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교량의 지진 취약도 해석 시 사용되는 성능 스펙트럼 기법의 평가
Evaluation of Capacity Spectrum Methods for Seismic Fragility Analysis of Bridges

Kim, Sang-Hoon  Yi, Jin-Hak  Kim, Ho-Kyung 
  • 초록

    본 연구는 콘크리트 교량의 지진취약도 곡선을 개발함에 있어 성능 스펙트럼 기법(Capacity Spectrum Method)에 대한 고찰을 통해 가장 적절한 해석방법을 제시하는데 그 목적이 있다. 원래 성능 스펙트럼 기법은 빌딩 구조물을 위한 간략화된 정적 비선형 해석의 일환으로 개발되었는 바, 본 연구에서는 이 기법을 교량의 지진취약도 곡선을 개발하는데 응용하였다. 서로 다른 네가지의 방법으로 성능 스펙트럼 기법을 통해 구해진 취약도 곡선들을 비선형 시간이력해석 방법에 의해 구해진 취약도 곡선과 비교하였다. 취약도 곡선은 두 개의 변수를 가진 lognormal 분포를 따르는 것으로 가정하였으며 PGA(Peak Ground Acceleration)의 함수로 나타내어졌다. FEMA(Federal Emergency Management Agency) SAC(SEAOC-ATC-CUREe) steel 프로젝트에 의해 개발된 로스앤젤레스 지역 60개의 지진이 교량해석을 위해 사용되었다. 성능 스펙트럼 기법과 시간이력해석에 따라 만들어진 교량의 지진취약도 곡선들을 비교 검토한 바, 이 중 하나의 방법이 부합되는 결과를 보여주었다. 요구 스펙트럼 작성시 본 논문에서 제시된 지침을 따르면 비선형 시간이력 해석시와 유사한 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다. 다만 지진과 교량이 지닌 특수성으로 인해 본 연구의 결과가 항상 적용되는지는 더 심도있는 연구를 통해 검증되어야 할 것이다.


    This study presents the evaluation of CSM(Capacity Spectrum Method, ATC-40) in developing fragility curves for a sample concrete bridge. The CSM is originally developed as one of the simplified procedures for building structures, while this study adopts the CSM to develop fragility curves of bridge structures. Four(4) different approaches are demonstrated and the fragility curves developed are compared those by the nonlinear time history analysis. Fragility curves in this study are represented by lognormal distribution functions with two parameters and developed as a function of PGA. The sixty(60) ground acceleration time histories for the Los Angeles area developed for the Federal Emergency Management Agency (FEMA) SAC(SEAOC-ATC-CUREe) steel project are used for the bridge analysis. The comparison of fragility curves by the CSM with those by the time history analysis indicates that the agreement is excellent for one of the methods investigated in this study. In this respect. it is recommended that the demand spectrum might be improved according to the guidelines suggested in this study. However, this observation might not always apply, depending on the details of specific bridge characteristic


  • 주제어

    비선형 정적해석 .   성능스펙트럼기법 .   취약도 곡선 .   연성계수 .   Pushover 해석 .   비선형 시간이력해석.  

  • 참고문헌 (8)

    1. Barron, R., "Spectral Evaluation of Seismic Fragility of Structures," Draft of Ph.D. Dissertation, Dept. of Civ., Struct. & Envir. Engrg., State University of New York at Buffalo, Buffalo, NY, 2000. 
    2. Shinozuka, M., Feng, M. Q., Kim, H., Uzawa, T., and Ueda, T., "Statistical Analysis of Fragility Curves," Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research, Technical Report, 2003. 
    3. Applied Technology Council(ATC), "Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings," Rep. No. SSC 96-01: ATC-40, 1, Redwood City, CA, 1996. 
    4. City of Los Angeles(COLA), "Earthquake Hazard Reduction in Existing Reinforced Concrete Buildings and Concrete Frame Buildings with Masonry Infills," Los Angeles, CA, 1995. 
    5. California Department of Transportation, COLx Users Manual, Sacramento, CA, 1993. 
    6. Dutta, A., "On energy based seismic analysis and design of highway bridges," Ph. D. Dissertation, Dept. of Civ., Struct. & Envir. Engrg., State University of New York at Buffalo, Buffalo, NY, 1999. 
    7. Federal Emergency Management Agency(FEMA),. "NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings," FEMA-273, Washington, D.C., 1997. 
    8. Shinozuka, M., Feng, M. Q., Kim, H., and Kim, S., "Nonlinear Static Procedure for Fragility Curve Development," Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 12, No. 12, 2000, pp. 1287-1295. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (5)

    1. 2004. "Probabilistic Safety Analysis for Seismic Performance Evaluation of Bridges -Focused on Fragility Analysis using Capacity Spectrum Method-" 전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, 17(2): 31~41     
    2. Song, Jong-Keol ; Jin, He-Shou ; Lee, Tae-Hyung 2009. "Seismic Fragility Analysis for Probabilistic Performance Evaluation of PSC Box Girder Bridges" 大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학, 29(a2): 119~130     
    3. Kim, Dong-Hyawn 2010. "Lifetime Seismic Risk of Offshore Structures with a Built-in Vibration Control Device" 韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, 24(5): 48~54     
    4. Lee, Do-Hyung ; Jeon, Jeong-Moon ; Oh, Jang-Kyun ; Lee, Du-Ho 2010. "Earthquake Fragility Analysis of a Buried Gas Pipeline" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, 14(5): 65~76     
    5. Jeon, Jeong Moon ; Shin, Jae Kwan ; Shim, Jae Yeob ; Lee, Do Hyung 2014. "Seismic Fragility Analysis of Reinforced Concrete Bridge Piers According to Damage State" 대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 34(6): 1695~1705     

 저자의 다른 논문

  • 김상훈 (11)

    1. 2003 "Steel Jacket으로 보강된 콘크리트 교량에 대한 지진취약도 개발" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 7 (5): 75~83    
    2. 2003 "다경간 콘크리트 교량의 지진 취약도" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 7 (6): 35~47    
    3. 2004 "교량의 내진성능 평가를 위한 확률적 지진안전성 분석 - 역량스펙트럼법을 이용한 지진취약도 분석을 중심으로-" 전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea 17 (2): 31~41    
    4. 2004 "지진으로 인한 교통망 피해추정 기법" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 8 (3): 43~52    
    5. 2004 "내진보강된 콘크리트 교량의 손상도 곡선" 구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection 8 (1): 203~210    
    6. 2005 "방파제 구조물의 확률론적 지진위험도 분석" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 17 (1): 32~40    
    7. 2005 "케이슨 방파제의 확률론적 지진재해도 평가" 韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology 19 (1): 26~32    
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