[학위논문]경계반력법을 이용한 면진 원전구조물의 비선형 지반-구조물 상호작용해석 Nonlinear Soil-Structure Interaction Analysis of Base-isolated NPP Structures using the Boundary Reaction Method원문보기
이 논문은 지진파 작용시 비선형 시간영역 지반-구조물 상호작용해석을 위한 경계반력법(boundary reaction method, BRM)을 다루었다. 경계반력법은 일반적인 복합법에서 필요한 진동수영역과 시간영역사이의 반복해석을 제거한 부구조 시간영역 해석법이다. 경계반력법은 진동수영역해석과 시간영역해석 두 단계로 구성되어있다. 경계반력법에서 비선형 지반-구조물 상호작용시스템은 다음과 같은 두 부구조의 중첩으로 나타내어진다. 부구조 (I)은 선형영역과 비선형 구조물-지반영역 사이의 고정경계에서의 경계반력을 계산하기 위한 지진파 작용시 파의 산란문제이며, 부구조 (II)는 비선형성을 고려할 수 있는 경계반력에 의한 파동방사형문제이다. 구조물-지반에서의 비선형응답은 일반적인 유한요소 프로그램을 이용하면 시간영역의 파동방사형 문제를 해석하므로 간단히 구할 수 있다. 반면, 경계반력은 재래의 진동수영역 지반-구조물 상호작용프로그램에 의해 선형 산란문제를 해석하므로 쉽게 계산할 수 있다. 이 연구에서는 첫번째로 BRM의 이론적 배경을 나타내었다. 그 후 ...
이 논문은 지진파 작용시 비선형 시간영역 지반-구조물 상호작용해석을 위한 경계반력법(boundary reaction method, BRM)을 다루었다. 경계반력법은 일반적인 복합법에서 필요한 진동수영역과 시간영역사이의 반복해석을 제거한 부구조 시간영역 해석법이다. 경계반력법은 진동수영역해석과 시간영역해석 두 단계로 구성되어있다. 경계반력법에서 비선형 지반-구조물 상호작용시스템은 다음과 같은 두 부구조의 중첩으로 나타내어진다. 부구조 (I)은 선형영역과 비선형 구조물-지반영역 사이의 고정경계에서의 경계반력을 계산하기 위한 지진파 작용시 파의 산란문제이며, 부구조 (II)는 비선형성을 고려할 수 있는 경계반력에 의한 파동방사형문제이다. 구조물-지반에서의 비선형응답은 일반적인 유한요소 프로그램을 이용하면 시간영역의 파동방사형 문제를 해석하므로 간단히 구할 수 있다. 반면, 경계반력은 재래의 진동수영역 지반-구조물 상호작용프로그램에 의해 선형 산란문제를 해석하므로 쉽게 계산할 수 있다. 이 연구에서는 첫번째로 BRM의 이론적 배경을 나타내었다. 그 후 면진 프래임구조물 예제와 등가선형 지반-구조물 상호작용 문제를 이용하여 BRM을 수치적으로 검증하였다. 추가적으로, 스프링-감쇠 에너지 흡수경계 및 근역지반의 모델링 범위에 따른 BRM의 성능을 평가하기 위해, 정적하중과 지진하중에 의한 면진 원전구조물의 매개변수해석을 수행하였다. 마지막으로, BRM을 면진 원전구조물의 비선형 시간영역 지진해석에 적용하였다. 그 결과 BRM이 지진파에 의한 면진 원전구조물의 비선형 지반-구조물 상호작용해석에 효과적으로 적용 가능함을 알 수 있었다.
이 논문은 지진파 작용시 비선형 시간영역 지반-구조물 상호작용해석을 위한 경계반력법(boundary reaction method, BRM)을 다루었다. 경계반력법은 일반적인 복합법에서 필요한 진동수영역과 시간영역사이의 반복해석을 제거한 부구조 시간영역 해석법이다. 경계반력법은 진동수영역해석과 시간영역해석 두 단계로 구성되어있다. 경계반력법에서 비선형 지반-구조물 상호작용시스템은 다음과 같은 두 부구조의 중첩으로 나타내어진다. 부구조 (I)은 선형영역과 비선형 구조물-지반영역 사이의 고정경계에서의 경계반력을 계산하기 위한 지진파 작용시 파의 산란문제이며, 부구조 (II)는 비선형성을 고려할 수 있는 경계반력에 의한 파동방사형문제이다. 구조물-지반에서의 비선형응답은 일반적인 유한요소 프로그램을 이용하면 시간영역의 파동방사형 문제를 해석하므로 간단히 구할 수 있다. 반면, 경계반력은 재래의 진동수영역 지반-구조물 상호작용프로그램에 의해 선형 산란문제를 해석하므로 쉽게 계산할 수 있다. 이 연구에서는 첫번째로 BRM의 이론적 배경을 나타내었다. 그 후 면진 프래임구조물 예제와 등가선형 지반-구조물 상호작용 문제를 이용하여 BRM을 수치적으로 검증하였다. 추가적으로, 스프링-감쇠 에너지 흡수경계 및 근역지반의 모델링 범위에 따른 BRM의 성능을 평가하기 위해, 정적하중과 지진하중에 의한 면진 원전구조물의 매개변수해석을 수행하였다. 마지막으로, BRM을 면진 원전구조물의 비선형 시간영역 지진해석에 적용하였다. 그 결과 BRM이 지진파에 의한 면진 원전구조물의 비선형 지반-구조물 상호작용해석에 효과적으로 적용 가능함을 알 수 있었다.
This dissertation addresses boundary reaction method (BRM) for nonlinear time domain analysis of soil–structure interactions (SSI) under incident seismic waves. The BRM is a substructure time domain method that removes global iterations between frequency and time domain analyses commonly required fo...
This dissertation addresses boundary reaction method (BRM) for nonlinear time domain analysis of soil–structure interactions (SSI) under incident seismic waves. The BRM is a substructure time domain method that removes global iterations between frequency and time domain analyses commonly required for hybrid approaches; thus, it operates as a two-step uncoupled method. Specifically, the nonlinear SSI system is represented as a simple summation of two substructures as follows: (I) a wave scattering substructure subjected to incident seismic waves to calculate boundary reaction forces on the fixed-interface between a finite nonlinear structure-soil body and an unbounded linear domain; (II) a wave radiation substructure subjected to the boundary reaction forces in which nonlinearities can be considered. Nonlinear responses in the structure–soil body can be obtained easily by solving a wave radiation problem in the time domain using a general finite element analysis program, while boundary reaction forces can be easily calculated by solving a linear scattering problem by means of a conventional frequency domain SSI code. A theoretical background on the BRM is first presented. Then, numerical verifications of the BRM are given using a base-isolated frame structure example and an equivalent linear SSI problem. In addition, for an evaluation of the BRM’s performance according to the spring-damper adsorbing boundary and the modeling extent of the FE region, parametric studies are performed for base-isolated nuclear power plant (NPP) structures on a linear soil medium subjected to static or earthquake loads. Finally, the BRM is applied to the nonlinear time-domain seismic analysis of a base-isolated NPP structure supported by a layered soil medium. The results indicate that the BRM can be effectively applied for nonlinear SSI analyses of base-isolated nuclear power plant structures under incident seismic waves.
This dissertation addresses boundary reaction method (BRM) for nonlinear time domain analysis of soil–structure interactions (SSI) under incident seismic waves. The BRM is a substructure time domain method that removes global iterations between frequency and time domain analyses commonly required for hybrid approaches; thus, it operates as a two-step uncoupled method. Specifically, the nonlinear SSI system is represented as a simple summation of two substructures as follows: (I) a wave scattering substructure subjected to incident seismic waves to calculate boundary reaction forces on the fixed-interface between a finite nonlinear structure-soil body and an unbounded linear domain; (II) a wave radiation substructure subjected to the boundary reaction forces in which nonlinearities can be considered. Nonlinear responses in the structure–soil body can be obtained easily by solving a wave radiation problem in the time domain using a general finite element analysis program, while boundary reaction forces can be easily calculated by solving a linear scattering problem by means of a conventional frequency domain SSI code. A theoretical background on the BRM is first presented. Then, numerical verifications of the BRM are given using a base-isolated frame structure example and an equivalent linear SSI problem. In addition, for an evaluation of the BRM’s performance according to the spring-damper adsorbing boundary and the modeling extent of the FE region, parametric studies are performed for base-isolated nuclear power plant (NPP) structures on a linear soil medium subjected to static or earthquake loads. Finally, the BRM is applied to the nonlinear time-domain seismic analysis of a base-isolated NPP structure supported by a layered soil medium. The results indicate that the BRM can be effectively applied for nonlinear SSI analyses of base-isolated nuclear power plant structures under incident seismic waves.
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