2.2.1 대상 교량 인근 관측소 선정 경계가 무한한 경우

대상 교량을 기준으로 관측소의 위치에 대한 경계조건이 무한한 경우, 대상 교량과 지진관측소의 위치관계를 통하여 활용되는 지진관측소를 결정하도록 하였다. 이를 위하여 기 상청에서 제공하는 지진관측소 위치 정보를 이용하여 관측소 간 상대거리를 계산하고, 대상 교량을 중심으로 최소 상대거 리를 갖는 관측소 영역을 결정하였으며, 관측소 결정 영역 내 에서 목표로 하는 관측소의 수와 위상을 비교하였다.

관측소 결정 영역 내에 목표로 하는 관측소가 위치하지 않 은 경우 관측소 결정 영역을 관측소간 최소상대거리 만큼 다 시 확장하고, 관측소를 재탐색하는 절차가 요구된다. 여기서, 대상 관측소 결정을 위한 결정 영역은 특정거리로 한정하지 않고 관측소간 최소거리를 기준으로 제시한 것은 향후 지진 관측소의 설치 정보 변화 및 관측소 개소의 증가를 고려한 것 이다.

Fig. 3은 지진관측소가 무한한 경계조건에 존재하는 경우 대상 교량에서 인근 관측소를 결정하는 알고리즘을 나타낸 것이다. Fig. 3(a)는 지진관측소 DB (KMA)에서 획득된 위치 정보를 이용하여 지진관측소간 최소거리를 결정하는 것으로, 지진관측소(s_n)간 최소거리(d_min)를 계산한다. 관측소간 최 소거리는 Eq. (1)과 같이 관측소 위치정보에 대한 변수(m)와 지진관측소 총 개수(n)을 계산하고 각 관측소간 거리를 비교 하여 최소거리를 결정하게 된다. 즉, 임의의 관측소 간 거리 ( d S 1 − d S 2 )를 반복적으로 계산하고, 그 중 최소값을 최소거리 (d_min)로 정의한다.

Fig. 3

Target structure with unlimited observation boundary

Fig. 3(b)는 대상 교량 인근 지진관측소를 결정하기 위한 결 정영역을 나타낸 것이다. 관측소간 최소거리를 기준으로 하 여 대상 교량 위치에서부터 가상의 관측소 결정 영역을 선택 하고, 정의된 영역 내에서 목표로 하는 지진관측소를 결정하 지 못하는 경우 관측소 결정 영역은 목표 지진관측소를 결정 할 때까지 최소거리만큼 확장시키게 된다.

Fig. 3(c)와 같이 확장된 관측소 결정 영역에서 목표로 하는 관측소 보다 많은 수의 관측소가 발견되는 경우에는 대상 교 량을 중심으로 거리뿐만 아니라 관측소의 상대적인 위상을 고려할 수 있도록 하였다. 지진관측소의 상대적인 위상은 사 분면으로 구분된 관측소 결정영역과 함께 관측소 위치의 위 상정보를 제공하는 것으로 본 연구에서는 지진관측소의 위상 정보를 4개로 구분하여, 첫 번째 관측소 결정 영역의 경우 1사 분면을 Q_1,1, 2사분면을 Q_1,2, 3사분면을 Q_1,3, 4사분면을 Q_1,4 로 나타낼 수 있으며, 결정 영역이 확장 정도에 따라 Q_n,1, Q_n,2, Q_n,3, Q_n,4과 같이 상대적인 관측소 위치 정보를 확인할 수 있도록 한다. 대상 교량과 관측소 결정영역에서 선택된 관 측소간의 거리와 위상을 고려하여 동일한 위상에 관측소가 위치하게 되면 최소거리에 위치한 관측소가 선택되도록 하였 다. 이는 대상 교량을 중심으로 유사한 지진관측 결과를 활용 하는 것보다 상대적으로 지역이나 거리에 대한 영향을 고려 한 것이다.

2.2.2 대상 교량 인근 관측소 선정 경계가 유한한 경우

Fig. 4는 유한한 경계조건을 가진 대상 교량에 대한 인근 관 측소 결정 과정을 도시한 것으로 지진가속도계가 일반적으로 제한된 육상 공간에 설치되기 때문에 관측망의 외부에서 지 진이 발생하는 경우를 반영한 것이다.

Fig. 4

Target structure with limited observation boundary

관측소 결정영역 내에 포함된 관측소는 Fig. 4(d)에 나타낸 것과 같이 결정영역 내에서 대상 교량에 포함된 관측소간 거 리와 위상 정보에 의해서 관측소 위치가 결정되며, 동일 위상 에서는 대상 교량과 관측소간 거리에 우선하여 목적으로 하 는 관측소가 결정될 수 있도록 하였다.

3.2.1 규모 5.4 지진 사례

Fig. 8은 CASE 1에 대한 대상 구조물(지진관측소)과 선정 된 지진관측소 위치 및 진앙과의 관계를 나타낸 것이다. 지진 관측소 선정은 2절에서 제한한 알고리즘에 의해 결정되었다. Fig. 9, 10

Fig. 8

Relative location example for M5.4 – CASE 1

Fig. 9

Relative location example for M5.8 – CASE 2

Fig. 10

Relative location example for M5.8 – CASE 3

Fig. 11은 각 관측소 및 교량 위치에서 측정된 지진가속도 시간이력을 나타낸 것이며, Fig. 12는 가속도응답스펙트럼을 나타낸 것이다. 지진파의 주요한 성분은 0.4초 이내인 것으로 나타났으며, CASE 1에서는 B관측소의 최대가속도가 가장 높은 것으로 확인되었다.

Fig. 11

Measured acceleration data of seismic station (CASE 1)

Fig. 12

Ground response spectrum (CASE 1)

Fig. 13은 설정된 대상 교량위치에서 응답스펙트럼과 추정 된 응답스펙트럼을 비교한 것으로 대상 교량(지진관측소)에 대하여 인근에 위치한 지진관측소에서 계측된 지진가속도 자 료를 통하여 추정한 응답스펙트럼이 실제 관측된 가속도에 의한 지반응답스펙트럼보다 보수적으로 추정되었다.

Fig. 13

Comparison of response spectra at target location (CASE 1)

3.2.2 규모 5.8 지진 사례

Fig. 14는 CASE 2에 대한 구조물 위치와 지진데이터를 활 용한 지진관측소 위치정보 및 진원과의 관계를 나타낸 것이 다. 3.2.1절의 사례와 같이 Fig. 15에 실제 계측 지진가속도와 응답스펙트럼 나타내었다. CASE 2의 경우에는 각 관측소에 서 계획된 지진파의 주요 성분이 0.6~0.8초로 CASE 1에 비하 여 다소간 길었다. Fig. 16에서와 같이 규모 5.8 지진의 경우에 서도 설정된 대상 교량에 대하여 인근에 위치한 지진관측소 데이터를 이용하여 추정한 응답스펙트럼이 실제 응답스펙트 럼에 비하여 상대적으로 높게 추정되고 있음을 알 수 있다.

Fig. 14

Measured acceleration data of seismic station (CASE 2)

Fig. 15

Ground response spectrum (CASE 2)

Fig. 16

Comparison of response spectra at target location (CASE 2)

Fig. 17은 CASE 3의 경우에 대한 구조물 위치와 지진데이 터를 활용한 지진관측소 위치정보 및 진원과의 관계를 나타 낸 것이다. Fig. 18에 지진가속도 응답스펙트럼을 나타내었으 며, Fig. 19에 교량 위치에서 추정된 응답스펙트럼을 비교하 였다. CASE 3의 경우 대상 교량위치 인근에 위치한 지진관측 소에서 계측된 자료를 바탕으로 추정한 응답스펙트럼을 실제 응답스펙트럼과 비교한 결과, 진원에서 대상 교량까지의 거 리가 CASE 1 및 2에 비하여 상대적으로 멀기 때문에 지진의 강도가 크지 않아 추정되는 응답스펙트럼 수준은 실제 응답 스펙트럼과 유사하게 나타났다.

Fig. 17

Measured acceleration data of seismic station (CASE 3)

Fig. 18

Ground response spectrum (CASE 3)

Fig. 19

Comparison of response spectra at target location (CASE 3)