국내 지반특성에 적합한 지반분류 방법 및 설계응답스펙트럼 개선에 대한 연구

Abstract

본 논문에서는 국내 162개 지반에 대한 전단파속도 주상도, 기반암 깊이 및 지반의 동적변형특성을 획득하여 등가선형해석을 수행한 후 미국 서부해안지역의 지반특성과 비교·검토하였다. 검토 결과 국내의 일반적인 특성을 가지는 지반과 미국 서부해안지역의 지반은 기반암 깊이와 고유주기가 매우 다름을 확인하였다. 지진응답 해석결과 단주기 증폭계수 $F_a$ 의 경우 UBC 1997 기준의 값보다 크게 산정되었고, 장주기 증폭계수 $F_v$ 는 작게 나타나 국내 지반특성에 적합한 증폭계수 는 현재 국내 내진설계기준 값과는 매우 다른 경향을 보였다. 따라서, 증폭계수를 재산정하고 설계응답스펙트럼을 개선해야 할 필요성을 확인하였다. 또한, 증폭계수의 산정에 절대적으로 영향을 미치는 요소가 지반분류임을 고려하면, 국내 지반에 적합한 지반분류 방법의 개선이 선행되어야 함을 확인하였다. 내진설계시 지반을 분류할 때 상부 30m 토층의 평균 전단파속도 $(V_{S30})$ 를 이용하는 이유는 이전 기준의 서술식 지반분류 방법의 모호함을 개선하고, 기반암의 깊이가 상당히 깊어 기반암 깊이까지 설계에 반영할 수 없을 경우 지진시 가장 큰 영향을 미치는 상부 30m 토층의 물성으로 설계에 이용하기 위함이다. 국내 일반적인 지반의 경우 기밤암의 깊이가 30m 이내에 존재하는 경우가 대부분이기 때문에 $V_{S30}$ 을 이용하여 지반을 분류할 경우 토층과 암반의 물성을 같이 반영할 수밖에 없다. 따라서, $V_{S30}$ 을 이용한 지반분류 방법 이외의 다른 방법을 찾는 것은 의미가 있다. 본 연구에서는 지반증폭현상에 가장 큰 영향을 주는 지반의 고유주기 및 기반암 깊이를 이용한 지반분류 방법에 대하여 검토하였고, 현재의 $V_{S30}$ 을 이용한 방법과 심도있게 비교·논의하였다. 또한, 각 지반분류 방법과 증폭계수와의 상관성을 분석하고, 각각의 지반종류에 대하여 RRS (Ratio of Response Spectrum, 지표면과 암반노두의 스펙트럴 가속도 값의 비) 값의 경향성에 대하여 검토한 결과 지반의 고유주기를 이용한 방법이 가장 우수하여 새로운 지반분류 체계로 제안하였다.