연구실 홈페이지에 어느 초등학생이 내진설계의 원리에 대해 물어왔습니다. (짜쉭~ EBS가서 물어볼 것이지..) 그 곳에 답변된 내용을 여기에도 올려봅니다.

지진의 영향에 대해서 잘 견딜 수 있도록 하기 위하여 구조물에 대해서 수행하는 내진설계는 일반적으로 다음과 같은 기본철학에 의하여 이루어진다.

1) 흔히 일어날 수 있는 작은 규모의 지진에 대해서는 아무런 피해가 없도록 한다.
2) 가끔 일어날 수 있는 중간 정도의 지진에 의해서 비구조적인 피해는 발생하더라도 구조적인 피해가 발생하는 것은 방지되어야 한다.
3) 아주 드물게 발생하는 매우 큰 지진에 의해서 구조적인 피해는 발생하더라도 붕괴되는 일은 없도록 한다.

이와 같은 내진설계의 기본철학은 지진에 의한 피해를 최소화하면서 경제성을 확보하고자 하는 목적에서 설정되었다. 따라서 제대로 내진설계가 이루어진 구조물은 자주 발생하는 작은규모의 지진에 의해서는 전혀 피해가 없으며 가끔 발생하는 중간정도의 지진에 의해서는 부분적인 피해가 발생하더라도 쉽게 복구하여 구조물을 다시 사용하는데 지장이 없을 것이다. 또 매우 큰 지진이 발생하더라도 구조물이 붕괴되지 않아서 인명피해를 최소한으로 줄일 수 있게 될 것이다.

지진에 견디기 위해서 구조물은 일정한 수준의 강도를 가져야 하는데 매우 큰 지진에 대해서 견디기 위한 강도를 확보하기 위해서는 경제적인 부담이 지나치게 커지게 된다. 그러므로 내진설계에서는 경제성을 고려하여 구조물의 유연성을 증가시켜 지진하중을 감소시키는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 지나치게 유연한 구조물은 변형이 커지는 약점이 있어서 작은 지진에 의해서도 비구조적인 피해가 발생할 가능성이 있다.

매우 큰 지진에 대해서도 안전한 구조물을 설계하는 것은 지나친 경제적 부담을 요구하거나 현실적으로 불가능하다. 따라서 매우 큰 지진이 발생하는 경우에는 구조물의 사용이 불가능할 정도로 피해가 생기더라도 붕괴하지는 않도록 하여 인명을 보호하는 방법을 택하게 된다. 이러한 목적을 만족시키기 위해서 구조물의 강도를 증가시키거나 유연성을 증가시키는 것은 효과적인 방법이 되지 못한다. 현재까지 알려진 가장 효과적인 방법은 구조물이 큰 延性(ductility)을 가지도록 하여 비선형거동을 통한 에너지소산효과를 얻는 방법이다. 세계 각국의 내진설계기준에서는 반응수정계수의 형식으로 연성을 고려하고 있다.

자료출처: 최원호의 내진설계이야기