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2006-07-25 [프로그램] Pro-shake(또는 Shake91)

작성자 : 류희룡

(2022-09-28)

조회수 : 1540

ProShake 에 대한 말씀을 드리기 전에 잠깐 삼천포로 빠져 보겠습니다.
(복잡한 수식은 하나도 없이, 개념만 설명드리고 자세한 내용은 가장 아래 부분의 자료를 참고하시기 바랍니다)

설악산에 있는 흔들바위 아시죠
이 흔들바위와, 같은 크기의 고무뭉치 그리고 솜뭉치를 상상해 보세요.
자 그럼, 띨빡놀이를 한번 해보죠.

먼저 바위한편에서 바위면에 귀를 대고 반대편에서 친구에게 햄머로 바위를 있는 힘껏 쳐보라고 했다고 생각해 봅시다.
^^ 생각만 해도 찌릿찌릿 하시죠.
그럼 이번엔 바위 크기의 고무뭉치와 솜뭉치에서 똑 같은 짓을 한다고 생각해 봅시다.
^^ 상상이 가능하리라 생각합니다.

이번에는 이 바위와 고무와 솜뭉치를 네모나게 반듯하게 잘라서(조상님 산소 앞의 신단처럼)
진동대 위에 차곡차곡 포개 놓는다고 생각합시다.
맨 밑에 바위 > 고무 > 솜뭉치 순서로 포개놓았다고 생각합시다.
그리고 이번엔 진동대를 좌우로 흔들어 줍니다.
아마도 맨 위의 사각 솜뭉치가 가장 많이 흔들리거나 진동에 의해 떨어지거나 하겠죠.

집중이 조금 되셨나요? ^^
이제 본론으로 들어가서 구조물이 놓여지는 지반을 생각해 보죠.
지반조건은 위의 띨빡놀이처럼 간단하지도 반듯하지도 않지만,
편리한 쪽으로 빗대어서 상상해 보세요.

지중에서 여차저차 해서 지진이 발생하면
가장 아래 부분에 있고 단단하다고 정의한 기반(bed-rock)으로 부터
기반지진동(bed-rock motion)이 여러 지층을 거쳐 입사, 반사를 하며 지상으로 전달됩니다.
이때 발생하는 지반의 주요 응답은, 기반으로 부터 수직으로 입사하는 전단파(Shear waves)에 기인하는 것으로 가정합니다.
구조물이 놓인 기초지반은 대부분 여러층의 다른 종류의 지층으로 구성되어 있을텐데요,
이 지층들도 수평으로 반듯한 등방성 균질(horizontally layered isotropic and homogeneous)지층이라고 가정합니다.

이렇게 전단파가 수직으로 입사해 올때,
단단한 지층(바위)일 수록 입사속도는 빠르고 감쇠가 적으며,
단단하지 않을수록(솜) 입사속도가 느리고 감쇠가 큽니다.
이러한 지층의 성질에 대해 전단파속도(shear wave velocity) 및 감쇠(damping)라고 하고,
이를 결정하는 인자이기도 한 변형에 대한 성질은 우리에게 익숙한 전단계수(shear modulus, G) 입니다.
또한 이외에 밀도(mass density)가 있겠지요.

이렇게 지진파가 각기 다른 성질을 가진 지층을 지나면서,
각 지층에서는 그 성질에 따라 각기 다른 응답값을 갖게 됩니다.
예를 들어 원래의 지진파가 증폭이 되거나 작아지거나 하는 등으로..

이처럼, Shake는
일정한 위치에서 발생한 지진파에 대하여
위에 언급한 가정을 기본으로,
1차원 파동전파이론과 진동수영역해석을 이용하여 지반의 비선형성을 등가선형으로 고려하여,
각 지층별(깊이별)로
지진동, 동적응답 등을 얻을 수 있는 프로그램입니다.

지진에 의한 지반응답의 간편하고 직관적인 이해를 위하여 작성한 내용이므로
자세한 이론과 설명에 대해서는 아래에 덧붙이는 내용을 참고하기 바랍니다.

======================== 붙 임 ========================
프로그램에 대한 이론적 배경 및 설명은 1972년 12월,
Per B. Schnabel, John Lysmer, H. Holton Seed
에 의해 버클리 공대에 제출된
SHAKE, "A COMPUTER PROGRAM FOR EARTHQUAKE RESPONSE ANALYSIS OF HORIZONTALLY LAYERED SITES"
(SHAKE, "수평성층지반의 지진응답 해석 컴퓨터 프로그램")
보고서와,
같은 내용이지만 프로그램 사용설명과 함께 깔끔하게 정리된,
ProShake 사용자 설명서를 참고하시기 바랍니다.

현재 http://nisee.berkeley.edu/software/cdrom.html를 통해 배포되는 버전은
Shake91(bur_rpt(1999)포함)이며, 판매되는 종합세트CD를 우송료만 부담하고 구입하거나,
버클리대학 친구 아이디를 빌리거나, 인터넷을 통해 $25/year 를 결제하고 로그인 하면 받아 볼 수 있습니다. 물론 이미 소유한 주위분들께 부탁해서 받아 볼 수도 있고요.

인내력이 있으신 분들은
Shake91.exe 이나
http://www.itk.ilstu.edu/faculty/dcwalla/shake6.htm 를 사용하시구요,
이미 GUI 에 익숙해지신 분들은
http://www.shake2000.com/
http://www.proshake.com/
를 방문하여 살펴보시기 바랍니다.

Shake91.exe를 실행하시면 Shake의 개발 역사를 간단히 보실 수 있습니다.
여기에 다시 옮겨보면
SHAKE(1970) > Shake85(1985) > Shake88(1988) > SHAKE90/91(1990-1991)> SHAKE91(Dec.,1991)
등으로 conversion/upgrade/cleanup 등이 되었구요
Shake2000, ProShake 등과 같은 편리한 UI를 가진 곁가지들이 생겨나는 이유들은
각 메뉴얼에 있는 연락처로 연락하시면 친절하게 설명해 드립니다.(믿거나 말거나)