Seismic Analysis of Tunnel Structures

터널구조물의 내진해석

Generally, it has been noted that underground structures have a consistent record of suffering much less damage than surface facilities during earthquakes; but it is still necessary to illustrate the dynamic response of tunnel structures subject to earthquake loadings and to provide the appropriate method for the seismic analysis of underground tunnel structures since many types of underground structures have been and will be constructed in countries situated within seismic zones. In this study, first, seismic analyses for underground tunnel structures are performed by using quasistatic analysis method and dynamic analysis method. Second, seismic analyses in tunnel portals are performed by using above methods. The results of seismic analyses for the tunnel structure show that the tunnel structure conforms to ground deformation and that seismic design by using the quasi-static analysis method is more conservative than that by using the dynamic analysis. The results of the dynamic FEM analysis for the tunnel structure show that the simplified 2-D FEM analysis using a sine wave rather than the 3-D FEM analysis can be adopted for seismic analysis. Finally, the results of the dynamic FEM analysis in tunnel portals show that the force acting on the lining is largest near to the tunnel portal when an earthquake wave propagates parallel to tunnel axis.

일반적으로 지진발생시 터널구조물은 지상구조물에 비해 입는 피해가 매우 작다고 해서 내진설계에 대한 인식이 부족하였다. 그러나, 현재까지 많은 유형의 지하터널이 건설되었고, 앞으로는 더 많은 건설계획이 있으므로 지진시 지하터널구조물에 대한 안정성 확보가 중요하고 많은 연구가 필요하다. 본 논문에서는 지진발생시 터널의 동적거동을 파악하고, 적절한 내진해석을 제안하기 위해서 응답변위법과 동적해석법을 이용하여 내진해석을 실시하였다. 해석 결과는 지진발생시 터널구조물이 지반의 변형에 순응한다는 것을 나타내었고, 응답변위법에 의한 내진해석이 동적해석법에 의한 것보다 대부분의 경우 더 보수적인 해석이라는 것을 보여주었으며, 마지막으로 동적해석시 간편화된 2차원유한요소해석이 복잡한 3차원해석보다 내진해석시 더 효율적이라는 것을 보여주었다. 갱구부의 내진해석결과에서는 지진파가 터널축과 평행하게 진행할 때 갱구부에 설치된 라이닝에 가장 큰 단면력이 발생하는 것으로 나타났다.