설계응답스펙트럼에 따른 구조물 재난 리질리언스 성능 평가
Assessment of Disaster Resilience Performance of Structural Systems in relation to Design Response Spectrum
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초록
본 논문에서는 최근 제안된 신뢰성 기반 리질리언스 평가 기법을 기반으로 지역 별 지진 특성이 구조물의 리질리언스 성능에 미치는 영향을 정량정으로 평가하였다. 이를 위해 한국 경주와 캐나다 밴쿠버를 대상 지역으로 선정하여 동일 구조물에 대한 리질리언스 해석을 수행하였다. 각 지역에 해당하는 설계 응답 스펙트럼곡선을 바탕으로 그에 상응하는 지진동을 생성하였고, 6층 철골 구조물을 대상 구조물로 선정하여 해석을 수행하였다. 신뢰성 및 여용성 지수 산정 시 층간 변위의 한계상태 초과 사건을 구성요소의 파괴사건으로, 최상단 변위의 한계상태 초과 사건을 시스템 단위의 파괴로 정의하였다. 고전 취약도 해석과 유사한 증분동적해석을 수행하여 신뢰성과 여용성을 평가하였고, 계산 결과, 두 지역의 리질리언스에 유의미한 차이가 있음을 확인하였다. 특히 장주기 증폭이 예상되는 밴쿠버 지역의 경우 경주에 비해 구조물의 여용성이 크게 감소하는 것을 확인하였다.
Abstract
The system-reliability-based resilience analysis facilitates the investigation of the joint capability of structural components to resist system failures. This approach has recently been extended to evaluate the resilience of structures subjected to stochastic excitations, such as earthquakes, based on the concept of reliability and redundancy curves. The reliability and redundancy curves are evaluated in a manner similar to traditional seismic fragility curves and are, therefore, capable of capturing the site-to-site variability of hazard characteristics, such as frequency content and duration. To quantitatively examine these aspects, the present study conducts a comparative analysis of two structures with identical designs but located at two different sites: Gyeongju, Korea, and Vancouver, Canada. The excitation properties at the two sites, which exhibit different frequency characteristics, are described using site-specific design response spectrum curves. Subsequently, a set of ground motion acceleration time histories is generated using a spectrum-compatible ground motion modeling approach. The generated ground motion sets for each site are applied to a 6-story frame structure, and a resilience analysis is performed. The numerical study demonstrates that the system-reliability-based resilience analysis successfully captures site-specific characteristics and that these characteristics can significantly influence resilience evaluation results.