교각의 내진설계를 위한 말뚝기초의 모델링 기법 비교

Abstract

실무에서 교량 교각의 내진해석을 수행할 때 계산의 편의와 보수적인 설계를 위하여 기초의 연성을 고려하지 않고 지반면을 고정단으로 가정하여 해석하는 경우가 많다. 이러한 고정단 모델은 대부분의 경우 설계력 측면에서 매우 보수적인 결과를 주므로, 최근 기초의 연성을 고려하여 현실적으로 교각 기초를 모델링하려는 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 기초연성의 모델링 방법, 입력응답스펙트럼의 종류 그리고 지반조건을 달리하여 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 수치해석을 통하여 교각에 발생하는 전단력, 모멘트 그리고 변위를 비교하여 기초의 연성을 고려하는 기법과 지반 및 지진파 특성들이 해석결과에 미치는 영향을 분석하였다. 대부분의 경우 고정단 모델에서 큰 전단력과 모멘트가 발생하였지만, 연약 점성토층에 장주기 지진파가 작용하는 특수한 경우에는 기초의 연성을 고려한 모델에서 고정단 모델보다 큰 전단력과 모멘트가 발생하였다. 또한 기초의 연성을 고려하는 여러 모델들의 해석결과를 지반-구조물 동적 상호작용을 고려한 정밀 동해석 결과와 비교하여 그들의 적용성을 평가하였다. In the seismic designing of bridges, the pile foundation of bridge piers generally have been modeled to have a fixed end for its convenience and conservative designing. The fixed-end assumption, however, produces very conservative results in terms of the pier forces. Therefore, many other design methods are evolved to consider the flexibility of the pile foundation. In this study, the response spectrum analysis was performed for a bridge pier having a pile foundation. The shear force, moment, and displacement, which occurred at the pier column under an earthquake loading, were compared to analyze the effects of the modeling method, soil condition and the input earthquake response spectrum. In most cases, the fixed-end model gives larger design forces than flexible foundation models. However, when a long period earthquake is applied to the bridge pier on a soft clay foundation, it is found that the flexible foundation models give larger design forces than the fixed-end model. In the end, the reliability of several flexible foundation models was verified by comparing their results with those of a numerical analysis that considers the soil-structure interaction phenomenon in a rigorous manner.