기존 상수도의 내진성능

평가평가평가평가평가평가평가평가평가 요령요령요령요령요령요령요령요령요령

2004. 5.

국 토 해 양 부

- i -

목 차

제 1 장 총 칙

1.1 일반사항 ································································································································1

1.2 요령의 구성 ··························································································································3

1.3 용어정의 ································································································································4

제 2 장 내진성능 평가기준 지진과 평가절차

2.1 일반사항 ································································································································6

2.2 지진위험도 ····························································································································7

2.3 내진성능 평가방법 및 절차 ····························································································19

제 3 장 내진성능 예비평가

3.1 일반사항 ······························································································································21

3.2 자료조사 및 정리 ··············································································································21

3.3 평가기준 ······························································································································23

3.4 평가방법 ······························································································································24

제 4 장 내진성능 상세평가

4.1 일반사항 ······························································································································30

4.2 구성부재의 내진성능평가 ································································································32

4.3 지하맨홀의 평가기준 및 성능 수준별 하중조합 ························································46

4.4 지하맨홀의 내진안전성 해석 ··························································································47

제 5 장 내진성능 평가보고서 구성

5.1 문장 및 보고서의 작성 ····································································································64

5.2 현황보고서 형식 ················································································································65

5.3 예비평가 보고서 ················································································································65

5.4 상세평가 보고서 ················································································································65

- ii -

부 록

A. 내진성능 평가예제(분절관) ······························································································69

B. 내진성능 평가예제(연속강관) ··························································································87

C. 내진점검표 ··························································································································105

- iii -

<표차례>

해설표 2.2.1 지진구역 구분 ·····································································································8

해설표 2.2.2 지진구역계수(재현주기 500년에 해당) ··························································8

해설표 2.2.3 지진 위험도 계수 ·······························································································8

해설표 2.2.4 기반면의 설계수평지진계수( Kh' ) ································································9

해설표 2.2.5 지진계수(Ca) ········································································································9

해설표 2.2.6 지진계수(Cv) ········································································································9

해설표 2.2.7 지반의 분류 ·······································································································10

해설표 2.2.8 지표면의 설계수평지진계수( Kh ) ·································································10

해설표 2.2.9 지중구조물의 등급 ···························································································14

해설표 2.2.10 내진성능 목표 ·································································································15

해설표 2.2.11 사용목표수명/평가설계수명비에 따른 성능수준 평가기준지진의 평균재현주기 ·· 16

해설표 2.2.12 사용목표수명/평가설계수명비에 따른 내진등급 평가기준지진의 평균재현주기 ·· 16

해설표 2.2.13 선형보간에 의한 지진 위험도계수(I) ·························································17

해설표 2.2.14 사용목표수명/평가설계수명 비에 따른 지진 위험도계수(I) ·················17

해설표 2.2.15 지진구역Ⅰ에서의 내진성능 평가기준지진 가속도계수(A) ···················18

해설표 2.2.16 지진구역 I, II에서의 내진성능 평가기준지진 가속도계수(A) ··············18

표 2.3.1 내진성능 평가수준 구별 ·························································································19

해설표 3.4.1 지진도 등급 기준 ·····························································································24

해설표 4.2.1 충격계수 ·············································································································33

해설표 4.4.1 붕괴방지 수준에서의 응답수정계수(R) ·······················································48

- iv -

<그림차례>

해설그림 2.2.1 심도에 따른 수평지진 계수 ·······································································11

해설그림 2.2.2 표준설계응답스펙트럼(감쇠비 5%) ···························································12

그림 2.3.1 내진성능평가 절차 ·······························································································20

해설그림 3.4.1 우선순위 결정방법 흐름도 ·········································································29

해설그림 4.2.1 자동차 하중의 분포도 ·················································································34

해설그림 4.2.2 λ 1L'에 따른 ξ 1값 ·························································································37

해설그림 4.2.3 λ2L에 따른 ξ 2값 ··························································································37

해설그림 4.2.4 부등침하 가정도(이음새 신축량) ······························································39

해설그림 4.2.5 부등침하 가정도(축방향 변형률) ······························································43

해설그림 4.4.1 응답변위법의 개념도 ···················································································49

해설그림 4.4.2 응답변위법의 해석절차 ···············································································50

해설그림 4.4.3 단일코사인, 이중코사인 이론을 이용한 지중변위 산정법 ··················52

해설그림 4.4.4 기반암 설계속도 응답스펙트럼 ·································································53

해설그림 4.4.5 지반반력 탄성계수 산정을 위한 유한요소 모델 ···································55

해설그림 4.4.6 구체에 작용하는 지진시 하중 ···································································60

그림 4.4.1 구체에 작용하는 상시하중 ·················································································61

그림 4.4.2 구체에 작용하는 지진시 토압하중 ···································································62

그림 4.4.3 구체에 작용하는 지진시 주면전단력 ·······························································62

그림 4.4.4 구체에 작용하는 지진시 관성력 ·······································································63

- 1 -

제 1 장 총 칙

1.1 일반사항

1. 본 요령은 성능평가 대상 시설물을 상수도 시설물중 지중에 건설된 도수 및 송수터

널을 제외한 관로 시설물과 지하맨홀 구조물에 적용한다.

[해설]

대부분 과거 외국에서 발생한 대규모 지진시 그 피해가 상수도시설물 중 관로 시

설물에 집중되었으며, 이로 인해 급수 및 배수 장애가 빈번하게 발생하여 화재로

인한 피해를 크게 증가시키는 주 요인이 되었다. 따라서 성능평가 대상시설물을 지

중에 건설되는 관로 시설물과 지하맨홀 구조물에 적용하게 되었다.

2. 상수도 시설물의 내진성능 평가방법은 응답변위법을 우선으로 하고 동적해석법은 극

히 제한된 경우에 한해서 적용하는 것을 원칙으로 한다.

[해설]

본 요령에서는 내진성능 평가를 위하여 가능하면 간단한 평가식 또는 실험식 등

을 이용하도록 하고 있다. 따라서, 지진시 상수도 시설물의 관로시스템과 같이 매설

된 구조체의 경우 지반-구조물 상호작용을 고려한 동적해석이 필요하지만 이 해석

방법이 난해하기 때문에 간단하면서도 동적해석과 거의 유사한 해를 주는 응답변위

법을 우선으로 적용하고 지반조건과 구조물의 형상이 매우 복잡한 경우에 한해서

전문가의 도움을 받아 적용할 수 있다.

3. 내진성능 평가기준지진은 구조물의 사용목표수명을 고려하지 않은 지진과 사용목표

수명을 고려한 지진을 선택적으로 사용할 수 있다.

[해설]

내진성능 평가를 위한 기준지진은 구조물의 사용목표수명을 고려하지 않는 경우

[상수도시설 내진설계 기준마련을 위한 연구]에서 규정하는 설계지진으로 할 수 있

다. 한편, 기존구조물의 경우 사용목표수명은 일반적으로 신설구조물의 평가설계수

명에 비하여 짧아 사용목표수명 중에 경험하게 될 지진세기는 신설구조물이 평가설

계수명내에 경험하게 되는 지진세기보다 작을 확률이 높다. 따라서, 내진성능 평가

기준지진은 구조물의 사용목표수명을 고려하여 결정할 수도 있다. 그러나, 대상구조

물의 사용목표수명이 신설구조물의 평가설계수명에 비하여 현저하게 작더라도 보수

- 2 -

또는 내진보강을 하여 신설구조물의 평가설계수명과 동등한 정도의 사용수명을 기

대하는 경우에서는 내진성능 평가기준지진은 내진설계기준의 설계지진으로 하여야

한다. 사용목표수명의 정량적인 판단근거는 아직 확립되어 있지 않은 상태이다. 따

라서, 향후 연구를 통하여 객관적인 판단기준이 마련되기까지 이의 판단은 시설물

관리 주체에서 수행하도록 한다.

4. 본 요령의 내용은 기술수준이 향상되거나 필요에 따라 내용을 추가 또는 보완할 필

요가 있을 때에는 개정하여 시행하는 것을 원칙으로 한다.

5. 본 요령과 관련된 규정은 다음과 같다.

가. 상수도시설 내진 설계기준 마련을 위한 연구[환경부]

나. 내진설계기준연구(국토해양부, 1997)

다. 콘크리트구조 설계기준(국토해양부 1999.7)

라. 도시철도 내진설계기준

마. 기존시설물의 기초 및 지반의 내진성능 평가요령

바. 도로교 설계기준(국토해양부, 2000)

[해설]

본 요령에서는 내진설계가 수행되지 않은 기존 상수도 시설물의 내진성능 평가와

관련한 최소한의 사항을 규정하고 있다. 따라서, 내진성능 평가와 관련하여 본 요령

에서 규정하고 있지 않은 사항에 대해서는 [상수도시설 내진 설계기준 마련을 위한

연구(환경부, 1999)], [콘크리트구조설계기준(국토해양부,1999)] 및 [도시철도 내진설

계기준]의 관련규정을 적용하여 평가하여야 한다.

6. 지반액상화 내진성능 평가에 대해서는 [기존시설물의 기초 및 지반의 내진성능 평가

요령]에 준한다.

- 3 -

1.2 요령의 구성

본 요령의 구성은 다음과 같다.

1. 총칙

2. 내진성능 평가기준 지진과 평가 절차

3. 내진성능 예비평가

4. 내진성능 상세평가

5. 내진성능 평가보고서 구성

6. 부록 A. 내진성능 평가 예제(분절관)

7. 부록 B. 내진성능 평가 예제(연속강관)

8. 부록 C. 내진점검표

- 4 -

1.3 용어 정의

본 요령서에 사용되는 용어의 정의는 상수도시설 내진 설계기준 마련을 위한 연구

[1999. 8. 환경부], 내진설계 기준 준칙[1998. 2., 국토해양부], 콘크리트구조설계

기준[1999. 7. 국토해양부]에 따르고 이에 정의되지 않은 용어는 아래의 정의를 따

른다.

1. 가속도 계수(acceleration coefficient, A) : 구역계수(Z)에 지진위험도 계수(I)를 곱

한 값(무차원량)

2. 고유주기(natural period) : 자유진동하는 구조물의 진동이 반복되는 시간 간격

(sec)

3. 고유 진동수(natural frequency) : 감쇠효과가 무시된 구조물의 자유진동에서 시간

당 발생 진동수(Hz)

4. 기능수행수준 : 설계지진 작용시 구조물이나 시설물에 발생한 변형이나 손상은 그

구조물이나 시설물의 기능을 차질없이 수행할 수 있는 범위내로 제한되는 성능수준

5. 내진그룹 : 상수도의 내진성능 성능평가를 위한 우선순위를 설정하기 위하여 상수

도의 지진도, 위험도, 영향도를 고려하여 나눈 그룹

6. 내진등급(seismic importance level) : 구조물의 중요도에 따라서 정해지는 내진설

계상의 등급

7. 내진성능 상세평가 : 상수도의 구성부재가 내진성능 평가기준 지진에 대하여 소요

내진성능을 확보하고 있는지를 평가하는 2단계 평가

8. 내진성능 예비평가 : 상수도의 내진그룹화를 위하여 개략적으로 수행되는 1단계

평가

9. 내진성능 평가기준 지진 : 기존 상수도의 내진성능을 평가하는 경우, 지진하중을

산정하는데 기준이 되는 지진

10. 붕괴방지수준 : 설계지진 작용 시 구조물이나 시설물에 상당한 변형이나 손상이

발생할 수는 있지만 그 수준과 범위는 구조물이나 시설물이 붕괴되거나 또는 구

조물이나 시설물의 손상으로 인하여 대규모 피해가 초래되는 것을 방지 될 수 있

는 성능 수준

11. 사용목표수명 : 내진성능 평가 대상 구조물의 향후 목표로 하는 사용수명 년수로

- 5 -

서 보수 및 (내진)보강이 되는 경우에는 이를 고려하여 평가된다. 시설관리주체의

시설물사용계획에 따라 설정

12. 사용목표수명등급 : 내진성능 평가기준지진의 지진세기를 산출하는 경우, 사용목

표수명을 용이하게 고려할 수 있도록 나눈 등급

13. 위험도계수(I) : 500년 재현주기를 기준으로한 지진의 위험도를 나타내는 계수(무

차원량)

14. 응답수정계수(response modification factor) : 탄성해석으로 구한 각 요소의 내력

으로부터 설계지진력을 산정하기 위한 수정계수

15. 응답스펙트럼(response spectrum) : 어떤 일정한 감쇠비를 가진 구조물의 고유주

기나 진동수에 따른 지진의 최대응답을 나타낸 그래프

16. 재현주기 : 강우, 홍수, 지진 등과 같이 구조물에 영향을 미치는 환경조건의 강도

와 발생의 변동을 통계적으로 표시하는 지표의 하나로서, 어떤 크기의 연최대치가

몇 년에 한번 발생할 확률이 있는지를 정한 연수

17. 지반계수(site coefficient) : 지반상태가 탄성지진응답계수에 미치는 영향을 반영

하기 위한 보정계수

18. 지반종류(soil profile type) : 지진시에 지반의 진동특성에 따라 공학적으로 분류

하는 지반의 종류

19. 지진구역계수(zone factor, Z) : 각 지진구역에서의 평균 재현주기 500년에 해당

하는 지진지반운동의 최대지반가속도값을 중력가속도(g)로 나눈 값(무차원량)

20. 최대지반가속도(peak ground acceleration) : 지진에 의해 발생되는 최대의 지반

가속도로 가속도계수에 중력가속도를 곱한 값으로 정의(m/s2)

21. 탄성지진응답계수(elastic seismic response coefficient) : 모든 스펙트럼 해석법

에서 지진하중을 구하기 위한 무차원량

22. 평가설계수명 : 사용목표수명등급을 평가하기 위한 기준이 되는 수명으로서 잠정

적으로 100년 내구년한으로 정의

23. 평균 재현주기(mean return period) : 어떤 크기나 특성을 가진 지진이 발생하는

평균 시간간격

- 6 -

제 2 장 내진성능 평가기준지진과 평가 절차

2.1 일반사항

1. 내진성능 평가는 [상수도시설 내진 설계기준마련을 위한 연구(환경부,1999)]와 [내

진설계기준연구(국토해양부, 1997)]에 따른다.

[해설]

상수도시설에 대한 내진설계기준은 현재 확정 발표되지 않은 상태이므로 잠정적

으로 [상수도시설 내진 설계기준마련을 위한 연구(환경부,1999)]와 [내진설계기준연

구(국토해양부, 1997)]를 기준으로 내진성능 평가를 수행한다.

2. 내진성능 평가를 위한 “내진성능 평가기준지진”은 “상수도시설 내진 설계기준마련

을 위한 연구(환경부,1999)”의 사용목표수명을 고려하여 결정한다.

[해설]

“내진성능 평가기준지진”은 “상수도시설 내진 설계기준 마련을 위한 연구(환경

부,1999)”에서 규정하는 설계지진으로 하는 것이 원칙이나 기존시설의 경우의 사

용목표수명은 일반적으로 신설구조물의 평가설계수명에 비하여 짧아 사용목표수명

중에 경험하게 될 지진세기는 신설구조물이 평가설계수명내에 경험하게 되는 지진

세기보다 작을 확률이 높기 때문에 이를 반영하기 위함이다. 그러나, 대상시설물의

사용목표수명이 신설시설물의 평가설계수명에 비하여 현저하게 작더라도 보수 또는

내진보강을 하여 신설시설물의 평가설계수명과 동등한 정도의 사용목표수명을 기대

하는 경우에서는 내진성능 평가기준지진은 내진설계기준의 설계지진으로 하여야 한

다. 사용목표수명의 정량적인 판단근거는 아직 확립되어 있지 않은 상태이다. 따라

서, 향후 연구를 통하여 객관적인 판단기준이 마련되기까지 이의 판단은 시설물관

리 주체의 시설물 사용계획에 따라 결정하도록 한다.

- 7 -

2.2 지진위험도

2.2.1 설계지반운동

1. 지진구역은 2개 구역으로 설정하고, 각 지진구역별로 구역계수를 설정한다.

[해설]

[내진설계기준연구(국토해양부, 1997)]에서는 지진구역은 해설표 2.2.1과 같이 2개

구역으로 설정하고 있고 각 지진구역에서의 평균재현주기 500년의 지진지반운동에

해당하는 구역계수는 해설표 2.2.2와 같이 규정하고 있다. 따라서, 이 요령에서도 이

를 따르고 있다. 단, 해설표 2.2.1의 지진구역에서 구분된 행정구역의 경계를 통과하

는 평가대상 구조물에는 상위 지진구역계수를 적용한다.

2. 설계지진계수는 지진에 의한 지반진동의 강도를 나타낸 설계가속도를 의미한다.

[해설]

[내진설계기준연구(국토해양부, 1997)]에서는 신설구조물의 소요성능은 [기능수행

수준]과 [붕괴방지수준]을 만족하도록 규정하고 있다. 따라서, 상수도 시설물의 내진

등급에 따라 각기 다른 재현주기를 갖는 지진을 설계지진으로 하여 소요성능을 평

가하여야 한다. 이 요령에서는 기존 상수도 시설물에 대해서도 동일한 지진세기에

대하여 동일한 성능을 만족하도록 요구하고 있다. 따라서, 평균재현주기가 다른 지

진의 설계지진계수는 해설표 2.2.3의 위험도계수를 지진구역계수에 곱하여 계산한

다. 한편, 지중 구조물의 설계지진계수는 지진해석시 기반면에서의 설계수평지진계

수( Kh' )와 지표면에서의 설계수평지진계수( Kh)를 사용하며 대상깊이의 설계수평

지진계수는 지표면과 기반면의 설계수평지진계수를 직선 보간하여 구하도록 한다.

기반면이라 함은 전단파속도 Vs = 1500m/s 이상의 경암 수준정도를 의미하며 개략

적으로 30～40m의 심도에 해당되나, 지반조사에 의하여 산정토록 한다. 각 등급과

성능수준에 따른 기반면의 설계수평지진계수는 다음의 해설표 2.2.4와 같다. 상수도

매설관로의 경우 내진 1등급의 구조물로 규정하므로 지진구역Ⅰ에서 기능수행수준

으로는 0.063 붕괴방지수준으로는 0.154의 값을 사용한다. 지표면의 설계수평지진계

수는 기반면의 수평지진계수와 동일한 개념으로 결정되나 지반의 종류에 따라 지진

계수 Ca (해설표 2.2.5 참고)와 Cv(해설표 2.2.6 참고)로 세분화된다. 수평지진계수는

- 8 -

다음식과 같이 구한다.

Kh = C a․I 해설식(2.2.1)

여기서, C a : 지진계수

I : 지진위험도계수

지진계수 결정을 위한 지반 종류는 다음 해설표 2.2.7과 같은 기준으로 분류한다.

각 내진 성능수준과 지진구역에 따른 지표면의 설계수평지진계수의 값은 해설표

2.2.8과 같으며 심도에 따른 설계수평지진계수는 해설그림 2.2.1과 같다.

해설표 2.2.1 지진구역 구분

지진구역 행정구역

I시

서울특별시, 인천광역시, 대전광역시, 부산광역시, 대구광역시, 울

산광역시, 광주광역시

도경기도, 강원도 남부, 충청북도, 충청남도, 경상북도, 경상남도, 전

라북도, 전라남도 북동부

II 도 강원도 북부, 전라남도 남서부, 제주도

해설표 2.2.2 지진구역계수(재현주기 500년에 해당)

지진구역 Ⅰ Ⅱ

구역계수, Z 0.11 0.07

해설표 2.2.3 지진 위험도계수

재현주기(년) 50 100 200 500 1000 2400

위험도계수, I 0.40 0.57 0.73 1.0 1.4 2.0

- 9 -

해설표 2.2.4 기반면의 설계수평지진계수 ( Kh' )

구 분

1등급

기능수행 붕괴방지

Ⅰ Ⅱ I II

설계 수평지진계수 0.063 0.040 0.154 0.098

해설표 2.2.5 지진계수 (Ca)

지반 종류지진구역

I II

SA 0.09 0.05

SB 0.11 0.07

SC 0.13 0.08

SD 0.16 0.11

SE 0.22 0.17

해설표 2.2.6 지진계수 (Cv)

지반 종류지진구역

Ⅰ Ⅱ

SA 0.09 0.05

SB 0.11 0.07

SC 0.18 0.11

SD 0.23 0.16

SE 0.37 0.23

- 10 -

해설표 2.2.7 지반의 분류

지반종류 지반종류의 호칭

상부 30.480m 에 대한 평균지반 특성

전단파 속도

(m/sec)

표준관입시험

N(blow/foot)

비배수전단

강도(kPa)

S A 경암지반 1500 초과

- -S B 보통암지반 760 - 1500

S C

매우 조밀한

토사지반 또는

연암지반

360 - 760 > 50 >100

S D 단단한 토사지반 180 - 360 15 - 50 50 - 100

S E 연약한 토사지반 180 미만 < 50 < 50

S F 부지 고유의 특성향상이 요구되는 지반

해설표 2.2.8 지표면의 설계수평지진계수 ( Kh )

지반

종류

1 등급

기능수행 붕괴방지

Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ

SA 0.051 0.029 0.126 0.070

SB 0.063 0.040 0.154 0.098

SC 0.074 0.046 0.182 0.112

SD 0.091 0.063 0.224 0.154

SE 0.125 0.097 0.308 0.238

- 11 -

계수

지표면

기반면

9

Z u, ZB : 구조물 윗부분, 아랫부분까지 깊이

H : 기반면까지 깊이

Kh, Kh1, Kh2, Kh9 : 각 깊이에서 지반강성계수

해설그림 2.2.1 심도에 따른 수평지진 계수

2.2.2 응답스펙트럼

1. 응답스펙트럼은 [내진설계기준연구(국토해양부, 1997)]에서 규정하고 있는 설계응

답스펙트럼으로 한다.

[해설]

설계응답스펙트럼은 [내진설계기준연구(국토해양부, 1997)]과 [도로교 설계기준]의

것이 상이하다. 본 요령에서는 [내진설계기준연구(국토해양부, 1997)]를 상위개념으

로 채택하고 있어 [내진설계기준연구(국토해양부, 1997)]의 설계응답스펙트럼(5% 감

쇠비)을 사용하도록 한다. 5% 감쇠비에 대한 표준응답스펙트럼은 해설그림 2.2.2와

같다.

2. 감쇠 효과에 설계응답스펙트럼의 감소는 감쇠비를 적정하게 산정하여 적용한다.

[해설]

해설그림 2.2.2에서 규정하고 있는 설계응답스펙트럼은 감쇠비가 5%의 경우이다.

- 12 -

이는 콘크리트 구조물의 탄성상태의 감쇠를 일반적으로 5% 정도로 평가하고 있으

므로 [기능수행수준]과 같이 탄성상태의 성능을 평가하는 경우에는 이 설계스펙트

럼 그대로 사용할 수 있다. 다만, 매설관로 시설물과 같이 비선형 거동특성을 보이

는 경우에는 이력에 의한 감쇠가 크게 증가되므로 5% 감쇠비의 설계응답스펙트럼

을 이용하여 내진성능을 평가하는 경우에는 지나치게 보수적일 수 있다. 따라서, 이

력에 의한 감쇠를 적정하게 산정하는 경우에는 이를 고려하여 감소된 응답스펙트럼

을 적용할 수 있다. 이력에 의한 감쇠비와 감소 응답스펙트럼은 항을 따르도록 한

다.

지표면 가속도계수,

TsT0

I Ca

I Cv / T

2.5 I Ca

A=I Ca

Ts = Cv / 2.5 Ca

To = 0.2 Ts

최대

응답

가속

도(g

)

주기 (초)

해설그림 2.2.2 표준설계응답스펙트럼(감쇠비 5%)

- 13 -

2.2.3 소요내진성능

1. 내진등급

가. 상수도 시설은 그 기능의 중요도와 지진에 의해 초래될 수 있는 영향범위를 고려

하여 내진 1등급과 내진 2등급으로 분류한다.

나. 상수도 시설을 구성하는 관로 및 구조물 중 상류에 위치하는 상수도 시설중 상류

에 위치하는 시설, 도수 관로, 대체시설이 없는 송․배수 간선시설, 중요시설과

연결된 급수 공급 관로, 복구 난이도가 높은 환경에 놓이는 시설, 지진 재해시

긴급 대처 수립 거점 시설, 중대한 2차 재해를 유발시킬 가능성이 있는 시설 등

의 중요도가 높은 시설은 주로 내진 1등급으로 분류하고, 그 외는 내진 2등급으

로 하는 것을 원칙으로 한다.

다. 내진등급 분류는 해설표 2.2.9를 참고로 하되, 수도사업자가 시설 및 기능의 중

요도를 감안하여 조정할 수 있다

[해설]

구조물의 등급은 내진 특등급, 내진 1등급, 내진 2등급으로 구분된다. 내진 특등

급 구조물은 지중 구조물 중에서 특별한 안전이 요구되는 시설로서 특별히 지정되

는 구조물로 긴급구조와 구호, 국방 및 치안유지에 필요한 구조물이다. 내진 1등급

구조물은 구조물이 피해를 입으면 사회적 혼란이 야기되고 많은 인명과 재산상의

손실을 줄 수 있는 구조물이고 내진 2등급 구조물은 그 외의 일반적인 구조물이다.

따라서 상수도 시설물의 매설관로는 주로 내진 1등급 구조물에 속하며 일반적인 지

중구조물의 내진 등급은 해설표 2.2.9에 의거한다.

- 14 -

해설표 2.2.9 지중구조물의 등급

구조물 종류 내진 1등급 내진 2등급

주거․문화

시설

지하박물관, 지하음악당,

도서관, 지하상가,

위락시설

지하사무실, 스포츠센터

교통시설 지하철, 철도․도로시설 지하주차장, 지하보도

라이프라인

시설

가스․석유 수송시설,

상수도, 전력․통신관로하수도, 도수터널

산업시설

식수․정수처리장,

지하발전시설,

핵폐기물 처리시설

폐하수처리장,

산업폐기물 처리장

에너지

저장시설

전력시설, 전기공급시설,

열저장․지역냉난방공급시설,

지하원유․LNG․LPG 비축시설

곡물․식품저온 저장소,

수산물 냉장․냉동 저장소,

압축공기저장시설

방어시설지하대피소, 지휘․통신시설,

군사기지, 해안방어기지

2. 성능수준 및 지진강도

가. 기존 상수도 매설관로의 소요내진성능수준은 [기능수행수준]과 [붕괴방지수준]

으로 한다.

[해설]

[내진설계기준연구(국토해양부, 1997)]에서는 상수도 매설관로의 내진성능은 [기

능수행수준]과 [붕괴방지수준] 2단계로 규정하고 있다. 기능수행수준은 설계지진 작

용시 구조물이나 시설물에 발생한 변형이나 손상은 그 구조물이나 시설물의 기능을

차질없이 수행할 수 있는 수준으로 하고 붕괴방지수준은 설계지진 작용시 구조물이

나 시설물에 상당한 변형이나 손상은 발생하지만 그 수준과 범위는 구조물이나 시

설물이 붕괴되거나 또는 구조물이나 시설물의 손상으로 인하여 대규모의 피해가 초

래되는 것을 방지할 수 있는 수준으로 한다.

나. 성능평가에 이용하는 지진강도는 상수도 매설관로의 내진등급과 성능수준에 따라

설정한다.

- 15 -

[해설]

[내진설계기준연구(국토해양부, 1997)]에서는 상수도 매설관로의 내진등급별, 내진

성능 목표따라 해설표 2.2.10와 같은 설계지진강도를 규정하고 있다. 기존구조물의

내진성능 평가에서도 동일한 지진강도를 적용한다.

해설표 2.2.10 내진성능 목표

재현주기 성 능

수 준

기능수행 붕괴방지

50년 2 등급

100년 1 등급

500년 2 등급

1000년 1 등급

3. 사용목표수명등급 및 지진세기

가. 사용목표수명을 고려한 내진성능 평가기준지진은 목표사용수명동안 내진성능 평

가 기준지진의 발생확률이 동일 등급의 신설 구조물이 평가설계수명동안 경험할

수 있는 설계지진의 발생확률과 동일하도록 결정한다.

[해설]

현재 [상수도시설 내진 설계기준 마련을 위한 연구]에서 설계지진의 평균재현주

기는 구조물의 등급별로 주어져 있다. 년평균발생확률은 이 평균재현주기의 역수로

정의된다. 현행 설계개념은 설계지진하에서 구조물이 붕괴하지 아니하여 인명피해

를 방지할 수 있고, 이렇게 설계된 구조물에 최대가능지진이 발생하더라도 붕괴될

확률은 매우 낮을 것이라는 가정에 근거하고 있다. 여기서는 구조물의 수명기간동

안 손상 또는 붕괴할 확률은 명시적으로 도입되어 있지 아니하다. 그러나, 본 내진

성능 평가기준에서는 아직 그 타당성이 완전하게 입증되지는 아니하였으나 잠정적

으로 목표사용수명동안 지진을 경험할 확률을 고려하는 개념을 다음 식에서와 같이

채택하고자 한다.

- 16 -

(내진성능 평가기준지진의 년평균발생확률×목표사용수명)

= (설계기준지진의 년평균발생확률×평가설계수명) 해설식(2.2.3)

나. 사용목표수명은 평가설계수명에 대한 비(사용목표수명/평가설계수명)에 따라 다

음과 같이 3개등급으로 구분한다.

(1) 1/2 이상

(2) 1/2-1/4

(3) 1/4 이하

[해설]

내진성능 평가에 있어 [상수도시설 내진 설계기준 마련을 위한 연구]의 사용목표

수명을 효율적으로 고려하기 위하여 [상수도시설 내진 설계기준 마련을 위한 연구]

의 평가설계수명의 비에 따라 3개 등급으로 구분하여 사용하도록 한다. 내진성능

평가기준지진의 평균재현주기는 해설표 2.2.11과 같다.

다. 내진성능 평가기준지진의 지진세기는 사용목표수명등급에 따라 평균재현주기를

고려하여 결정한다. 이는 해설표 2.2.12와 같다.

해설표 2.2.11 사용목표수명/평가설계수명비에 따른 성능수준 평가기준지진의 평균재현주기

성능 수준사용목표수명/향상설계수명의 비

7/10이상 3/10 - 7/10 3/10 이하

기능수행 수준 100 년 70 년 50 년

붕괴방지 수준 1000 년 700 년 500 년

해설표 2.2.12 사용목표수명/평가설계수명 비에 따른 내진등급 평가기준지진의 평균재현주기

내진등급사용목표수명/평가설계수명 비

1/2 이상 1/2-1/4 1/4 이하

1등급 1000년 500년 250년

2등급 500년 250년 125년

- 17 -

4. 사용목표수명을 고려한 가속도계수

가. 사용목표수명을 고려한 내진성능 평가기준지진의 가속도계수(A)는 지진구역계수

(Z)와 지진위험도계수 (I)의 곱으로 정의한다.

나. 지진구역계수(Z)는 [상수도시설 내진 설계기준 마련을 위한 연구]에 따른다.

[해설]

지진구역계수(Z)는 2.2.1절의 (2)항의 해설표 2.2.2와 같다.

따라서, 사용목표수명/평가설계수명비에 따른 지진위험도계수(I)를 계산하면 해설

표 2.2.14와 같다

다. 사용목표수명을 고려한 지진위험도계수(I)는 내진설계기준연구(건교부, 1997)에

제시된 값을 기본으로 하고 필요시에는 이를 선형보간법을 사용하여 계산한다.

[해설]

지진위험도계수는 재현주기 500년 설계지진의 가속도계수에 대한 특정재현주기의

설계지진의 가속도계수의 비로서 해설표2.2.13과 같이 정의된다.[내진설계기준연구

(건교부, 1997)]

해설표 2.2.13 선형보간에 의한 지진 위험도계수(I)

재현주기 (년) 50 100 200 500 1000

위험도계수, I 0.4 0.57 0.73 1.0 1.4

사용목표수명/평가설계수명 비에 따른 지진위험도계수(I) 는 해설표 2.2.14와 같다.

해설표 2.2.14 사용목표수명/평가설계수명 비에 따른 지진 위험도계수 (I)

내진등급목표사용수명/평가설계수명 비

1/2이상 1/2-1/4 1/4이하

1등급 1.4 1.0 0.78

2등급 1.0 0.78 0.6

- 18 -

라. 사용목표수명/평가설계수명 비에 따른 가속도계수(A) 는 해설표 2.2.15 및 해설

표 2.2.16과 같다.

[해설]

지진구역계수(Z)와 사용목표수명/평가설계수명비에 따른 지진위험도계수(I)를 곱

하여 사용목표수명/평가설계수명비에 따른 가속도계수(A)를 계산한 것이다

해설표 2.2.15 지진구역Ⅰ에서의 내진성능 평가기준지진 가속도계수(A)

내진등급사용목표수명/향상설계수명

1/2 이상 1/2-1/4 1/4 이하

1등급 0.15 g 0.11 g 0.08 g

2등급 0.11 g 0.08 g 0.07 g

해설표 2.2.16 지진구역 I, II 에서의 내진성능 평가기준지진 가속도계수(A)

내진등급사용목표수명/향상설계수명

1/2 이상 1/2-1/4 1/4 이하

I구역기능수행수준 0.11 g 0.055 g 0.028 g

붕괴방지수준 0.154 g 0.077 g 0.039 g

II구역기능수행수준 0.07 g 0.035 g 0.018 g

붕괴방지수준 0.098 g 0.049 g 0.025 g

- 19 -

2.3 내진성능 평가방법 및 절차

2.3.1 내진성능 평가의 방법 및 종류

1. 상수도시설의 내진성능 평가는 내진성능 예비평가와 내진성능 상세평가의 2단계로

구분하여 단계적으로 수행한다.

2. 내진성능 예비평가는 문헌자료 및 현장조사에 근거하여 내진성능 평가의 우선순위

결정을 위해서 실시된다. 이는 제 3장에 기술되어 있다.

3. 내진성능 상세평가는 내진성능 예비평가 결과와 내진성능 평가수준에 따라 기존

상수도시설의 구성부재의 내진성능을 파악하기 위해서 실시한다. 내진성능 상세평

가는 제4장에 기술되어 있으며, 내진성능 평가수준은 2.3.2절에 기술되어 있다.

[해설]

상수도시설의 정확한 성능평가를 위해서는 구조물의 비선형적 거동이 고려되어야

한다. 그러나, 본 요령에서는 우리나라 지진세기와 기술의 수준을 고려하여 상수도

시설 내진설계기준마련을 위한 연구에서 채택하고 있는 탄성설계법에 준하여 성능

을 평가하는 방법을 채택하였다.

2.3.2 내진성능 평가수준

1. 내진성능 평가수준은 성능수준에 기초한 기능수행수준과 붕괴방지수준 두 가지로

구분하여 수행한다.

표 2.3.1 내진성능 평가수준 구별

내진성능 평가 수준 지진재현주기

기능수행수준 지진재현주기 100년

붕괴방지수준 지진재현주기 1000년

- 20 -

2.3.3 내진성능 평가 절차

1. 본 요령에서 제시하는 내진성능 평가 절차는 그림 2.3.1과 같다.

2. 내진성능 평가는 본 요령에서 제시하는 바와 다르더라도 역학적으로 타당한 절차

와 방법에 의해서 실시될 수 있다.

그림 2.3.1 내진성능평가 절차

- 21 -

제 3 장 내진성능 예비평가

3.1 일반사항

내진성능 예비평가는 상수도 시설의 내진성능 평가의 우선순위를 결정하는 판단

자료를 제공한다.

[해설]

내진설계가 수행되지 않은 많은 수의 상수도 시설물에 대하여 내진성능 평가를

보다 경제적이고 합리적으로 수행하기 위해서는 예비평가를 먼저 수행하여 내진성

능 평가가 시급한 구조물의 우선순위를 개괄적으로 결정하는 것이 좋다.

3.2 자료조사 및 정리

3.2.1 평가자료조사

1. 내진성능 예비평가를 위한 자료조사에는 내진성능 예비평가에 필요한 자료뿐만 아

니라 내진성능 상세평가에 필요한 자료도 함께 조사하여 기록한다.

2. 자료조사에는 설계도서에 나타난 구조물관련 직접정보뿐만 아니라 현장조사를 통

하여 구조물의 보수․보강 이력 및 상태, 현 구조물의 여건, 구조물 주위의 환경적

요인 등을 함께 조사하여 정리한다.

가. 일반사항 조사

(1) 시설명, 위치, 관리기관 등을 조사한다.

(2) 시설이 위치한 지진구역, 시설물의 내진등급, 지반조건 등을 조사한다.

(3) 준공년도, 준거 시방서, 내진설계의 유무 등을 조사한다.

나. 설계도서 조사

(1) 시설형식 및 각 구성부재의 제원 및 재료 특성 등을 조사한다.

(2) 시설의 평면도,종단면도, 횡단면도, 지반지질도, 이음부 상세도 등을 첨부한

다.

(3) 보수․보강 등에 따른 내진성능의 변화 요인을 조사한다.

- 22 -

다. 현장조사

(1) 현 시설의 상태 등을 조사하여 설계도서와의 차이점을 조사한다.

(2) 중요연결시설물, 주변 현황 등을 조사한다.

라. 환경조사

(1) 재료 및 제원의 특성값에 영향을 주는 환경요인을 조사한다.

(2) 지진 외적인 보수. 보강계획 등을 확인한다.

(3) 교통환경, 대체시설의 존재유무, 사회경제적 여건을 고려한 시설물의 중요도

또는 특이사항 등을 조사한다.

3.2.2 평가자료의 정리

내진성능 평가를 위한 상세조사항목은 부록C와 같은 내진점검표를 작성하여 기록,

정리한다.

- 23 -

3.3 평가기준

3.3.1 일반사항

1. 내진성능 예비평가는 기존 시설물의 지진도, 위험도, 영향도를 고려하여 내진그룹

화한다.

가. 지진도(Seismicity) : 지진의 규모 및 발생환경에 의해 결정한다.

나. 시설물의 위험도(Vulnerability) : 시설물의 취약성, 기하학적인 형상, 형식에

의해 결정한다.

다. 사회경제적인 영향(Impact) : 교통량, 복구시 소요비용, 대체시설의 존재 유무,

시설물의 중요성 등에 의해 결정한다.

2. 내진그룹은 “내진보강 핵심시설”, “내진보강 중요시설”, “내진보강 관찰시설” 및 “내

진보강 유보시설” 4개그룹으로 하고 동 순서대로 우선순위를 부여한다.

3. 우선순위가 높은 내진그룹에 속하는 시설에 대하여 우선적으로 내진성능 평가를

수행한다.

3.3.2 내진성능 상세평가의 실시 판단

1. “내진보강 핵심시설”, “내진보강 중요시설”에 대해서는 우선적으로 내진성능

상세평가를 실시하고, “내진보강 관찰시설”과 “내진보강 유보시설”에 대해서

는 관할기관의 정책적 판단에 의거하여 내진성능 상세평가 실시여부를 결정한다.

2. 정책적 판단으로 중요하다고 판단되는 시설에 대해서는 내진그룹을 조정 할 수 있

다.

[해설]

시설의 내진그룹화는 지진도, 위험도, 영향도를 종합적으로 고려하여 정량화함으

로써 수행된다. 이러한 정량화는 수 많은 사례연구를 통하여 중요인자를 도출하고

각 인자의 참여계수를 합리적으로 설정하여 그 결과가 공학적으로 충분히 타당하다

는 것을 입증하는 것이 매우 중요하다. 본 요령에서 제안된 위험도 및 영향도의 지

수는 현 시점에서 매우 제한적인 사례연구를 통하여 제안된 것으로 향후 충분한 연

구가 진행되면 수정․보완되어야 한다. 따라서, 정책적 판단으로 내진그룹의 변경이

가능하도록 한다.

- 24 -

3.4 평가방법

3.4.1 지진도

지진도는 지진구역과 지반종류, 도시권역을 고려하여 4그룹으로 분류한다.

[해설]

제2장에서 정의되는 지진구역과 지반종류를 기본으로 하여 권역별 특성(도시지

역, 기타지역)을 고려하여 해설표 3.4.1과 같이 구분한다.

가. 제 1 그룹 : 중점고려지역으로 한다.

나. 제 2 그룹 : 우선고려지역으로 한다.

다. 제 3 그룹 : 관찰대상지역으로 한다.

라. 제 4 그룹 : 관찰제외지역으로 한다.

해설표 3.4.1 지진도 등급 기준

지진구역 구분지반종류

SE SD SC SB, SA

I

도시 1그룹 2그룹

기타지역1그룹 2그룹 3그룹

3그룹

II도시 4그룹

기타지역 2그룹 3그룹 4그룹

3.4.2 위험도

지진에 대한 상수도 시설물의 위험도는 유연도지수, 관로 단면의 크기 및 종류, 관

로 시설물의 노후도 및 손상정도 등을 적절하게 고려하여 지진에 의한 위험도를 표

현하는 위험도지수로 나타낸다.

- 25 -

[해설]

상수도 관로 시설물의 위험도는 지진으로 인해 상수도 시설물이 붕괴되거나 손상

을 입기 쉬운 형태를 구분하는 것으로서, 유연도 지수, 관로의 연결방법 및 연결부

위 처리 방법, 관로 단면의 크기 및 종류, 밸브 등 관로 내 각종 시설물 설치, 부지

의 지반강도 및 지반조건(특히 단층 및 액상화의 가능성), 상수도 관로 시설의 노후

도 및 손상정도 등을 주요 파라메타로 하고 각각의 인자가 위험도에 기여하는 정도

등을 적절하게 고려하면 지진에 의한 위험도를 표현하는 상수도 관로 시설물 위험

도지수(Vulnerability Index)를 산출할 수 있다.

VI=FLEX지수×(KIND지수+EARTH지수+SIZE지수+CONNECT지수+

DAMAGE지수+FAULT지수+FACIL지수+LIQ지수+DETIOR지수+MCONE지수)해설식(3.1)

여기서, KIND지수 = 관로의 종류에 따른 지수

- 강관 및 주철관 : 1.0

- 콘크리트 및 시멘트관 : 0.8

- 경질 염화비닐관 : 0.5

EARTH지수 = 지반상태 정도 지수

- 연약지반 및 변동지반 1

- 보통지반 0.8

- 강성지반 0.5

SIZE지수 = 관경에 따른 지수

- 소형 1 (직경 500 mm 미만)

- 중형 0.8 (직경 500 mm 이상 1500 mm 이하)

- 대형 0.5 (직경 1000 mm 초과)

CONNECT지수 = 관로 이음부의 상태

- 불량 : 1.0

- 보통 : 0.8

- 양호 : 0.5

- 26 -

DAMAGE지수 = 관로 시설물의 손상 지수

- 불량 : 1.0

- 보통 : 0.8

- 양호 : 0.5

FAULT지수 = 관로 시설물과 단층대와의 거리 지수

- 50 m이내 : 1.0

- 500 m이내 : 0.8

- 500 m이상 : 0.5

FACIL지수 = 관로내의 주요 시설물(밸브 등) 존재 여부

- 있음 : 1.0

- 없음 : 0.8

LIQ지수 = 액상화 가능여부 지수

- 높음 : 1.0

- 보통 : 0.8

- 낮음 : 0.5

DETIOR지수 = 관로 시설물의 노후화 등급지수

- A등급 : 0.1

- B등급 : 0.2

- C등급 : 0.4

- D등급 : 0.7

- E등급 : 1.0

MCONE지수 = 관로 이음부의 처리방법 지수

- 강결 : 1.0

- 볼팅 : 0.7

FLEX 지수 = 단면에 대한 유연도 지수

- 5이하 : 10.0

- 5이상 20미만 : 8.0

- 20이상 : 6.0

- 27 -

기술된 단면에 대한 유연도 지수는 해설식(3.2)와 같이 나타낼 수 있는데 이식은

지중 구조물의 지진응답특성이 지반의 변위와 직접적인 관계가 있는 점에 착안되어

지중 구조물과 지반의 강성차이로부터 유도된 식이다. 일반적으로 유연도 비가 20

이상인 경우, 구조물의 변형이 지반의 변형에 순응하게 되며 5이하인 경우에는 상

당한 양의 지진 토압이 지중 구조물에 작용된다.

F=2E ( 1- ν 1

2)․R 3

E 1 ( 1+ ν ) t3해설식(3.2)

여기서, E1 = 구조물의 탄성계수,

. E = 주변 지반의 탄성계수

ν 1 = 구조물의 포아송 비

ν = 주변 지반의 포아송 비

R = 구조물의 반경

t = 구조물의 두께

3.4.3 영향도

상수도 시설물의 영향도는 복구 시 소요비용, 중요시설에 직접공급 하는가에 대한

여부, 대체 시설의 존재 유무 및 2차재해 발생여부 등을 고려하여 상수도 시설물의

영항계수로 나타낸다.

[해설]

상수도 관로 시설물의 영향계수는 상수도 시설물이 지진으로 인해 피해가 발생할

경우에 이로 인한 사회 및 경제적인 영향을 고려하는 결정인자이다. 복구시 소요

비용, 중요시설에 직접공급 하는가에 대한 여부, 대체 시설의 존재 유무, 2차 재해

발생여부, 복구하는데 걸리는 시간 등을 이용하여 상수도 관로 시설물의 위험도계

수 산정과 유사한 방법으로 결정할 수 있다.

II= 20×( IMPT지수+REPS지수+SDMG지수+IMPA지수+IMPC지수) 해설식(3.3)

- 28 -

여기서, IMPT지수 = 복구에 소요되는 시간

- 10일 이상 : 1.0

- 하루 이상 10일 미만 : 0.8

- 하루 미만 : 0.6

REPS지수 = 대체 시설물의 존재 여부

- 없음 : 1.0

- 있음 : 0.5

SDMG지수 = 이차재해 여부

- 높음 : 1.0

- 보통 : 0.8

- 낮음 : 0.6

IMPS지수 = 중요시설에 직접 공급 여부

- 높음 : 1.0

- 보통 : 0.8

- 낮음 : 0.6

IMPC지수 = 구조물의 성능 회복을 위한 비용 지수

- 높음 : 1.0

- 보통 : 0.8

- 낮음 : 0.6

3.4.4 내진그룹화

지진도, 위험도, 영향도를 산정하여 해설그림 3.4.1과 같은 결정과정을 통하여 기존

시설을 “내진보강 핵심시설”, “내진보강 중요시설”, “내진보강 관찰시설”,

“내진보강 유보시설”의 내진등급으로 그룹화한다.

- 29 -

[해 설]

내진성능 평가를 위한 예비평가

지진도 등급 결정

제1그룹 제2그룹 제3그룹 제4그룹

위험도계수

Ⅳ>60

위험도계수

VI>70

위험도계수

VI>80

위험도계수

VI>90

영향계수

Ⅱ>60

영향계수

Ⅱ>70

영향계수

Ⅱ>80

내진보강

핵심시설

내진보강

중요시설

내진보강

관찰시설

내진보강

유보시설

NO NO NO NO

NO NO NO

YES YES YES YES

YES YES YES

해설그림 3.4.1 우선순위 결정방법 흐름도

- 30 -

제 4 장 내진성능 상세평가

4.1 일반사항

예비평가 결과 내진성능 평가가 필요한 상수도 시설물에 대해서는 내진성능 상세평

가를 수행한다. 내진성능 상세평가를 위한 기본방향은 다음과 같다.

1. 평가대상은 매설관으로 한정되는데, 매설관은 크게 분절관과 연속관으로 구분할

수 있으며, 덕타일 주철관은 분절관으로 용접강관은 연속관으로 분류할 수 있다.

분절관은 기능수행수준과 붕괴방지수준의 평가방법이 동일하며 연속관은 평가방법

을 기능수행수준과 붕괴방지 수준으로 구분한다.

2. 평가는 부재가 보유하고 있는 공급역량(Capacity)과 설계지진에 대해 각 구성부재

에 요구되는 소요역량(Demand)을 비교하여 평가한다.

[해설]

분절관의 경우 지진으로 인한 관 자체의 변형이 허용 변형율을 넘어 이음부가 탈

락하거나 응력 증가로 인하여 관이 파손된다. 따라서 내진성능 평가를 위해서는 관

체 발생 응력, 이음부의 신축 량에 대하여 검토가 필요하다. 연속관의 경우 이음부

가 용접되어 관과 일체로 작용한다고 가정할 수 있기 때문에 지반의 변형으로 인한

관 자체의 축 방향 변형에 의해 파손이 발생된다. 따라서 내진성능평가를 위해서는

관로의 축 방향 변형율에 대한 검토가 필요하다.

3. 매설관은 단위체적중량이 주변지반의 중량에 비해 작기 때문에 응답 변위법에 의

하여 지진응답해석을 수행한다.

[해설]

상수도 매설관로의 내진 해석은 지반 조건, 구조 조건 등을 고려하여 “응답 변

위법” 혹은 “시간이력 동적 해석법” 중 한가지를 사용하여 수행할 수 있다. 일

반적인 상수도 시설물의 경우 “응답 변위법”을 사용할 수 있으며, 상세한 검토를

하는 경우나 구조 조건, 지반 조건이 복잡한 경우는 지반과 구조물의 상호 작용 및

지반과 구조물의 비선형 거동을 고려할 수 있는 “시간이력 동적해석(비선형해

석)”을 사용하는 것이 좋다. 즉, “응답변위법”을 상수도 시설물의 내진해석을 위

한 표준해석법으로, “시간이력 동적 해석법”은 부수적인 해석법으로 규정하였다.

- 31 -

4. 단면특성, 재료강도 등과 같이 내진성능에 관련하는 모든 특성값은 실제 특성값을

기준으로 한다.

[해설]

기존상수도 매설관로의 내진성능 평가에 필요한 단면특성, 재료강도 등과 같은

특성값은 현상태의 특성값을 사용하는 것이 원칙이다. 그러나, 이것이 없는 경우에

는 설계값을 이용하여야 되지만 환경요인 및 기타요인 등을 고려하여 내진성능이

보수적으로 평가되도록 조정하여 사용하는 것이 좋다.

- 32 -

4.2 구성부재의 내진성능 평가

4.2.1 분절관(주철관)의 내진성능 평가

분절관의 내진성능평가 기준은 다음과 같은 식을 사용한다.

가. 관체발생응력 ≤ 허용응력 식(4.1)

나. 이음새의 신축변형률 ≤ 허용신축변형률 식(4.2)

[해설]

관체 발생 응력과 이음새의 신축량이 허용치 이하가 되도록 하며 지진에 의한

응답과 상시의 하중에 의한 응답을 합산하여 내진성능을 검토한다. 상시의 하중으

로는 내압에 의한 것과 자동차 하중에 의한 것을 고려하며 이음부 신축량을 계산할

때는 상시하중에 의한 변형이외에도 온도변화와 부등침하에 의한 변형을 추가로 고

려한다.

4.2.2 관체의 내진성능평가

관에 발생하는 응력은 다음과 같다.

[해설]

가. 내압에 의한 축방향 응력( σ i)

ttDP

i ×-×

=2

)(ns해설식(4.1)

여기서, σ i : 내압에 의한 축방향 응력

n : 포아송 비

P : 내압 (kN)

D : 관로의 외경(m)

t : 공칭관두께(m)

- 33 -

나. 자동차 하중에 의한 축방향 응력( σ o)

σ o=0.322․Wm

Z․

E․IKv․D

해설식(4.2)

여기서, Wm : 차량 하중( MN/m 2 )

Kv : 연직방향 지반반력계수

E : 탄성계수 ( MPa )

I : 단면 2차 모멘트( m 4 )

Z : 단면계수 ( Z= 2․I/D )

위에서 차량하중Wm은 Wm=2․Pm․D

275․(a+2․h․ tanθ)․(1+i)으로 구한다.

여기서, Pm : 차량 후륜 1륜 당 하중

a : 접지 폭(m)

h : 흙 두께(m)

θ : 하중 분포 각

i : 충격계수(해설표 4.2.1로부터 구한다)

해설표 4.2.1 충격계수

토피(m) 충격계수(i)

h<1.5

1.5≤h≤6.5

h>6.5

0.5

0.65-0.1h

0

- 34 -

해설그림 4.2.1 자동차 하중의 분포도

다. 지진시의 축 방향 응력

(1). 표층지반의 고유주기는 TG = 4 ∑n

i= 0

Hi

Vsi로 계산한다.

(2) 지반의 수평변위는 식 Uh (z) =2

π 2 ⋅Sv⋅TG cosπz2H에 의해 계산한다.

(3) 지진시의 파장은 다음 식으로 계산한다.

L=2․L 1․L 2

L 1+L 2

해설식(4.3)

L 1=TG․VDS 해설식(4.4)

L 2=TG․VBS 해설식(4.5)

여기서, L : 지진동의 파장 (m)

T G : 표층지반의 고유주기(sec)

VDS : 표층지반의 전단탄성파속도 (m/s)

- 35 -

VBS : 기반면의 전단탄성파속도 (m/s)

VDS=∑H i

∑H i

V i

(m/s) 해설식(4.6)

(4) 지반의 강성계수

21 5.1 sV

gK ××=

g해설식(4.7)

22 3 sV

gK ××=

g해설식(4.8)

여기서, K 1 : 축 방향 변위에 대한 지반의 강성계수

K 2 : 축 직교 방향 변위에 대한 지반의 강성계수

g : 흙의 단위체적중량 ( kN/m3 )

Vs : 관로 위치에 따른 표층지반의 전단탄성파속도 (m/s)

g : 중력가속도 (m/s 2)

(5) 지진시의 축 방향 응력( σ x)

σ= σL'2+σB '

2 해설식(4.9)

σ L'= ξ 1․σ L 해설식(4.10)

σ 'B= ξ 2․σ B 해설식(4.11)

σL=a 1․π․Uh

L․E 해설식(4.12)

σ B=a 2․2π 2․D․Uh

L 2 ․E 해설식(4.13)

a 1=1

1+(2․π

λ 1․L') 2

해설식(4.14)

- 36 -

a 2=1

1+(2․π

λ 2․L) 4

해설식(4.15)

λ 1=K1

E․A 해설식(4.16)

λ 2=4

K2

E․I해설식(4.17)

L'= 2․L 해설식(4.18)

여기서,

σ : 관 축 방향 합성응력 ( MPa )

σL ,σB : 축 응력, 휨 응력 ( MPa )

σ'L ,σ'B : 최대 축 응력, 휨 응력 ( MPa )

ξ 1 , ξ 2 : 축 응력, 휨 응력에 대한 보정계수로서 각각 해설그림

4.2.2와 해설그림 4.2.3로부터 구한다.

Uh : 관축 위치의 지반의 수평 변위진폭(m)

L : 지진동의 파장(m)

D : 외경(m)

E : 탄성계수 ( MPa )

K 1 : 축 방향 변위에 관한 지반의 강성계수

K 2 : 축 직각 방향변위에 관한 지반의 강성계수

A : 단면적 (m 2 )

I : 단면 2차 모멘트 (m 4 )

l : 관의 길이 (m)

ν= l/L 해설식(4.19)

ν'= l/L ' 해설식(4.20)

- 37 -

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.0

25.0

50.0

75.0

100.0

125.0

150.0

175.0

200.0

225.0

250.0

275.0

300.0

025.0=¢n05.0=¢n075.0=¢n1.0=¢n25.0=¢n

L¢1l

1x

해설그림 4.2.2 λ1L'에 따른 ξ 1값

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

10.0

30.0

50.0

70.0

90.0

110.0

130.0

150.0

170.0

190.0

210.0

230.0

250.0

270.0

290.0

계열1

계열2

계열3

계열4

025.0=n05.0=n075.0=n1.0=n

L2l

2x

해설그림 4.2.3 λ2L값에 따른 ξ 2값

- 38 -

4.2.3 이음새의 축방향 신축량 내진성능 평가

이음새의 축방향 신축량은 다음과 같다.

[해설]

가. 내압에 의한 이음새 신축량 (e i )

e i=l․σ i

E해설식(4.21)

여기서,

e i : 내압에 의한 이음새 신축량(m)

σ i : 내압에 의한 관체 발생 응력 (MPa)

l : 관 길이(m)

E : 탄성계수 (MPa)

나. 차량하중에 의한 이음새 신축량 (e o )

e 0=l․σ 0

E해설식(4.22)

여기서,

e o : 차량하중에 의한 이음새 신축량 (m)

σ o : 차량하중에 의한 관체 발생응력 (MPa)

다. 온도변화에 의한 이음새 신축량 (e t)

e t= α・△T・l 해설식(4.23)

여기서, e t : 온도변화에 의한 이음새 신축량(m)

α : 선팽창계수

△T : 온도변화(℃)

- 39 -

라. 부등침하에 의한 이음새 신축량 (e d )

부등침하에 의한 이음새 신축량 은, 해설그림 4.2.4와 같은 상태를 가정하여 산출

한다. 연약지반 구간(L)에 있어서 그 중앙부분에 δ의 부등침하가 발생하였다고 하

면 l구간에서의 늘어난 길이 Δl은 Δl= l 2+δ 2-l 로 된다.

Δl은 l 구간에 속한 각각의 이음새에 분산되지만, 보수성을 위하여 한군데의 이음

새에 집중되었다고 가정한다. 따라서 부등침하에 의한 이음새 신축량은 다음 식으

로 산출한다.

e d=Δl 해설식(4.24)

연약지반구간

침하형상

L

l l

d

해설그림 4.2.4 부등침하 가정도(이음새 신축량)

마. 지진시의 이음새 신축량 ( |u J|)

( |u J|) |u J|= u 0․u J 해설식(4.25)

u 0=a 1․Ua 해설식(4.26)

Ua=12․Uh 해설식(4.27)

11

111

sinhcoscosh2bb

gbg×

-=Ju

해설식(4.28)

211

1 )/(11bg+

=a해설식(4.29)

lAE

K×

×= 1

1b 해설식(4.30)

- 40 -

Ll¢

=pg 2

1 해설식(4.31)

L'= 2․L 해설식(4.32)

여기서, | u J| : 관축 방향 이음새 신축량(m)

u 0 : 무한 연속보의 경우 관축 방향 상대 변위량(m)

L : 지진동의 파장(m)

l : 이음새 간격(m)

4.2.4 연속관(용접강관)의 내진성능평가

연속관(용접강관)의 내진성능평가 기준은 다음과 같은 식을 사용한다.

가. 축방향 변형률 (기능수행수준) ≤ 허용변형률 (항복변형률) (식 4.3)

나. 축방향 변형률 (기능수행수준) ≤ 허용변형률 (국부좌굴 개시변형률) (식 4.4)

[해설]

“가”, “나” 용접 강관 관로의 내진 성능평가에 있어서는, 관로의 축 방향 변형율

이 허용치 이하가 되도록 하며, 지진동에 의한 변형율을 상시의 하중에 의한 변형

율과 합하여 내진 안정성을 조사한다. 상시의 하중으로서는 ① 내압, ② 자동차하

중, ③ 온도변화, ④ 부등침하 등을 고려하는 것을 원칙으로 한다.

4.2.5 관체발생 변형율

관체발생 변형율의 내진성능 평가기준은 다음과 같은 식을 사용한다.

[해설]

- 41 -

가. 내압에 의한 축 방향 변형율

지중 매설 강관의 축방향 변화가 구속된 경우 강관의 내압에 의한 축 방향 변형

율은 다음 식으로 구한다.

ne ´-

=tE

tDPi 2

)(해설식(4.33)

여기서, ε i : 내압에 의한 관 축 방향 변형율

n : 포아손 비(강)

P : 내압 (MN/m2)

D : 강관의 외경 (m)

t : 관 두께 (m)

E : 강관의 탄성계수(MPa)

나. 차량하중에 의한 축방향 변형율

차량하중에 의한 매설관의 축 방향 변형율은 다음 식으로 구한다.

ε 0=0.322Wm

ZEEIKVD

해설식(4.34)

여기서, ε o : 자동차에 의한 관 축 방향 변형율

Wm : 자동차하중 (kN/m)

D : 강관의 외경 (m)

KV : 연직방향지반반력계수

E : 강관의 탄성계수(MPa)

Z : 강관의 단면계수 (m 3)

I : 강관의 단면2차모멘트 (m 4 )

윗 식에서 자동차하중 Wm은 Wm=2․Pm․D

275․(a+2․h․ tanθ)․(1+i)으로부터 구

한다.

- 42 -

다. 온도변화에 의한 축방향 변형율

강관의 온도변화에 의한 축 방향 변형율은 다음 식에 의해 구할 수 있다.

ε t= α△t 해설식(4.35)

여기서, ε t : 온도변화에 의한 축 방향 변형율

α : 강의 선 팽창계수

△t : 온도변화(℃)

라. 부등침하에 의한 축방향 변형율

(1) 부등침하에 의해 용접 강관에 발생하는 축 방향 변형율의 계산 시에는 성토에

의한 지반의 침하를 고려한다.

(2) 용접 강관을 탄성지반위에 놓인 들보로 간주하여 아래의 식에 의한 값으로 하

며, 최대 휨 모멘트(M)는 M1과 M2중 큰 값을 택한다.

M1=Wd

2β 2 e - β L/2sin βL2

해설식(4.36)

M2=e π/4Wd

4 2β 2 {e - π/2+e - β L ( sinβL-cosβL)} 해설식(4.37)

=0.3877Wd

β 2 {0.2079+e - β L( sinβL-cosβL)}

여기서, L : 연약 지반구간 (m)

Wd : 연직토 하중 (kN/m)

Wd : γ(h+ h '' )D

g : 흙의 단위체적중량 (kN/m3)

h : 흙 두께 (m)

h ¢¢ : 성토의 높이 (m)

E : 강관의 탄성계수(MPa)

- 43 -

I : 강관의 단면 2차 모멘트 (m 4 )

K 2 : 축 직각방향의 변형에 대한 지반의 강성계수

β= 4K 2

4EI해설식(4.38)

(3) 최대 발생 변형율은 다음과 같이 구한다.

ε=MEI

D2

해설식(4.39)

해설그림 4.2.5 부등침하 가정도(축방향 변형률)

마. 기능수행수준의 지진에 의한 축 방향 변형율

(1) 표층지반의 고유주기는 T G = 4 ∑n

i= 0

H i

Vsi에 의해 계산한다.

(2) 관 축 위치의 지반의 수평변위는 Uh ( z) =2

π 2 ⋅S v⋅T G cosπ z2H에 의해 계

산한다.

(3) 지진동의 파장은 L=2․L 1․L 2

L 1+L 2

에 의해 계산한다.

(4) 지반의 강성계수는

- 44 -

K 1=1.5․γg․ V s

2 , K 2=3․γg․ V s

2에 의해 계산한다.

(5) 축 방향 관체 변형율은 다음 식으로 계산한다.

ε L= α 1ε G 해설식(4.40)

ε B= α 2

2πDL

εG 해설식(4.41)

ε x= ε 2L+ ε2

B 해설식(4.42)

εG=πU h

L해설식(4.43)

α 1=1

1+ (2π

λ 1L') 2

해설식(4.44)

α 2=1

1+ (2π

λ 2L) 4

해설식(4.45)

λ 1=K 1

EA해설식(4.46)

λ 2=4 K 2

EI해설식(4.47)

L'= 2L 해설식(4.48)

여기서, εL : 매설 강관로의 축 변형율

εG : 지반 변형율 (축 방향)

εB : 매설 강관로의 휨 변형율

ε x : 축 변형율과 휨 변형율의 합성 변형율

Uh : 관축 위치의 지반의 수평변위 진폭(m)

L : 지진동의 파장(m)

D : 강관의 외경(m)

A : 강관의 단면적 (m 2 )

E : 강관의 탄성계수 (MPa)

I : 강관의 단면 2차 모멘트 (m 4)

- 45 -

(6) 내진 안정성조사

축 방향 변형율의 합계가 항복 변형율 이하인지 조사한다.

바. 붕괴방지수준의 지진에 의한 축 방향 변형율

(1) 표층지반의 고유주기는 T G = 4 ∑n

i= 0

H i

Vsi로부터 구한다.

(2) 관 축 위치의 지반의 수평변위는 Uh (z) =2

π 2 ⋅S v⋅T G cos π z2H로부터 구

한다.

(3) 지진동의 파장( L)은 L=2․L 1․L 2

L 1+L 2

로부터 구하고 아래의 식으로 계산한 L 1

과 비교한다.

L 1= ξε y 해설식(4.49)

여기서, ξ=2 2E 1t/τ (m)

τ : 강관과 지반의 마찰력 (MPa)

t : 강관의 관 두께 (m)

(4) 만약 L > L 1이면, 위의 기능수행수준에서 사용한 방법과 동일한 식,

ε L= α 1εG , ε B= α 2

2πDL

ε G을 사용하여 관 축 방향의 변형율을 구한다.

(5) 만약 L≤L 1이면, 매설강관로의 축변형율 εL은 다음 식으로 계산된다.

εL=Lξ

해설식(4.50)

(6) 관로의 합성 변형율은 ε x= ε 2L+ ε2

B 로 구한다.

- 46 -

4.3 지하맨홀의 평가기준 및 성능 수준별 하중조합

1. 평가기준

내진성능 평가기준은 다음과 같은 식을 사용한다.

소요강도(U) ≤ 설계강도( φ×공칭강도) 식(4.4)

[해설]

소요강도 U는 사용성에 예상을 초과한 하중 및 구조해석의 단순화로 인하여 발

생되는 초과 요인을 고려한 하중계수를 곱함으로써 계산하며 구조부재의 설계강도

는 공칭강도에 1.0보다 작은 값인 강도감소계수 φ를 곱함으로써 계산한다.

2. 성능수준별 하중조합은 다음과 같다.

가. 기능수행수준

U = 0.75 ( 1.54D + 1.7L + 1.8H+1.8E ) 식(4.5)

이 때 활하중( L)은 영( 0)일 때도 고려하여야 한다. 그리고 고정하중과 지진하중

의 재하 효과가 서로 상쇄되는 경우 다음 하중조합도 고려하여야 한다.

U= 0.9D+ 1.4E 식(4.6)

나. 붕괴방지수준

U = 1.00 ( D + L + H+E ) 식(4.7)

[해설]

지하철 구조물의 내진성능 평가 수행 시 아래에 제시된 하중계수와 하중조합을

모두 고려하여 해당 구조물에 작용하는 최대 소요강도를 만족하는 지 조사하여야

한다. 특히, 시공 중 또는 시공 후 횡토압이 실제보다 작게 작용하여 구조물에 불리

하게 작용하는 경우 실제 감소된 토압을 계산하여 사용하여야 한다. 또한 지하구조

- 47 -

물의 상부 슬래브에 연직으로 작용하는 흙과 지하수 하중에 대해서는 고정하중에

대한 하중계수를 적용한다. 고정하중( D), 활하중( L) 및 지진하중( E), 횡토압과 횡

방향 지하수압(H)이 작용하는 경우 기능수행 수준과 붕괴방지 수준으로 구분하여

내진성능에 따라 고려하여야 한다.

4.4 지하맨홀의 내진안정성 해석

4.4.1 응답수정계수

구조물이 비탄성 거동을 하게 되면 탄성거동을 하는 경우보다 부재력이 작아지므로

일반 구조물의 경우 이를 고려하기 위하여 부재 성능평가 시 탄성해석으로 구한 탄

성부재력을 응답수정계수(R, 연성계수)를 사용하여 수정한다.

[해설]

지진에 의한 탄성부재력을 응답수정계수로 나눈 값이 지진에 대한 설계부재력이

되며 성능평가자는 이 설계 부재력을 다른 하중에 의한 부재력과 조합하여 부재의

안정성을 검토하면 된다. 연성계수는 두가지 측면에서 고려할 수 있는데 하나는 구

조물 부재의 최대 곡률과 항복 응력 상태의 곡률의 비이고, 또 다른 하나는 구조물

부재의 최대 변위와 항복 응력 상태의 변위의 비이다. 이를 각각 곡률연성계수와

변위연성계수로 정의할 수 있으며 다음과 같은 식으로 나타낸다.

• 곡률연성계수

μψ =ψ max

ψy해설식(4.51)

여기서, ψ max : 최대소성변형에 대한 곡률

ψy : 항복상태의 곡률

- 48 -

• 변위연성계수

μΔ =Δ max

Δ y해설식(4.52)

여기서, Δ max : 소성변형과 탄성변형의 합

Δy : 탄성변형

해석적인 방법으로 연성계수를 구할 때 Δy는 콘크리트 부재의 경우 철근이 최초

로 항복하는 시점에서의 변위이고, 강부재의 경우는 부재가 최초로 항복을 하는 시

점에서의 변위이다. 곡률연성계수와 변위연성계수 중에는 후자가 구조적인 측면에

서 접근이 용이하기 때문에 연성계수로서는 변위연성계수를 사용하는 것이 일반적

이다. 성능평가자는 이 방법으로 각 구조물에 적합한 연성계수를 결정할 수 있으나

이 방법은 복잡한 절차를 필요로 하므로 다음의 해설표 4.4.1에서 제시한 응답수정

계수를 사용하여 성능평가에 적용할 수 있다.

해설표 4.4.1 붕괴방지수준에서의 응답수정계수(R)

구 분 기둥 보 비 고

철근콘크리트

부재3 3

강 부재 또는

합성부재5 5

가. 기능수행 수준의 내진 성능에 대한 성능평가를 수행하는 경우 탄성해석을 수행

하게 되며, 연성계수(R)는 적용하지 않아야 한다.

나. 붕괴방지 수준의 내진 성능에 대한 성능평가를 수행하는 경우 탄성해석과 탄소

성해석을 필요에 따라 선택할 수 있으며

- 탄성해석을 수행하는 경우에는 계산 결과를 연성계수로 나눠줌으로써 탄성해석

만으로 소성변형까지도 고려할 수 있게 된다.

- 탄소성해석을 수행하는 경우에는 계산 결과를 그대로 사용하고 연성계수는 고

려하지 않아야 한다.

- 49 -

4.4.2 응답변위법

지진발생 시에 발생하는 지반변위에 의한 지진 토압과 지중구조물과 주변 지반 관

계에서의 경계조건을 적절히 모델링하여 정적으로 계산하는 방법을 응답변위법이라

한다.

[해설]

일반적으로 지하철 구조물을 포함한 지중 구조물의 겉보기 중량은 주변의 지반과

비교하여 가볍거나 또는 같은 정도이다. 또한 주위가 지반으로 둘러싸여 있으므로

발산감쇠가 크고, 자기 진동이 곧 진정되는 특성을 가지고 있다. 그러므로 관성력에

의해 지중 구조물 자체가 지반 속에서 자유롭게 진동하는 일은 없고 지반의 진동에

따른 움직임을 한다. 따라서 지중 구조물에 생기는 응력은 관성력에 의한 영향보다

도 주변 지반의 상대 변위에 의한 강제력으로 생겨나게 된다. 해설그림 4.4.1은 응

답 변위법의 개념을 설명하고 있다.

주면 전단력 + 지반 변위 하중

지반 변위에의한 하중

기반

지반 변위에의한 하중

주면전단력

d

기반면

표층지반

지표면

해설그림 4.4.1 응답변위법의 개념도

응답 변위법을 적용하여 내진해석을 수행하는 지하철 구조물은 일반적으로

frame 요소로 모형화하고, 그 비선형성을 고려하는 것으로 한다. 선로와 직각 방향

의 단면 검토에 있어서는 구조물을 슬래브, 측벽 및 중간 기둥(벽)으로 구성되는 라

멘 구조로서 모형화하는 것으로 한다. 각 부재는 frame 요소로 모형화하고, 축선 위

치는 각 부재의 도심 위치로 해도 좋다. 일반적으로 중간 기둥 구조의 경우 기둥

간격을 고려한 2차원 모형으로 검토해도 좋지만 형상이 복잡한 경우나 2차원으로

해석하는 것이 부적절 하다고 생각되는 구조인 경우는 3차원 해석을 수행하는 것이

- 50 -

좋다. 또 선로와 직각 방향으로 내진벽이 존재하는 경우는 적절한 역학적 특성을

고려하여 모형화하는 것이 좋다. 응답 변위법을 사용하여 지하철 구조물의 내진성

능 평가를 위한 해석절차는 해설그림 4.4.2와 같다. 먼저 단면이 설정된 후 지반조

건에 따른 지진계수를 산정하고 이에 따라 지반의 최대 변위 진폭을 결정한다.

수준별 설계하중 산정

해석 단면 설정

지반조건 결정

지진계수 결정

지반변위폭 산정

지반반력계수 산정

상시하중 계산 지진시 하중계산

단면력 계산

단면 보강 결정

상시하중, 기능수행, 붕괴방지 수준에 대한 성능평가

단면력과의 비교

해설그림 4.4.2 응답변위법의 해석절차

또한 지반조건에 따라 지반 반력계수를 산정하고 설정된 단면의 상시하중과 지진

시 하중에 의해 단면력을 계산한다. 계산된 단면력과 상시하중에 의한 설계 단면력

을 비교함으로써 내진보강 여부를 결정한다. 지반의 변위진폭 산정시 이용되는 기

반면에서의 설계응답속도는 기존의 가속도 응답스펙트럼을 속도 응답 스펙트럼으로

변환시켜 사용하며 이 때 각 성능수준별 속도응답스펙트럼은 [도시철도 내진설계기

준(국토해양부)]에 제시된 방법을 적용한다.

- 51 -

4.4.3 지반의 지진응답변위 및 설계속도응답스펙트럼

1. 지진력에 의한 지반의 응답변위는 기반면에서의 속도응답스펙트럼으로부터 산정한

다.

[해설]

응답변위법에 사용되는 지반의 수평 변위량의 연직방향분포는 지진응답해석을 이

용하여 구하는 것이 좋다. 그러나 지층구성이 복잡하고 지반의 증폭 특성이 복잡한

지반이나 지진시에 지반의 특성이 크게 변화하는 지반 등의 상세한 검토를 필요로

하는 지반 이외는 토층의 고유주기에서 지표면의 최대 변위를 구하고, 지반의 변형

모드를 가정하여 지반 변위의 연직방향분포를 구해도 된다.

해설그림 4.4.3과 같이 지반을 단일층으로 가정하여 지중변위를 산정하는 방법은

해설식(4.53)을 이용한다.

Uh(x)=2

π 2 ⋅S v⋅TG⋅cos ( π2Hs

x) 해설식(4.53)

여기서, Sv : 지표층(기반암 상부 토층) 지반의 고유주기에 해당되는 기반암

설계속도응답스펙트럼(m/sec)

TG : 지반의 고유주기(sec)

Hs : 지표층 지반의 두께(m)

지반을 두 층으로 가정하여 지중변위를 산정하는 방법은 해설식(4.54)～(4.56)를

이용한다.

Uh1(x)=2

π 2 ⋅S v⋅T G⋅cos ( w0

v s0d 1

x1) 해설식(4.54)

Uh2(x)=2

π 2 S vT G cos ( ω 0H1

vsod1)⋅

cosω 0x2

v s0d 2

-

sinω 0x2

v s0d2

tanω 0H 2

vs0d2

해설식(4.55)

(1 + α) cos {ω 0( H1

vs0d1

+H2

vs0d2)} + (1 - α) cos {ω 0( H1

vs0d1

-H2

vs0d2)} = 0 해설식(4.56)

여기서, Hs : 전체 토층 지반의 두께(m)

H1, H2 : 제1층, 제2층의 두께(m)

- 52 -

Vsod1, Vsod2 : 제1층, 제2층의 평균 전단파속도(m/sec)

w0 : 지반의 설계 고유 진동수

α : 제1층과 제2층의 임피던스비, α =γ 1vs0d1

γ 2vs0d2

(a) 전단파속도에 따른 지층의 분할 및 평균전단파속도 산정

(b) 변형형상(모드)

해설그림 4.4.3 단일코사인, 이중코사인 이론을 이용한 지중변위 산정법

기반면의 속도 응답스펙트럼을 산정할 경우, 해석대상 지반의 공진주기가 0.4초

보다 작은 대부분의 국내지반에서는 SA 지반의 지표면 가속도 응답스펙트럼을 적

분하여 기반면 속도 응답스펙트럼으로 사용하는 방법이 적절하다. 그러나, 공진주기

- 53 -

가 0.4초 이상인 장주기 지반에서는 지진응답해석을 수행하여 결정하는 것이 바람

직하다.

2. 기반면에서 속도응답스펙트럼은 SA 지반의 지표면 가속도 응답스펙트럼을 직접적분

하여 구할 수 있다. 그러나 해석부지가 연약층이 깊게 발달되어 공진주기가 0.4초

이상일 경우는 지진응답해석을 수행하여 기반면의 속도응답스펙트럼을 구하는 방법

을 추천한다.

[해설]

기반면에서의 설계속도 스펙트럼은 다음값에 감쇠율에 대한 보정계수를 곱하여

적용한다.

0.020

0.008

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

T (sec)

Sv

(m

/sec

)

붕괴방지수준

기능수행수준

(a) 지진구역 Ⅰ

0.011

0.005

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

Sv

(m/s

ec)

T (sec)

붕괴방지수준

기능수행수준

(b) 지진구역 Ⅱ

해설그림 4.4.4 기반암 설계속도 응답스펙트럼

- 54 -

4.4.4 내진해석을 위한 지반 탄성 정수의 산정

1. 지반의 전단탄성계수는 성능수준에 따른 비선형성을 고려하여야 한다.

[해설]

※ 전단탄성계수의 산정

지반의 응력-변형률 관계는 변형률의 크기에 따라 탄성계수가 변하는 비선형 거

동을 보인다. 따라서, 실내시험과 현장시험을 통하여 지반의 전단탄성계수 감소 현

상을 평가하고 이를 해석에 이용해야 한다. 지반의 비선형성을 최대한 반영하기 위

해서는 적합한 구성모델을 선정하여 비선형 해석을 수행하는 방법이 가장 합리적이

나, 현장에서는 매우 중요한 구조물 이외에는 선형해석을 수행하는 것이 일반적이

다. 선형해석 시에는 하중수준에 따른 비선형특성을 감안하기 위해 지반의 전단탄

성계수를 다음과 같이 보정하여 사용한다.

GD = (γ t /g)⋅V 2S 해설식(4.57)

여기서, GD : 지반의 동적전단계수( kN/m 2)

γt : 지반의 단위중량( kN/m 3)

g : 중력가속도 ( m/ sec 2)

VS : 해당구조물을 포함하는 지층의 전단탄성파 속도 ( m/ sec )

(해당구조물이 여러 층에 걸칠 경우 그 평균치를 사용한다. )

VSi = C⋅V0i 해설식(4.58)

여기서, VSi : 지반의 동적전단탄성계수 산출에 이용되는 i번째 지층의 설계전단

탄성파속도

V0i : 해당구조물을 포함하는 i번째 지층의 전단탄성파속도

C : 성능수준별 지반변형에 대한 보정계수 C = 0.8 (기능수행수준)

C = 0.5 (붕괴방지수준)

- 55 -

2. 지반반력계수는 [도시철도 내진설계기준]에서 제시하는 방법에 따라 산출한다.

[해설]

※ 지반 반력계수의 산정

가. 유한요소 모형법

지진시 지반반력계수 KH, KV, KSS, KSB를 구하기 위하여 다음과 같이 공동지반의

2차원 유한요소 모형을 작성하고, 지반탄성의 방향에 단위하중 “1”을 구조물에 작

용시켜 그 방향의 하중과 변위의 관계에서 지반반력탄성계수 값을 산출한다. 이때

지중 구조물은 상판 및 저판의 강성을 고려하거나, 혹은 강체로 간주한다.

PH

δH

PSS

δSS

H

L L

해설그림 4.4.5 지반반력 탄성계수 산정을 위한 유한요소 모델

여기서,

KH : 측벽에 대한 수평지반반력계수(KH = PH /δH)

KV : 상판 및 저판에 대한 연직지반반력계수(KV = PV /δV)

KSS : 측벽에 대한 전단지반반력계수(KSS = PSS /δSS)

KSB : 상판 및 저판에 대한 전단지반반력계수(KSB = PSB /δSB)

PH : 측벽에 가해지는 수평방향의 단위하중 (kN)

PV : 상판 및 저판에 가해지는 연직방향의 단위하중 (kN)

PSS : 측벽에 가해지는 전단방향의 단위하중 (kN)

- 56 -

PSB : 상판 및 저판에 가해지는 전단방향의 단위하중 (kN)

δH : 측벽에 단위하중을 부여한 경우에 발생하는 수평방향의 변위(m)

δV : 상판 및 저판에 부여한 단위하중에 의한 연직방향의 변위(m)

δSS : 측벽에 단위하중을 부여한 경우에 발생하는 전단방향의 변위(m)

δSB : 상판 및 저판에 부여한 단위하중에 의한 전단방향의 변위(m)

이때 주의할 점은 측방의 경계와 구조물 측벽과의 거리를 충분히 고려하지 않으면

지진시 지반반력계수를 정확히 구할 수 없으므로, 유한요소 모형의 경계는 구조물

측벽에서 다음 식 에서 나타난 거리 이상을 고려해야 한다.

L ≥ 3H 해설식(4.59)

또한 지반을 모형화할 때 적용하는 지반의 물성치, 즉 지반의 탄성계수(또는 전

단탄성계수)와 포와송 비는, 지진시 지반에 동적하중이 가해지고 이에 따라 지반이

동적거동을 하므로, 지반의 동적변형계수 ED 또는 동적전단계수 GD와 동적포아

송비 νD를 적용한다. 이들 계수간의 상호관계는 다음과 같다.

ED = 2 ( 1 + νD )⋅GD 해설식(4.60)

지반의 동적탄성계수 ED는 성능수준을 고려한 지반의 전단파속도 Vs로부터 산

정된다. 동적 프와송비 νD의 경우에는, 해당 지반에 탄성파시험 등을 수행하여 그

결과로부터 산출되는데, 보통 이는 0.40～0.50정도의 값을 나타낸다.

나. 재하폭 이용 방법

지반반력계수는 각종 조사, 시험 결과에 의해 얻어진 탄성계수를 이용하여, 기초

의 재하폭 등의 영향을 고려해 정하는 것을 원칙으로 하며 상시 상태에 대한 계수

값은 [도로교 설계기준] 하부구조편의 지반반력계수의 산정 부분을 따른다.

여기서 사용되는 지반반력계수 혹은 전단지반반력계수는 지진의 세기와 관련된

기능수행수준 및 붕괴방지수준에 적합한 특성치를 적용한다.

- 57 -

KH = k h0 (B h

30) - 3/4 해설식(4.61)

KV = k v0 (B v

30) - 3/4 해설식(4.62)

KSS = λKH 해설식(4.63)

KSB = λKV 해설식(4.64)

여기서, KH : 구체측벽의 수평 지반반력계수

KV : 구체저판의 연직 지반반력계수

KSS : 구체측벽의 전단 지반반력계수

KSB : 구체저판의 전단 지반반력계수

k h 0 : 지름 0.30m의 강체원판에 의한 평판재하시험의 값에 상당하는 수

평 지반반력계수

k v0 : 지름 0.30m의 강체원판에 의한 평판재하시험의 값에 상당하는 연

직 지반반력계수

B h : 구조물 높이 (m)

B v : 구조물 저판 폭 (m)

λ = 1/3～1/4 해설식(4.65)

k v0 =130

⋅E D , k h0 =130

⋅E D 해설식(4.66)

E D : 상시하중 상태 및 지진하중 상태의 성능수준을 고려한 지반의 탄

성계수 (MPa)

ED = 2 ( 1 + ν )GD 해설식(4.67)

GD = γ t/g× VS2 해설식(4.68)

VS = 0.8V 0 (기능수행수준) 해설식(4.69)

VS = 0.5V 0 (붕괴방지수준) 해설식(4.70)

- 58 -

V 0 : 초기전단파속도 (m/sec)

VS : 성능수준별 전단파 속도 (m/sec)

GD : 동적전단탄성계수 (MPa)

4.4.5 구조물에 작용하는 지진하중

1. 지진력에 의한 수평하중은 다음 식에 의해 계산된다.

p(z) = kh {U(z) - U(zB )} 식(4.8)

여기서,

p(z) : 지표부터 깊이 z에서 작용하는 수평방향 하중 (kN)

kh : 단위면적당의 수평방향 지반 반력계수 (m/sec)

U(z) : 지표면으로부터 깊이 z인 지점의 수평방향 변위진폭 (m)

U(zB ) : 지표면으로부터 깊이 zB인 지점의 수평방향 변위진폭 (m)

z B : 지표면으로부터 구체 저면까지의 깊이 (m)

2. 지진력에 의한 구조물에 적용하는 주면마찰력은 다음식에 의해 계산된다.

τU= (GD

π⋅H)⋅S v⋅TG⋅ sin (

π⋅zU

2H) 식(4.9)

τB = (GD

π⋅H)⋅S v⋅TG⋅ sin (

π⋅zB

2H) 식(4.10)

τU=(τU + τB )

2 식(4.11)

- 59 -

여기서, u(z) : 깊이 z에서의 지진시 지반변위 (m)

z : 지표면으로부터의 깊이 (m)

zU : 지표면으로부터 구조물 상판까지의 깊이 (m)

z B : 지표면으로부터 구조물 저판까지의 깊이 (m)

KSB : 상판에 대한 지반의 전단지반반력계수

KH : 측벽에 대한 지반의 수평지반반력계수

Khi : 해당깊이에 대해 보정한 수평진도 =Kh⋅CU(z)

CU( Z) : 깊이에 대한 보정계수 = 1-0.015z

S v : 기반면에서의 속도응답 스펙트럼 (m/s) (설계기준에는 가속도응답

스펙트럼 S a 만이 주어져 있으므로, 이를 변환하여 사용한다.)

= T S/(2π)⋅S a

T S : 표층지반의 고유주기 = 1.25⋅T G

T G : 표층지반의 특성값 ( s )

T S' : 설계응답스펙트럼에서의 통제주기 (s)=

C v,C a : 지진구역 및 지반종류에 따른 지진계수

H i : 제 i 번째 토층의 두께( m)

Vsi : 제 i번째 토층의 전단파속도( m/s)

H : 기반면의 깊이(경암면 또는 구조물 저면 이하 10～15 m정도; m)

3. 지진력에 의한 구조물에 적용하는 자체 중량에 의한 관성력은 다음과 같다.

f i = wi․K h i 식(4.12)

여기서,

f i : i번째 구체중량(kN)

wi : i번째 설계수평지진계수

Khi : 해당깊이에 대해 보정한 수평진도 (m/s 2 ) ⋅

CU( Z) : 깊이에 대한 보정계수 = 1-0.015z

- 60 -

[해설]

지진해석시 지진에 의한 하중이 작용하는 구체는 아래 해설그림 4.4.6과 같이 나

타낼 수 있으며 이러한 하중의 작용시 각 부재의 단면력을 계산하여 설계에 적용하

도록 한다.

U

지반변위 지반변위

해설그림 4.4.6 구체에 작용하는 지진시 하중

4. 설계 대상 구조물이 지하수위 아래에 있을 경우 지진시 벽체에 단위 면적당 작용

하는 동수압을 고려해야 한다. 지진시 동수압은 다음 식을 이용하여 계산한다.

pf = Kh ․ γw ․B2

식(4.13)

여기서, pf : 벽체 단위 면적 당 동수압

Kh : 설계수평지진계수

rw : 물의 단위체적중량

B : 벽체의 폭 (m)

- 61 -

4.4.6 하중의 구조해석 모형

1. 상시하중은 사하중과 활하중, 토압과 자중 등을 고려하며 하중조합을 이용하여 상

부 Slab와 하부 Slab, 측벽에 대해 그림 4.4.1과 같이 작용시키도록 한다.

그림 4.4.1 구체에 작용하는 상시하중

여기서,

P h 1, P h 2 : 상하부 측벽토압

P v1 : 활하중

P v2 : 활하중 (내부설비 하중)

W1 : 사하중

W2 : 구조물의 자중

- 62 -

2. 지진시 수평하중 p(z)는 지반의 변위진폭을 이용하여 그림 4.4.2와 같이 수평력으

로 작용한다.

그림 4.4.2 구체에 작용하는 지진시 토압하중

3. 지진시 상, 하부 Slab와 측벽의 주면전단력( τU, τS, τB )은 다음의 그림 4.4.3과

같이 작용한다.

t

t

t

그림 4.4.3 구체에 작용하는 지진시 주면전단력

- 63 -

4. 지진시 자체중량에 의한 상, 하부 Slab와 측벽의 관성력 ( P IU, P IB, P IW)은 그림

4.4.4와 같이 작용한다.

그림 4.4.4 구체에 작용하는 지진시 관성력

- 64 -

제 5 장 내진성능 평가보고서 구성

5.1 문장 및 보고서의 작성

5.1.1 문장

보고서의 문장은 간결하여야 하며 앞 뒤 연결관계가 명확하여야 한다

5.1.2 보고서

객관적인 자료수집과 분석 그리고 결론으로 이루어져야 한다. 대상 상수도시설물에

대한 사항과 이론서 및 전문서, 연구보고서의 내용을 분명히 구별하여야 한다.

5.1.3 편집

편집순서는 다음을 따른다.

1. 표지

2. 속표지

3. 대상시설물 전경사진

4. 제출문

5. 참여기술진

6. 요약

7. 목차

8. 표목차

9. 그림목차

10. 본문

11. 참고문헌

12. 부록

13. 서지자료

- 65 -

5.2 현황보고서 형식

현황조사는 부록C의 <내진점검표>에 대한 조사 및 작업을 필요로 하며 보고서 구성

은 다음과 같아야 한다.

1. 일반사항

2. 조사범위

3. 주요부재별 조사결과

4. 주요부재별 요약

5. 도면분석결과

6. 재료강도평가

7. 부록

5.3 예비평가 보고서

입력자료와 예비 평가분석표로 구성된다. 평가보고서의 구성은 다음을 따른다.

1. 일반사항

2. 현장평가분석

3. 지진도 평가

4. 위험도 평가

5. 영향도 평가

6. 우선순위의 그룹의 결정

7. 평가

5.4 상세평가 보고서

1. 일반사항

2. 평가기준 및 성능수준별 하중조합

3. 내진안정성 해석

4. 평가

- 66 -

- 67 -

부부부부부부 록록록록록록

A. 내진성능 평가예제(분절관)

B. 내진성능 평가예제(연속경관)

C. 내진점검표

- 69 -

A.A.A.A.A.A. 내진성능내진성능내진성능내진성능내진성능내진성능 평가예제평가예제평가예제평가예제평가예제평가예제

(분절관)

- 71 -

기반층

표층

1.9

7

그림 A.0.1 지반모델

1. 덕타일 주철관의 사양

종류 : 수도용 원심력 덕타일주철관(KS D 4311) 2종관

관경(외경) : D=900mm

관두께 : 13.0mm

길이 : l=6,000mm

2. 매설조건

흙두께 : h=1.50m

흙의 단위체적당 중량 γ=17.0( kN/m 3)

3. 설계내압 : P=1.0 MPa

4. 차량 하중 : Pm=100 kN/輪5. 온도변화 : T=20℃

6. 지반조건 : 연약한 토사지반(SE)으로, 전단파속도는 실험에 의한 값을 사용하며 여

기서는 그림 A.0.1과 같이 가정한다.

7. 지반모델 : 그림 A.0.1에 표시

- 72 -

1. 내진성능 예비평가

1.1 지진도 평가

대상 구조물은 구역 Ⅰ, 지반종류 SE에 위치하므로 아래의 표 A.1.1의 ‘지진도 등급

기준‘에 의해 지진도 평가 A그룹에 해당한다.

지진구역 구분지반종류

SE SD SC SB , SA

Ⅰ도시 1그룹 2그룹

기타지역1그룹 2그룹 3그룹

4그룹

Ⅱ도시 4그룹

기타지역 2그룹 3그룹 4그룹

표 A.1.1 지진도 등급 기준

1.2 위험도 평가

대상 구조물의 위험도지수( Vulnerability Index )는 다음과 같이 계산된다.

(붕괴방지수준, 기능수행수준)

VI=FLEX지수×( KIND지수+EARTH지수+SIZE지수+CONNECT지수+

DAMAGE지수+FAULT지수+FACIL지수+LIQ지수+DETIOR지수+MCONE지수 )

= 10 × ( 1.0 + 1.0 + 0.8 + 0.8 + 0.8 + 0.5 + 1.0 + 0.8 + 0.4 + 1.0 )

= 81

▪ KIND지수(관로의 종류에 따른 지수)=강관 및 주철관=1.0

▪ EARTH지수(지반상태 정도 지수)=연약지반 및 변동지반=1.0

▪ SIZE지수(관경에 따른 지수)=900mm=0.8

▪ CONNECT지수(관로 이음부의 상태)=보통=0.8

▪ DAMAGE지수(관로 시설물의 손상 지수)=보통=0.8

▪ FAULT지수(관로 시설물과 단층대와의 거리 지수)=500m이상=0.5

- 73 -

▪ FACIL지수(관로내의 주요 시설물(밸브 등) 존재 여부)=있음=1.0

▪ LIQ지수(액상화 가능여부 지수)=보통=0.8

▪ DETIOR지수(관로 시설물의 노후화 등급지수)=C등급=0.4

▪ MCONE지수(관로 이음부의 처리방법 지수)=강결=1.0

▪ FLEX지수(단면에 대한 유연도 지수: 5이하)=10.0

F=2E ( 1-ν 1

2)․R 3

E 1 ( 1+ ν ) t3= 0.7738

E1(구조물의 탄성계수) = 200GPa

E(주변 지반의 탄성계수) = 2.6MPa

ν 1 (구조물의 포아송 비) = 0.177

ν (주변 지반의 포아송 비) = 0.35

R(구조물의 반경) = 0.45m

t(구조물의 두께) = 0.013m

1.3 영향도 평가

대상 구조물의 영향도계수( Impact Coefficient )는 다음과 같이 계산한다.

II=20×( IMPT지수+REPS지수+SDMG지수+IMPA지수+IMPC지수 )

= 20 × ( 1.0 + 0.5 + 0.8 + 0.8 + 0.8 )

= 78

여기서,

▪ IMPT지수(복구에 소요되는 시간) = 10일이상 = 1.0

▪ REPS지수(대체 시설물의 존재 여부) = 있음 = 0.5

▪ SDMG지수(이차재해 여부) = 보통 = 0.8

▪ IMPS지수(중요시설에 직접 공급 여부) = 보통 = 0.8

▪ IMPC지수(구조물의 성능 회복을 위한 비용 지수) = 보통 = 0.8

- 74 -

1.4 내진그룹화

지진도, 위험도, 영향도를 산정하여 다음 그림과 같은 결정과정을 통하여 대상구조

물의 내진등급을 그룹화한다.

내진성능 평가를 위한 예비평가

지진도 등급 결정

제1그룹 제2그룹 제3그룹 제4그룹

위험도계수

Ⅳ>60

위험도계수

VI>70

위험도계수

VI>80

위험도계수

VI>90

영향계수

Ⅱ>60

영향계수

Ⅱ>70

영향계수

Ⅱ>80

내진보강

핵심시설

내진보강

중요시설

내진보강

관찰시설

내진보강

유보시설

NO NO NO NO

NO NO NO

YES YES YES YES

YES YES YES

1.5 내진성능 예비평가의 결과

항 목 평 가 결 과

지진도 평가 1그룹

위험도 평가 81

영향도 평가 78

그룹 결정내진성능

필수시설

표 A.1.2 예비평가 결과

- 75 -

2. 내진성능 상세평가

2.1 관체에 발생하는 응력

1. 내압에 의한 축방향 응력( σ i)

ttDP

i ×-×

=2

)(ns

여기서, σ i : 내압에 의한 축방향 응력

n : 포아손비(0.28)

P : 내압(1.0 MPa)

D : 관로의 외경( D=0.90m)

t : 공칭관두께로부터 주철구조물 공차를 뺀 관두께

( t= 13.0/1.1= 11.82mm)

∴ σ i=0.28×10.0×( 90.0-1.182)

2×1.182= 10.5MPa

2. 차량 하중에 의한 축방향 응력( σo)

σ o=0.322․Wm

Z․

E․IKv․D

여기서, Wm : 차량 하중( kN/m 2)

Kv : 수직방향 지반반력계수(0.1MPa)

E : 탄성계수(160 GPa)

I : 단면2차모멘트( I= π․(D 4-(D-2t) 4)/64=3.25×10 9mm 4)

Z : 단면계수( Z= 2․I /D=7.222×10 6mm 3)

∴ σ o=0.322×30.68

7.222×10 3 ․1.6×10 6×3.25×10 5

1.0×90.0= 10.4MPa

위에서, 차량하중Wm은

- 76 -

Wm=2․Pm․D

275․(a+2․h․ tanθ)․(1+i)

여기서, Pm : 차량 후륜 1륜당 하중 (100 kN/輪)

a : 접지폭 ( 20 m)

h : 흙두께 ( 150 m)

θ : 하중분포각 (45°)

i : 충격계수 (1.5 m≤h≤6.5 m) i=0.65-0.1×h

i=0.65-0.1×1.5=0.5

∴Wm=2×10000×90.0

275×( 20+2×150× tan 45°)×( 1+0.5)=3.068(MPa)

그림 A.2.1 차량하중의 분포도

3. 지진시의 축방향 응력

가. 표층지반의 고유주기는 다음식으로 계산한다.

TG = 4 ∑n s

i= 1

Hi

Vsi

여기서, TG : 표층지반의 고유주기 ( sec )

Hi : 표층지반의 i 번째 토층 두께 ( m)

- 77 -

Vsi : 표층지반의 i 번째 토층의 평균 전단파 속도 ( m/s)

n s : 표층지반을 이루는 토층의 갯수

전단파 속도 Vsi는 표 A.2.1과 같다.

표층두께 (m) 전단파 속도 Hi/Vsi

① 25 71.5m/s 0.350

② 5 138.3m/s 0.036

③ - 1600m/s -

표 A.2.1 전단파 속도

∴ TG = 4 ∑n s

i= 1

Hi

Vsi

= 4×0.386 = 1.544( sec )

나. 관축위치의 지반의 수평변위는 다음식에 의해 계산한다.

Uh(x) =2

π 2 ・Sv・TG・cos ( π2Hs

x)

여기서, Sv : 표층지반의 고유주기에 해당되는 기반암 설계속도응답

스펙트럼 ( m/s)

TG : 표층지반의 고유주기 ( sec )

x : 지표면에서 관축(관로 중심)까지의 거리 ( 1.97m)

Hs : 표층지반의 두께(30m)

Sv는 그림 A.2.2으로부터 구한다.

기반암 위치에서 지진 지반운동의 가속도 계수( A')는 평균재현주기에 해당하는

위험도계수에 지진구역Ⅰ에서는 0.09, 지진구역Ⅱ에서는 0.05를 곱하여 구한다. 붕

괴방지수준의 내진Ⅰ등급 Ⅰ구역의 가속도 계수는

A'=1.4×0.09=0.126.

T s=Cv/2.5C a=0.37/(2. 5×0.22)=0.673(sec ).

표층지반의 고유주기 TG(1.544 sec )가 0.673초 이상이므로 <그림 2.2>에서

S v=1.56×A'= 0.197m/s

∴ Uh =2

π 2 ×19.7×1.544×cos (π×1.972×30

) = 61.3( mm)

- 78 -

(지진구역 II)

(지진구역 I)A' = 0.09 I = 0.05 I

기반암 가속도계수

0.132 A'

1.56 A'

TsT0

0.05A'

(m/se

c)

Ts = Cv / 2.5Ca

T0 = 0.2 Ts

최대

응답

가속

도

주기 (초)

그림 A.2.2 기반암 설계속도응답스펙트럼

다. 지진시의 파장은 다음식으로 계산한다.

L=2․L 1․L 2

L 1+L 2

L 1=TG․VDS

L 2=TG․VBS

여기서, L : 지진동의 파장 (m)

TG :표층지반의 고유주기 (1.54 sec )

VDS :표층지반의 전단탄성파속도 (m/s)

VBS :기반층의 전단탄성파속도 (1600m/s)

VDS=∑H i

∑Hi

Vi

=25+5

2571.5

+5

138.3

=77.7( m/s)

L 1=1.54×77.7=119.7(m)

L 2=1.54×1600=2464(m)

∴L=2×119.7×2464119.7+2464

=228.3( m)

- 79 -

라. 지반의 강성계수

21 5.1 sV

gK ××=

g

22 3 sV

gK ××=

g

여기서, K1: 축방향변위에 따른 지반의 강성계수

K2: 축직교방향변위에 따른 지반의 강성계수

g : 흙의 단위체적중량 (17kN/m 3)

Vs: 관로위치에 따른 표층지반의 전단탄성파속도

( 71.5 m/s )

g: 중력가속도 ( 9.80 m/s )

∴K1=1.5×1.7×10-3

980×(7.15×10 3) 2 =13.3MPa

K2=3×1.7×10-3

980×(7.15×10 3 ) 2 =26.6MPa

마. 지진시의 축방향응력( σ)

σ= σL'2+σB'

2

σL'= ξ 1․σL

σ 'B=ξ 2․σB

σL=a 1․π․Uh

L․E

σB=a 2․2π 2․D․Uh

L 2 ․E

a 1=1

1+(2․π

λ1․L') 2

a 2=1

1+(2․π

λ 2․L) 4

λ1=K1

E․A

λ2=4 K2

E․I

- 80 -

L'= 2․L

ν=l/L

ν'= l/L '

여기서, σ : 관축방향합성응력

σL ,σB : 축응력, 휨응력

σ'L,σ'B : 최대 축응력, 휨응력

ξ 1 ,ξ 2 : 축응력 및 휨응력에 대한 보정계수로써 그림 A.2.3과 그림

A.2.4로부터 구한다.

- 81 -

그림 A.2.4 λ2L값에 따른 ξ 2값

Uh : 관축위치의 지반의 수평변위진폭( 61.3mm)

L : 지진동의 파장 (228.3m)

D : 외경 ( 0.90m)

E : 탄성계수 ( 160GPa)

K1 : 축방향변위에 따른 지반의 강성계수

K2 : 축직교방향변위에 따른 지반의 강성계수

A : 단면적 (32980mm 2 )

I : 단면이차모멘트 ( 3.250×10 9mm 4)

λ 1=133.0

1.6×10 6×329.8= 5.02×10-5 ( mm-1)

λ 2=4 266.0

1.6×10 6×3.25×10 5 =4.76×10-4 ( mm-1)

L'= 2×228.3×10 2=322.9×10 3 ( mm)

a 1=1

1+(2×π

5.02×10-4×322.9×10 2 ) 2=0.869

α 2=1

1+(2×π

4.76×10-3×228.3×10 2 ) 4=1.0

- 82 -

σL=0.869× π×6.13

228.3×10 2 ×1.6×106 =117.3MPa

σB=1×2×π 2×90.0×6.13

(228.3×10 2 ) 2×1.6×10 6 =3.34MPa

ν=6

228.3=0.026

ν '=6

322.9=0.019

λ 1L'=5.02×10-4×322.9×10 2=16.210

λ 2L=4.76×10-3×228.3×10 2=108.671

ν'=0.019, λ1L'=16.210일 때 ξ 1=0.013

ν=0.026, λ2L=108.671일 때 ξ 2=0.147

σ'L=0.013×11 7.3= 1.525MPa

σ'B=0.147×3. 34= 0.491MPa

∴ σ x= 1.525 2+0.491 2 = 1.6 MPa

4. 관체응력에 의한 내진안전성의 조사

표 A.2.2에서 상시하중에 의한 발생응력과 지진시의 발생응력을 합산하고 이것이 허

용응력 이하인지 조사한다.

표 A.2.2 관체응력에 의한 내진안전성의 조사

항목 단위:MPa

상

시

설계내압 (P=1.0 MPa) 10.5

차량하중 10.4

지진 1.602

축방향응력합계 22.502

허용응력 27.50

축방향응력합계=22.502(MPa) < 허용응력=27.50(MPa)이므로 O.K

따라서, 내진성 만족.

- 83 -

2.2 이음부의 축방향신축량

1. 내압에 의한 이음부신축량 (e i )

e i=l․σ i

E

여기서, e i : 내압에 의한 이음부신축량(m)

σ i : 내압에 의한 관체발생응력(MPa)

l : 관길이(6.0m)

E : 탄성계수 ( 160GPa)

∴e i=600×105

1.6×10 6 =0.00039( m)

2. 차량하중에 의한 이음부신축량 (e o)

e 0=l․σ 0

E

여기서, e o : 차량하중에 의한 이음부신축량 (m)

σ o : 차량하중에 의한 관체발생응력 (MPa)

∴e 0=600×104

1.6×10 6 =0.00039( m)

3. 온도변화에 의한 이음부신축량 (e t)

e t= α・△T・l

여기서, e t : 온도변화에 의한 이음부신축량(m)

α : 선팽창계수 (1.0×10-5℃)

△T : 온도변화(20℃)

∴e t=1.0×10- 5×20×600= 0.00120(m)

- 84 -

4. 부등침하에 의한 이음부신축량 (e d )

e d=Δl

여기서, Δl= l 2+δ 2-l

δ : (그림 1.4)에서 중앙부분의 부등침하(0.2m)

l : (그림 1.4)에서 l=30m

∴ e d= Δl= (30×10 2 ) 2+20 2-30×10 2=0.00067 (m)

연약지반구간

침하형상

L

l l

d

그림 A.2.5 부등침하 가정도

5. 지진시의 이음부신축량 ( |u J|)

| u J|= u 0․u J

u 0=a 1․Ua( m)

Ua=12․Uh

11

111

sinhcoscosh2bb

gbg×

-=Ju

211

1 )/(11bg+

=a

,11 l

AEK

××

=b

Ll¢

=pg 2

1

L'= 2․L

- 85 -

여기서, |u J| : 관축방향 이음부 신축량(m)

u 0 : 무한연속보의 경우 관축방향 상대변위량(m)

L : 지진동의 파장( 228.3m)

l : 이음부간격(6.0m)

L'= 2×228.3×10 2=322.9( m)

β 1=133.0

1.6×10 6×329.8×600=0.301

117.0109.3226002

21 =´´´

=pg

a 1=1

1+(0.1170.301

) 2=0.869

u J=2×0.117×∣cosh(0.301)- cos(0.117)∣

0.301×sinh(0.301)=0.134

Ua=12×6.13= 0.043(m)

u o=0.869×4. 335=3.767

| u J|= 3.767×0. 134= 0.00505(m)

6. 이음부의 신축량에 의한 내진안전성의 조사

표 A.2.3에서 상시하중과 온도변화, 부등침하에 의한 이음부의 신축량과 지진에 의

한 신축량을 합산하여 허용신축량 이하인지 조사한다.

- 86 -

표A 2.3 관채응력에 의한 내진안전성의 조사

항목 m

상시하중

에 의한

신축량

설계내압 (P= 1.0 MPa) 0.00039

차량하중 0.00039

온도효과△T=20° 0.0012

부등침하 (0.20m) 0.00067

지진에 의한 신축량 0.00505

신축량합계 0.00770

허용신축량 0.031

신축량합계=0.0077 < 허용신축량=0031이므로 O.K

따라서, 내진성 만족.

- 87 -

B.B.B.B.B.B. 내진성능내진성능내진성능내진성능내진성능내진성능 평가예제평가예제평가예제평가예제평가예제평가예제

(연속강관)

- 89 -

그림 B.0.1 지반모델

1. 강관의 사양

관경(외경) : D=1.00 m

관두께 : t=9mm

관재질 : 상수도용 도복장강판(KS D 3565)

2. 매설조건 : 흙두께 = 1.50 m

3. 설계내압 : P = 1.0MPa

4. 자동차하중 : Pm=100kN/륜(輪)

5. 온도변화 : ℃

6. 지반조건 : 연약한 토사지반(SE)으로, 전단파속도는 실험에 의한 값을 사용하며 여

기서는 그림 B.0.1과 같이 가정한다.

7. 지반모델 : 그림 B.0.1에 표시

- 90 -

1. 내진성능 예비평가

1.1 지진도 평가

대상 구조물은 구역 Ⅰ, 지반종류 SE에 위치하므로 아래의 표 B.1.1의 ‘지진도 등급

기준‘에 의해 지진도 평가 A그룹에 해당한다.

지진구역 구분지반종류

SE SD SC SB , SA

Ⅰ도시 1그룹 2그룹

기타지역1그룹 2그룹 3그룹

4그룹

Ⅱ도시 4그룹

기타지역 2그룹 3그룹 4그룹

표 B.1.1 지진도 등급 기준

1.2 위험도 평가

대상 구조물의 위험도지수( Vulnerability Index )는 다음과 같이 계산된다.

(붕괴방지수준, 기능수행수준)

VI=FLEX지수×( KIND지수+EARTH지수+SIZE지수+CONNECT지수+

DAMAGE지수+FAULT지수+FACIL지수+LIQ지수+DETIOR지수+MCONE지수 )

= 10 × ( 1.0 + 1.0 + 1.0 + 0.8 + 0.8 + 0.5 + 1.0 + 0.8 + 0.4 + 1.0 )

= 83

▪ KIND지수(관로의 종류에 따른 지수)=상수도용 도복강관=1.0

▪ EARTH지수(지반상태 정도 지수)=연약지반 및 변동지반=1.0

▪ SIZE지수(관경에 따른 지수)=1000mm=0.8

▪ CONNECT지수(관로 이음부의 상태)=보통=0.8

▪ DAMAGE지수(관로 시설물의 손상 지수)=보통=0.8

▪ FAULT지수(관로 시설물과 단층대와의 거리 지수)=500m이상=0.5

- 91 -

▪ FACIL지수(관로내의 주요 시설물(밸브 등) 존재 여부)=있음=1.0

▪ LIQ지수(액상화 가능여부 지수)=보통=0.8

▪ DETIOR지수(관로 시설물의 노후화 등급지수)=C등급=0.4

▪ MCONE지수(관로 이음부의 처리방법 지수)=강결=1.0

▪ FLEX지수(단면에 대한 유연도 지수: 5이하)=10.0

F=2E ( 1-ν 1

2)․R 3

E 1 ( 1+ ν ) t3= 3.199

E1(구조물의 탄성계수)=200GPa

E(주변 지반의 탄성계수)=0.0026GPa

ν 1 (구조물의 포아송 비)=0.177

ν (주변 지반의 포아송 비)=0.35

R(구조물의 반경)=0.50m

t(구조물의 두께)=0.009m

1.3 영향도 평가

대상 구조물의 영향도계수( Impact Coefficient )는 다음과 같이 계산한다.

II=20×( IMPT지수+REPS지수+SDMG지수+IMPA지수+IMPC지수 )

= 20 × ( 1.0 + 0.5 + 0.8 + 0.8 + 0.8 )

= 78

여기서,

▪ IMPT지수(복구에 소요되는 시간) = 10일이상 = 1.0

▪ REPS지수(대체 시설물의 존재 여부) = 있음 = 0.5

▪ SDMG지수(이차재해 여부) = 보통 = 0.8

▪ IMPS지수(중요시설에 직접 공급 여부) = 보통 = 0.8

▪ IMPC지수(구조물의 성능 회복을 위한 비용 지수) = 보통 = 0.8

- 92 -

1.4 내진그룹화

지진도, 위험도, 영향도를 산정하여 다음 그림과 같은 결정과정을 통하여 대상구조

물의 내진등급을 그룹화한다.

내진성능 평가를 위한 예비평가

지진도 등급 결정

제1그룹 제2그룹 제3그룹 제4그룹

위험도계수

Ⅳ>60

위험도계수

VI>70

위험도계수

VI>80

위험도계수

VI>90

영향계수

Ⅱ>60

영향계수

Ⅱ>70

영향계수

Ⅱ>80

내진보강

핵심시설

내진보강

중요시설

내진보강

관찰시설

내진보강

유보시설

NO NO NO NO

NO NO NO

YES YES YES YES

YES YES YES

1.5 내진성능 예비평가의 결과

항 목 평 가 결 과

지진도 평가 1그룹

위험도 평가 83

영향도 평가 78

그룹 결정내진성능

필수시설

표 B.1.2 예비평가 결과

- 93 -

2. 연속관(용접강관) 내진성능 상세평가

2.1 기본방침

1. 용접강관의 내진설계에 있어서는, 기능수행수준과 파괴방지수준에 대해 각각 내진

안정성을 조사한다.

2. 지반의 액상화 가능성이 있을 때는 지반의 액상화 등에 의해 발생하는 지반변형에

대하여 내진성을 조사한다.

3. 매설강관의 내진성의 조사시에는, 아래의 상시하중에 대해서 고려하는 것을 원칙으

로 한다.

가. 내압

나. 차량하중

다. 온도변화

라. 부동침하

4. 연속관의 경우 기능수행수준에서는 항복개시변형율을, 파괴방지수준에서는 국부좌

굴개시변형율을 사용하므로 두가지 경우에 대해 각각 고려하여야 한다.

2.2 매설조건

1. 강관의 사양

관경(외경) : D=1.00 m

관두께 : t = 9 mm

관재질 : 상수도용 도복장강판(KS D 3565)

2. 매설조건 : 흙두께 = 1.50 mm

3. 설계내압 : P = 1.0 MPa

4. 자동차하중 : Pm=100kN/륜(輪)

- 94 -

5. 온도변화 : ℃

6. 지반조건 : 연약한 토사지반(SE)으로, 전단파속도는 실험에 의한 값을 사용하며 여

기서는 그림 B.2.1과 같이 가정한다.

7. 지반모델 : 그림 B.2.1에 표시

그림 B.2.1 지반모델

2.3 상시하중에 의한 관체발생 변형율

1. 지중매설강관의 축방향 변화가 구속된 경우 강관의 내압에 의한 축방향변형율은 다

음 식으로 구한다.

⋅⋅

×

여기서, : 내압에 의한 축방향 변형율

: 포아손비(강)(0.3)

: 강관의 외경 (1.00 m)

: 관두께 (9 mm)

: 강관의 탄성계수 (210 GPa)

× × × ×

× ×

- 95 -

2. 차량하중에 의한 축방향 변형율

차량하중에 의한 매설관의 축방향 변형율은 다음 식으로 구한다.

여기서, : 차량에 의한 관축방향 변형율

: 차량하중

D : 강관의 외경 (1.00 m)

Kv : 수직방향반반력계수 (0.1 MPa)

E : 강관의 단면계수 (210 GPa)

Z : 강관의 단면계수(Z=I/(D/2))

I : 강관의 단면이차모멘트

×

× × × × ×

× ×

윗식에서 차량하중 은

⋅ )

여기서, : 차량후륜1륜당 하중 (100kN/輪)

: 접지폭 (0.20 m)

: 흙두께 (1.50 m)

: 하중분포각 (45

: 충격계수 (1.5≤ ≤

× ×

× × (kN/m)

- 96 -

그림 B.2.2 차량하중의 분포도

3. 온도변화에 의한 축방향 변형율

강관의 온도변화에 의한 축방향 변형율은, 다음 식에 의해 구할 수 있다.

△

여기서, : 온도변화에 의한 축방향 변형율

: 강의 선팽창계수(1.2☓10-5)△ : 온도변화 (15℃)

× × × (=0.018%)

4. 부등침하에 의한 축방향 변형율

가. 부등침하에 의해 용접강관에 발생하는 축방향 변형율의 계산시에는 성토에 의한

지반의 침하를 고려한다.

나. 용접강관을 탄성지반위에 놓인 들보로 간주하여 아래 식에 의한 값으로 하며, 최

대 휨모멘트(M)는 M1과 M2중 큰 값을 택한다.

⋅

⋅

- 97 -

여기서, : 연약지반구간 (15.00 m)

: 흙의 연직하중 (kN/m)

× (kN/m)

: 흙의 단위체적중량 (17 kN/m3)

: 흙두께 (1.50 m)

: 성토의 높이 (1.00 m)

: 강관의 탄성계수 (210GPa)

: 강관의 단면2차모멘트 (34.4 mm⁴)

: 축직교방향변위에 따른 지반의 강성계수

다음 "2.4 1 라"로부터 = 26.6 MPa

× × × ×

× (mm-1)

× ×

× × × ×

× (MN/m)

×

× ×

× (kgf/cm) = 341 (MN/m)

따라서 M=M2

다. 최대발생변형율은 다음과 같이 구한다.

⋅

×

× × × ×

×

- 98 -

그림 B.2.3 부등침하 가정도

2.4 지진에 의한 축방향 변형율

1. 기능 수행 수준

가. 표층지반의 고유주기

여기서, :표층지반의 고유주기 (sec)

: 표층지반의 번째 토층 두께 (m)

: 표층지반의 번째 토층의 평균 전단파 속도 (m/s)

: 표층지반을 이루는 토층의 개수

전단파 속도 는 표 B.2.1과 같다.

표층두께 (m) 전단파 속도 H i/Vsi

① 25 71.5m/s 0.350

② 5 138.3m/s 0.036

③ - 1600m/s -

표 B.2.1 전단파 속도

∴

× (sec)

- 99 -

나. 관축위치에서의 지반의 수평변위

⋅⋅

×

×

여기서, : 표층지반의 고유주기에 해당되는 기반암 설계속도응답스펙트럼(m/s)

: 표층지반의 고유주기(sec)

: 지표면에서 관축(관로 중심)까지의 거리(2.01 m)

Sv는 그림 B.2.4로부터 구한다.

(지진구역 II)

(지진구역 I)A' = 0.09 I = 0.05 I

기반암 가속도계수

0.132 A'

1.56 A'

TsT0

0.05A'

(m/se

c)

Ts = Cv / 2.5Ca

T0 = 0.2 Ts

최대

응답

가속

도

주기 (초)

그림 B.2.4 기반암 설계속도응답스펙트럼

기반암 위치에서 지진 지반운동의 가속도 계수(A')는 평균재현주기에 해당하는 위

험도계수에 지진구역 Ⅰ에서는 0.09, 지진구역Ⅱ에서는 0.05를 곱하여 구한다. 기능

수행수준의 내진Ⅰ등급 Ⅰ구역의 가속도계수

= 0.57×0.09=0.0513

T = C/2.5C=0.37/(2.5×0.22)=0.673(sec)

표층지반의 고유주기 T (1.544 sec)가 0.673초 이상이므로

S = 1.56×A' =0.08m/s

∴U =× 8 × 1.544 × cos

× ×

=24.9(mm)

- 100 -

다. 지진동의 파장

L=⋅⋅

L= T⋅V

L= T⋅V

여기서, L : 지진동의 파장(m)

T : 표층지반의 고유주기(1.54)

V : 표층지반의 전단탄성파속도(m/s)

V : 기반층의 전단탄성파속도(1600m/s)

(m/s)

× (m)

× (m)

∴ × ×

(m)

라. 지반의 강성계수

⋅⋅

⋅⋅

여기서, : 축방향변위에 따른 지반의 강성계수

: 축직교방향변위에 따른 지반의 강성계수

: 흙의 단위체적중량(kN/m3)

: 관로위치에 따른 표층지반의 전단탄성파속도(71.5 m/s)

: 중력가속도(9.80 m/s)

∴ × ×

× × = 13.3 MPa

- 101 -

× ×

× × = 26.6 MPa

마. 관로의 축방향 변형율

여기서, : 매설강관로의 축변형율

: 지반변형율(관축방향)

: 매설강관로의 휨변형율

: 축병형율과 휨변형율의 합성 변형율

: 관축위치의 지반의 수평변율 진폭(24.9mm)

: 지진동의 파장(228.3m)

: 강관의 외경(100m)

: 강관의 단면적(28020 ㎟)

: 강관의 탄성계수 (210 GPa)

- 102 -

: 강관의 단면2차모멘트(3.44☓109 mm⁴)

×

×

× ×

×

× ××

× × × ×

× ×

× × ×

××

× × ×

× × ×

바. 내진성조사

축방향변형율의 계산결과가 항복점변형율 이하인지 조사한다.

항 목 변형율(%)

설계내압( 1.0 MPa)

차량하중

온도변화 △

부등침하 ( m)

지진

0.008

0.006

0.018

0.002

0.029

축방향변형율합계 0.063

항복점 변형율 0.207

축방향변형율합계 =0.063(%) < 항복점변형율 =0.207(%)이므로 O.K

따라서, 내진성 만족.

- 103 -

2. 파괴 방지 수준

가. 표층지반의 고유주기

sec

나. 관축위치에서의 지반의 수평변위

⋅⋅

cm

여기서, : 표층지반의 고유주기에 해당되는 기반암 설계속도응답스펙트럼(m/s)

: 표층지반의 고유주기(sec)

: 지표면에서 관축(관로 중심)까지의 거리 (2.01 m)

Sv는 그림 B.2.4로부터 구한다.

기반암 위치에서 지진 지반운동의 가속도 계수()는 평균재현주기에 해당하는 위

험도계수에 지진구역 I 에서는 0.09, 지지구역 II에서는 0.05를 곱하여 구한다. 기능

수행수준의 내진 I 등급 I 구역의 가속도계수

×

×

표층지반의 고유주기 (1.544sec)가 0.673초 이상이므로 그림 B.1.4에서

× m/s

∴ × × × ×

× (mm)

다. 지진동의 파장을 구하고( m) 다음식으로 계산한 과 비교한다.

여기서, × × × × (m)

: 강관과 지반의 마찰력(0.01MPa)

: 강관의 관두께(9 mm)

: 항복점 변형율

× × (m)

- 104 -

라. 만약 이면, 위의 기능수행수준에서 사용한 방법과 동일한 식,

즉 과

을 사용하여 관축 방향의 배관 변형율을 구한다.

마. 만약 이면, 매설강관로의 축방향변형율 은 다음식으로 계산된다.

×

×

바. 관로의 합성 변형율

여기서,

×

×

××

× × ×

× × ×

사. 내진성조사

축방향변형율의 합계가 허용변형율(국부좌굴개시 변형율)보다 작은지 조사한다.

항 목 변형율(%)

설계내압( 1.0MPa)

차량하중

온도변화 △

부등침하 ( m)

지진

0.008

0.006

0.018

0.002

0.043

축방향변형율합계 0.077

허용변형율 0.414

축방향변형율합계=0.077(%) < 허용변형율 = 0.414(%)이므로 O.K

따라서, 내진성 만족.

- 105 -

C.C.C.C.C.C. 내진점검표내진점검표내진점검표내진점검표내진점검표내진점검표

- 107 -

□기본자료

1)일반사항 (1)사업명 (2)구조물명

(3)위치 (4)관리기관

(5)길이 (6)폭(관경)

(7)준공연도 (8)준거 시방서

(9)형태 (10)노면 활하중

(11)설계도서

보관여부(12)내진설계 유무

(13)중요부착

시설물(14) 상태등급

(15)보수․보강

이력

(16)기타*

2)지진특성 (1)지진구역(2)내진성능

목표(3)지반종류

* 지진외적인 보수․보강계획, 지진외적인 사용목표수명, 사회, 경제, 행정적인 고려사항 등 특이사항을 기입한다.

※첨부자료 : 종․평면도(종단면도, 평면도, 횡단면도, 지반지질도)

- 108 -

□ 구조일반자료

점검단면 - (주요 단면별로 작성한다.)

3)관로

(1) 구체형식

(2) 재료

(3) 용량

(4) 이음의 설계기준 요건

만족여부

(5) 현장조사 상태평가

4)구조물

(1)대용량

저수조

구체강도

철근비

철근 직경, 간격,

개수

배근방법

(2)취수탑 및

지상수조

구체강도

철근비

철근 직경, 간격,

개수

배근방법

(3)펌프장

구체강도

철근비

철근 직경, 간격,

개수

배근방법

5)지반

(1) 액상화

가능성(2) 지반종류

연암층까지의

거리(3) 지하수

위치

- 109 -

내진점검표 작성지침서

□기본자료

1. 일반사항

1)일반사항 (1)사업명 (2)구조물명

(3)위치 (4)관리기관

(5)길이 (6)폭(관경)

(7)준공연도 (8)준거 시방서

(9)형태 (10)노면 활하중

(11)설계도서

보관여부(12)내진설계 유무

(13)중요부착

시설물(14) 상태등급

(15)보수․보강

이력

(16)기타*

- 110 -

1-1. 사업명

사업명은 해당 사업에 부여하는 고유이름이며, 사업명은 명확히 구분되도록 작성

한다.

기입예 : 사업명이 ‘수도권 광역 상수도’ 인 경우 (왼쪽부터 기입함)

(1) 사업명 수도권 광역 상수도

1-2. 구조물명

구조물의 명칭을 적는다.

기입예 : 구조물이 ‘○○ 상수도’ 인 경우 (왼쪽부터 기입함)

(2) 구조물명 ○○ 상수도

1-3. 위치

위치를 한글과 숫자로 기입한다.

기입예 :

▶ 서울특별시 강남구 대치동

(3) 위치 서울-강남-대치

부산광역시 기장군 기장읍 기장1리

(3) 위치 부산-기장-기장-기장1

해설 :

○ 위치는 행정구역에 따라 시(도), 구(시, 군), 동(읍, 면), 리(동)으로 구분되며 각 2자리, 4자리, 4자리, 5

자리로 기입한다. 기입시 행정지역 단위 즉, 시, 도, 군, 읍, 면, 구 등의 글자는 생략한다.

- 111 -

1-4. 관리기관

해당 구조물을 관리하고 있는 사무소를 기입한다.

기입예 : 관리기관이 ‘환경부' 인 경우

(4) 관리기관 환경부

1-5. 길이

관로의 경우 적용관로의 길이, 구조물인 경우 해당 구조물의 길이를 기입한다.

기입예 : 관로의 길이가 10km인 경우

(5) 길이 10 km

1-6. 폭(관경)

대표단면의 폭 또는 관경을 소수점 이하 3자리에서 반올림하여 기입한다.

기입예 : 폭이 30.00m인 경우

(6) 폭(관경) 30.00m

1-7. 준공년도

준공된 연도를 기입한다. 준공연도가 미상인 경우에는 8888을 기입한다.

기입예 : 1995년에 준공된 경우

(7) 준공년도 1995

- 112 -

1-8. 준거시방서

설계 및 시공시 적용한 시방서를 기입한다.

기입예 : 1999년 국토해양부제정 콘크리트 표준시방서에 의거 설계, 시공된 경우

(8) 준거시방서 콘크리트 표준시방서 - 99

해설 :

○ 한글 또는 영문 10자 이내로 시방서의 이름과 발간년도를 기입한다.

○ 설계와 시공 시에 시방서가 다를 경우 설계 시의 시방서를 기입한다.

○ 설계 및 시공 시에 사용한 시방서를 파악할 수 없을 경우에는 ‘미상’을 기입한다.

1-9. 형태

개착식과 비개착식을 구분하여 기입한다.

기입예 :개착식인 경우(9) 형태 개착

1-10. 노면 활하중

설계 당시의 설계 노면 활하중을 기입한다.

기입예 : 노면 활하중이 DB18인 경우

(10) 노면 활하중 DB18

- 113 -

1-11. 설계도서 보관유무

현재 보관된 설계도서의 유무를 표시한다.

내진성평가를 위하여 필요한 설계도서의 코드는 다음과 같다

구분 코드 구분 코드

준공도면 1 보수․보강 도면 및 계산서 5

구조계산서 2 시공이력 6

토질조사보고서 3 기타 9

안전점검 및 정밀안전진단보고서 4

기입예 : 현재 준공도면 및 구조계산서만 보관되어 있는 경우

(11) 설계도서 보관유무 1,2

1-12. 내진설계유무

해당 구조물의 설계 시 지진에 대비한 내진설계의 적용여부를 기입한다.

코드 자리수 : 1자리

구분 코드

적용하지 않음 0

적용함 1

미상 8

기입예 : 설계 시 내진설계를 적용였다.

(12) 내진설계 유무 1

- 114 -

1-13. 중요부착시설물

주요시설물이 부착되어 있는 경우 다음코드에 따라 기입한다.

코드 부착시설물 코드 부착시설물

0 없음 4 전력케이블

1 상수도 5 각종용수

2 하수도 6 송유관

3 통신케이블 9 기타

기입예 : 광통신케이블이 가설된 경우

(13)중요부착시설물 3

1-14. 상태등급

구조물의 노후화 상태등급을 A등급～E등급으로 기입한다.

기입예 : 상태등급이 B등급인 경우

(14) 하부기간망 B등급

1-15. 보수․보강이력

보수․보강이력을 기록한다.

기입예 : ‘95년 방수보강(15) 보수․보강이력 ‘95 방수보강

- 115 -

1-16. 기타

지진외적인 보수․보강계획, 지진외적인 사용목표수명, 사회, 경제, 행정적인 고려

사항등 특이사항을 기입한다.

기입예 : 2002년 물탱크실 확장계획, 사용목표수명 20년인 경우

(16) 기타*2002년 물탱크실 확장계획

사용목표수명 : 20년

- 116 -

2. 지진특성

2)지진특성 (1)지진구역 (2)내진성능목표 (3)지반종류

2-1 지진구역

1-2의 대상교량의 위치에 따른 지진구역 코드는 다음과 같다

코드 지진구역 행정구역

1 Ⅰ

시서울특별시, 인천광역시, 대전광역시, 부산광역

시, 대구광역시, 울산광역시, 광주광역시

도경기도, 강원도 남부(1), 충청북도, 충청남도, 경

상북도, 경상남도, 전라북도, 전라남도 북동부(2)

2 Ⅱ 도 강원도 북부(3), 전라남도 남서부(4), 제주도

※주:

(1) 강원도 남부(군, 시) : 영월, 정선, 삼척시, 강릉시, 동해시, 원주시, 태백시

(2) 전라남도 북동부(군, 시) : 장성, 담양, 곡성, 구례, 장흥, 보성, 여천, 화순, 광양시, 나주시, 여천시,

여수시, 순천시

(3) 강원도 북부(군, 시) : 홍천, 철원, 화천, 횡성, 평창, 양구, 인제, 고성, 양양, 춘천시, 속초시

(4) 전라남도 남서부(군, 시) : 무안, 신안, 완도, 영광, 진도, 해남, 영암, 강진, 고흥, 함평, 목포시

기입예 : 해당 구조물 위치가 서울특별시인 경우 다음과 같이 기입한다.

(1) 지진구역 1

- 117 -

2-2 내진성능목표

지중구조물은 지진시 기능수행수준과 붕괴방지수준으로 구분하며 등급코드는 다

음과 같다.

코드 성능수준 대상내용

1 기능수행수준

설계지진하중 발생 후 지중구조물이 원래의

기능을 유지하는 범위내에서 부분적 경미한

피해는 허용하나, 전체적인 붕괴는 허용하지

않는 수준이다.

2 붕괴방지수준

설계지진하중 발생 후 지중구조물에 붕괴가

발생하지 않는 정도의 제한적인 구조적 피해

는 허용되나 구조물의 전체적인 붕괴는 허용

하지 않고 긴급보수를 통해 구조물의 기능을

회복할 수 있는 수준이다.

3기능 및

붕괴방지 수준-

8 해당없음

기입예 : 기능수행수준에 만족되도록 설계인 경우(2) 내진성능목표 1

- 118 -

2-3 지반종류

대상구조물의 기초지반에 특성에 따라 지반종류는 다음과 같은 코드로 구분할수

있다.

코드지반

종류지반상태

상부 30.0m에 대한 평균 지반 특성(1)

평균전단파속도

vs (m/s)

평균표준관입시험(2)

N (타격수)

평균비배수전단강도

su (kPa)

1 SA 경암지반 1500 초과

- -

2 SB 보통암 지반760초과

1500이하

3 SC

매우 조밀한

토사지반 또는

연암지반

360초과

760이하50 초과 100 초과

4 SD단단한

토사지반

180이상

360이하15에서 50 50이상 100이하

5 SE연약한

토사지반180미만 15 미만 50 미만

6 SF 부지고유의 특성평가가 요구되는 지반

8 미상

※주:

(1) 상부 30.0m이내에 기반암층이 있는 경우는 지표층 (기반암 상부 토층)의 평균지반특성을 고려한다.

(2) 전단파속도 또는 표준관입시험치는 현장시험 결과치를 이용하는 것을 원칙으로 한다. 또한, 전단파속도와

표준관입시험치를 모두 측정한 경우는 전단파속도에 의해 분류한다.

기입예 : 해당 구조물의 지반이 보통암지반에 위치하므로 다음과 같이 기입한다.

(3) 지반종류 2

- 119 -

3. 관로

3)관로

(1) 구체형식

(2) 재료

(3) 용량

(4) 이음의 설계기준 요건

만족여부

(5) 현장조사 상태평가

3-1 구체형식

관로의 구체형식을 기입한다.

관종 코드 관종 코드

석면시멘트관 11 ductile 주철관 14

콘크리트관 12 강관 15

주철관 13 경질염화비닐관 16

기타 88

기입예 : 콘크리트관

(1) 구체형식 12

3-2 재료

사용된 재료를 기입한다.

기입예 : 관로의 재료는 강재임

(2) 재료 강재

- 120 -

3-3 용량

관로의 처리량을 기입한다.

기입예 : 시간당 처리량은 시간당 1000㎥/hr

(3) 용량 1000 ㎥/hr

3-4 이음의 설계기준 요건 만족여부

설계기준 요건 만족여부를 기입

만족 ○

불만족 ×

확인안됨 △

기입예 : 이음부의 설계기준 요건을 만족함

(4) 이음의 설계기준요건 만족여부 ○

- 121 -

4. 구조물

4)구조물

(1)대용량

저수조

구체강도

철근비

철근 직경, 간격,

개수

배근방법

(2)취수탑 및

지상수조

구체강도

철근비

철근 직경, 간격,

개수

배근방법

(3)펌프장

구체강도

철근비

철근 직경, 간격,

개수

배근방법

- 122 -

4-1, 4-2, 4-3 대용량 저수조, 취수탑 및 지상수조, 펌프장

① 구체강도

해당 구조물의 코어강도, 비파괴시험, 구조계산서, 도면 등을 이용하여 구조물 구

체의 강도를 기입한다.

② 철근비

ρ=A s

b o․d

여기서, As = 사용 철근량

b0 = 유효폭

d = 유효높이

③ 철근 직경, 간격, 개수

철근직경 및 간격, 개수를 기입한다.

④ 배근방법

기입예 : 구체설계강도는 24.0MPa이며 철근비 1.0%, D22를 100㎜간격으로 1단배

치 하였다.

(1)대용량 저수조

(2) 취수탑 및 지상수조

(3) 펌프장

구체강도 24.0 MPa

철근비 1.0

철근직경, 개수 D22 - 100 - 10

배근방법 1

- 123 -

5. 지반

5)지반

액상화 가능성

지반종류,

연암층까지의 깊이

지하수 위치

5-1 액상화가능성

코드 액상화 가능성

0 액상화 가능성 없음

1

액상화 가능성 있음

5-2 지반종류, 연암층까지 깊이

구조물저면에서 연암층까지의 깊이를 기입한다

5-3 지하수 위치

평균지하수위를 기입한다

기입예 : 해당구조물은 액상화가능성이 없으며, 구조물 저면이 연암층으로 구성되

며 평균지하수위는 G.L - 1.5m이다.

- 124 -

5)지반

(1)액상화가능성 0

(2)지반종류,

연암층까지 깊이

구조물 저면 : 연암층

연암층까지 깊이 : 0.0m

(3)지하수 위치 G.L - 1.5m