보도사장교 면진받침 최적설계

Abstract

국내 지진발생 현황에서 지진의 총 회수는 지속적인 증가세를 보이고 있다. 특히 토목구조물인 교량은 지진이 발생할 때 취약한 구조물로서 교대, 교각 및 기초구조에 손상이 발생하거나 상부구조가 그 지지로부터 이탈하여 낙교가 초래되기도 한다. 이러한 교량의 피해는 외국의 경우 중·소규모의 지진 시에도 발생한 예가 많으므로 국내와 같이 중·소규모의 지진이 예상되는 지역에서도 교량의 내진 안전성 확보를 위한 대책이 강구되어야 한다. 구조물에 면진 받침을 적용할 경우 일반적인 면진설계 방법은 설계 고유주기를 정하고 그에 적합한 면진 받침의 설계요소들을 정하는 것이다. 그러나 사장교 같은 장대교량은 구조물의 유연성 때문에 고유주기가 일반구조물에 비해 길고, 거동이 복잡하기 때문에 기존설계 개념을 적용하기 어렵다. 또한 사장교의 경우 감쇠비가 일반 교량에 비해 작기 때문에 일반 교량에서 적용하는 면진받침 강성을 그대로 적용하는 것도 어렵다. 본 연구에서는 현재 시공 중인 보도사장교를 모델로 하여 Midas Civil 2009를 통한 유한요소 모델을 바탕으로 보도사장교를 가진시 면진받침에 의한 수평방향영향을 고려한 2-DOF model로 모형화하였다. 면진받침 최적설계를 위하여 Matlab optimization tool을 사용하여 지진하중에 대한 동적비선형최적화를 수행하였다. 면진받침의 물성치중에서 유효강성과 감쇠비변화를 통하여 지진 시 동적응답최적값을 갖도록 면진설계 최적화를 수행하였다. 2-DOF model에서 교각의 상대변위와 상부거더의 상대변위에 제약을 두어 면진받침 상대변위 최적화를 수행한 결과와 유한요소모델에 최적화된 면진받침의 수평방향 유효강성과 감쇠비를 적용한 결과 유사한 동적응답값을 얻는 것을 확인하였다. 또한 원래 설정 되었던 면진받침의 강성보다 작은 값을 적용하였음에도 상대변위는 거의 근접한 응답값을 얻었다. 따라서 작은 강성값을 적용하여 같은 동적응답값을 얻을 수 있으므로 경제적인 최적화가 수행되었다고 판단된다. 또한 Matlab을 통한 2-DOF model에서 면진받침 최적화결과를 보도사장교 유한요소모델에 적용시에 유사한 동적응답을 얻을 수 있다고 판단된다.