3.1.1 자유장 및 주탑기초부
자유장은 구조물의 영향보다는 지반운동 자체의 영향을 많 이 받아서 구조물의 형식과는 무관하게 해당 부지 지진동의 크기를 판단하는데 용이하기 때문에
계측결과에 대한 분석이 필수적이다. 주탑 기초부는 자유장과 비교하면 구조물의 영 향을 조금 더 받게 되지만, 상부구조 내 다른 위치와 비교해서 는
여전히 부지의 지진동의 영향을 많이 받기 때문에 분석의 필요가 있다. 특히, 주탑 기초부는 기반암에 직접 고정되기 때문에 자유장보다 오히려 지반에
의한 지진동 증폭의 영향 을 덜 받는다는 측면에서 자유장 계측결과와 함께 분석할 필 요가 있다. Figs. 2~4에는 각각 경주 지진의 전진, 본진 및 여 진 발생 시 14개 케이블지지교량의 자유장과 주탑 기초부 위 치 지진가속도계에서 측정된 가속도의 최대응답을
나타내었 다. 각 그림의 (a), (b)에서는 각각 수평(horizontal)방향 응답 (기호 E, N 또는 X, Y로 표시)과 수직(vertical)방향
응답(기호 Z로 표시)을 나타내었다. 여기서, 자유장의 수평방향은 동서 방향(east-west, E)과 북남방향(north-south, N)으로,
주탑 기 초부의 수평방향은 교량의 교축방향(X)과 교축직각방향(Y) 로 구분하여 나타내었다. 앞의 2.2에서 언급한 이유로 인하여 MP대교는 자유장
계측값이 빠져 있고, SR대교와 DG대교는 주탑 기초부 계측값이 빠져있으며, NH대교와 DS대교의 경 우 대체 설치된 위치(앵커리지 내부와 링크룸
내부)에서 측정 된 값을 자유장값으로서 나타내었다.
Fig. 2
Peak accelerations at the free fields and foundations of bridges (Foreshock, ML=5.1)
Fig. 3
Peak accelerations at the free fields and foundations of bridges (Main shock, ML=5.8)
Fig. 4
Peak accelerations at the free fields and foundations of bridges (Aftershock, ML=4.5)
자유장 측정 가속도 기준 최대응답은 진앙거리가 가장 짧 은 SCP대교에서 발생하였으며, 전진 및 본진 시 최대 가속도 가 각각 22 gal(E) 및
28 gal(N)로 기록되어 Table 1 기준의 관 심(blue) 단계를 넘어서서 주의(yellow) 단계에 해당하는 상황 이 발생하였다. 이외의 교량의 경우 본진 시 3개 교량(NH,
DG, GBS)에서 10~16 gal정도로 기록되었고, 나머지 교량은 5 gal 이하로 기록되었다. 14개 교량의 설계 최대지반가속도는 도로교설계기준(MOLIT, 2016)의 지진구역 구분에 근거하여 지진구역 I에 해당하는 8개 교량(NH, DG, MP, GBS, DS, GG, HT, DE)은 151 gal(=0.154g)이고,
지진구역 II(전라남도 남서 부)에 해당하는 5개 교량(JD, JD2, WD, SR, YG)은 96 gal(=0.098g)이다. 단, SCP대교의
경우는 지진구역 I에 해당 하지만, 설계 당시의 설계기준에 근거하여 137gal(=0.140g)로 설정되었다. 경주 지진에 의한 최대가속도응답은 설계지반
가속도 기준으로 SCP대교에서 21%, 3개 교량(NH, DG, GBS) 에서 7~10%, 나머지 교량에서는 4% 미만에 해당한다.
전진, 본진 및 여진에 대한 자유장 계측결과를 분석해보면, 전반적으로 진앙거리가 길어짐에 따라 최대가속도응답의 크 기가 점점 작아지는 경향을 확인할
수 있으며, 이는 앞의 2.1 에서 언급한 바와 같이 거리에 의한 감쇠의 영향으로 판단된 다. 그러나 NH대교처럼 DG대교와 GBS대교보다 진앙거리
가 짧음에도 불구하고 최대가속도가 작게 나타나는 경우도 발견할 수 있다. 이 현상에 대한 원인은 다음과 같이 분석된 다. 먼저 NH대교의 최대가속도응답은
자유장 계측값이 아닌 대체 설치된 앵커리지 내부에서의 계측값이기 때문에 다른 교량의 자유장 계측결과와 상이할 수 있다. 일반적으로 지진 동은 기반암(bedrock)에서
지표면으로 전달되면서 지반의 영 향으로 강도가 증폭이 되기 때문에 자유장에서 계측된 값도 지반 증폭의 영향을 받은 값이라 할 수 있다. 이에 반해
앵커 리지의 경우는 암반에 직접 정착되어 있기 때문에 앵커리지 내부에서 측정된 NH대교의 계측값은 지반 증폭의 영향을 거 의 받지 않았다고 볼 수
있다. 이로 인하여 상대적으로 짧은 진앙거리에도 증폭되지 않은 NH대교의 최대가속도가 증폭 된 DG대교와 GBS대교보다 작은 것으로 분석된다.
주탑 기초부에서의 계측결과를 보면, 대부분의 교량에서 자유장과 주탑 기초부에서 측정된 최대가속도의 차이가 크지 않게 나타나지만, NH대교나 HT대교,
GG대교와 같이 자유장 측정 최대가속도에 비하여 기초부 측정 최대가속도의 크기가 크게 계측된 결과를 발견할 수 있다. 이러한 현상은 해당 교량 들의
주탑 기초부가 다른 교량에 비해서 상부구조의 영향을 많이 받았기 때문이라고 분석된다. HT대교 및 GG대교가 다 른 사장교에 비해 주 경간장 길이나
주탑 높이의 측면에서 대 형 교량에 해당된다는 것은 이러한 분석을 뒷받침하는 근거 가 되며, NH대교는 현수교라는 점에서 그 영향을 더 크게 받 았다고
분석할 수 있다. 또한, MP대교 주탑 기초부에서는 지 리적으로 주변에 있는 다른 교량들보다는 비교적 큰 값인 7 gal의 PGA가 측정이 되었는데,
이는 앞의 2.2에서 언급한 바 와 같이 매립지라는 지반 특성의 영향이라 분석된다.
자유장과 주탑기초부의 최대가속도응답 계측결과를 분석 해본 결과 다음과 같은 경향성을 찾아낼 수 있다. 먼저, 거리 에 의한 감쇠의 영향으로 진앙거리가
길어질수록 최대가속도 응답은 작아진다. 주탑 기초가 기반암에 직접 고정되기 때문 에 지표면에 위치한 자유장보다 지반으로 인한 지진동 증폭 의 영향을
덜 받게 되어 자유장 보다 지진동이 작을 수 있지만, 반대로 상부구조의 영향을 많이 받아 자유장보다 큰 최대가 속도 계측결과를 보일 수도 있다. 결론적으로
두 개의 영향 중 어느 쪽 영향을 많이 받느냐에 따라서 결정되지만, 규모가 큰 교량의 경우 후자의 영향을 더 많이 받는 것으로 나타난다.
3.1.2 주탑
Table 5에는 경주 지진의 전진, 본진 및 여진 시 주탑에 부착 된 지진가속도계에서 기록된 최대가속도 응답을 나타내었다. 교축방향(longitudinal)과
교축직각방향(transverse)의 응답을 구분하여 나타내었고, 각 높이별로 좌우 주탑에 각각 지진가 속도계가 설치된 경우는 그 평균을 취하였다.
주탑 기초부에 서의 계측결과는 앞의 3.1.1에서 분석하였으나, 주탑 내 진동 의 증폭 정도를 파악하기 위하여 함께 나타내었다. 전체적인 경향은 주탑의
기초부에서 상부로 갈수록 최대가속도는 전체 적으로 거리에 의한 감쇠의 영향이 옅어지고, 상부구조의 규 모나 형식의 영향을 많이 받게 되는 것으로 분석되었다.
Table 5
Peak acceleration recorded by sensors located at 3 positions in pylons of 14 bridges
[gal]
교축방향응답의 경우, 진앙거리가 가장 짧은 SCP대교에서 전진과 본진, 여진 기준 최대 가속도가 각각 59 gal과 79 gal, 16 gal로 측정되어
첫 번째 혹은 두 번째로 큰 값을 나타냈다. 반면에 비교적 진앙거리가 길지만 교량의 규모가 큰 GG대교 와 HT대교에서도 각각 본진 기준 111 gal과
54 gal로 측정되 어 상부구조의 진동은 지진동의 크기뿐만 아니라 상부구조의 진동특성을 고려해야 할 필요성을 보여주었다. 특히 GG대교 의 경우
주탑 기초부 측정값 2.7 gal에 비해 주탑의 보강거더 높이에서는 4.7배 큰 12.6 gal로, 주탑 상부에서는 41배가 큰 111 gal로 측정되어
상당한 크기의 증폭량을 보인다. 이와 같 은 현상의 원인과 관련해서는 뒤의 3.2에서 분석한다.
교축방향의 진동 경향을 분석해보면, 사장교에서는 주탑 기초부에서부터 상부로 갈수록 최대가속도가 점점 더 크게 증폭되지만, 현수교에서는 그러한 현상이
뚜렷하게 나타나지 않는다. 이는 교량 형식에 따라 주탑에 구속조건으로서 작용 하는 케이블과 거더의 영향이 차이가 나기 때문이다. 사장교 의 경우 보강거더의
중량은 가로보와 함께 사장케이블의 장 력에 의해 지지되며, 각각의 케이블에 의해 수직력 및 수평력 의 조합으로 주탑에 분산되어 전달된다. 이에 반해
현수교 보 강거더의 중량은 기본적으로 행어의 장력에 의해 지지되며, 주 케이블에 수직력만이 전달되고 다시 주탑 상부에 수직력 으로 집중되어 전달된다.
주탑을 기준으로 다시 말하면, 현수 교 주탑은 보강거더 높이에서의 진동에 구속조건으로 작용하 는 외력이 크게 작용하지 않지만, 사장교 주탑은 가로보를
통 해 전달되는 보강거더의 중량이 주탑의 진동을 구속하는 방 향으로 크게 작용한다는 것을 의미한다. 반대로, 주탑의 상부 에서는 현수교 주 케이블로부터
전달되는 외력이 사장교 사 장 케이블들로부터 전달되는 외력의 합보다도 훨씬 더 크게 작용하기 때문에, 주탑 상부에서의 진동에 대한 구속은 현수 교에서
더 크게 나타난다. 전반적으로 교량의 규모가 크고 주 탑의 높이가 높을수록 주탑 기초부 대비 최대가속도로부터의 증폭이 크게 발생하는 것을 확인할 수
있다.
교축직각방향 응답의 경우에도 진앙거리가 가장 짧은 SCP 대교에서 전진과 본진, 여진 기준 최대 가속도가 각각 53gal과 60 gal, 14 gal로
측정되어 가장 큰 값을 나타내었고, HT대교 에서 본진 기준 38 gal이 측정되었으며, 나머지 교량들에서는 30 gal 이하로 비교적 크지 않은
결과를 나타내었다. 전반적 으로 교축방향에 비하여 지진동의 증폭이 크게 나타나지 않 았다. 또한, 교축방향에 비해서 교량의 규모와 더불어 주탑의 형상에도
영향을 받는 것으로 분석되었다. 주탑 상부에서 케 이블을 1면 배치하는 다이아몬드형, A형 및 역Y형 주탑이 케 이블을 2면 배치하는 H형 주탑에
비해 증폭효과가 크게 나타 는 경향을 보인다.
3.1.3 보강거더
Table 6에는 경주 지진의 전진, 본진 및 여진 시 보강거더 중 앙에 설치된 지진가속도계에서 기록된 최대가속도 응답을 나 타내었다. 수평방향(horizontal)과
연직방향(vertical)의 응답 을 구분하여 나타내었고, 지진가속도계가 보강거더 양면에 각각 설치된 경우는 그 평균을 취하였다. 여기서, 수평방향은
교축직각방향을 의미한다.
Table 6
Peak acceleration recorded by sensors located at the center of girders of 14 bridges
[gal]
수평방향응답의 경우, 진앙거리가 가장 짧은 SCP대교에서 전진과 본진, 여진 시 최대가속도가 각각 16 gal과 17 gal, 6 gal 로 측정되어
첫 번째 혹은 두 번째로 큰 값을 나타냈고, 본진 시에만 DS대교에서 27 gal의 최대가속도가 측정되어 가장 큰 값을 기록했다. 나머지 교량들은
그 보다도 작은 값을 기록했 다. 그러나 전체적으로 최대가속도값들 자체가 크지 않고, 교 량들 간의 차이도 크게 나타나지 않았다. 이는 케이블지지교
량 보강거더의 수평방향 진동은 주 경간장 길이가 길어질수 록 지진의 영향보다는 풍하중의 영향을 많이 받기 때문이라 판단된다. 해당 교량들의 장기계측결과에
근거하여 분석해 보았을 때, 상시에 측정된 최대가속도값과 큰 차이를 보이지 않았으며, 오히려 강풍 시에 더 큰 값이 계측되었다.
수직방향응답의 경우에도 수평방향응답과 마찬가지로 전 체적으로 최대가속도값들 자체가 크지 않고, 교량들 간의 차 이도 크게 나타나지 않았다. 장기계측결과에
근거하여 분석 해보았을 때, 상시에 측정된 최대가속도값과 큰 차이를 보이 지 않았으며, 이는 케이블지지교량 보강거더의 수직방향 진 동은 지진의 영향보다는
차량 활하중의 영향을 많이 받기 때 문이라 판단된다.