Abstract
This paper presents a dynamic analysis technique for a 2-D soil-structure interaction problem in the frequency domain, which can directly be applied as an analysis tool for seismic response analyses of underground structures, tunnels, embankments, and so on. In this method, the structure and near-field soil is modeled by the standard finite elements, while the unbounded far-field soil is represented using the dynamic infinite elements in the frequency domain. The earthquake-input motion is regarded as traveling P and SV waves which are incident vertically from the far-field of underlying half-space to the near-field of layered medium. The equivalent earthquake forces are then calculated utilizing so-called fixed-exterior-boundary-method and the free-field responses including displacements and tractions. For the verification of the present study, seismic response analyses are carried out for a multi-layered half-space free-field soil medium and a cylindrical cavity embedded in a homogeneous half-space. Comparisons of the present results with solutions by other approaches indicate that the proposed methodology gives accurate estimates. Finally, an application example of seismic response analysis for a subway station is presented, which demonstrates the applicability of the present study.
본 연구에서는 지하철구조물, 터널구조물 및 제방 등과 같은 2차원 지반-구조계의 지진응답해석을 위한 주파수영역 동적해석법을 제시하였다. 제시한 방법에서는 구조물과 구조물 주변 근역지반은 유한요소를 이용하고 원역지반은 주파수종속 동적무한요소를 이용하여 모형화하였다. 지진입력은 입력지진파를 수직으로 입사하는 P-파와 SV-파로 가정하여 자유장응답을 구하였으며 외부고정경계법을 적용하여 등가지진하중을 산정하였다. 본 연구기법의 검증을 위하여, 층상 자유장지반과 균질 반무한지반에 매입된 원동형 공동에 대하여 지진응답을 수행하였다. 이들을 다른 기법에 의한 해와 비교한 결과, 본 연구의 기법이 매우 정확함을 알 수 있었다. 마지막으로 지하철 역사의 지진응답해석 예제를 제시하여 본 연구의 적용성을 보였다.
