Seismic fragility curves play a crucial role in assessing potential seismic losses and predicting structural damage caused by earthquakes. This study compares non-sampling-based methods of seismic fragility curve derivation, particularly the probabilistic seismic demand model (PSDM) and finite element reliability analysis (FERA), both of which require employing sophisticated finite element analysis to evaluate and predict structural damage caused by earthquakes. In this study, a three-dimensional finite element model of API 5L X65, a buried gas pipeline widely used in Korea, is constructed to derive seismic fragility curves. Its seismic vulnerability is assessed using nonlinear time-history analysis. PSDM and a FERA are employed to derive seismic fragility curves for comparison purposes, and the results are verified through a comparison with those from the Monte Carlo Simulation (MCS). It is observed that the fragility curves obtained from PSDM are relatively conservative, which is attributed to the assumption introduced to consider the uncertainty factors. In addition, this study provides a comprehensive comparison of seismic fragility curve derivation methods based on sophisticated finite element analysis, which may contribute to developing more accurate and efficient seismic fragility analysis.

도시기반 라이프라인은 지진발생시 시설물의 붕괴뿐만 아니라 붕괴로 인한 도시기능 마비, 대형화재와 같은 2차 피해를 동반하여 막대한 사회·경제적 손실을 야기할 것으로 예측된다. 이에 대한 대비책으로 국내에서는 지진재해대응시스템을 운영 중이며, 지진재해대응시스템은 각 시설물별 지진취약도 모델을 통해서 시설물의 파괴확률을 산정하고, 지진재해 정도를 평가한다. 따라서 본 논문에서는 국내 지반특성을 고려하여 도시기반 라이프라인 시설물 중 매설가스배관의 시간이력 해석을 수행하였고, 확률론적인 해석방법인 최우도추정법을 이용하여 지진취약도 모델을 개발하였다. 해석모델은 국내 대표도시인 서울지역에 매설된 고압관과 중압관으로 선정하였으며, 지반의 모델링은 Winkler foundation 모델을 이용하였다. 또한 개발된 취약도 모델의 GIS 적용방안을 제시하였다.

PURPOSES : Compared to the criteria from advanced countries, Korea has conservative criteria for the buried depth of pipeline (about 30~70cm deeper) causing the waste of cost and time. Therefore, this research investigated the effect of various buried depths of pipeline on pavement performance in order to modify the criteria to be safe but economical. In addition, a recycled aggregate which is effective in economical and environmental aspect was evaluated to be used as a refilling material. METHODS : In this study, total 10 pilot sections which are composed with various combinations of pavement structure, buried depth of pipeline, and refilling material were constructed and the telecom cable was utilized as a buried pipeline. During construction, LFWD (Light Falling Weight Deflectometer) tests were conducted on each layer to measure the structural capacity of underlying layers. After the construction is completed, FWD (Falling Weight Deflectometer) tests and moving load tests were performed on top of the asphalt pavement surface. RESULTS : It was found from the LFWD and FWD test results that as the buried depth decrease, the deflections in subbase and surface layer were increased by 30% and 5~10%, respectively, but the deflection in base layer remained the same. In the moving load test, the longitudinal maximum strain was increased by 30% for 120mm of buried depth case and 5% for 100mm of buried depth case. Regarding the effect of refilling material, it was observed that the deflections in subbase and surface layer were 10% lager in recycled aggregate compared to the sand material. CONCLUSIONS : Based on the testing results, it was found that the change in buried depth and refiliing material would not significantly affect the pavement performance. However, it is noted that the final conclusion should be made based on an intensive structural analysis for the pavement under realistic conditions (i.e., repeated loading and environmental loading) along with the field test results.

본 연구에서는 국내에서 널리 사용되고 있는 매설가스배관인 API X65에 대해 지진 취약도 해석을 수행하였다. 이를 위해, 15가지 경우의 배관 해석모델에 대해 12본 세트의 다양한 지진파를 0.1g 등간격으로 스케일링하여 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 비선형 시간이력해석으로 얻어진 매설가스배관의 최대 변형률을 이용하여 지진취약도 해석을 수행하였다. 지진 취약도 해석을 위해 본 연구에서는 또한, 지반조건, 단부지점조건, 매립깊이 및 배관형태 등을 변수로 고려하여 지진 취약도 해석을 수행하였다. 지진 취약도 해석결과, 지반조건, 단부지점조건 및 매립깊이는 매설가스배관의 취약도 곡선에 영향을 끼치는 것으로 판단되었고, 특히 지반조건이 미치는 영향은 다른 두 변수에 비해 다소 큰 것을 확인할 수 있었다. 반면에, 배관형태가 취약도 곡선에 미치는 영향은 미미한 것을 알 수 있었다. 종합적으로, 매설가스배관의 지진 취약도 해석과 관련된 연구가 많지 않은 현실을 감안할 때, 본 연구결과는 매설가스배관의 지진 취약성 평가해석에 초석으로 고려되어질 수 있고, 추후 관련분야 연구에 좋은 참고자료가 될 것으로 사료된다.

본 연구에서는 국내에서 많이 사용되고 있는 매설가스배관인 X65를 선택하여 매설가스배관의 형태, 매설된 지반의 특성, 단일 및 복합입력지진파 그리고 매설깊이 등을 변수로 하여 시간이력 지진응답해석을 수행하였다. 해석적으로 예측된 변형률 및 상대변위는 국내도시가스 배관의 내진설계 세부기술기준에서 제시하고 있는 허용변형률 및 허용변위역량과 비교하였다. 비교해석결과, 배관의 변형률은 매설깊이와 지반조건에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 상대변위의 경우, 축 방향 상대변위는 매설깊이에 따른 영향을 받지 않는 반면에, 횡 방향 상대변위는 매설깊이와 지반조건에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구결과는 향후 매설가스배관의 지진건전도 평가에 좋은 자료를 제공할 것으로 사료된다.

본 연구는 각종 매설관의 경계조건에 따른 동적 거동에 대한 연구이다. 축방향 및 축직각방향에 대한 거동을 조사하였다. 매설관은 탄성기초 위에 놓인 보요소로 모형화하였고, 지진파는 정현파 형태의 지반 변위로 적용하였다. 매설관의 고유진동수와 모드 형태 그리고 매개변수의 영향을 조사하기 위해 자유 진동에 대한 해석을 수행했다. 그리고 지반진동에 대한 거동을 조사하기 위해 자유진동 해석을 통해 얻어진 고유진동수와 모드 형태를 이용하여 강제 진동에 대한수식을 유도하였다. 자유 진동시 매설관의 고유진동수에 가장 큰 영향을 미치는 것은 지반 강성과 매설관의 길이였다. 지반진동의 전파방향과 전파속도 그리고 진동수에 대한 콘크리트관, 강관, FRP관의 동적거동을 연구하였고 그 결과를 비교하였으며 다양한 단부경계조건에 대한 동적거동해석을 통해 매설관의 종류와 단부경계조건에 따른 최대 변형률 발생지점을 산정하였다.

지진 발생시 매립지반과 같은 연약지반에 위치하게 되는 지중매설관로는 액상화-영구지반변형에 의해 심각한 규모의 구조적인 손상이 발생할 수 있는 특징을 가지고 있다. 이 경우 매설관로의 거동특성 해석은 수치모형 및 해석적 관계식의 적용을 통해 주로 수행되는데, 특히 횡방향 지반변형을 받는 지중매설관로에 대한 해석적 관계식의 경우. 횡방향 지반변형의 폭에 따라서 해석적 관계식 자체가 이원화되는 단점을 가지고 있는 동시에 액상지반의 특징인 지반강성의 감소로 야기되는 다양한 지반변형의 형상을 반영하지 못하는 단점을 가지고 있다. 그러므로 본 연구에서는 먼저 기존의 해석적 관계식을 개략적으로 살펴본 후, 유한요소 해석과의 비교를 통해 기존의 해석적 관계식이 가지고 있는 적용적 한계성을 검토하였으며, 전체적인 매설관로의 거동을 케이블과 빔의 조합된 형태로 고려하고 지반변형의 다양한 형상을 대변하는 상호작용 형상계수를 도입함으로써 지반변형의 폭과 무관하게 적용될 수 있는 동시에 다양한 지반변형의 형상을 반영할 수 있는 개선된 형태의 해석적 관계식을 제안하였다. 제안된 해석식의 합리적 적용성과 객관적 타당성을 검증하기 위해 지반변형의 크기와 형상 변화에 따른 수치해석을 수행하고 이를 유한요소 해석결과와 비교하였으며, 지반변형의 크기 및 형상변화에 따른 매설관의 거동특성 변화 및 그 의의를 분석하였다.

Response analysis of buried pipeline subjected to permanent ground deformation(PGD) due to liquefaction is mainly executed by use of numerical analysis or semi-analytical relationship, When applying these methods, so called interfacial pipelineㆍsoil interaction force plays an dominant part. Currently used interaction force is mode up of indispensable mechanical and physical components for the response analysis of buried pipeline. However, it has somewhat limited applicability to the liquefied region since it is based on the experimental results for the non-liquefied region. Therefore, in this study, improved type of pipelineㆍsoil interaction force is proposed based on the existing interaction force and experimental research accomplishments. Above all, proposed interaction force includes various patterns of PGD or spatial distributions of interaction force caused by the decrease of soil stiffness. Through the comparison of numerical results using the proposed and the existing interaction force, relative influences of interaction force on the response of pipeline are evaluated and noticeable considerations in the application of semi-analytical relationship are discussed. Moreover, analyses due to the change of pipe thickness and burial depth are performed.

본 연구에서는 액상화-종방향 영구지반변형에 대한 지중매설관로의 거동특성을 해석하기 위하여 수치해석 알고리즘을 개발하였다. 기존의 연구결과가 간략한 해석식의 제안을 중심으로 진행되어 왔으며 영구지반변형의 형상과 폭에 따라 해석방법이 달라지는 단점을 가지고 있었던 것을 고려한다면, 개발된 수치해석 기법은 다양한 영구지반변형의 형상과 폭을 단일한 알고리즘 내에서 처리할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 연속관 형태의 지중매설관로와 주변지반을 보요소와 등가지반강성으로 표현되는 탄-소성 지반 스프링을 이용하여 모형화하였으며, 지진발생시 실측된 지반변형에 기초하여 영구지반변형의 형상을 5가지의 대표적인 형태로 이상화하여 고려하였다. 국내 계기지진피해사례의 부족으로 인하여 영구지반변형의 크기와 지반변형의 폭은 기존의 연구결과를 참조하여 설정하였으며, 국내에서 사용되는 일반적인 강관을 대상으로 지반변형의 형상과 크기 및 폭, 매설관로의 관경, 관두께 등을 변화시켜 가면서 다양한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과, 종방향 영구지반변형에 대한 매설관로의 거동에 미치는 주요 인자들의 영향정도를 평가할 수 있었다.

본 논문에서는 유한요소해석을 통하여 부등침하를 받는 매설관 기초지반 보강의 적용성과 지반보강 상호작용에 의하여 매설관 연결부 하부에서의 부등침하를 최소화 할 수 있는 방안에 관하여 다루었다. 매설관의 일단이 구조물에 고정되어 있는 경계조건에 대하여 상호비교하여 지반보강에 따른 응력전이 효과와 이로인한 배설관 침하억제 효과를 수치적으로 분석하였다.

There are weaknesses of water-pipe buried at river because of difficulty like to invisible exposure by scour. These weaknesses cause flotation, deformation and damage of pipeline. Therefore, this paper presents the survey instrument applying GNSS that KISTEC has recently introduced. Also, we has verified reliability by discovering exposed water-pipe on field