본문내용
1. 지진과 내진설계
1.1. 지진의 개념과 특성
지진은 지구 내부의 에너지가 지표로 나와 땅이 갈라지며 흔들리는 현상이다. 지진이 일어나는 원리는 탄성반발(elastic rebound)이다. 지층도 힘을 받으면 휘어지며 모습이 바뀌는데, 지층이 버틸 수 없을 만큼의 힘이 축적되면 지층이 끊어져 단층이 되고, 원래의 모습으로 돌아가려는 반발력에 의해 지진이 발생한다. 대부분의 지진은 오랜 기간에 걸쳐 대륙의 이동, 해저의 확장, 산맥의 형성 등에 작용하는 지구 내부의 커다란 힘에 의하여 발생하지만, 화산활동이나 폭발물에 의한 인공적인 지진도 있다.
지진의 크기를 나타내는 척도로는 절대적 개념의 규모(리히터 스케일)와 상대적 개념의 진도가 사용된다. 규모는 진원에서 방출된 지진에너지의 양을 나타내는 절대적인 척도인 반면, 진도는 지진동의 세기를 표시한 상대적인 척도로 관측자의 위치에 따라 달라진다. 지진의 규모가 크더라도 진원지가 멀다면 지진동이 약해질 수 있고, 반대로 규모가 작더라도 진원지가 가깝다면 지진동이 강해질 수 있다. 따라서 규모와 진도는 1대1 대응이 성립하지 않는다.
1.2. 지열 발전의 종류와 원리
지열 발전의 종류와 원리는 다음과 같다.
지열 발전의 종류에는 열수계 자원 개발과 고온암체 자원 개발이 있다. 열수계 자원 개발은 화산 근처에 있는 마그마 챔버의 열에너지를 지하의 얕은 곳까지 옮겨와 형성된 열수 및 증기의 저장소를 이용하는 방식이다. 지하 1~3km 정도의 비교적 얕은 깊이에 열수 및 증기의 저장소가 형성되며, 이 저류층에 갱정을 굴삭하면 열수 및 증기가 자연적으로 분출되어 발전에 이용할 수 있다. 고온암체 자원 개발은 온도는 높지만 투수성이 낮아 천연 저류층이 없는 고온의 지층 및 암반을 이용하는 방식이다. 갱정을 굴삭하여 고압의 물을 암반에 압입해 균열을 만들고, 이 균열 내의 열수 및 증기를 발전에 이용한다.
지열 발전의 원리로는 드라이 스팀 방식, 플래시 방식, 바이너리 방식이 있다. 드라이 스팀 방식은 생산정에서 증기만 분출되는 경우 증기를 직접 터빈에 보내 발전한다. 플래시 방식은 생산정에서 증기와 열수가 동시에 분출되는 경우 기수 분리기로 증기만을 추출해 터빈으로 보내 발전한다. 바이너리 방식은 생산정에서 분출되는 증기 및 열수의 온도가 낮아 플래시 방식으로 충분한 증기를 얻지 못할 때, 비점이 낮은 매체를 끓여 그 매체의 증기를 이용해 발전한다.
1.3. 포항 지진의 발생 원인
포항 지진은 규모가 경주 지진에 비해 훨씬 작음에도 불구하고 부상자 등 피해가 더 컸던 이유는 크게 5가지로 볼 수 있다.""
첫째, 포항 지진의 진앙지가 인구 밀집지역에 있었다는 점이다. 경주지진의 진앙지인 경주시 내남면은 122㎢에 약 5,000명이 거주하는 농촌지역이었지만, 포항지진의 진앙지인 포항시 흥해읍은 105㎢ 면적에 3만 5,000명이 거주하는 소도시였다. 따라서 진앙지 인근에 많은 주민이 밀집해 있어 피해가 컸다.""
둘째, 경주지진은 주향이동단층운동이었지만 포항지진은 역단층운동이었다. 주향이동단층운동은 수평 성분이 강한 운동인 반면, 역단층운동은 수직 성분이 강한 "들었다 놨다" 하는 움직임이 있어 건축구조물에 더 큰 피해를 줄 수 있다.""
셋째, 포항지진의 진원이 경주지진보다 훨씬 얕았다는 점이다. 경주지진은 지표면에서 15㎞ 정도 깊이에서 발생한 반면, 포항지진의 진원은 9㎞에 불과했다. 진원이 얕을수록 지표면 부근의 진동 세기가 커져 피해가 증가하게 된다.""
넷째, 포항지진은 경주지진과 달리 중저주파수 진동이 발달했다는 점이다. 경주지진은 고주파수 진동이 우세했지만, 포항지진은 상대적으로 저주파수 진동이 발달했는데, 저주파수 진동이 건축물에 더 큰 피해를 준다.""
마지막으로, 포항 지역의 지질 구조가 경주와 다르다는 점이다. 경주는 단단한 화강암 지반이지만 포항은 연약한 퇴적암 지반이 발달해 있어 지진파가 증폭될 수 있었다.""
이상과 같은 5가지 이유로 인해 포항지진이 경주지진보다 피해가 더 컸던 것으로 분석된다.""
1.4. 내진설계의 개념과 필요성
지진은 지구 내부의 에너지가 지표로 나와 땅이 갈라지며 흔들리는 현상으로서 건축물에 하중으로 작용한다. 지진하중은 지반운동에 따른 관성력으로 건물이 수평 혹은 수직 비정형이거나 비구조요소의 예기치 못한 작용으로 인해 특정 층이나 특정 구조부재에 하중이 집중될 수 있다. 따라서 모든 내진설계 대상 구조물과 그 구성부재는 지진에 견딜 수 있는 일정 강도가 확보되어야 함은 물론이요, 지진의 흔들림에 유연하게 대응할 수 있는 연성도 갖출 수 있도록 해야 한다.
내진설계는 지진 시나 지진이 발생된 후에도 구조물이 안전성을 유지하고 그 기능을 발휘할 수 있도록 설계 시에 지진하중을 추가로 고려한 설계를 의미하지만, 예상되는 모든 지진에 피해를 입지 않도록 설계하는 것은 아니며, 다음의 세 가지 항목을 목표로 한다.
첫째, 작은 규모 지진에서는 구조부재 및 비구조부재가 손상받지 않아야 한다. 둘째, 중간 규모 지진에서는 비구조부재의 손상을 허용하되, 구조부재는 손상받지 않아야 한다. 셋째, 대규모 지진에서는 구조부재와 비구조부재의 손상을 허용하되, 구조물 붕괴로 인한 인명 손상은 발생하지 않아야 한다.
내진설계가 필요한 이유는 지진을 견디는 구조물을 건설함으로써 지진으로 인한 인명 및 재산 피해를 최소화하기 ...
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