• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.1053-1058
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• 2010

지반과 구조물의 상호작용을 해석하는 한 방법으로 지반을 무한의 영역으로 가정하여 이를 무한요소로 모델링한 후 구조물과 연동하여 해석하는 기법이 사용되었으나 하지만 기존의 동적 무한요소는 대부분 시간영역이 아닌 주파수 영역에서 정식화되었고 중첩의 원리가 적용되어 구조물이나 지반의 비선형 거동을 해석에 포함하기 어렵다. 본 연구에서는 시간영역에서 정식화가 가능하고 비선형 거동해석도 가능한 무한 요소를 개발하였다. 개발된 무한요소를 다량의 유한요소를 사용한 결과와 비교하여 정확도를 검증하였고, 비선형 지반모델을 적용하여 비선형해석이 가능함을 확인하였다. 따라서 개발된 무한요소를 지반-구조물 상호작용에 적용할 수 있으며, 이를 바탕으로 구조물내진 설계에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권9호
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• pp.33-40
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• 2023

지진 시 상부구조물을 지지하는 말뚝기초에 가해지는 수평 하중은 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력으로 구분된다. 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력은 서로 다른 복잡한 메커니즘을 통해 말뚝기초에 피해를 입힐 수 있기 때문에 지반-말뚝-구조물의 상호작용을 적절히 예측하고 평가하는 것이 말뚝기초의 안전한 내진설계를 위해 필요하다. 지반-말뚝-구조물의 상호작용은 구조물의 동적특성, 말뚝의 길이, 두부 경계조건 및 지반의 상대밀도에 영향을 받는다. 지반의 상대밀도가 달라지면 그에 따른 구속압 및 지반 강성이 변화하며 결과적으로 지반반력계수도 각 시스템에 따라 달라지게 된다. 말뚝기초의 수평방향 지지거동 및 극한 지지력은 수평방향 하중조건 및 모래지반의 상대밀도에 따라 다르게 나타난다. 이에 본 연구에서는 건조된 모래지반의 상대밀도가 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 동적거동에 미치는 영향을 확인하기 위해 1g 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 상대밀도가 증가함에 따라 상부구조물의 가속도는 증가하고 말뚝캡의 가속도는 감소하는 것으로 확인되었으며, 말뚝의 p-y 곡선의 기울기는 감소하는 것으로 확인되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권11호
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• pp.31-37
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• 2018

대부분의 초고층 건물은 지상 구조물과 주차와 상가 용도 등으로 사용되는 복수층의 지하 구조물로 구성된다. 지하층은 초고층 건물의 지진응답에 큰 영향을 줄 수 있지만 내진설계에서 이의 영향이 명확하게 규명되지 않았다. 국외에서 가장 널리 사용되는 고층 구조물 내진설계 지침서에서는 지하층은 모델링하되 주변 지반은 모사하지 않으며 지하층-지반 운동학적 상호작용을 고려하여 계산된 기초 저면의 운동을 적용할 것을 권장하고 있다. 본 연구에서는 지하 1층과 5층 구조물에 대한 동적 해석을 수행하여 지하층 저면에서의 운동을 계산하였으며 자유장 운동과 비교하였다. 수치해석 결과를 내진설계 지침서에 제시된 상호작용을 고려하는 두가지 방법과 비교한 결과, 지하 1층의 경우 이 중 한가지 방법이 해석결과와 잘 맞지만 지하 5층의 경우 지침서에 제시된 방법은 큰 차이가 발생하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권9호
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• pp.51-62
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• 2016

다양한 현장 조건에서 일어날 수 있는 건조토 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적거동을 평가하고 고찰하기 위해 3차원 수치 모델을 이용한 매개변수 연구가 수행되었다. 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 통해 시간 영역에서 이루어졌다. 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝 간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계 조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법을 적용함으로써 해석 효율을 증가시키고자 하였다. 또한, 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 개발된 수치 모델을 이용하여 상부질량의 크기, 말뚝의 길이, 두부 경계조건, 지반의 상대밀도에 대한 매개변수 연구를 수행함으로써 다양한 현장 조건에 대한 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적 거동을 평가하였다. 매개변수 연구 결과, 건조토 지반 조건에서는 상부질량에 의한 관성력이 시스템의 동적 거동에 지배적인 영향을 미침을 확인하였으며 지반에 의한 운동력의 영향은 상대적으로 적다고 평가되었다. 또한 짧은 말뚝과 긴 말뚝의 동적 거동 차이 및 말뚝두부 고정단과 자유단의 거동 차이를 해석적으로 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권8호
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• pp.15-26
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• 2018

최근, 성능기반 내진설계법이 도입되면서 동적수치해석을 수행하여 지진에 대한 구조물의 실제 거동을 엄밀히 평가하는 것이 필요해지고 있다. 성능기반설계를 수행하려면 수치해석 모델링의 적용성을 검증하는 것이 매우 중요하다. 그러므로, 본 연구에서는 2차원 수치해석을 수행하여 말뚝지지 구조물의 동적 거동을 분석하고 수치모델링 기법과 입력변수값 산정방법을 제안하였다. 수치모델링의 적용성은 느슨한 사질토 지반에 설치된 무리말뚝의 동적 원심모형실험 결과와 비교하여 검증하였다. 본 수치모델링은 동적 지반 물성값, 지반-말뚝 상호작용, 경계조건, 무리말뚝과 구조물의 모델링 등 원심모형실험의 실제 조건을 반영하도록 모델링하였다. 그 결과, 수치해석에서 얻어진 결과는 지반 내 가속도 변화, 말뚝의 모멘트와 변위, 그리고 구조물의 변위와 가속도 결과를 잘 모사하였다. 그러므로, 본 수치모델링 기법과 입력변수 산정기법이 무리말뚝의 내진성능을 평가할 때 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.155-164
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• 2019

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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.29-40
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• 2013

본 논문에서는 얕은기초를 가지는 단자유도 구조물의 지진시 응답특성을 시간영역 비선형 유한차분해석을 이용하여 살펴보았다. 해석결과는 중력가속도 20g에서 시행된 동일한 제원을 가지는 동적원심모형실험 결과를 통하여 검증되었다. 검증결과 실험과 해석의 통제운동지점 경계조건 차이에서 발생하는 차이는 지반의 비선형 거동특성으로 발생하는 이력감쇠에 지반의 감쇠비를 추가하여 감소시킬 수 있었다. 이로부터 얻어진 구조물과 지반에서 계측된 가속도 시간이력 및 주파수대역 응답곡선 모두 유사한 결과를 나타내어, 시간영역 비선형 유한차분해석을 통한 지반-구조물 상호작용 해석의 신뢰성을 확보할 수 있었으며, 향후 동적원심모형으로 계측이 어려운 구조물의 잔류변위, 작용토압 등을 효과적으로 판단할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
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• 한국지진공학회 2003년도 춘계 학술발표회논문집
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• pp.249-258
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• 2003

강진을 고려한 지진설계 규준은 약진지역에서는 불필요한 경제적 손실을 가져올 수 있고, 지반-구조물 상호작용을 고려한 성능기준 설계가 합리적인 지진설계를 위해서 중요하다는 것이 인식되었다. 이 연구에서는 연약지반 위에 놓인 단자유도계의 탄성, 비탄성 지진응답 해석을 지반의 비선형성을 고려하여 최대지진가속도를 0.07g와 0.11g로 조정한 11개 중, 약진에 대해 수행하였다. 지진 응답해석은 지반-구조물체계에 대해 유사 3차원 동적해석 프로그램으로 암반에 지진기록을 입력하여 한 단계에 일괄적으로 수행하였다. 연구 결과에 의하면 고정지반이나 선형지반을 가정한 지진응답 스펙트럼은 구조물-지반체계의 실제적인 거동을 보여주지 못하는 것으로 나타났으며, 합리적인 지진설계를 위해서는 지진규준에 정해진 일상적인 설계절차에 따라서 수행하는 것보다 다른 성질을 가진 여러 지반에 대해서 성능기준 지진설계를 수행하는 것이 필요하다. 약진을 받는 연약지반의 비선형성도 입력지진동을 증폭시켜 탄성, 비탄성 지진응답 스펙트럼에 심하게 영향을 미쳤으며, 그 현상은 특히 탄성 응답스펙트럼에서 두드러졌다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.11-18
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• 2005

비탄성 지진해석은 구조물-지반 체계의 비선형 거동 때문에 내진설계를 위해 필요하고, 합리적인 내진설계를 위해서 지반-구조물 상호작용을 고려한 성능에 기준한 설계의 중요성도 인식되고 있다. 이 연구에서는 11개 중약진과 5개 강진 기록을 최대 가속도 0.075g, 0.15g, 0.2g와 0.3g로 조정하여 연약지반에 세워진 단자유도계에 대한 탄성과 비탄성 지진응답해석을 지반의 비선형성을 고려하여 수행하였다. 의사3차원 동적해석 프로그램을 사용하여 주파수 영역에서 지진하중을 암반에 작용시켜 구조물-지반 체계에 대한 지진응답해석을 한번에 수행하였다. 연구결과에 의하면 비선형 지반-구조물 상호작용 영향을 고려하는 것과 설계기준에 따라 내진설계를 하는 것보다는 여러 가지 지반조건을 고려하여 성능에 기준한 내진설계를 수행하는 것이 필요하다. 또한 약진에 의한 연약지반의 비선형성이 비선형 지반에 의한 지진파의 증폭 때문에 탄성과 비탄성 지진응답에 심하게 영향을 미쳤는데 특히 탄성지진응답에서 두드러졌다.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
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• 한국지진공학회 2001년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.152-162
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• 2001

Comparison of results from two different methods of soil-structure dynamic interaction analysis is presented. Two methods include transfromed static and seismic response analyes. In seismic response analysis, the difference in result of total stress analysis relative to effective stress analysis is investigated.