The damage to structures during an earthquake can be varied depending on the frequency characteristics of seismic waves and the geological properties of the ground. Therefore, considering such attributes in the design ground motions is crucial. The Korean seismic design standard (KDS 17 10 00) provides design response spectra for various ground classifications. If required for time-domain analysis, ground motion time series can be either selected and adjusted from motions recorded at rock sites in intraplate regions or artificially synthesized. Ground motion time series at soil sites should be obtained from site response analysis. However, in practice, selecting suitable ground motion records is challenging due to the overall lack of large earthquakes in intraplate regions, and artificially synthesized time series often leads to unrealistic responses of structures. As an alternative approach, this study provides a case study of generating ground motion time series based on the hybrid broadband ground motion simulation of selected scenario earthquakes at sites in the Nakdonggang delta region. This research is significant as it provides a novel method for generating ground motion time series that can be used in seismic design and response analysis. For large-magnitude earthquake scenarios close to the epicenter, the simulated response spectra surpassed the 1000-year design response spectra in some specific frequency ranges. Subsequently, the acceleration time series at each location were used as input motions to perform nonlinear 1D site response analysis through the PySeismoSoil Package to account for the site response characteristics at each location. The results of the study revealed a tendency to amplify ground motion in the mid to long-period range in most places within the study area. Additionally, significant amplification in the short-period range was observed in some locations characterized by a thin soil layer and relatively high shear wave velocity soil near the upper bedrock.

일반적으로 속도 펄스를 가진 지반운동이 속도 펄스가 없는 지반운동에 비하여 구조물에 보다 큰 손상을 줄 수 있다고 알려져 있다. 지진가속도기록으로부터 속도 펄스의 유무의 판정과 이를 정량화하는 연구가 현재 많이 진행되어 오고 있다. 기존 지진기록들을 단 층으로 떨어진 거리를 기준으로 원거리 지진과 근거리 지진으로 구분하였다. 또한, 근거리 지진은 속도 펄스의 유무를 정량화하여 펄 스를 가진 지진과 펄스를 가지지 않은 지진으로 구분하였다. 최종적으로 각 지진그룹별로 40개의 원거리지진, 40개의 속도 펄스를 가 진 근거리 지진과 40개의 속도 펄스를 가지지 않은 근거리 지진을 선정하였으며, 총 120개 지진가속도 기록을 지진취약도 평가를 위 한 지진해석에 사용하였다. 세 그룹의 지진을 이용하여 납-고무받침과 탄성받침을 가진 두 종류의 예제교량에 대한 지진응답을 평가 하여 확률론적 지진요구도 모델을 작성하였다. 확률론적 지진요구도 모델을 이용하여 지진취약도 해석을 수행하여 속도 펄스의 유무 에 따른 지진취약도 영향을 분석하였다. 지진파의 속도 펄스 유무에 따른 지진취약도 곡선의 비교 결과로부터, 속도 펄스를 가진 지진 의 지진취약도가 속도 펄스가 없는 지진의 지진취약도가 약 3배~5배 정도 정도 크게 나타난다. 이는 속도 펄스를 가진 지진의 경우가 그렇지 않은 지진의 경우에 비하여 교량의 손상 피해가 크다는 것을 의미한다.

2004년 5월 29일 발생한 울진해역지진(Mw 5.1)과 관련된 대기 인프라사운드 신호가 철원(진앙 거리 321 km) 및 대전(256 km) 관측소에 기록되었다. 신호의 지속시간은 수 분 이상이며, 음원 방향을 지시하는 후방-방위각은 28 o 이상의 큰 변화를 보였다. 역-투사 방법과 신호 감쇄 보정 결과, 인프라사운드 신호는 삼척-울진-포항까지 연결되는 약 4,600 km2 면적의 지반운동으로 발생하였으며, 음원 최대 크기(BSP)는 11.1 Pa로 계산되었다. 이 결과는 최대지반가속 도(PGA) 자료로 계산한 음원 최대 크기(PSP)와도 부합하고 있으며, 지진 발생 당시 인프라사운드 신호 탐지를 가능케 했던 최소 지반운동은 ~3.0 cm s−2 이상으로 확인되었다. 울진해역지진이 비록 동해 해역에서 발생하였지만, 진앙과 가 까운 강원도 남부-경상북도의 고지대를 따라 전파한 표면파의 지반운동으로 회절 인프라사운드가 효과적으로 발생한 것으로 해석된다. 인프라사운드 관측을 통한 원거리 지진 지반운동 특성 추정 방법은 지진관측망이 설치되어 있지 않거나 관측소 수가 적은 지역을 대상으로 활용이 가능할 것이다.

액체저장탱크의 지진 거동은 유체-구조물 상호작용에 의해 복잡하게 나타나므로, 이 시스템의 지진응답과 피해를 정확하게 예측 하기 위해서는 이를 엄밀히 고려하여야 한다. 이 연구에서는 유체-구조물 상호작용을 엄밀히 고려하여 양방향 수평 지반운동이 작용 하는 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 수행하고 그 응답 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 지진하중 작용 시 발생하는 유체 동수압을 유한요소 기법을 사용하여 산정하고, 이 동수압을 구조물의 유한 요소에 작용하여 전체 시스템의 동적 거동을 모사한다. 예제 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 통하여 대상 시스템의 동적 거동은 양방향 수평 지반운동이 작용하는 방위각에 의해 유의미한 영향을 받음을 확인할 수 있다. 그러므로 직사각형 액체저장탱크의 내진설계를 수행하거나 내진성능을 검토할 때는 이러한 특성을 고려하여야 할 것이다.

In a seismic design, a structural demand by an earthquake load is determined by design response spectra. The ground motion is a three-dimensional movement; therefore, the design response spectra in each direction need to be assigned. However, in most design codes, an identical design response spectrum is used in two horizontal directions. Unlike these design criteria, a realistic seismic input motion should be applied for a seismic evaluation of structures. In this study, the definition of horizontal spectral acceleration representing the two-horizontal spectral acceleration is reviewed. Based on these methodologies, the horizontal responses of observed ground motions are calculated. The data used in the analysis are recorded accelerograms at the stations near the epicenters of recent earthquakes which are the 2007 Odeasan earthquake, 2016 Gyeongju earthquake, and 2017 Pohang earthquake. Geometric mean-based horizontal response spectra and maximum directional response spectrum are evaluated and their differences are compared over the period range. Statistical representation of the relations between geometric mean and maximum directional spectral acceleration for horizontal direction and spectral acceleration for vertical direction are also evaluated. Finally, discussions and suggestions to consider these different two horizontal directional spectral accelerations in the seismic performance evaluation are presented.

The site coefficients in the common requirements for seismic design codes, which were promulgated in 2017, were reevaluated and the standard design spectrum for soil sites were newly proposed in order to ensure the consistency of the standard design spectra for rock and soil sites specified in the common requirements. Using the 55 ground motions from domestic and overseas intraplate earthquakes, which were used to derive the standard design spectrum for rock sites, as rock outcropping motions, site response analyses of Korean soil were performed and its ground-motion-amplification was characterized. Then, the site coefficients for soil sites were reevaluated. Compared with the existing site coefficients, the newly proposed short-period site coefficient Fa increased and the long-period site coefficient Fv decreased overall. A new standard design spectrum for soil sites was proposed using the reevaluated site coefficients. When compared with the existing design spectrum, it could be seen that the proposed site coefficients and the standard design spectrum for soil sites were reasonably derived. They reflected the short-period characteristics of earthquake and soil in Korea.

Current seismic design provisions such as ASCE 7-10 provide criteria for selecting ground motions for conducting response history analysis. This study is the sequel of a companion paper (I – Ground Motion Selection) for assessment of the ASCE 7-10 criteria. To assess of the ASCE 7-10 criteria, nonlinear response history analyses of twelve single degree of freedom (SDF) systems and one multi-degree of freedom (MDF) system are conducted in this study. The results show that the target seismic demands for SDF can be predicted using the mean seismic demands over seven and ten ground motions selected according to the proposed method within an error of 30% and 20%, respectively

In low to moderate seismic regions, there are limited earthquake ground motion data recorded from past earthquakes. In this regard, th e Gyeongju earthquake (M=5.8)occurred on September 12, 2016 produces valuable information on ground motions. Ground motions w ere recorded at various recording stations located widely in Korean peninsula. Without actual recoded ground motions, it is impossible t o make a ground motion prediction model. In this study, a point source model is constructed to accurately simulate ground motions rec orded at different stations located on different soil conditions during the Gyeongju earthquake. Using the model, ground motions are ge nerated at all grid locations of Korean peninsula. Each grid size has 0.1°(latitude)x0.1°(longitude). Then a contour hazard map is constr ucted using the peak ground acceleration of the simulated ground motions

이 연구에서는 3축 방향 지반운동이 작용하는 지반-구조물 상호작용계의 비선형 지진응답 해석을 수행한다. 비선형 거동이 예상되는 구조물과 지반의 근역은 비선형 유한요소에 의해 모형을 구성한다. 기하학적 형상과 재료 성질이 균일하고 선형 거동을 가정하는 원역지반은 무한 영역으로의 에너지 방사를 정확히 고려할 수 있는 3차원 perfectly matched discrete layer에 의해 수치 모형을 구성한다. 이와 같은 지반-구조물 상호작용계의 수치모형을 사용하여 3축 방향 지반운동이 작용하는 비선형 지진-구조물 상호작용계의 지진응답해석을 수행한다. 3축 방향 지반운동이 작용하는 경우에는 입력 지반운동의 특성에 따라 시스템의 응답이 우세하게 발현되는 방향이 존재하고 그 수준 또한 정밀한 지진응답해석을 통해 산정하여야 한다. 이 연구의 해석기법은 구조물과 지반의 재료 비선형 거동, 기초와 지반 경계면에서의 경계 비선형 거동 등 다양한 비선형 지반-구조물 상호작용 해석에 확장 적용할 수 있을 것이다.

이 연구에서는 3축 방향 지반운동이 작용하는 지반-구조물 상호작용계의 비선형 지진응답 해석을 수행한다. 비선형 거동 이 예상되는 구조물과 지반의 근역은 비선형 유한요소에 의해 모형을 구성한다. 기하학적 형상과 재료 성질이 균일하고 선 형 거동을 가정하는 원역지반은 무한 영역으로의 에너지 방사를 정확히 고려할 수 있는 3차원 perfectly matched discrete layer에 의해 수치 모형을 구성한다. 이와 같은 지반-구조물 상호작용계의 수치모형을 사용하여 3축 방향 지반운동이 작용 하는 비선형 지진-구조물 상호작용계의 지진응답해석을 수행한다. 3축 방향 지반운동이 작용하는 경우에는 입력 지반운동의 특성에 따라 시스템의 응답이 우세하게 발현되는 방향이 존재하고 그 수준 또한 정밀한 지진응답해석을 통해 산정하여야 한 다. 이 연구의 해석기법은 구조물과 지반의 재료 비선형 거동, 기초와 지반 경계면에서의 경계 비선형 거동 등 다양한 비선 형 지반-구조물 상호작용 해석에 확장 적용할 수 있을 것이다.

This study is the sequel of a companion paper (I. Algorithm) for assessment of the seismic performance evaluation of structure using ground motions selected by the proposed algorithm. To evaluate the effect of the correlation structures of selected ground motions on the seismic responses of a structure, three sets of ground motions are selected with and without consideration of the correlation structure. Nonlinear response history analyses of a 20-story reinforced concrete frame are conducted using the three sets of ground motions. This study shows that the seismic responses of the frames vary according to ground motion selection and correlation structures.

Considering a rigorously fluid-structure interaction, a method for an earthquake response analysis of a floating offshore structure subjected to vertical ground motion from a seaquake is developed. Mass, damping, stiffness, and hydrostatic stiffness matrices of the floating offshore structure are obtained from a finite-element model. The sea water is assumed to be a compressible, nonviscous, ideal fluid. Hydrodynamic pressure, which is applied to the structure, from the sea water is assessed using its finite elements and transmitting boundary. Considering the fluid-structure interaction, added mass and force from the hydrodynamic pressure is obtained, which will be combined with the numerical model for the structure. Hydrodynamic pressure in a free field subjected to vertical ground motion and due to harmonic vibration of a floating massless rigid circular plate are calculated and compared with analytical solutions for verification. Using the developed method, the earthquake responses of a floating offshore structure subjected to a vertical ground motion from the seaquake is obtained. It is concluded that the earthquake responses of a floating offshore structure to vertical ground motion is severely influenced by the compressibility of sea water.

본 연구에서는 중저준위 방사성 폐기물 처분장의 지진위험도 평가를 위한 평가용 입력지반운동을 도출하였다. 방사성 폐기물 처분장 부지를 대상으로 한 지진재해도 평가를 수행하여 재해도 곡선을 도출하였으며 도출된 재해도 곡선을 바탕으로 등재해도 스펙트럼을 산정하였다. 등재해도 스펙트럼에 부합하는 30개의 인공지진파를 생성하여 해당 부지의 지반을 대상으로 한 부지응답해석을 수행하였다. 대상부지에 대한 부지응답해석을 통하여 지표면과 처분동굴의 상단과 하단부에서의 입력지진운동을 구하였고 각각의 평균값을 구하여 방사성 폐기물 처분장의 리스크 평가를 위한 평가용 응답스펙트럼을 제시하였다.

최근의 근단층지반운동인 Northridge 지진(1994, 미국), Kobe 지진(1995, 일본), Izmit 지진(1990, 터키)은 큰 수직성분의 영향으로 건축물 및 교량에 심각한 손상을 주었다. 일반적인 건축구조물의 내진설계에서 지진하중의 수직성분을 고려하여 설계하는 경우는 드물다. 본 연구에서는 지진하중의 수직성분 영향의 고려 유무에 따른 예제구조물의 기둥부재의 축력의 변화와 부재 단부의 소성힌지회전각을 산정하여 시스템의 손상상태를 평가하여 보았다. 해석결과 축력의 증가는 기둥부재의 손상에 의한 전체 구조시스템의 story collapse mechanism의 가능성을 주게 되므로 근단층지반운동이 예상되는 부분에서는 지진하중의 수직성분에 대한 영향을 고려하여야할 것으로 판단된다.

이 논문에서는 안정대륙권역(Stable Continental Regions, SCRs)에서의 중규모 지진에 의한 근단층지반운동(Near Fault Ground Motion, NFGM) 모델을 처음으로 제시한다. 근단층지반운동은 큰 진폭의 장주기 속도 펄스를 갖는 특징을 가지고 있다. 이 속도 펄스를 모델링하기 위해서는 그 주기와 진폭을 지진의 규모와 단층거리의 함수로 표현할 수 있어야 한다. 그런데 안정대륙권역에서는 관측 자료가 빈약하여 지진데이터로부터 이 관계식을 직접 유도하는 것은 어렵기 때문에 이 연구에서는 간접적인 접근법을 채택하였다. 속도 펄스의 주기와 진폭은 단층파열의 상승시간과 파열속도의 함수임이 알려져 있고 활성구조권역(Active Tectonic Regions, ATRs)에 속하는 미국 서부지역에서는 실험적 공식이 확립되어 있다. 안정대륙권역에서의 상승시간과 단층파열속도의 지진규모에 대한 함수관계는 WUS와 CEUS에서의 자료를 비교하여 도출하였다. 이 관계식들로부터 안정대륙권역에서의 NFGM의 속도 펄스의 주기와 진폭을 지진규모 및 단층 거리에 대한 관계식으로 유도하였다. 안정대륙권역에서의 NFGM의 가속도 시간이력은 추계학적으로 생성된 원역지진지반가속도에 새로운 관계식에 의한 속도 펄스를 중첩하여 얻어진다. 적용 예제로서 탄소성 단자유도 시스템의 근단층지반운동에 대한 응답을 분석하였다.

This paper presents the seismic assessment of the effect of vertical ground motion on the three-story RC building with different geometric configurations considering the vertical-to-horizontal peak ground acceleration (V/H) ratio increases. The effects of a suite of earthquake ground motion records on three-story RC buildings are presented and the results are compared with the case of horizontal only excitation. Interstory drift was considered as a global failure criterion, while the curvature ductility and shear capacity of structural members were monitored to assess failure on a local level. The effect of vertical ground motion on axial force and shear capacity is also investigated.

The selection of appropriate ground motions and reasonable modification are becoming increasingly critical in reliable prediction on seismic performance of structures. A widely used amplitude scaling approach is not sufficient for robust structural evaluation considering a site specific seismic hazard because only one spectral value is matched to the design spectrum typically at the structural fundamental period. Hence alternative approaches for ground motion selection and modifications have been suggested. However, there is no means to evaluate such methodologies yet. In this study, it is focused to describe the main questions resided in the amplitude scaling approach and to propose a regression model for structural damage as point of comparison. Spectrum compatible approach whose resulting spectrum matches the design spectrum at the entire range of the structural period is considered as alternative to be compared to the amplitude scaling approach. The design spectrum is generated according to ASCE7-05.

The difference in phase and amplitude of ground motions recorded in different locations is generally known as spatial variation of seismic ground motions. This study focuses on the effects of spatial variation of earthquake ground motion on responses of adjacent buildings. The adjacent frame buildings are modeled considering soil-structure interaction (SSI) so that all the buildings can have interaction with each other under non-uniform ground motions. Based on Fast Fourier Transformation, spatially correlated non-uniform ground motions are generated compatible with known spectrum density function at different locations. Numerical analyses are carried out and the results are presented in terms of related parameters affecting the structural response using three different types of soil site classes. The results show that the effects of ground motion spatial variation are different for different site classes. The effect is more significant on rock site rather than clay site.