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한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea v.14 no.3 = no.73, 2010년, pp.11 - 22   피인용횟수: 1
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댐-호소계 비선형 지진응답의 직접시간영역 해석기법
Direct Time Domain Method for Nonlinear Earthquake Response Analysis of Dam-Reservoir Systems

이진호   김재관    (서울대학교 건설환경공학부  );
  • 초록

    이 논문에서는 댐-호소계의 선형 및 비선형 지진응답 해석을 시간영역에서 엄밀히 수행할 수 있는 해석법을 제시하였다. 댐-호소계는 (1) 선형 또는 비선형으로 거동하는 댐체와 (2) 깊이가 균일하다고 가정한 호소 원역 및 (3) 댐체와 호소 원역 사이 불규칙한 형상의 근역의 세가지 부구조물로 구성된 연계 시스템으로 정식화되었다. 댐체는 선형 또는 비선형 유한 요소로 모델링되고, 호소 원역은 무한 영역으로의 에너지 방사를 엄밀하게 표현할 수 있도록 주파수영역에서 개발된 변위기반 전달경계를 시간영역에서의 포갬적분으로 변환하여 시간증분법과 결합이 용이하게 하였다. 호소 근역을 댐체와 호소 원역이라는 두 개의 부구조물 사이에 저장된 압축성 유체로 모델링하였다. 이 논문에서는 세 개의 부구조물로 구성되는 댐-호소계에 대해 비선형 시간영역 해석을 용이하게 하는 시간증분법을 유도하여 제시하였고 개발된 해석법을 다양한 형상의 댐-호소계의 지진응답 해석에 적용하여 그 정확성을 검증하였다. 이에 추가하여 제시한 기법을 콘크리트 댐의 비선형 지진응답 해석에 적용하여 손상 정도와 부위를 해석 결과로서 보여주었으며 동시에 제시한 기법이 내진성능 평가 등 실무에 바로 활용될 수 있음을 입증하였다.


    An analysis method is proposed for the transient linear or nonlinear analysis of dynamic interactions between a flexible dam body and reservoir impounding compressible water under earthquake loadings. The coupled dam-reservoir system consists of three substructures: (1) a dam body with linear or nonlinear behavior; (2) a semi-infinite fluid region with constant depth; and (3) an irregular fluid region between the dam body and far field. The dam body is modeled with linear and/or nonlinear finite elements. The far field is formulated as a displacement-based transmitting boundary in the frequency domain that can radiate energy into infinity. Then the transmitting boundary is transformed for the direct coupling in the time domain. The near field region is modeled as a compressible fluid contained between two substructures. The developed method is verified and applied to various earthquake response analyses of dam-reservoir systems. Also, the method is applied to a nonlinear analysis of a concrete gravity dam. The results show the location and severity of damage demonstrating the applicability to the seismic evaluation of existing and new dams.


  • 주제어

    콘크리트댐 .   비선형해석 .   지진응답 .   전달경계 .   유체-구조물 상호작용.  

  • 참고문헌 (17)

    1. 건설교통부, 내진설계기준연구(II), 1997. 
    2. Westergaard, H.M., “Water Pressures on Dams during Earthquakes,”Transaction ASCE, Vol. 98, 418-433, 1931. 
    3. Chopra, A.K., “Hydrodynamic Pressure in Dams during Earthquake,” Journal of Engineering Mechanics Division,ASCE, Vol. 93, No. EM6, 205-223, 1967. 
    4. NRC, Earthquake Engineering for Concrete Dams: Design,Performance and Research Needs, National Academy Press,1990. 
    5. Givoli, D., “Non-reflecting Boundary Conditions,” Journal of Computational Physics, Vol. 94, 1-29, 1991. 
    6. Wolf, J.P. and Paronesso, A., “Lumped-Parameter Model and Recursive Evaluation of Interaction Forces of Semiinfinite Uniform Fluid Channel for Time-Domain Dam-Reservoir Analysis,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 21, 811-831, 1992. 
    7. Lee, G.C. and Tsai, C.S., “Time Domain Analysis of Dam-Reservoir System. 1: Exact Solutions,” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 117, No. 9, 1990-2006, 1991. 
    8. Tsai, C.S. and Lee, G.C., “Time Domain Analysis of Dam-Reservoir System. 2: Substructure Method,” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 117, No. 9, 2007-2026, 1991. 
    9. Wepf, D.H., Wolf, J.P. and Bachmann, H., “Hydrodynamic-Stiffness Matrix Based on Boundary Elements for Time-Domain Dam-Reservoir-Soil Analysis,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 16, 417-432, 1988. 
    10. Von Estorff, O. and Antes, H., “On FEM-BEM Coupling for Fluid-Structure Interaction Analyses in the Time Domain,” International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 31, 1151-1168, 1991. 
    11. 조정래, 유연한 댐체와 압축성 유체의 상호작용을 고려한 댐-호소 시스템의 지진 응답 해석, 석사학위논문, 서울대학교, 1998. 
    12. Chen, C.-H. and Penzien, J., “Dynamic Modeling of Axisymmetric Foundations,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 14, 823-840, 1986. 
    13. Cook, R.D., Malkus, D.S. and Plesha, M.E., Concepts and Applications of Finite Elements Analysis, John Wiley & Sons, 1989. 
    14. Chopra, A.K., Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, Prentice Hall, 2006. 
    15. ABAQUS Example Problem Manual Version 6.3. 
    16. ABAQUS Standard User’s Manual Version 6.3. 
    17. Lee, J.H. and Fenves, G.L., “A Plastic-Damage Concrete Model for Earthquake Analysis of Dams,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 27, 937-956, 1998. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kim, Yongon ; Kim, Se-Il ; Ok, Seung-Yong 2013. "Seismic Performance Improvement of Concrete Gravity Dam by Post-tensioned Anchors" 한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, 28(5): 49~53     

 저자의 다른 논문

  • 김재관 (32)

    1. 1994 "경계요소-유한요소 연계법에 의한 구형 수조구조물의 동적거동 특성해석" 대한토목학회논문집 14 (5): 1033~1042    
    2. 1994 "점진원모델을 사용한 층상지반에서의 깊이에 따른 지반운동 특성 변화연구" 대한토목학회논문집 14 (3): 453~462    
    3. 1994 "유체-구조물 상호작용을 고려한 면진구조물의 추계학적 응답해석" 대한토목학회논문집 14 (3): 463~472    
    4. 1996 "추계학적 선진원 모델과 층상반무한체에서의 탄성파 전파 해석법에 의한 지진 지반운동 합성" 韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction 8 (3): 97~105    
    5. 1998 "3차원 구형 액체 저장 Tank의 Rocking응답" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 2 (1): 23~34    
    6. 1999 "굴착 관리 정보화 시스템의 개발 및 적용" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society 15 (4): 153~166    
    7. 1999 "중약진 지역에서의 내진설계 개념의 발전동향" 도로교통= Journal of the Korea road & transportation association 76 (): 2~7    
    8. 2000 "경계요소법에 의한 이상유체의 부가질량 및 슬러싱 강성행렬 도출과 원통형 액체 저장 탱크 지진응답 해석" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 4 (3): 83~98    
    9. 2001 "댐의 시간영역 지진응답 해석을 위한 호소의 집중변수모델" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 5 (4): 27~38    
    10. 2001 "쌍계사 오층석탑 실물 크기 모델의 동적 거동 시험" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 5 (4): 51~66    

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