본 논문에서는 반복하중에 의한 반복 경화 및 연화 현상을 나타낼 수 있는 수정 IWAN 모델을 이용하여, 1차원 비선형 부지응답 해석프로그램(이하 KODSAP; Kaist One Dimensional Site-response Analysis Program)을 개발하였다. 개발된 프로그램은 지진하중 재하에 따른 지반의 반복경화 및 연화현상에 의한 부지응답 특성 변화를 재현할 수 있다. KODSAP을 이용하여 기반암 상부 40m인 모형지반의 반복경화 및 연화 정도, 지진가속도의 크기에 따른 부지응답특성 변화를 살펴 보았으며, 현재 실무에서 널리 적용되고 있는 등가선형, 비선형해석과 KODSAP 해석결과(지반의 반복경화 및 연화현상을 고려한)과의 차이점을 살펴 보았다.

본 논문에서는 동반된 논문에서 제안된 수정 병렬 IWAN 모델의 적용성을 금강 모래와 토요라 모래를 대상으로 비틂전단실험을 수행하여 검증하였다. 두가지 사질토에 대해서 대칭 하중과 불규칙 하중을 반복 재하하여 실험을 수행하였다. 제안된 모델의 변수는 다양한 상대밀도와 구속압 조건하에서 대칭 반복하중을 재하하여 결정하였다. 시험 결과, 하중반복회수가 증가함에 따라 발생하는 사질토의 반복경화거동을 수정 병렬 IWAN 모델로 표현 가능하였으며, Pyke(1979)에 의해 제안된 불규칙 하중 형태를 이용한 실험결과를 실험 조건이 유사한 대칭 반복하중 재하실험 결과로 얻어진 모델 변수를 이용하여 예측한 결과 실험 결과와 잘 일치함을 알 수 있었다.

본 논문에서는 기존 IWAN 모델을 수정하여 사질토 지반의 반복경화 현상을 나타낼 수 있는 지반의 반복경화모델을 개발하였다. 일반적으로 동적하중을 받는 지반재료는 하중 반복회수에 따라 동적 거동특성이 변화하게 되며 이는 반복 경화 및 연화현상으로 나타난다. 본 논문에서는 등방 경화 또는 등방 연화 거동을 하는 스프링슬라이더 요소를 기존 병렬 IWAN 모델에 추가함으로써 지반의 동적 변형특성 표현이 가능하였다. 등방 경화 거동을 보이는 요소들의 항복 응력은 각각 반복 경화함수에 의하여 증가하도록 정의되었으며, 반복 경화함수는 대칭 한계를 가지는 동적 비틂전단 시험결과로부터 정의되었다. 이렇게 정의된 반복 경화함수는 지반의 동적 변형 특성을 묘사하기 위하여 하나의 독립 변수를 가지게 되며, 사용된 독립변수는 지반의 동적 한계 변형률의 특성을 포함하는 누적전단변형률로 사용되었다. 누적 전단변형률은 반복 전단한계 변형률 이상의 변형률의 누적으로 정의되며, 역재하 및 재재하 곡선에서는 Masing의 법칙을 적용하여 계산될 수 있다. 본 논문에서는 모델의 개발과정을 서술하였고, 모델에 대한 검증은 동반논문인 검증편에 설명하였다.