근처의 편심 충격에 따른 교각의 과도 응답

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16667(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

교각 붕괴에 대한 준단층 지진의 영향을 연구하기 위해 이중 경간 연속 거더 교량을 설치합니다. 교량의 지진응답은 과도파함수 확장법과 간접모드함수 중첩법을 이용하여 계산됩니다. 동적 및 변위 응답을 해석하고 교각의 편심 압축에 대한 교량의 수직 분리 효과를 분석합니다. 결과는 단층에 가까운 수직 지진 작용 하에서 박리가 교각 상단의 수평 변형을 크게 변화시킬 수 있으며 박리를 무시하면 교각의 편심 압축을 과소평가할 수 있음을 보여줍니다. 다양한 교각 높이와 대들보 폭에 대한 계산은 분리가 교각 상단의 종방향 변형에 더 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 따라서 단층 근처 지역의 교각 상단에 종방향 제한 장치를 합리적으로 설계하는 것은 편심 교량 충격의 피해를 줄이는 데 도움이 됩니다.

지진의 작용으로 교량의 손상은 재해 후 구조에 영향을 미치고 재해 후 복구에 어려움을 가져온다1,2. 교량 충돌에 대해 현재 연구는 인접한 보의 충돌과 주 거더와 교대 사이의 충돌에 중점을 두고 있으며 일부 성과가 있었습니다3. 많은 학자들이 충돌력을 계산하기 위해 다양한 모델을 설정하고 구조적 충돌력을 줄이기 위한 합리적인 장치를 설정했습니다4,5,6,7. 그러나 수직충돌, 특히 주거더와 교각 사이의 편심충돌에 관한 연구는 거의 없다.

이전의 원거리 지진 모니터링 데이터에 따르면 수직 지진 가속도는 수평보다 작은 것으로 나타났습니다8. Castelli et al.9은 수직 지진 하에서 토양과 구조물 사이의 상호 작용을 분석했습니다. Button et al.10과 Wang et al.11은 수직 내진 설계가 덜 중요하다고 생각했습니다. 모니터링 수준이 향상됨에 따라 근거리 수직 지진 가속도 진폭이 수평 지진 가속도 진폭에 가깝거나 훨씬 더 높다는 것을 보여주는 데이터가 점점 더 많아지고 있습니다. 1995년 고베 지진의 수직 및 수평 가속도 V/H의 피크 값은 212에 가깝습니다.

Thomas et al.13은 Tacoma 교량에 대한 모달 해석을 수행한 결과, 특히 지반의 수직 여기 주파수가 교량의 고유 진동수에 가까울 때 수직 지진 성분을 무시하면 더 큰 위험을 초래할 수 있음을 발견했습니다. Borislav et al.14는 수치 시뮬레이션을 통해 내진 교각의 내진 성능에 대한 장기(LD) 운동과 근거리 단층(NF) 지반 운동의 영향을 논의하고 단기 원거리 운동(FF)의 응답과 비교했습니다. 다양한 유형의 지면 운동에 따른 손상 가능성을 평가하기 위해 섬유 기반 비선형 유한 요소 교각 교각 모델이 개발되었습니다. Ayman et al.15은 강제 진동 하에서 진동 동적 거동을 더 잘 이해하기 위해 근접 결함 충격 운동 방법을 사용하여 교각의 속도 충격 효과를 연구했습니다. 외국 교량과 달리 중국의 대부분의 대들보 교량은 고무 베어링을 채택하고 인장 강도가 부족합니다16,17. 단층에 가까운 수직 지진으로 인해 주 거더와 베어링이 분리될 수 있습니다. 수직 충격력을 계산하기 위해 Yang et al.4는 과도파 고유함수 방법을 사용하여 해결했습니다. 그러나 양씨의 연구에서는 분리가 수직충격에 미치는 영향만을 고려했을 뿐 분리에 따른 교량의 수평변위 변화는 무시하였다. 강한 진폭의 수직지진운동에 따른 분리현상이 수평교량의 손상에 미치는 영향을 분석할 필요가 있다.

이전 충돌 연구는 주로 인접한 빔의 세로 충돌에 중점을 두었습니다. 최근 Yang은 주거더와 교각 사이의 수직 충격력을 계산하기 위해 연속체 모델을 사용했습니다. 그러나 위의 연구에서는 수직지진만을 고려하였으며, 교각과 보의 수직분리가 교각의 종방향 동적응답에 미치는 영향을 무시하였다.