환경 친화적 에너지로 고려되는 LNG(Liquefied Natural Gas)는 그 수요량이 계속 증가하고 있으며, 이에 따라 LNG를 저장하는 LNG저장탱크에 관한 다양한 연구도 활발히 진행되고 있다. 실제 LNG저장탱크의 지진력 산정시 구조물과 지반의 상호작용을 구현하기 위해서는 내부탱크, 외부탱크, 파일 그리고 지반을 함께 모델링하여 유한요소해석을 수행하여야 한다. 따라서 본 연구는 EN 1998-4(European Standard)에 채택되어 있는 Malhotra 방법을 적용하여 세 가지의 내부탱크 모델에 대한 연구를 수행하였으며, 이를 수계산 결과와 비교 분석함으로써 EN코드에 가장 적합한 내부탱크 모델을 구축하였다.
환경 친화적 에너지로 고려되는 LNG(Liquefied Natural Gas)는 그 수요량이 계속 증가하고 있으며, 이에 따라 LNG를 저장하는 LNG저장탱크에 관한 다양한 연구도 활발히 진행되고 있다. 실제 LNG저장탱크의 지진력 산정시 구조물과 지반의 상호작용을 구현하기 위해서는 내부탱크, 외부탱크, 파일 그리고 지반을 함께 모델링하여 유한요소해석을 수행하여야 한다. 따라서 본 연구는 EN 1998-4(European Standard)에 채택되어 있는 Malhotra 방법을 적용하여 세 가지의 내부탱크 모델에 대한 연구를 수행하였으며, 이를 수계산 결과와 비교 분석함으로써 EN코드에 가장 적합한 내부탱크 모델을 구축하였다.
LNG(Liquefied Natural Gas) has been considered as the green energy. Thus, the demand of natural gas is keep increasing around the world, and various studies are actively under progress about the LNG storage tank. To calculate the seismic forces of actual LNG storage tank, FEM model has to include in...
LNG(Liquefied Natural Gas) has been considered as the green energy. Thus, the demand of natural gas is keep increasing around the world, and various studies are actively under progress about the LNG storage tank. To calculate the seismic forces of actual LNG storage tank, FEM model has to include inner tank, outer tank, pile and soil to implement the interaction between structure and ground. So, this paper is represent the study about inner tank model of three cases using Malhotra method in EN 1998-4(European Standard). The results of calculation were compared, and the most suitable to inner tank model was suggested.
LNG(Liquefied Natural Gas) has been considered as the green energy. Thus, the demand of natural gas is keep increasing around the world, and various studies are actively under progress about the LNG storage tank. To calculate the seismic forces of actual LNG storage tank, FEM model has to include inner tank, outer tank, pile and soil to implement the interaction between structure and ground. So, this paper is represent the study about inner tank model of three cases using Malhotra method in EN 1998-4(European Standard). The results of calculation were compared, and the most suitable to inner tank model was suggested.
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문제 정의
따라서 본 논문은 EN코드를 적용하여 LNG저장탱크의 지진력을 산정하기 위하여, 내부탱크의 지진해석 모델에 대하여 연구하였다.
따라서 해외 기술 흐름에 뒤쳐지지 않기 위해서라도 EN코드를 적용한 LNG저장탱크 설계가 불가피하게 되었다. 이에 본 논문은 EN코드를 적용하여 LNG저장탱크의 지진력을 산정하고자 한다.
가설 설정
본 연구의 해석 모델은 Fig. 1과 같이 외부탱크와 내부탱크로 구성되어 있는 실제 LNG저장탱크를 Fig. 2와 같이 H 높이의 LNG를 담고있는 반경 r의 원통형 구조물로 모델화하였으며 이때 구조물은 강재(steel) 로 가정하고 지붕은 생략하여, 실제 LNG저장탱크의 내부탱크만을 구조체로 묘사하였다. 이는 앞서 설명한바와 같이 EN코드에서는 유체를 담는 일차 구조물의 지진력만을 산출하기 때문이다.
스펙트럼은 Fig. 3과 같이 UBC 스펙트럼을 차용하여 적용하였으며, 이때 유체의 대류성분 감쇠비는 0.5%, 충격성분 및 내부탱크의 감쇠비는 2%로 가정하였다.
이 모델은 충격성분과 대류성분 질량 , 내부탱크 질량을 각각 하나의 절점에 집중시켜 스프링을 달고 이를 하나의 뼈대로 이상화한 2D beam-stick 모델이며 이때, 뼈대는 rigid하다고 가정한다. Fig.
제안 방법
EN코드에 부합하는 내부탱크 모델을 선정하기 위하여, 다음의 세 가지 모델에 대하여 분석하고자 한다.
]는 LNG밀도, E[MPa]는 내부탱크 탄성계수, 그리고 h[m]는 내부탱크 벽체의 두께를 의미한다. 본 연구는 변화하는 내부탱크 벽체 두께를 등가로 환산적용하였다.
대상 데이터
이에 한국가스공사는 세계 최초, 세계 최대 용량인 27만 m3급 저장탱크를 개발하여 현재 삼척 LNG기지 #10~12호기를 시공 중에 있다. 본 연구는 개발된 27만 m3 용량을 대상으로 진행하였다.
이론/모형
Malhotra가 제시한 방법은 지진 발생시 구조물의 유연성을 배제하여 동수압을 과소평가하게 되는 Housner 방법의 단점과 도해법을 이용하여 여러 가지 계수들을 정의해야 하는 Haroun 방법의 단점을 보완하여 결과의 정확도는 높이고, 계산 과정을 단순화하였다. 이 방법은 현재 EN코드에 채택되어 있으며, 본 연구에서는 이 방법을 적용하였다.
후속연구
EN코드에 가장 부합하는 내부탱크 모델은 충격성분과 대류성분 질량 , 내부탱크 질량을 각각 하나의 절점에 집중시켜 스프링을 달고, 이를 rigid한 하나의 뼈대로 이상화한 것이다. 추후, 본 연구에서 제시한 내부 탱크 모델을 외부탱크 및 파일 모델과 함께 반영하여, 지진에 따른 LNG저장탱크의 전체적인 거동 파악에 관한 연구가 더 필요할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 LNG 저장탱크 설계에 적용하는 것은?
국내의 경우 API 및 BS코드 등을 적용하여 LNG 저장탱크를 설계해왔으나, 최근 해외에서는 EN코드 (European Standard) 또는 ACI코드를 적용하는 추세이며, 그중에서도 EN코드가 주류를 형성하고 있다. 따라서 해외 기술 흐름에 뒤쳐지지 않기 위해서라도 EN코드를 적용한 LNG저장탱크 설계가 불가피하게 되었다.
LNG의 특징은?
LNG(Liquefied Natural Gas)는 타 화석연료에 비해 상대적으로 탄소배출량이 적은 환경 친화적 에너지로서, 전세계적으로 그 수요량이 계속 증가하고 있다. 이로부터 LNG를 저장하는 구조물인 LNG저장탱크에 대한 관심이 높아짐에 따라, LNG저장탱크에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
LNG저장탱크의 초대형화를 위해 한국가스공사가 개발한 것은?
LNG의 수요증가로 LNG저장용량이 증가함에 따라 LNG저장탱크의 초대형화에 많은 관심이 쏠리고 있다. 이에 한국가스공사는 세계 최초, 세계 최대 용량인 27만 m3급 저장탱크를 개발하여 현재 삼척 LNG기지 #10~12호기를 시공 중에 있다. 본 연구는 개발된 27만 m3 용량을 대상으로 진행하였다.
참고문헌 (3)
Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance- Part 4: Silos, tanks and pipelines, British Standards, (2006)
Praveen K. Malhotra, Thomas Wenk, Martin Wieland, "Simple Procedure for Seismic Analysis of Liquid-Storage Tanks", Structural Engineering International, (2010)
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