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[국내논문] 암반 지반의 재해도 스펙트럼에 기반한 토사지반 원전 부지의 등재해도 스펙트럼 평가 기법
Uniform Hazard Spectrum Evaluation Method for Nuclear Power Plants on Soil Sites based on the Hazard Spectra of Bedrock Sites 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.16 no.3 = no.85, 2012년, pp.35 - 42  

함대기 (한국원자력연구원) ,  서정문 (한국원자력연구원) ,  최인길 (한국원자력연구원) ,  이현미 (한국원자력연구원)

초록
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암반지반에 주어진 등재해도 스펙트럼에 상응하는 원전부지 토사지반에서의 등재해도 스펙트럼을 도출하기 위한 확률론적 방법론을 제시하였다. 이를 위해 지진 운동 및 지반의 불확실성을 고려한 지반응답 해석을 통해 토사지반 지표에서의 지진동 증폭계수를 산정하였다. 증폭계수는 가장 상관관계가 높은 지반운동의 스펙트럴 가속도 규모와의 회귀분석을 통해 계산되었다. 이 방법론을 적용하여 국내 KNGR (Korean Next Generation Reactor) 및 APR1400 (Advanced Power Reactor 1400) 원전의 포괄부지 지반 중 B1, B4, C1 및 C3 지반을 대상으로 등재해도 스펙트럼을 도출하였다. 등재해도 스펙트럼을 통해 지진동 발생 빈도 별 위험 주파수 대역을 평가하고 분석하였다. 이 결과는 원전의 종합적 지진리스크 평가 결과를 보다 합리적으로 개선하는 데에 활용될 수 있으며, 향후 다양한 종류의 토사지반에 대한 등재해도 스펙트럼을 평가하는 데에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We propose a probabilistic method to evaluate the uniform hazard spectra (UHS) of the soil of nuclear power plant(NPP) sites corresponding to that of a bedrock site. To do this, amplification factors on the surface of soil sites were estimated through site response analysis while considering the unc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구에서는 지반의 불확실성을 고려한 지반응답 해석을 통해 토사지반 지표에서의 지진동 증폭계수(Amplification Factor)를 산정하였으며, 이로부터 암반지반에 주어진 등재해도 스펙트럼에 상응하는 토사지반에서의 등재해도 스펙트럼을 제시하기 위한 확률론적 방법론을 제시하였다. 이 방법론을 적용하여 국내 KNGR (Korean Next Generation Reactor) 및 APR1400 (Advanced Power Reactor 1400) 원전의 포괄부지 지반을 대상으로 토사지반에서의 등재해도 스펙트럼을 도출하였다.
  • 이 연구에서는 지반 및 지반운동의 불확실성을 고려하여 지반응답 해석을 수행하고, 이로부터 토사지반 지표에서의 지진동 증폭계수를 산정하였다. 이를 통해 암반지반에 주어진 재해도 곡선 및 등재해도 스펙트럼을 기반으로 토사지반지표에서의 재해도 곡선 및 등재해도 스펙트럼을 도출할 수 있는 방법론을 제시하였다. 해석 대상 예제로서 KNGR, APR1400 포괄부지 지반의 지반종류 B1, B4, C1, C3 지반을 선택하고, 각 지반에 대한 등재해도 스펙트럼을 도출하였다.

가설 설정

  • )와 단위 중량(γ)을 불확실성 변수로 선정하였다. 각 불확실성 변수의 변동계수(Coefficient of Variance, COV) 등 확률분포 특성은 관련기준으로부터 가정하였으며,(10-12) 이를 표 2에 나타내었다. 전단파 속도와 단위 중량은 서로 독립적인 확률변수인 것으로 가정하였다.
  • 각 불확실성 변수의 변동계수(Coefficient of Variance, COV) 등 확률분포 특성은 관련기준으로부터 가정하였으며,(10-12) 이를 표 2에 나타내었다. 전단파 속도와 단위 중량은 서로 독립적인 확률변수인 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
불확실성을 고려한 토사지반의 등재해도 스펙트럼 평가를 위해서는 무엇을 함께 고려하는 것이 필요한가? 불확실성을 고려한 토사지반의 등재해도 스펙트럼 평가를 위해서는 지반운동에 대한 불확실성도 함께 고려하는 것이 바람직하다. 지반운동의 불확실성을 고려하기 위하여 기반암에서 기록된 15개의 입력지진동, 즉 미국, 일본, 터키 등에서 발생한 강진기록 15개(규모 5.
지반응답 해석 시, 지반의 변동성을 고려한 확률론적 해석 기법의 도입을 추천하고 있는 이유는 무엇인가? 지반의 비선형성을 고려한 지반응답 해석법으로는 결정 론적 기법인 해석적 방법(7)과 불확실성을 고려한 확률론적 방법이 존재한다. (8),(9) 지반응답 해석 시에는 실제로 지층 (Soil Deposits)의 구조·구성 및 재료상수의 본질적인 불확실성 특성과 지층에 대한 구성 모델의 불확실성(지반 강성, 감쇠 등), 그리고 토사의 비선형 거동에 따른 불확실성 등 매우 다양한 불확실성 인자들이 존재하게 된다. (10) 따라서 최근에는 많은 국내·외 관련 규정 및 기준을 통하여 지반응답 해석 시 지반의 변동성을 고려한 확률론적 해석 기법의 도입을 추천하고 있다.
지반의 비선형성을 고려한 지반응답 해석법에는 어떤 종류가 있는가? 지반의 비선형성을 고려한 지반응답 해석법으로는 결정 론적 기법인 해석적 방법(7)과 불확실성을 고려한 확률론적 방법이 존재한다. (8),(9) 지반응답 해석 시에는 실제로 지층 (Soil Deposits)의 구조·구성 및 재료상수의 본질적인 불확실성 특성과 지층에 대한 구성 모델의 불확실성(지반 강성, 감쇠 등), 그리고 토사의 비선형 거동에 따른 불확실성 등 매우 다양한 불확실성 인자들이 존재하게 된다.
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참고문헌 (25)

  1. U.S. AEC, Design response spectra for seismic design of nuclear power plants, Revision 1, Regulatory Guide 1.60, U.S. Atomic Energy Commission, Washington, 1973. 

  2. U.S. NRC, Identification and characterization of seismic sources and determination of safe shutdown earthquake ground motion, Regulatory Guide 1.165, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington, 1997. 

  3. U.S. NRC, A performance-based approach to define the site-specific earthquake ground motion, Regulatory Guide 1.208, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington, 2007. 

  4. Baag, C.E., "Seismic wave attenuation in the Korean peninsula," International Workshop & Seminar on Probabilistic Seismic Hazard Analysis, Nov. 17-20, 1997. 

  5. Junn, J.G., Jo, N.D., and Baag, C.E., "Stochastic prediction of ground motions in southern Korea," Geosciences Journal, Vol. 6, No. 3, 203-214, 2002. 

  6. Lee, J.M., A study on the characteristics of strong ground motions in southern Korea, KINS/HR-422, Korea Institute of Nuclear Safety, Daejeon, 77, 2002. 

  7. Schnabel, P.B., Seed, H.B., and Lysmer, J., "Modification of seismograph records for effect of local soil conditions," Bulletin of Seismological Society of America, Vol. 62, 1649-1664, 1972. 

  8. Faccioli, E., "A stochastic approach to soil amplification," Bulletin of Seismological Society of America, Vol. 66, No. 4, 1277-1291, 1976. 

  9. Bazzurro, P., Probabilistic Seismic Demand Analysis, Ph.D. Thesis, Stanford University, 1998. 

  10. U.S. NRC, Seismic system analysis, Revision 3, Standard Review Plan 3.7.2, NUREG-0800, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington, 2007. 

  11. ASCE, Seismic analysis of safety-related nuclear structure and commentary, Standard No. 004-98, American Society of Civil Engineers, Reston, VA, 1999. 

  12. 대한전기협회, 지반-구조물 상호작용 해석, STB 3317, KEPIC ST 구조총칙, Korea Electric Power Industry Code, 서울, 2000. 

  13. Whitman, R.V., and Protonotarios, J.N., "Inelastic response to site-modified ground motions," Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 103, No. GT10, 1037-1053, 1977. 

  14. Costantino, C.J., Miller, C.A., and Heymsfield, E., "Site specific seismic hazard calculations at deep soil sites," Proceedings of 4th DOE Natural Phenomena Hazards Mitigation Conference, LLNL CONF-9310102, 199-205, 1993. 

  15. Silva, W.J., "Factors controlling strong ground motions and their associated uncertainties," Seismic and Dynamic Analysis and Design Considerations for High Level Nuclear Waste Repositories, ASCE, 132-161, 1993. 

  16. Electric Power Research Institute (EPRI), Guidelines for site specific gound motions, Rept. TR-102293, Vol. 1-5, Palo Alto, CA, 1993. 

  17. Hwang, H.H.M., and Huo J.R., "Generation of hazardconsistent ground motion," International Journal of Soil dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 13, No. 6, 377-386, 1994. 

  18. Brookhaven National Laboratory (BNL), Description and validation of the stochastic ground motion model, submitted to Brookhaven National Labtoratory, Associated Universities, Inc. Upton, New York, 1997. 

  19. Lee, R., Silva, W., and Cornell, A., "Alternatives in evaluating soil- and rock-site seismic hazard (abs)," Seismological Research Letters, Vol. 69, No. 1, 81, 1998. 

  20. EduPro Civil Systems, ProShake: Ground Response Analysis Program, User's Manual, EduPro Civil Systems, Inc., Washington, 2003. 

  21. Seed, H.B., and Idriss, I.M., Soil moduli and damping factors for dynamic response analysis, Report No. EERC 70-10, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkekey, 1970. 

  22. Seed, H.B., Wong, R.T., Idriss, I.M., and Tokimatsu, K., "Moduli and damping factors for dynamic analyses of cohesionless soils," Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 112, No. 11, 1016-1032, 1986. 

  23. Iman, R.L., and Conover, W.J., "Small sample sensitivity analysis techniques for computer models.with an application to risk assessment," Communications in Statistics - Theory and Methods, Vol. 9, No. 17, 1749-1842, 1980. 

  24. Han, S.H., Lim, H.G., and Cho, Y.J., "MOSAIQUE - A Sofware for Estimating Probabilistic Uncertainty of Safety Analysis using Computerized Simulation Models," ESREL 2010 Annual Conference, European Safety and Reliability Association, Sep. 6-9, 2010. 

  25. Rhee, H.-M., Seo, J.-M., Choi, I.-K., and Hahm, D., "A Study on the Site Response Spectrum for Ulchin Region," Transactions of the Korean Nuclear Society Autumn Meeting, Gyeongju, Korea, Oct. 27-28, 2011. 

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