Q)
변위 응답의 경우 중요 디바이스 위치에서 상대 변위 (RRS-중요 디바이스 위치의 변위 응답)가 타당한 것 같은데요.
IERS (ICRS)의 경우 상대 가속도가 아닌 해당 위치에서의 (절대 가속도) 응답 (실험에서는 센서의 응답, 해석에서는 해당 node의 응답)으로 평가하는 이유가 있는지요?
일반적으로 생각하면 변위처럼 가속도 또한 상대 가속도 개념이 맞는 것 같기도 하여 질의 드립니다.


A)
IERS(ICRS)의 경우에는, 다음 그림과 같이 지진하중이 발생될 때에 구조물의 강성과 무게의 복합작용에 의해 각 층에서 발생되는 응답량(증폭량)이 다르기 때문에 해당 위치에서의 증폭된 응답, 즉 해당 node에서의 절대 가속도 응답으로 평가되어야 하는 것이 맞다고 판단됩니다.


예를 들어 상기와 같이 가진 하중(지진파)이 발생될 때 3층 바닥 위치에서의 IERS(FRS) 값을 추출하고자 할 때,
(1)번 구조물과 같이 건축물의 강성이 커서 2~3층에서는 증폭의 발생이 되지 않는 경우(건물 자체가 RIGID BODY거동), 지진파가 층수에 따라 증폭되지 않으며, 이때 3층에서의 IERS는 가진 하중(지진파)과 동등한 값을 나타내게 됩니다.
즉, 2층과 3층 간의 상대가속도는 0이 될 것입니다. 그러나, 절대가속도는 모든 층에서 지진파와 동일한 값을 나타내며 실제로 3층에서의 층 응답 스펙트럼(FRS)은 지진파에 비해 증폭되지 않을 뿐, 바닥층과 동일하게 나타내기 때문에 절대 가속도의 값으로(3층에 놓여지는 구조물의) 안전성이 평가되어야 합니다.

(2)번 구조물은 1층과 2층 사이에서 증폭이 발생되며, 2층 이상부터는 증폭이 발생되지 않는 무한 강성을 갖는다고 가정한 경우의 그림입니다. 관심이 있는 3층에서의 IERS(FRS)는 2층의 FRS와는 완전히 동일하지만, 1층(바닥층)과는 큰 차이를 보일 것입니다.
3층과 2층 위치에서의 상대가속도는 0이 되겠지만, 3층에서의 절대가속도는 바닥층 대비 증폭된 값을 나타낼 것입니다.
만약 3층에 설치된 케비넷 등의 구조물에 내진안전성을 평가한다면, 마찬가지로 2층과 3층 상이의 상대가속도가 아닌 3층에서의 절대가속도로 평가되어야만 실제 현상을 모사할 수 있을 것입니다. 상대가속도로 평가할 경우 (1)번 경우와 같이 0의 지진 가속도에 대해 평가되므로 무의미해 집니다.

가장 일반적인 경우인, (3)번 구조물의 경우도 마찬가지 일 거라 사료 됩니다.
3층에 위치한 기기에서 IERS를 추출한다고 가정하였을 때, 그 값은 1층, 2층 둘 보다 더 큰 FRS가 추출되는데, 이때에도 절대가속도는 “바닥층의 RRS + 1층과 2층 사이의 증폭값 + 2층과 3층 사이의 증폭 값”으로 나타날 것입니다. 기기 평가에서 2층과 3층 사이의 증폭 값 만으로(상대가속도) 가진 할 경우 실제 기기가 겪게 되는 진동보다 작은 외력으로 안전성 평가가 이루어 질 것이 우려됩니다.

반면에, 건축물 자체의 구조적 안전성을 평가할 경우라면, 2층과 3층 사이의 상대변위가 중요한 팩터가 될 수 있습니다. 예를 들면 (1)번 구조물의 경우 무한강성을 갖으므로 상대변위 자체가 0이 되어 절대 파괴되지 않으며, (2)번 구조물의 경우 1층과 2층사이에서만 파괴가 발생되고 2층 이상으로는 무조건 안전하겠지요. (3)번 구조물의 경우에서도 마찬가지로 각 층별 상대변위가 건물 파괴에 가장 중요한 팩터가 되는게 맞습니다.

주관적인 관점에서 생각한 부분인지라 설명 드린 내용에 있어 부족한 부분이 있을 수 있습니다. 양해 부탁 드리겠습니다.

그럼 내용 참고 부탁 드리며, 오늘도 좋은 하루 보내시기 바랍니다.


Insight 권정현 과장