Earthquake is a life-threatening and destroying natural hazard causing loss of lives and properties, leading to significant socio-economic crisis. In recent decades, an extensive research was done for the investigation and prevention of earthquake hazards, leading to the conclusion that careful consideration of soil-foundation-structure interaction is a crucial part in seismic assessment of structural systems. However, in current practice the seismic load on structure is determined from the ground motion assuming fixed boundary conditions. In particular, majority of the previous studies were focused on the investigation of specific responses of superstructure or foundation. Consequently, an experimental investigation assessing the behavior of foundation and superstructure and soil-foundation-structure interaction on it is still needed for better understanding of the phenomena behind it. Therefore, two series of experimental studies including dynamic centrifuge test on dry medium dense sand and horizontal slow cyclic testing on dry loose sand were performed to evaluate the effect of soil-foundation-structure interaction, namely the influence of foundation rocking, on seismic response of structures and overall performance of the system.
In the first experiment, main test parameters were the dynamic period of the structure model and mass of foundation; in addition, the type and level of input earthquake accelerations, forcing frequency of excitation served as secondary parameters in order to fully assess the seismic response of the system. In the second experimental study, the test set-up comprised of single degree of freedom structure model, shallow square foundation and dry loose saemangum sand in rigid container, which had three different variations of vertical factor of safety. To sum up, this study provides a complete overview of the seismic system and investigation of various parameters on seismic response and overall behavior of the system.
지진은 생명을 위협하고 파괴할 수 있는 자연재해로 많은 피해를 야기하여 사회와 경제에 막대한 위기를 초래할 수 있다. 최근 몇 수십 년간, 지진 재해를 이해하고 피해를 방지하기 위하여 광범위한 연구가 진행되었으며, 이를 통해 지반-기초-구조물 상호작용이 토목 구조물의 지진 성능평가를 위해서 중요한 요소임을 밝혀졌다. 그러나 현재까지 대부분의 구조물 지진 하중은 하부 경계를 고정된 조건으로 가정하여 자유장 지표면 운동으로부터 산정하고 있으며, 대부분의 선행 연구는 세부적인 상부 구조물과 기초의 거동에 대해서 진행되어오고 있다. 따라서 실제 토목 구조물 시스템의 지진 시 거동 특성을 더욱 정확히 이해하기 위해서는 기초와 상부구조물의 거동과 지반-기초-구조물 상호작용 영향을 실험적으로 평가할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 조밀한 사질토 지반에 놓인 얕은기초-구조물 시스템에 대한 지진 실험과 느슨한 사질토 지반에 놓은 시스템에 대한 수평 반복하중실험을 원심모형실험기를 활용하여 수행하였다. 이를 통해서 기초의 회전운동과 상부 구조물의 지진 하중을 포함하는 지반-기초-구조물 상호작용의 영향을 평가하였다.
첫번째 지진 실험에서 주요 변수는 상부구조물의 고유 주기와 얕은기초의 질량, 입력 지진파의 종류 및 세기이며, 추가적으로 시스템의 동 특성을 정량적으로 평가하기 위해서 입력 지진파의 가진 주파수도 다양하게 변화시켜 실험을 수행하였다. 두번째 수평반복하중 실험에서는 강성모형토조에 단자유도 구조물, 사각형 얕은기초와 느슨한 새만금 모래지반으로 실험 모델을 구성하였으며, 구조물 무게를 조절하여 시스템의 수직 안전률이 3가지로 변화하게 하였다. 이러한 실험 결과를 통해서, 본 연구는 얕은기초 시스템이 수평 반복하중 또는 지진하중을 받을 때, 다양한 변수에 따라서 달라지는 비선형 거동 특성을 종합적으로 정리하여 보여주었다.
