지질학 전문가들에 따르면 최근 잦아진 지진이 지반연화에 영향을 미쳐 지반함몰 현상이 더욱 늘어날 수 있다고 경고하고 있다. 이에 본 연구에서는 지반하부에 존재하는 공동을 EM방법을 활용하여 미연에 탐지함으로써, 인적·물적 피해를 최소화하고, 시민의 안전을 도모하고자 한다. 지반하부 공동 탐사에 이용되는 기존의 방법들은 탐사시간이 지나치게 길거나, 포장에 파손을 야기하고, 좁은 지역에서는 탐사가 불가능한 단점이 있다. 하지만 EM방법의 경우 탐사시간이 비교적 짧고, 비접지식이기 때문에 포장에 파손도 야기하지 않으며, 좁은 지역에서의 탐사도 가능하기 때문에, 본 연구에서는 보도, 공원도로, 이면도로 등 좁은 지역에 대해서 EM방법을 활용하여 지반함몰 위험지역 예측에 대한 기초연구를 진행하고자 한다. 기존에 사용되는 EM방법은 터널탐사 및 매립지 오염도 탐사에만 이용되고 있었기 때문에, 체코 GF Instrument사의 EM장비인 CMD Mini Explorer를 이용하여 기반하부 공동 탐사를 위한 실험을 진행하였다. 공동탐사 이외의 외부조건을 통일하기 위해서 나대지에서 실험을 진행하였으며, 기존 지반상태, 공동 모사상태, 공동 및 금속 모사상태에서 각각 탐사를 진행하였다. 탐사 결과, 금속의 존재유무와 관계없이 공동 위치에서 전기비저항 이상대가 나타났으며, 되메움 작업 시 다짐상태에 따라 일어난 지반의 교란이 층 형태의 전기비저항 분포로 나타났다. 따라서, EM방법은 공동 탐사에 있어 충분한 성능을 가지고 있으며, 금속에도 큰 영향을 받지 않는다는 것이 확인되었고, 연약지반에 대한 탐사에도 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.

In this study, a series of dynamic centrifuge tests were performed for a soil-foundation-structural interaction system in dry sand with various embedded depths and superstructure conditions. Sinusoidal wave, sweep wave and real earthquake were used as input motion with various input acceleration and frequencies. Based on the results, a natural period and an earthquake load for soil-structure interaction system were evaluated by comparing the free-field and foundation accelerations . The natural period of free field is longer than that of the soil-foundation-structure system. In addition, it is confirmed that the earthquake load for soil-foundation-structure system is smaller than that of free-field in short period region. In contrast, the earthquake load for soil-foundation-structure interaction system is larger than that of free-field in long period region. Therefore, the current seismic design method, applying seismic loading of free-field to foundation, could overly underestimate seismic load and cause unsafe design for long period structures, such as high-rise buildings.

지반-구조물의 상호작용은 구조물의 동적 해석 및 기초 설계에 있어 지대한 영향을 미침에도 불구하고 그 중요성이 간과되어 왔다. 이는 모델링 과정의 복잡성으로 인해 실무자를 위한 적절한 절차가 미비 하다는 점에서 상당부분 그 이유를 찾을 수 있을것이다. 본 연구에서는 먼저 구조물의 동적 해석이 필수적으로 요구되는 강진지역인 미국 캘리포니아에 위치한 Cal(IT)2 건물을 대상으로지반 경계조건을 달리했을 시 해석상의 차이가 어느 정도 나는지를 검토해 보았다. 기초 모델링 기법의 하나인 Beam on NonlinearWinkler Foundation Model을 Linear Matrix Inequalities Model Reduction 기법을 활용하여 보다 간략하게 사용할 수 있도록 하였다.이렇게 하여 만들어진 대상 건물의 유한요소 모델과 실재 얻어진 가속도 데이터를 비교하여 제시된 방식을 통해 매우 우수한 해석 결과를얻을 수 있음을 보였다.

이 논문에서는 뒷채움이 부실한 묻힌기초 위에 세워진 건축물의 지반증폭계수에 대한 기초묻힘으로 인한 저감계수를 산정하기 위한 연구를 비선형 의사 3D 수평지진해석이 가능한 P3DASS 유한요소 프로그램으로 수행하였다. 지반은 30m 두께로 균질하고탄성과 점성이 있는 등방성 지반으로 단단한 암반 위에 놓인 것으로 가정하였고, 기초는 반경이 10-70m인 등가원형 강체기초로 기초묻힘은 0, 10, 20, 30m인 경우를 고려하였다. 지진해석은 노두에서 실측한 7개 지진기록의 유효지진가속도를 0.1g로 조정한 후 연약지반밑 암반에서의 지진기록을 생성하여 수행하였다. 연구 결과에 의하면, 매우 연약한 지반에 깊게 묻힌 뒷채움이 부실한 소형기초인 경우를제외하고는 지반증폭계수가 기초묻힘비가 깊어 질수록 점진적으로 감소하고 기초크기에 따른 편차는 크지 않은 것으로 평가되었다. 따라서 뒷채움이 부실한 묻힌기초의 지반증폭계수를 설계기준에 주어진 지표면기초의 지반증폭계수에 곱해서 구할 수 있는 표준저감계수를전단파속도와 지반종류에 따라 제안하였다. 이 표준저감계수는 지반의 평균전단파속도에 따라 보간하여 사용할 수도 있다.

이 논문에서는 연약지반에 세워진 건축물의 지진해석을 위해서 기준의 지반증폭계수에 대한 기초묻힘으로 인한 저감계수를 산정하는 연구를 비선형 의사 3D 지진해석이 가능한 P3DASS 유한요소 프로그램으로 수행하였다. 지반은 30m 두께로 균질하고 탄성과 점성이 있는 등방성 연약한 지반으로 암반 위에 놓인 것으로 가정하였고, 기초는 반경이 10-70m인 등가원형 강체기초로 기초묻힘은 0, 10, 20, 30m인 경우를 고려하였다. 지진해석은 노두에서 실측한 7개 지진기록의 유효지진가속도를 0.1g로 조정한 후 연약지반 밑 암반에서 지진기록을 생성하여 수행하였다. 연구에 의하면 매우 연약한 지반에 소형기초가 깊게 묻힌 경우 외에는 지반증폭계수가 점진적으로 감소하고 기초크기에 따른 편차도 크지 않은 것으로 평가되어 기초반경 별로 구한 저감계수에 대한 평균에 표준편차를 더한 저감계수를 기초묻힘에 따른 표준저감계수로 산정하였다. 지반증폭계수에 대한 표준저감계수를 실용화와 KBC 등의 기준을 위해 지반의 평균전단파속도와 지반종류에 따라 제안하였다.

연성방호책 지주(post)의 설계 지반물성치를 파악하고 이를 이용한 해석방법을 수립하기 위한 방법으로서 공내재하시험(PMT)의 사용가능성을 검토하였다. 공내재하시험 결과를 이용하여 지주의 휨모멘트 및 하중-변위관계를 예측할 수 있는 해석방법의 수립가능성을 검토하였다. 모형지반과 모형지주를 이용한 정재하시험을 실시하여 하중-변위의 발생패턴과 크기를 분석하였으며 이를 공내재하시험 해석방법으로부터 구한 결과값과 비교하여 공내재하시험 해석방법의 타당성을 검토하였다. 또한 모형차(bogie)를 이용하여 모형 지주에 대한 충격시험을 실시하여 지주주변지반의 파괴형태를 파악하였으며 측정된 최대감가속도로부터 정적지지력 대비 동적지지력의 발생크기를 분석하였다. 이와 같은 시험 및 해석결과로부터 공내재하시험이 방호책 지주와 도로지반 사이의 역학적 상호연관성을 분석하기 위한 합리적인 시험방법이 될 수 있음을 확인하였다.

교통하중하의 포장구조체에 대한설계나 비선형해석에 있어 도로하부재료의 회복변형특성이 활용되고 있으나 국내에서는 관련연구가 매우 미진한 실정이다. 또한 매우 제한적인 범위의 자료만이 회복탄성계수를 추정하는데 활용되고 있어 본 연구에서는 도로기초 지반재료인 보조기층과 노상토를 대상으로 비선형특성을 파악하기 위한 반복재하 회복탄성계수 시험을 실시하였다. 또한 이를 토대로 응력조건을 고려한 회복탄성계수 예측모델과 적합한 응력의존 모델을 결정하고 이를 이용하여 유한요소 해석방법을 활용하여 포장체 및 도로하부 지반재료에 대한 거동을 파악하였다.

본 연구의 목적은 국내 실정에 적합한 원전 기초지반의 지진안정성을 평가할 수 있는 적절한 해석모델을 제시하는 것이다 입력지진의 작용방향, 경계조건, 해석모델의 폭 및 깊이, 단층연약대의 모델링방법 등의 해석조건에 대하여 활동면해석법, 등가정적해석법, 동적해석법을 적용하였다. 해석결과 측면경계조건은 등가정적 해석시 수평롤러, 동적해석시 전달경계, 해석영역의 폭은 구조물 폭의 5배 이상, 깊이는 구조물 폭의 2배 이상을 적용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

본 논문에서는 이웃한 빌딩의 기초가 서로 상이한 경우, 구조물과 지반의 상호작용에 대한 지진응답해석을 하였다. 세 가지 시스템에 대한 두 가지 모델에 대하여 연구하였다. 첫째 모델의 경우에는 빌딩은 프레임모델로 지반은 그리드모델로 설정하였고, 둘째 모델의 경우에는 구조물과 지반을 평면응력과 평면변형률로 모델화하였다. 또한 변형된 관성모멘트는 지반의 탄성모듈과 함께 구조물의 단면력에 영향을 미치므로 함께 고려되었다. 근사해석으로는 유한요소법과 응답스펙트럼이 적용되었으며 제시된 예를 통하여 안전성을 논증하였다.

본 연구의 목적은 비선형 흙-구조물 상호 작용문제를 연구하기 위한 계산 절차를 개발하는 것이다. 흙-구조물 상호 작용 거동을 연구하기 위하여 연직과 수평하중을 동시에 받은 대상기초와 강널말뚝으로 보강된 기초지반에 대한 유한 요소 수치해석을 하였으며 흙과 기초구조물 사이의 상호작용 거동을 모델하기 위하여 접합요소를 사용하였다 주 해석 결과는 다음과 같다. 1. 침하와 측방변위의 예측에 대해서는, 접합요소를 사용한 결과가 더 큰 값을 얻었다. 2. 극한지지력 결정에 대해서는 접합요소를 사용한 경우가 약 12%정도 더 작게 나타났다 3. 대상기초의 수평과 연직변위는 접합요소의 영향을 받았다.

구조물의 지진해석시 구조물-지반 상호작용의 영향을 무시할 수 없으며, 기초지반강성에 따른 구조물의 지진응답에 커다란 차이가 있다는 것은 이미 잘 알려져 있다. 이러한 인식에도 불구하고, 현재 벽식구조 아파트의 지진해석시 기조지반의 특성을 무시하고 기초가 매우 단단한 것으로 가정하여 지진해석을 수행하고 있다 본 연구에서는 구조형식이 독특한 의식구조 아파트 지진해석을 연약지반을 고려하여 수행하고, 지진응답을 암반과 UBC-97 지반조건의 연약지반을 고려한 지진응답과 비교분석하였다. 깊은 연약지반 위에 세워진 중, 저층 벽식구조 아파트의 내진거동은 기조의 절연효과로 지진응답이 크게 감소된 강체거동을 보여 UBC-97 설계응답스펙 트럼으로 내진설계를 하는 것은 보수적인 설계로 안전은 하지만 상당히 비경제적인 것으로 판단되었다.