[논문]격납건물 안전성 향상 해석기술 개발에 대한 소고

이상진

문제 정의

이러한 연구과정을 통하여 획득한 다양한 실험데이터와 해석원천기술은 재료의 열화를 포함하는 격납건물의 안전성평가 및 수명연장 코드개발에 활용될 수 있으며 일반 구조물의 안전성평가를 위해서도 활용될 수 있다. 본고에서는 이러한 원자력분야 안전 성향 상을 위한 연구내용 중에서 격납건물 안전성 향상 해석기술개발에 대하여 기술하고자한다.
본고에서는 한국원자력연구소 종합안전평가부에서“ 원자력 안전성 향상기술개발”의 일환으로 수행한 바 있는 연구내용과 그 결과를 기술하고자 한다. 지금까지 원자력 분야 구조물 안정성 향상 및 평가 기술에 대한 연구는 단계별로 진행되어 왔으며 구조재료의 열화 평가기술, 재료성능 검 증실험, 재료의 장기거동모델개 발, 콘크리트 구성 방정식 개발, 격납건물 벽체요소 실험, 격납건물 비선형 해석기술개발 등에 대한 연구가 다양하게 수행되었다.

제안 방법

국내 격납건물 건설에 사용된 콘크리트 재료의 특성을 보다 정확히 모사하기 위한 수치모델을 개발하기 위해 그림 2에 도시한 바와 같은 이축응력에 대한 콘크리트 재료의 특성분석실험을 한국전력연구원과 한국 원자력연구소가 공동으로 수행하였다.2)실험을 통하여 이축응력 상태에 있는 콘크리트재료의 균열발생시점을 적절히 예측할 수 있는 수치모델을 그림 3에 도시된 바와 같이 파악하고 이를 안전해석에 이용하였다.
진행되었다. 4)한국원자력연 구소 주관으로 현대 건설기술연구소에서 위탁 수행한 이 격납건물 벽체요소의 축소모델 실험결과를 이용하여 국내 원전 건설에 일반적으로 사용되는 건설재료에 대한 인장강성모델을 그림 7과 같이 도출하였다
개발된 수치해석모델은 다양한 철근콘크리트 구조물에 적용하여 그 성능을 검증하였다. 특히 변형률 연화 현상에서 나타나는 후정점해석 (post peak analysis)와 균열패턴 확인 해석 그리고 구조물의 극한내압해석 등을 통하여 개발된 유한요소해 석모델을 검증하였다.
바 있다. 국내 격납건물 건설에 사용된 콘크리트 재료의 특성을 보다 정확히 모사하기 위한 수치모델을 개발하기 위해 그림 2에 도시한 바와 같은 이축응력에 대한 콘크리트 재료의 특성분석실험을 한국전력연구원과 한국 원자력연구소가 공동으로 수행하였다.2)실험을 통하여 이축응력 상태에 있는 콘크리트재료의 균열발생시점을 적절히 예측할 수 있는 수치모델을 그림 3에 도시된 바와 같이 파악하고 이를 안전해석에 이용하였다.
실험을 통하여 제시된 모델을 검증하기 위하여 수치해석모 델을 확립하고 격납건물 벽체요소의 축소 모델실험에 대한 유한요소해석을 수행하였다.
이 실험은 미국 산디아국립연구소와 일본의 NUPEC이함께 수행하였으며 실험을 전후하여 Pretest RRA와 OECD/NEA 공동연구가 실시되었다. Pretest RRA에는 10개국 17개 기관이 참가하였으며 국내기관 중에서는 한국원자력안전기술원과 한국전력이 참가하였다' 또한 OECD/NEA공동연구에는 10개국 12개 기관이 참가하였고 제출된 해석결과는 그림 10에 도시된 바와 같이 함께 비교되었다.
그 성능을 검증하였다. 특히 변형률 연화 현상에서 나타나는 후정점해석 (post peak analysis)와 균열패턴 확인 해석 그리고 구조물의 극한내압해석 등을 통하여 개발된 유한요소해 석모델을 검증하였다.®

성능/효과

또한 그림 12에는 격납건물 내압실험에서 격납건물이 파괴되는 시점의 상황을 나타내고 있다. 실험 결과와 해석결과로부터 격납건물의 파괴는 개구부 주변에서 발생하는 초기균열이나 접합부파괴에 의해서 일어나는 것으로 나타났다.

후속연구

따라서 이 분야에서 최근 재료 및 구조실험을 통하여 콘크리트 재료의 파괴포락선, 변형률연화모델 등을 도출하였고 이와 관련한 비선형해석코드를 개발하고 있다. 또한 구조물의 안전성 확보를 위해 개발된 구조해석기술은 구조물의 수명연장을 위해 개발되는 장기 거동해석모델에도 적용할 예정이다. 이러한 연구과정을 통하여 획득한 다양한 실험데이터와 해석원천기술은 재료의 열화를 포함하는 격납건물의 안전성평가 및 수명연장 코드개발에 활용될 수 있으며 일반 구조물의 안전성평가를 위해서도 활용될 수 있다.
또한 구조물의 안전성 확보를 위해 개발된 구조해석기술은 구조물의 수명연장을 위해 개발되는 장기 거동해석모델에도 적용할 예정이다. 이러한 연구과정을 통하여 획득한 다양한 실험데이터와 해석원천기술은 재료의 열화를 포함하는 격납건물의 안전성평가 및 수명연장 코드개발에 활용될 수 있으며 일반 구조물의 안전성평가를 위해서도 활용될 수 있다. 본고에서는 이러한 원자력분야 안전 성향 상을 위한 연구내용 중에서 격납건물 안전성 향상 해석기술개발에 대하여 기술하고자한다.
이러한 일련의 연구 활동은 원전 구조물의 안전성을 평가하기 위한 기술개발에 필요할 뿐만이 아니라 앞으로 수행될 다양한 분야의 구조물에 대한 안전성 평가기술개발의 기반기술로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
특히 원자력 안전의 최후 방벽으로 간주되고 있는 격납건물의 안전성 향상 및 평가를 위해 구조해석기술개발 분야에서. 추진하고 있는 컴퓨터 시뮬레이션 시스템구축과 관련된 연구개발은 격납건물의 안전성 향상 및 평가를 위한 총체적인 기술발전에 크게 이바지 할 것으로 기대되며.앞으로 이 분야에 대한 지속적인 관심과 지원이 필요할 것으로 사료된다.

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