결론

인천항 국제여객부두 (15,000G.T)

3. 결론

◦ 지진시의 안정검토는 수평지진계수(k)인 amax(0.147g)를 적용하여 붕괴방지수준으 로 검토한 결과 미끄러짐(1.002≥ 1.0)은 안전하고, 전도(1.464≥1.1)는 안전하며, 지지력(0.854≤1.0)은 불안전하였다. 전체 활동(1.278≥ 1.0)은 안전하게 나타났다.

◦ 상세2단계 평가를 위해 amax(0.17g)를 가정하였다. 미끄러짐안전율이 1.0일 때 설 계가속도 (k)는 0.148g를 산출하여 안전계산을 재수행한 결과 전도(1.461≥1.1)는 안전한 것으로 나타났으며 지지력(0.853≤1.0)은 불안전하게 나타났으며 전체 활 동(1.277≥ 1.0)은 안전하게 나타났다. 미끄러짐변위 계산결과 0.31cm 로 변위량 허용범위 이내로 나타났다.

◦ 금번 예제에서는 케이슨자체의 구조적안전성 검토는 실시하지 않았으나, 실제 평 가시는 실시하여야 한다. 또한 상치구조물의 활동에 대해서도 검토가 필요하다.

B.2 ^잔교

- ^{부산항 신선대부두} (50,000DWT)

1. 내진성능 예비평가

1.1 시설물 현황

◦ 부산항 신선대부두는 2005년 1월에 준공되었으며 용도는 컨테이너 부두이고 5 0,000DWT급 4선석, 140,000DWT급 1선석으로 축조되었음

◦ 상부에는 Crane Rail이 설치되어 하역장비가 운용되며 컨테이너 부두 1,500m중 857.8m 구간은 잔교식 안벽구조물이고 642.2m는 케이슨식 안벽구조로 축조 되 어 있음

◦ 현재 3번 선석은 DL(-) 15.00m, 4번 선석은 DL(-) 16.00m까지 수심이 확보된 상태

1.2 표준단면도

1.3 설계조건¹⁾

(1) 설계조위

◦ Approx.H.W.L

◦ M. S. L

◦ Approx.L.W.L

DL.( + ) DL.( + ) DL.(±)

1.282 m 0.641 m 0.000 m

(2) 기초지반 토질조건

◦ 본 지역의 토질조사 자료는「부산항 신선대부두 확충공사 기본 및 실시설계용 역」(1995, 한국컨테이너 부두공단)에 수록된 대상지역의 시추자료를 적용

◦ 잔교구조물의 기초말뚝은 강관말뚝(Φ711.2×14t)으로 타입되었으며, 해저지반은 최상층의 해성퇴적토층, 풍화대층, 연암의 순으로 구성되고, 퇴적토층은 층두께 가 0.8∼15.1m 로 대부분 실트, 실트질 모래, 모래질 자갈등으로 퇴적되어 있으 며, N치는 5~50으로 느슨, 조밀한 상태로 불규칙한 편임

◦ 풍화암은 N치 50 이상으로 매우 조밀한 상태이며, 연암은 심도 8.3~22.1m로 분 포되어 있음

1) 본 설계 예제에서는 허용응력설계법을 적용함

(3) 말뚝제원 직경(mm)

ø

두께(mm) t

단면적(cm²) A

단면계수(cm³) Z

단면2차 모멘트(cm⁴) I

711.2 14 262.08 4,479 158,380

(4) 강관말뚝의 재료정수 (항만 및 어항설계기준 2005, p359)

탄성계수_ (MPa) 전단탄성계수G (MPa) 포아송비  선팽창계수  (ℓ/℃)

200,000 77,000 0.3 0.000012

(5) 강관말뚝의 허용응력 해석

① 허용응력 할증

허용응력설계법에 의하여 부재의 안전검토를 행하는 경우 여러 종류의 외력 및 하중등의 조합을 고려 할때에는 허용응력을 할증시킬 수 있음

하중 및 외력의 조합 할증계수 적용

온도 변화를 고려하였을 때 1.15

지진의 영향을 고려하였을 때 1.50 ○

※ 강재의 허용응력 할증 계수 (항만 및 어항설계기준 2005, p365)

강종 응력의 종류

STK400, SHK400, SHK400M, SKY400

STK490, SHK490M, SKY490 축방향인장응력

(순단면적에 대하여) 140 {1,400} 185 {1,850}

축방향압축응력 (총단면적에 대하여)

r

ℓ≤ , 140, {1,400}

  r

 ≤ ,

  



^r

  



r

ℓ  , 

 



^r



^



r

ℓ≤ , 185, {1,850}

  r

ℓ ≤ ,

  



^r

  



r

ℓ  , 

 



^r



^



휨인장응력

(순단면적에 대하여) 140 {1,400} 185 {1,850}

휨압축응력

(총단면적에 대하여) 140 {1,400} 185 {1,850}

② 강관말뚝의 허용응력(항만 및 어항설계기준 2005, p361) 단위:(N/㎟,{kgf/㎠})

위 표에 있어서 각 기호가 뜻하는 바는 다음과 같음

ℓ : 부재의 유효좌굴장(㎝), 상부구조하면으로부터 가상지표면까지의 거리 r : 부재의 총단면적의 단면2차반경(㎝)

③ 강관말뚝의 조합응력 검토 (항만 및 어항설계기준 2005, p361)

강관말뚝의 허용응력은 아래 표와 같이 안전성을 검토할 수 있으며, 말뚝의 좌 굴 안정성을 고려하여 안전성 검토를 수행할 것을 권장함

단위 : (N/㎟,{kgf/㎠}) 강종

응력의 종류

STK400, SHK400,

SHK400M, SKY400 STK490, SHK490M 축방향과 휨모멘트를

동시에 받는 부재

① 축방향력이 인장인 경우

_t  _bt ≤ _{t a} 또는  _t  _bc≤ _ba

② 축방향력이 압축인 경우 : _bt

_c

 _ba

_bc

≤ 

전단응력

(총단면적에 대하여) 80 {800} 105 {1,050}

위 표에 있어서 각 기호가 뜻하는 바는 다음과 같음

_t _c : 단면에 작용하는 축방향 인장력에 의한 인장응력 및 축방향 압축력에 의한 압축응력(N/㎟)

_bt _bc : 단면에 작용하는 휨모멘트에 의한 최대인장응력 및 최대압축응력(N/㎟)

_ta _ca : 허용인장응력 및 약축에 대한 허용축방향 압축응력(N/㎟)

_ba : 허용휨 압축응력(N/㎟)

(6) 붕괴방지 수준에서의 연성계수 (항만 및 어항설계기준 2005, p321) 항만

구조물 말뚝의 종류

연성계수

콘크리트 말뚝 강말뚝

지반에서

말뚝모멘트 말뚝 두부 경사말뚝

두부 수직말뚝 수직말뚝과

경사말뚝 잔교

(돌제형)

PS콘크리트 1.5 3.0 1.5 - -

강재 또는 강재와

콘크리트 합성 - - - 5.0 3.0

잔교 (횡잔교형)

PS콘크리트 2.0 5.0 2.5 - -

강재 또는 강재와

콘크리트 합성 - - - 5.0 3.0

주) RC말뚝의 경우 콘크리트 덮개에 균열이 발생할 때의 연성계수를 사용하여 연성계수는 2가 됨

(7) 지반반력계수

구 분 지반반력계수 비 고

횡방향(K_h) k₀ × 1.5N 항만 및 어항 설계기준 여기서, K_h : 횡방향 지반반력계수(N/cm³)

k₀ : 사항의 각도에 따라 적용하는 계수 N : 지층의 평균 N치

사항에 작용하는 횡방향지반반력계수(지진력작용방향이 (+)각도)

(8) 상재하중 (항만 및 어항설계기준 2005, p867)

구 분 크레인하중 有

상시 20 kN/m²

이상시 10 kN/m²

(9) 크레인하중 (부산항 신선대부두 확충공사 기본 및 실시설계용역 참조)

① 윤하중

◦ 지진시 해측 : 600 kN/EA

◦ 지진시 육측 : 600 kN/EA

② 지진시 연직하중

◦ 해측 : 600 kN/EA × 8EA/9.1m × 1.1 = 580.22 kN/m

◦ 육측 : 600 kN/EA × 8EA/9.1m × 1.1 = 580.22 kN/m

③ 지진시 수평하중

◦ 해측 : 600 kN/EA × 8EA/9.1m × 0.1 = 52.75 kN/m

◦ 육측 : 600 kN/EA × 8EA/9.1m × 0.1 = 52.75 kN/m

(10) 하중조합

하중조합 자중 상재하중

(이상시)

크레인하중

(지진시) 종방향 지진력

중앙부 비고 재하

단부

재하 해측 ⇨ 육측 육측 ⇨ 해측

Comb 1 ○ ○ ○ ○

Comb 2 ○ ○ ○ ○

Comb 3 ○ ○ ○ ○

Comb 4 ○ ○ ○ ○

※ 크레인 1대를 재하 하였으며, 크레인의 재하위치는 잔교 중앙부 및 단부로 case를 나누어 계산함

(11) 말뚝의 축방향 허용지지력 (항만 및 어항설계기준 2005, p449, p453, p454)

① 사질토지반에 타입한 말뚝의 극한지지력

_   ×× ×_  ×  ×_ 여기서,

_ : 말뚝의 극한지지력 (kN)

_ : 말뚝의 선단면적 (㎡) α : 말뚝의 폐쇄율

_ : 말뚝둘레의 전표면적 (㎡)

 : 말뚝선단지반의 N치

 : 말뚝 근입 전 길이에 대한 평균 N치

500 1,000 1,500 2,000

0 0.6 0.7 0.8 0.9

Parameter : 말말말말말,t(mm) Po : 완완완완완완말완완완 Pc : 완완완완완완말완완완

t=1916 12 9

Po/Pc완완하

(mm) 말말말말말

말뚝 직경별 폐쇄율(고도오 방법, 항만 및 어항설계기준 p454)

② 안전율

구분 안전율 하한치

지진시

지지말뚝 1.5 이상

마찰말뚝 2.0 이상

(12) 말뚝의 횡방향 허용 지지력 (항만 및 어항설계기준 2005, p878)

◦ 가상지표면하 3/β이상의 근입깊이를 가지면 횡방향 지지력은 안전한 것으로 봄

(13) 말뚝의 허용인발력 (항만 및 어항설계기준 2005, p505, p506)

① 모래지반상 말뚝의 최대인발력

_   _

_ _{ }

_

_

여기서,

_ : 말뚝의 인발력 (kN)

_ : 말뚝둘레의 전표면적 (㎡)

 : 말뚝 근입 전장에 대한 평균 N치

_ : 말뚝의 허용인발력 (kN)

_ : 말뚝의 자중(부력 고려) (kN)

_ : 안전율

② 안전율

구분 안전율 하한치

지진시 2.5 이상

1.4 예비평가 결과

◦ 상기 지침에 의거하여, 내진성능 예비평가는 내진 등급에 의해 결정되는 영향도 와 구조적인 특성을 반영하는 취약도 판정으로 구분됨

◦ 기존 계류시설의 내진그룹은 그림과 같이 취약도와 영향도를 고려하여 4개의 등 급으로 구분하므로, 여기에서는 내진 1등급 구조물이므로 ‘내진보강 핵심구 조’에 해당함

내진보강

핵심구조

No

잔교 (영향도 평가)

내진 1등급?

내진보강

중요구조

내진보강

관찰구조

내진보강

유보구조

(취약도 평가) 경사말뚝유무?

(취약도 평가) 매립재료?

(취약도 평가) 안벽형태

중력식

Yes

있음

자갈/쇄석 없음

모래, 토사

2. 내진성능 상세평가

2.1 내진성능 평가기준지진

2.1.1 적용기준

◦ 기존 항만시설물의 내진성능 평가 및 향상요령(2012) ◦ 항만 및 어항 설계기준(2005)

2.1.2 내진등급

◦ 상기 기준에 의거하여 해당 구조물은 컨테이너 계류시설이므로 내진성능보강이 필요한 내진 1등급으로 분류함

◦ 기존 항만시설물에 대한 내진성능 평가는 붕괴방지수준을 기준으로 함

내진성능보강 필요 시설

내진등급

1등급 2등급

⦁외곽시설(방파제 및 파제제, 방조제, 갑문)

⦁계류시설(안벽, 물양장, 잔교, 돌핀, 대형 부잔교)

⦁교통시설(교량)

⦁건축물

⦁갑문

⦁유해물, 위험물, 컨테 이너 계류시설

⦁교량평가요령 준용

⦁건축물평가요령 준용

⦁방파제 및 파제제, 방조제

⦁여타 계류시설

⦁교량평가요령 준용

⦁건축물평가요령 준용

2.1.3 가속도계수

◦ 상기 지침에 의거하여 사용목표수명/평가설계수명 비를 1/2 이상으로 적용하면, 내진 1등급 구조물의 붕괴방지수준에서 지진평균재현주기는 1,000년 빈도를 적용

내진등급 (붕괴방지수준)

수명비(사용목표수명/평가설계수명)

1/2 이상 1/2 - 1/4 1/4 이하

I등급 1,000년 500년 250년

II등급 500년 250년 125년

◦ 지진재해도에 의거하여 지진평균 재현주기 1,000년 빈도의 지진지반운동에서 100 년내에 발생확율 10%에 해당하는 보통암상 원 지반 가속도는 0.118g로 결정

부산 0.118g

평균재현주기 1000년 지진지반운동

(100년 내에 발생확률 10%에 해당하는 가속도계수(%g))

2.1.4 지진응답해석 가. 개요

◦ 앞에서 얻어진 지반가속도는 원 지반(보통암)에서 얻어진 값이므로 지진응답해석 을 통해 하부 지반을 통한 응답가속도를 산출하여야 함

나. 가속도 시간이력

(1) 표준설계응답스펙트럼 작성

◦ 설계응답스펙트럼은 설계지진에 대한 시간과 가속도의 이력으로 지반별 표준설 계응답스펙트럼을 사용

◦ 지역적인 특성과 지반성질을 고려한 설계지반운동의 특성을 기본적으로 응답스 펙트럼으로 표현

◦ 표준설계응답스펙트럼의 완전한 결정을 위하여 지진계수 Ca와 Cv를 적용, 지반종 류 및 구역에 대하여 작성

- 지반분류에 따른 지진구역별 지진계수

지반 분류

지반종류의 호 칭

상부 30m에 대한 평균지반특성 지 진 구 역

설계 전단파속도 적용

(m/s)

표준관입시험 N (Nch)

비배수전단강도 ( Su)

Ca Cv

Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ

S_A 경암지반 1500초과 - - 0.09 0.05 0.09 0.05

SB 보통암지반 760에서

1500 - - 0.11 0.07 0.11 0.07

SC

매우 조밀한 토사지반 또는

연암지반

360에서

760 > 50 > 100 0.13 0.08 0.18 0.11 ○

SD

단단한 토사지반

180에서

360 15에서 50 50에서 100 0.16 0.11 0.23 0.16 S_E 연약한

토사지반 180미만 < 15 < 50 0.22 0.17 0.37 0.23 S_F 부지 고유의 특성평가가 요구되는 지반

◦ SC지반에 이력하중을 작용할 예정이므로 Ca는 0.118×0.13/0.11 = 0.139, Cv는 0.118×0.18/0.11 = 0.193 적용