지중매설관로의 거동특성 해석을 위한 관？지반 상호작용력의 산정
Estimation of Pipeline？Soil Interaction Forcefor the Response Analysis of Buried Pipeline
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초록
지중매설관로의 거동특성 해석은 수치모형의 적용 및 해석적 관계식의 적용을 통해 주로 수행되며, 이러한 수치모형 및 해석적 관계식에 있어서 관과 지반의 경계면에서 작용하는 관·지반 상호작용력은 핵심적인 요소로서 작용하게 된다. 그러나 기존에 적용되고 있는 관·지반 상호작용력은 기본적으로 비액상지반에 대한 실내/외 실험을 통해 도출되었기에, 액상지반에 대해서는 적용적인 한계성을 다소 가지고 있는 것으로 판단된다. 특히 액상화-영구지반변형을 받는 지중매설관로의 거동특성을 합리적으로 해석하기 위해서는 변형지반의 특성을 고려한 관·지반 상호작용력의 산정이 요구된다. 그러므로 본 연구에서는 액상지반에서의 지반강성 감소 현상 및 강성감소에 의해 공간적으로 표출되는 지반변형의 형상을 공학적으로 반영할 수 있는, 개선된 형태의 관·지반 상호작용력을 도출하였다. 이를 위해 기존의 상호작용력에 대한 검토를 수행하였으며 국외의 실험적 연구결과들을 참조하였다. 제안된 상호작용력을 종방향 지반변형에 대한 해석적 관계식에 적용하고 비교해석을 수행함으로써 다양한 지반변형의 형상에 따른 매설관로 응답특성의 변화를 확인하였다. 또한, 기존 해석식이 가지고 있는 적용상의 유의점을 규명하였으며, 관의 두께, 매설심도 등의 변화에 따른 매설관로의 거동특성 변화를 분석하였다. 결과적으로 본 연구를 통해서 지중매설관로의 지진해석 및 내진설계에 적용될 수 있는 해석모형의 기초에 대한 확장적 보완이 이뤄질 것으로 사료된다.
Abstract
Response analysis of buried pipeline subjected to permanent ground deformation(PGD) due to liquefaction is mainly executed by use of numerical analysis or semi-analytical relationship. When applying these methods, so called interfacial pipeline·soil interaction force plays an dominant part. Currently used interaction force is made up of indispensable mechanical and physical components for the response analysis of buried pipeline. However, it has somewhat limited applicability to the liquefied region since it is based on the experimental results for the non-liquefied region. Therefore, in this study, improved type of pipeline·soil interaction force is proposed based on the existing interaction force and experimental research accomplishments. Above all, proposed interaction force includes various patterns of PGD or spatial distributions of interaction force caused by the decrease of soil stiffness. Through the comparison of numerical results using the proposed and the existing interaction force, relative influences of interaction force on the response of pipeline are evaluated and noticeable considerations in the application of semi-analytical relationship are discussed. Moreover, analyses due to the change of pipe thickness and burial depth are performed.