KDS 설계기준 51 17 00 하천 내진 설계

2024년 07월 24일 건설엔지니어

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하천시설 내진설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

본 기준은 하천시설의 내진설계에 대한 기본적인 요건과 고려 사항을 제시하여 지진에 의한 인명, 재산, 시설물의 손실과 피해를 최소화하는 데 있다.

1.2 적용 범위

본 기준은 4.1.3에서 규정하는 내진설계 대상 하천시설의 내진설계에 적용한다.
지진․화산재해대책법에서 규정한 하천시설이 아니더라도 내진설계가 필요하다고 인정되는 하천시설에 적용할 수 있다.
본 기준에 규정되어 있지 않는 사항은 KDS 17 00 00(내진설계기준) 및 관련 설계기준에 따른다.

1.3 참고 기준

본 기준을 적용할 때 관련 기준과 법규를 고려하여야 한다. 관련 기준 및 법규는 다음과 같다.

1.3.1 관련 기준

KDS 11 00 00 지반설계기준
KDS 17 00 00 내진설계기준
KDS 14 00 00 구조설계기준
KDS 27 17 00 터널내진설계기준
KDS 54 17 00 댐내진설계기준
KDS 64 00 00 항만 및 어항 설계기준

1.3.2 관련 법규

지진․화산재해대책법 (행정안전부)
하천법 (국토교통부)
하천의 구조․시설 기준에 관한 규칙 (국토교통부)

1.4 용어 정의

내진등급: 시설물의 중요도에 따라 내진설계 수준을 분류한 범주. 내진II등급, 내진I등급, 내진특등급으로 구분
내진설계: 설계지진에 의해 입력된 에너지를 충분히 견디거나, 소산시키거나, 저감시키도록 하여 시설물에 요구되는 내진성능 수준을 유지하도록 구조요소의 제원 및 상세를 결정하는 작업
내진성능목표: 설계지반운동에 대해 내진성능 수준을 만족하도록 요구하는 내진설계의 목표
내진성능수준: 설계지진에 대해 시설물에 요구되는 최소 성능수준. 기능수행수준, 즉시복구수준, 장기복구/인명보호수준과 붕괴방지수준으로 구분
동수압: 유체의 동적작용에 의해 구조물에 작용하는 동적압력
설계지반운동: 내진설계를 위해 정의된 지반운동
액상화: 포화된 사질토 등에서 지진동, 발파하중 등과 같은 충격하중에 의하여, 지반 내에 과잉간극수압이 발생하여, 지반의 전단강도가 상실되어 액체처럼 거동하는 현상
위험도계수: 평균재현주기가 500년인 지진을 기준으로 하여, 평균재현주기가 다른 지진의 유효지반가속도를 상대적 비율로 나타낸 계수
응답스펙트럼: 지반운동에 대한 단자유도 시스템의 최대응답을 고유주기 또는 고유진동수의 함수로 표현한 스펙트럼
지반종류: 지반의 지진증폭 특성을 나타내기 위해 분류하는 지반의 종류
지반증폭계수: 기반암의 스펙트럼 가속도에 대한 지표면의 스펙트럼 가속도의 증폭 비율
지진구역계수: 지진구역 I과 II의 암반지반에서 평균재현주기 500년 지진의 유효지반가속도를 중력가속도 단위로 표현한 값
표준설계응답스펙트럼: 설계지진에 대한 5% 감쇠비 단자유도 시스템의 설계응답스펙트럼
하천시설: 하천법 제2조 3호에서 규정한 시설 중 이 기준에서 정한 내진설계 대상 하천시설

1.5 기호의 정의

내용 없음.

1.6 시설물의 구성

내용 없음.

2. 조사 및 계획

2.1 지반조사

하천시설의 내진설계를 위한 지반조사는 통상적인 지반조사뿐만 아니라 지반의 동역학적인 특성을 파악하기 위한 지반조사가 필요하다.
하천시설의 내진설계를 위한 지반조사 방법은 KDS 17 00 00(내진설계기준) 및 관련 설계기준에 따른다.

3. 재료

내용 없음.

4. 설계

4.1 설계 일반

4.1.1 기본 방침

본 기준은 하천시설물의 소요 내진성능을 확보하기 위한 최소 요건을 규정하는 것으로, 시설물의 특수성 등으로 인하여 필요한 경우에는 시설물의 관할기관과 협의하여 별도의 기준을 정할 수 있다.
하천시설물의 중요도, 지진에 대한 시설의 손상으로 초래될 수 있는 영향 범위를 고려하여 내진등급을 분류한다.
설계지진의 수준은 시설물의 중요도와 성능 목표를 고려하여 정하고, 설계지반운동은 지진운동의 불확실성과 부지의 고유특성이 잘 반영될 수 있어야 한다.
하천시설의 특성에 따라 지진 시의 토압과 동수압의 영향을 고려하여야 한다.
하천시설의 내진설계는 측방유동에 의한 지반변위, 지반의 액상화를 고려하여야 한다.

4.1.2 기본적인 내진설계 방법과 절차

지반운동에 대한 고려 사항:
- 일반적으로 수평 2축 방향과 수직 방향에 관한 지반운동의 영향이 고려되어야 한다.
- 지반운동의 공간적 변화 특성이 고려되어야 한다.
- 국지적인 토질조건, 지형조건이 지반운동에 미치는 영향이 고려되어야 한다.
지진을 고려한 하천시설의 입지 조건 설정:
- 활성단층에 극히 인접한 지역이나 활성단층이 지나가는 지역에는 보호 대책을 마련하여야 한다.
- 액상화 가능성이 현저한 곳은 지반을 개량하여 액상화로 인한 피해를 방지하여야 한다.
내진설계 시 하중에 대한 고려 사항:
- 지진 시 하천시설에 발생하는 응력과 변형을 평가할 때에는 시공 절차와 방법에 따른 응력, 자중, 온도하중, 크리프 등의 영향이 적절히 고려되어야 한다.
- 지진 시에는 유체의 동압력뿐만 아니라 수면파의 영향도 고려하여야 한다.
하천시설의 내진설계 절차:
- 대상 시설의 분류 및 내진등급 설정
- 내진성능 수준 및 목표 설정
- 설계거동 한계 검토
- 지반조사
- 외수위와 동수압 결정
- 내진설계 방법을 정하고, 액상화 평가, 지진해석 및 지진보호 대책을 마련한다.

4.1.3 하천시설의 분류와 내진등급 설정

내진설계 대상 하천시설: 하천법 제2조 3호에서 분류한 하천시설 중 다음 시설로 한다.
- 하구둑
- 높이가 5 m 이상인 국가하천의 다기능보 및 수문
- 통수단면적이 50 ㎡ 이상인 수로터널
- 위 ①, ②, ③의 하천시설이 있는 국가하천의 제방
하구둑은 잠정적으로 댐 및 방조제 관리 규정에 따른다.
규정하지 않는 하천시설의 내진설계에서도 그 기능, 구조형식에 따라 본 기준을 적용할 수 있다.
하천시설의 내진등급: 중요도에 따라 내진특등급, 내진I등급, 내진II등급으로 분류한다.
- 내진특등급: 지진 시 매우 큰 재난이 발생하거나, 기능이 마비된다면 사회적으로 매우 큰 영향을 줄 수 있는 하천시설의 등급
- 내진I등급: 지진 시 큰 재난이 발생하거나, 기능이 마비된다면 사회적으로 큰 영향을 줄 수 있는 하천시설의 등급
- 내진II등급: 지진 시 재난이 크지 않거나, 기능이 마비된다면 사회적으로 영향이 크지 않은 하천시설의 등급

4.1.4 내진성능 수준과 목표

지진 하중 작용 시 만족하여야 하는 내진설계 성능 수준은 ‘기능수행수준’, ‘즉시복구수준’, ‘장기복구/인명보호수준’, ‘붕괴방지수준’ 등 4가지로 분류하며 각 성능 수준의 내용은 KDS 17 10 00(내진설계 일반)에 따른다.
하천시설의 내진설계는 4가지 성능 수준을 평가하는 절차나 방법이 명확하게 정립되기 전까지는 ‘기능수행수준’ 및 ‘붕괴방지수준’에서 내진I등급 및 내진II등급의 내진성능을 갖도록 한다. 단, 다목적댐에 상응하는 시설 규모가 크고 파괴 시 대규모 피해가 예상되는 시설물은 내진특등급을 적용할 수 있다.
하천시설은 표 4.1-1에 규정한 재현 주기를 갖는 내진설계 성능 수준에 맞는 지반운동에 만족하도록 설계하여야 한다.

표 4.1-1 하천시설 내진성능 목표

| 설계 지진 | 성능 수준 | 재현 주기 | 기능수행수준 | 붕괴방지수준 |
|—|—|—|—|—|
| | 내진Ⅱ등급 | 50년 | | |
| | 내진Ⅰ등급 | 100년 | | |
| | 내진특등급 | 200년 | | |
| | 내진Ⅱ등급 | 500년 | | |
| | 내진Ⅰ등급 | 1,000년 | | |
| | 내진특등급 | 2,400년 | | |

4.1.5 하천시설의 설계 거동 한계

기능수행수준: 설계지진 시 제체의 설계 허용 잔류 침하량을 유지하는 것으로 하고, 보, 수문, 수로터널 등은 설계지진 시 탄성거동 또는 탄성에 준하는 거동을 하여 하천시설의 기능이 상실되지 않아야 한다.
붕괴방지수준: 설계지진 시 외수에 대해 제방의 기능(월류 방지)을 유지하는 것으로 하고, 보, 수문, 수로터널 등은 구조물을 구성하고 있는 주요 부재의 과도한 소성변형, 지반의 액상화, 기초의 지지력 손실로 인한 지반 파괴, 기초의 파괴, 기초의 심각한 부등침하 등으로 하천시설 전체 또는 일부가 붕괴되지 않아야 하고 보수도 가능해야 한다.
부재별 설계 거동 한계: 표 4.1-2와 같다.

표 4.1-2 하천시설의 설계 거동 한계

4.1.6 설계지반운동 수준 및 표현 방법

설계지반운동: 지상 구조물의 경우 구조물이 건설되기 전에 부지 정지 작업이 완료된 지면의 자유장 운동으로 정의되고, 지중 구조물의 경우는 기반암의 자유장으로부터 산정된 대상 구조물의 위치에서 지반운동으로 정의된다.
설계지반운동 수준: 지진구역계수, 위험도계수, 지반 분류에 의한 지반 증폭 계수로부터 결정하며, 각 세부적인 규정은 KDS 17 10 00(내진설계 일반)에 따른다.
설계지반운동의 세기 및 진동수 성분: 응답스펙트럼으로 표현하며, 표준 응답 스펙트럼에 관한 규정은 KDS 17 10 00(내진설계 일반)에 따른다.

4.2 지진해석 및 내진설계 방법

4.2.1 하천시설의 내진등급

하천시설의 내진등급은 표 4.2-1의 내용과 같이 적용하며, 부재별 설계에서는 본 기준의 기본 개념에 따라 시설물 관할기관과 협의하여 조정할 수 있다.
표 4.2-1에서 규정하지 않는 하천시설의 내진설계에서도 그 기능, 구조형식에 따라 본 기준을 적용할 수 있다.

표 4.2-1 하천시설별 내진등급 적용 기준

주 1) 하천의 “주요 구간”이란 「하천의 구조․시설 기준에 관한 규칙」〔별표 1〕에 따른다.
주 2) H는 물받이 상단에서 보마루 또는 문짝을 닫았을 때 문짝 상단까지를 말한다.

4.2.2 내진설계 대상 외수위 및 동수압

내진설계 대상 외수위: 평상시 최고 수위로 한다.
감조 구간의 평상시 최고 수위: 삭망 평균 조위 및 파랑의 영향을 고려하여야 한다. 또한 지진 시 해일(海溢)의 소상이 예상되는 경우에는 시설물 계획 해일고를 고려하여야 한다.
지진 시 동수압: 수위, 시설물의 형상, 문짝의 조작, 지진 시의 응답 등을 고려하여 설정하여야 한다.

4.2.3 하중

내진설계에서는 상시 상태에서 고려하는 하중 외에 지진으로 인한 추가 하중을 고려하여야 한다.

4.2.4 지진해석 및 내진설계

하천시설의 지진해석 및 내진설계는 KDS 17 00 00(내진설계기준)과 관련 설계기준에 따라야 하며, 다음의 각 호에 해당하는 하천시설별로 합리적인 지진해석과 설계 방법을 적용하여야 한다.
- ① 기초
- ② 하구둑
- ③ 토사제방
- ④ 특수제
- ⑤ 보, 수문
- ⑥ 수로터널

4.3 기타 하천시설의 내진설계

본 기준에서 규정하지 않고 다른 기준에서 규정하고 있는 시설은 그 기준에 따른다.
본 기준과 다른 기준에서 규정하지 않은 기타 하천시설에 대해 내진설계를 할 경우 내진등급이나 설계 지진력 등의 결정은 시설물의 중요도, 예상되는 피해의 파급 정도, 지역별 지진의 발생 빈도, 경제성 등을 고려하여 시설물 관할기관과 협의하여 결정할 수 있다.

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