삼우기초기술

앵커와 진동에 대해...전문적 의견이 아님을 밝힙니다.

 

우선, 진동의 의미를 먼저 이야기 하자면, 振動이란 구조물이나 지반등이 동적인 외력의 영향을 받아, 운동적 평형위치로 부터 시간의 경과와 함께 반복위치가 변화되는 운동현상을 말한다.(천병식, 지반진동 영향과 대책, 1993) 라고 되어 있습니다.
질문하신 내용이 단순한 진동(통과차량이나 기차에 의한)인지 지진등의 외력에 의한 진동인지가 명확하지 않아 두가지 모두에 대해 간단하게 설명하고자 합니다.

 

1. 교통하중에 의한 진동
부력앵커가 위치한 구간은 주로 바닥판입니다. 흔히 기초라고 하고 있습니다.
그 위를 차량이나 기차가 다닌다면 당연히 진동이 생길 수 있습니다. 이러한 교통하중에 의한 구조해석은 이미 기초설계에 반영하여 그 구조적 안정성을 확보하고 있습니다. 다만, 교통하중은 레일이나 포장-구조물-기초-지반 순으로 진동이 전달되며 지반과 기초에 정착된 앵커의 반응은 전달된 진동의 크기에 따라 변화할 수 있습니다. 통행되는 차량의 속도도 진동의 크기에 연관이 있고, 기초에 전달되는 진동 역시 지반의 강성과 연관이 있습니다. 연구된 내용을 보면 지반이 견고할 수록 진동의 크기가 작아진다고 합니다. 그러나, 교통하중에 의한 진동은 구조물을 파괴하는 내용보다는 소음 및 진동이라는 사용성 문제가 더 관심사입니다. 도로교시방서에는 케이블과 접속된 정착구 등에 피로하중이란 항목을 두어 반복하중에 의한 파괴에 안전하도록 규정하고 있습니다. 그러나, 지반과 관련된 기초구조물에 대해서는 교통하중에 대한 강성증가로 안전하도록 설계하고 있습니다. 따라서, 이러한 진동이 구조물에 피해를 주지 않도록 설계되어 있다면, 구조물과 접속된 앵커에도 문제가 없는 것이 타당합니다. 물론 연구된 내용이 없으므로 영향이 아주 없다고는 말할 수 없습니다.

 

2. 지진과 앵커

 

지진은 근래에 와서 관심이 커진 외력입니다. 가까운 일본이나 중국의 경우도 지진의 피해를 입었고, 국내에도 지진의 영향으로 피해를 입었다는 기사도 있습니다. 참고로, <변진섭, 우리가 알아야 할 지진,1998, 10101 휴면사이언스>라는 책자를 권하고 싶습니다. 꼭 건설기술자가 아니더라도 이해하기 쉽고 재미있게 지진을 설명한 책입니다.
내진설계의 목적은 인명과 재산패해를 줄이고자 함입니다. 강화된 내진설계법은 현재, 건축 토목에 적용을 하고 있습니다. 많은 규정도 있고요...
우선, 이야기 하고 싶은 것은 앵커와 지진을 연관하기 전에, 지진과 구조물의 피해를 이해해야 합니다. 지진파로 인해 구조물의 변형 및 파괴, 지반의 액상화나 측방유동 등으로 인한 피해...이러한 것들은 외력을 받는 1차적인 대상으로서 앵커는 이러한 1차적 구조물을 2차적으로 안정시키는 부재입니다.
따라서, 지진파에 의해 구조체 자체가 붕괴나 부상된다면 앵커체의 파괴이전에 지반과 구조물은 파괴됩니다. 건물이 붕괴되었는데 멀쩡하기만한 앵커가 무슨 소용이 있을까요.

 

3. 의견

 

교통하중이나 지진에 의한 진동에 의한 앵커의 파괴상태는 정확하게 모델링 하기에는 많은 어려움이 있습니다. 그러나, 설계에 적용된 하중이외의 진동이란 외력을 감안하지 않기에는 문제가 있습니다.
앵커설계시 내진설계를 적용하기 위해서는 관련된 구조물의 거동을 예측하여 발생되는 하중의 크기에 따라 설계되어야 합니다. 따라서, 앵커의 설계는 주어진 하중의 크기와 지반조건, 안전율의 적용으로 설계 할 수 있습니다.
참고적으로 앵커력이 발휘되는 지반이 암반인 경우, 진동에 의한 피해는 주부재인 strand 보다는 구속하고 있는 그라우트체의 균열로 인하여 정착부가 파괴될것으로 예상됩니다. 그라우트를 사용하지 않는 확장형 앵커라 하더라도 진동의 피해를 면할 수는 없습니다. 지반진동이 아주 미소한 변형을 일으킨다면 마찰력이든 부착력이든 현저히 강도저하를 일으키기 때문에 하중저하가 발생합니다.
외력에 의한 진동과 앵커력의 상관관계, 앞으로 많은 관심을 갖고 많은 전문가들이 풀어야할 숙제입니다.
부족한 답변 송구스럽게 생각합니다.