지반-구조물 상호작용 및 지진 특성을 고려한 콘크리트 중력식 안벽과 컨테이너 크레인의 지진취약도 분석 :Seismic Fragility Analysis of Concrete Gravity-type Harbor Wall and Container Crane Considering Soil-Structure Interaction and Seismic Characteristics

박주현

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 박주현 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 이종한

발행연도: 2021

저작권: 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2023

원거리와 근거리 지진파의 특성을 고려한 항만 컨테이너 크레인의 지진취약도 분석

박주현 , 민지영 , 이종한 한국지진공학회 논문집 2023.03 학술저널

2021

콘크리트 중력식 안벽의 지진 SSI 해석 기법

박주현 , 이종한 , 민지영 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2021.05 학술대회자료

지반-구조물 상호작용 및 지진 특성을 고려한 콘크리트 중력식 안벽과 컨테이너 크레인의 지진취약도 분석

박주현 스마트시티공학전공 2021.01 학위논문

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

최근 한반도에서도 대규모 지진이 빈번하게 발생함에 따라 인프라 구조물의 내진성능 평가가 더욱 중요시 되고 있다. 인프라 구조물 중 항만시설물은 내진등급 1등급에 속하는 구조물로서 최근 포항지진에서 직접적인 손상이 발견된 안벽과 에이프론을 대표 항만시설물로 지정하였다. 안벽은 지반위에 건설되며, 뒷채움지반과 맞닿고 있는 구조물적 특성 상 지반과 구조물의 상호작용을 고려해야한다. 따라서 본 논문에서는 공용중인 인천항 제 5부두를 대상으로 안벽과 컨테이너 크레인의 수치해석모델을 구성하였다. 지진파의 소산과 원역지반을 표현하기 위해 Soil-Structure Interaction(SSI) 영향을 고려한 경계조건을 모사하였다. 또한, 안벽과 크레인의 상호작용을 고려하여 컨테이너 크레인의 상승 및 궤도 탈선을 나타내었다.
SSI의 영향을 분석하기 위해 일반적으로 사용하는 경계조건 모델과 SSI를 고려한 안벽 모델을 비교 분석하였다. 일반적인 경계조건의 모델에서도 지진파의 소산과 반사파의 영향을 최소화하기 위해 안벽구조물의 좌우방향으로 5 배, 수직방향으로 2.5 배 모델링을 진행하였다. 지진파는 항만시설물 해석 시 대표적으로 사용되는 장주기 지진파와 단주기 지진파를 사용하였다. 안벽과 에이프론의 가속도와 횡변위, 수직변위, 응력 변화를 확인하였다. 일반적인 경계조건 모델에 비해 SSI를 고려한 모델에서 횡변위와 수직변위의 증가한 값을 보였다. 또한, 일반적인 경계조건에서는 지진파의 소산과 반사파의 영향 제거를 모사하지 못해 가속도와 응력의 변화와 해석적 오류가 나타났다. 일반적인 경계조건의 모델에서도 지진파의 소산과 반사파의 영향을 최소화하기 위해 안벽을 기준으로 좌우방향으로 5 배, 수직방향으로 2.5배 모델링을 진행하였음에도 SSI 경계조건을 사용한 모델과의 차이를 확인하였다.
SSI를 고려한 항만시설물 모델의 안벽과 컨테이너 크레인의 지진취약성 분석을 위해 진원지의 거리에 따라 근거리 지진파와 원거리 지진파로 분류하여 안벽의 지진취약도, 컨테이너 크레인의 지진취약도로 도출하였다. 컨테이너 크레인의 지진취약도 분석 시에는 크레인의 궤도 탈선을 고려하였다. 지진취약도 산정을 위해 안벽과 컨테이너 크레인의 비선형 정적해석을 수행하였다. 안벽과 컨테이너 크레인은 비선형 정적해석에서 도출된 힘-변위 곡선을 통해 최상단 지점의 변위를 기준으로 손상한계상태를 정의하였으며, 크레인 바퀴 궤도 탈선은 궤도의 수직 높이로 손상한계상태를 정의하였다. 해석 결과, 장주기 구조물로 확인된 안벽의 경우 지진취약도 분석을 통해 장주기 성분을 지닌 근거리 지진파가 원거리 지진파에 비해 높은 파괴확률을 보였다.
안벽과 접해 있는 컨테이너 크레인의 경우에도 근거리 지진파가 원거리 지진파에 비해 높은 파괴확률을 보였다. 또한, 크레인 바퀴 궤도 탈선의 취약성도 근거리 지진파에서 높게 나타나는 것으로 확인했다. 이는 컨테이너 크레인의 경우 안벽과 접해있는 구조물로서 장주기 구조물인 안벽의 영향으로 인해 나타나는 현상으로 판단된다.
본 연구에서는 항만시설물에 대한 SSI를 고려하고 영향을 비교분석하여 SSI 효과를 확인하였다. 또한 SSI를 고려한 모델의 지진취약도 분석을 통해 항만시설물의 안벽과 컨테이너 크레인, 컨테이너 크레인의 궤도 탈선에 대한 지진취약성을 예측하였다. 본 연구를 통해 항만시설물에서는 SSI의 영향을 고려하고 실무에서 사용될 수 있도록 기준을 제시하는 기초자료가 될 수 있을 것이라 예측된다.

The recent increase in large-scale earthquake activities on the Korean Peninsula has highlighted the importance of seismic performance evaluation for infrastructures. The harbor wall and apron infrastructures which have been designated as representative port facilities in seismic class 1 structures were directly damaged by recent Pohang earthquake. The harbor wall constructed on the ground is contacted with the back-fill soil. Therefore, it is necessary to consider the interaction between the ground and the structure. In this thesis, numerical analysis model of the harbor wall and the container crane of the Incheon Port No. 5 Wharf has been conducted. Boundary conditions were represented considering the influence of the Soil-Structure Interaction(SSI) to exhibit the dissipation of seismic waves and the far-field region of soil. In addition, the uplifting and derailment of the container crane are expressed in consideration of the interaction between the harbor wall and the crane.
In order to analyze the effects of SSI, harbor wall models with a conventional and SSI boundary conditions were analyzed. Near-field soil was modeled by 5 times the harbor wall structure in horizontal direction and 2.5 times in vertical direction to minimize the effects of seismic wave dissipation and reflected waves. For the seismic waves, long-period and short-period seismic waves were used to analyze the port facilities. Changes in acceleration, displacement, and stress of the harbor wall and apron were confirmed. The model considering SSI exhibited larger horizontal and vertical displacements than that with conventional boundary conditions. In addition, the conventional boundary conditions showed interpretive errors and differences in acceleration and stress because the effects of seismic wave dissipation and reflected waves were not able to be eliminated. Despite of the fact that the model with conventional boundary condition was modeled 5 times in horizontal direction and 2.5 times in vertical direction to minimize the effects of seismic wave dissipation and reflected waves, it was clearly seen that models using conventional and SSI boundary conditions exhibit different results.
To analyze the seismic vulnerability of the harbor wall and container crane model considering SSI, seismic waves were classified into near-fault and far-fault ground motions according to the distance to the epicenter. When analyzing the seismic vulnerability of container crane, the derailment of the crane was also taken into consideration. The seismic vulnerability was defined using nonlinear static analysis. For harbor wall and container crane, the damage limit states were determined based on the shear force and displacement relationship obtained from the nonlinear static analysis. Limit state of the derailment of the crane was defined based on the height of the track. The harbor wall, which is identified as a long-period structure, showed a destruction probability under the near-fault ground motions with long-period components than the far-fault ground motions. For the container crane in contact with the harbor wall, the near-fault ground motions produced a higher destruction probability than the far-fault ground motions. The vulnerability of the derailment of the container crane is also higher in the near-fault ground motions due to the interaction with the long-period harbor wall.
This study analyzed, the effect of SSI on the port facilities. In addition, the seismic vulnerability of the harbor wall, container crane, and derailment of container crane were evaluated using the model considering SSI. The results of the study can be used as basic data for research that presents standards for practical use in consideration of the effects of SSI.

#콘크리트 중력식 안벽 #컨테이너 크레인 #지반-구조물 상호작용 #안벽-크레인 상호작용 #근거리 지진파 #원거리 지진파 #비선형 동적해석 #비선형 정적해석 #손상한계상태 #지진취약도 #Concrete Gravity-type Harbor Wall #Container Crane #Soil-Structure Interaction #Harbor Wall-Crane Interaction #Near-Fault Gro

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 5
1.2.1 항만시설물 연구동향 분석 5
1.2.2 선행 연구사례의 한계점 및 시사점 도출 8
1.3 연구내용 및 범위 10
제 2 장 항만시설물 수치해석모델 12
2.1 콘크리트 중력식 안벽 12
2.1.1 중력식 안벽 대표 모델 12
2.1.2 중력식 안벽 모델링 13
2.2 컨테이너 크레인 17
2.1.1 컨테이너 크레인 모델 17
2.1.2 컨테이너 크레인 경계조건 선정 19
2.1.3 컨테이너 크레인 모델링 23
제 3 장 지반-구조물 상호작용 해석기법 및 경계조건 선정 25
3.1 Soil-Structure Interaction 해석 기법 25
3.1.1 SSI 부구조법 25
3.1.2 SSI 직접법 26
3.2 직접법 SSI를 통한 경계조건 모델링 31
제 4 장 항만시설물의 정하중 및 동하중 산정 33
4.1 정적하중 33
4.1.1 파고와 파력 34
4.1.2 자중 및 상재하중 35
4.2 동적하중 37
4.2.1 입력 지진파 (근거리 및 원거리 지진파) 37
4.2.2 지진 시 동수압 43
제 5 장 Soil-Strucure Interaction 영향 비교분석 45
5.1 안벽 일반 모델과 SSI 모델의 비교 45
5.1.1 수치해석모델 45
5.1.2 안벽구조물 모드해석 47
5.2 일반 해석모델과 SSI 해석모델의 비교분석 49
5.2.1 CM과 SSI 모델의 가속도 비교분석 49
5.2.2 CM과 SSI 모델의 횡변위 비교분석 62
5.2.3 CM과 SSI 모델의 수직변위 비교분석 69
5.2.4 CM과 SSI 모델의 응력분포 비교분석 78
제 6 장 중력식 안벽 및 컨테이너 크레인 모델의 지진취약도 분석 81
6.1 비선형 정적 해석을 통한 손상한계상태 정의 81
6.1.1 콘크리트 중력식 안벽 손상한계상태 정의 81
6.1.2 컨테이너 크레인 손상한계상태 정의 87
6.2 지진취약도 평가기법 종류 91
6.2.1 Zion 방법 91
6.2.2 SSMRP 방법 92
6.2.3 JAERI 방법 93
6.2.4 Shinozuka 방법 94
6.3 항만시설물의 지진파 속성에 따른 지진취약도 비교분석 96
6.3.1 중력식 안벽의 지진취약도 곡선 96
6.3.2 컨테이너 크레인의 지진취약도 곡선 100
6.3.3 컨테이너 크레인의 궤도 탈선 지진취약도 곡선 103
제 7 장 결 론 106
참고문헌 109

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)