[논문]LNG 저장탱크 Roof 설계에 관한 연구

홍성호; 이강원; 오병택; 김영균; 김기범

LNG 저장탱크 Roof 설계에 관한 연구
The Study of Roof Design for LNG Storage Tank 원문보기

천연가스는 청정 무공해 에너지라는 장점으로 소비량이 매년 크게 증가하고 있는 주요 에너지원이다 천연가스 수요의 증가에 따른 LNG 저장 시설의 확충이 요구되고 있어, 한국가스공사에서는 LNG 저장탱크 설계 기술을 개발하고 있다. 본 논문에서는 유한요소법을 이용하여 LNG 저장탱크의 Roof를 설계에 대하여 연구하였으며, 설계 및 평가에 적용된 하중 조건과 안전 코드는 BS7777 코드에 따라 연구하였다.

Natural gas became one of the major sources of energy in Korea. As the consumption of natural gas increase, the more capacity of the LNG storage tanks Is required. Recently, Korea Gas Corp.(KOGAS) has developed the technology nt' designing the LNG storage tanks. In this study, some of the finite element analysis has been made for designing of the roof structure of LNG storage tanks. The load case and safety code used In this study were followed by BS7777.

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문제 정의

또한 Roof는 재료 형태, 하중조건, 시공방법의 다양성으로 인하여 전체 LNG 저장 탱크 구조요소 중 해석이나 설계가 상대적으로 어려운 부분이다. 따라서 본 연구에서는 외국"广⑷의 기준안을 바탕으로 LNG 저장탱크의 Roof를 실제적으로 해석하고 설계할 수 있는 기술을 구체적으로 개발하여 향후 건설될 저장 탱크에 대한 안정성을 확보할 수 있는 근거를 마련하고 해석 및 설계기술의 국산화를 위한 근거를 마련하기 위한 구체적인 단계로서 LNG 저장탱크 Roof 구조의 해석 기술을 개발하고자 한다.

제안 방법

Concrete Roof는 Steel Roof와 중첩 구조형식의 거동 특성을 가지므로 해석에 적용된 하중은 Steel Roof의 해석 수행 결과 값을 Concrete의 하중값으로 적용하여 해석을 수행 하였다. 수행된 LNG 저장 탱크 dome section의 변위 해석 결과를 살펴 보면 전반적으로 가스압을 포함한 하중 조합이 dome의 positive 방향으로, 자중을 포함한 기타 사하중 조합이 negative 방향으로 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
Concrete Roof의 해석에는 상용 유한 요소해석 프로그램인 ABAQUS와 콘크리트 구성방정식을 이용하여 수치 모형화 하여 해석하였고 ACI318 시방서를 근거로 축력과 모멘트, 전단에 대해 안전성을 검토하였다. 콘크리트와 보강철근 재료의 특성은 Table 4에그리고 하중조건은 Table 5에 나타내었다.
수행하였다. 국내에는 아직까지 설계기준이 확립되어 있지 않으므로 영국의 BS7777 기준에 따른 하중 조합에 따라 해석을 실시하고 안전성을 검토하였다. 해석대상은 최근 한국가스공사에서 설계국산화에 성공하여 통영 LNG기지에 건설될 예정인 탱크에 대하여 실시하였다.
대용량 LNG 저장탱크에 적합한 Roof를설계 하기 위하여 필요한 기본적인 구조 해석을 수행하였다. 국내에는 아직까지 설계기준이 확립되어 있지 않으므로 영국의 BS7777 기준에 따른 하중 조합에 따라 해석을 실시하고 안전성을 검토하였다.
즉 충격하중에 대해서는 콘크리트를 기밀을 유지에는 Steel Roof를 사용하는 복합구조로 되어있다. 본 연구에서는 여러 가지 조건을' 고려하여 (4) 번의 경우에 해당하는 것으로 해석을 수행하였다. Fig.
하중 조건은 Tabled 나와 있는 각각의 경우에 대하여 해석을 수행하였으며 Live Load, Snow Load 등은 BS7777코드에서 그리고 Deck weight, Gas Pressure는 탱크 설계조건의 값을 사용하였다. 가장 가혹한 조건인 Table 3의 case 7의 하중 조건에서 해석 결과를 Fig.

대상 데이터

국내에는 아직까지 설계기준이 확립되어 있지 않으므로 영국의 BS7777 기준에 따른 하중 조합에 따라 해석을 실시하고 안전성을 검토하였다. 해석대상은 최근 한국가스공사에서 설계국산화에 성공하여 통영 LNG기지에 건설될 예정인 탱크에 대하여 실시하였다. Steel roof frame에 대해서는 SAP2000을 사용하여 해석을 실시하였고 콘크리트 roof에 대해서는 ABAQUS 를 이용하였다 一 먼저 Steel Roof에 대한 해석을 수행하여 각하중조건 하에서 Roof Flame 및 Plale의 안전성을 검토한 결과 모든 조건 하에서 안전성을 확인할 수 있었다.

이론/모형

본 탱크에서의 개발 단계에서는 Steel Roof 최적 형태와 안전성 여부를 확인하기 위해 유한요소해석 방법이 사용되었으며, 프로그램은 현장의 설계자가 사용하기 편리한 범용 해석 프로그램인 SAP 2000을 이용하였다. 하중 조건은 Tabled 나와 있는 각각의 경우에 대하여 해석을 수행하였으며 Live Load, Snow Load 등은 BS7777코드에서 그리고 Deck weight, Gas Pressure는 탱크 설계조건의 값을 사용하였다.

성능/효과

해석대상은 최근 한국가스공사에서 설계국산화에 성공하여 통영 LNG기지에 건설될 예정인 탱크에 대하여 실시하였다. Steel roof frame에 대해서는 SAP2000을 사용하여 해석을 실시하였고 콘크리트 roof에 대해서는 ABAQUS 를 이용하였다 一 먼저 Steel Roof에 대한 해석을 수행하여 각하중조건 하에서 Roof Flame 및 Plale의 안전성을 검토한 결과 모든 조건 하에서 안전성을 확인할 수 있었다. 또한 이 때 얻은 Steel Roof의 변형값을 Concrete Roof 하중 조건에 적용하여 해석을 실시하였고 예상한 바와 같이 Concrete Roof 의 hole 부분에서 강한 응력 집중 현상이 나타남을 알 수 있었다.
Steel roof frame에 대해서는 SAP2000을 사용하여 해석을 실시하였고 콘크리트 roof에 대해서는 ABAQUS 를 이용하였다 一 먼저 Steel Roof에 대한 해석을 수행하여 각하중조건 하에서 Roof Flame 및 Plale의 안전성을 검토한 결과 모든 조건 하에서 안전성을 확인할 수 있었다. 또한 이 때 얻은 Steel Roof의 변형값을 Concrete Roof 하중 조건에 적용하여 해석을 실시하였고 예상한 바와 같이 Concrete Roof 의 hole 부분에서 강한 응력 집중 현상이 나타남을 알 수 있었다. 따라서 이들 부분에 대해서는 다른 단면에 비해 보강을 더 고려해야 함을 판단할 수 있었다.
하였다. 수행된 LNG 저장 탱크 dome section의 변위 해석 결과를 살펴 보면 전반적으로 가스압을 포함한 하중 조합이 dome의 positive 방향으로, 자중을 포함한 기타 사하중 조합이 negative 방향으로 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그리고 예상과 같이 hole 단면의 변위가 크게.

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