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제안 방법
- 이를 해결하기 위해 전문가와 피드백 과정을 통해 지진재해도를 분석하였다. 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 10.0 Hz 및 PGA에 대해 확률론적 방법을 이용하여 500년,1,000년, 2,500년의 3개 재현주기에 대해 등재해도스펙트럼을 분석하였다. 미국 국가지진재해도 역시 500년, 1,000년, 2,500년의 3개 재현주기에 대해 제시하고 있다.
- 10인 전문가가 각각 제시한 다양한 지반진동 감쇠식 모델을 사용하여 지진재해도 분석을 수행하였다. 일부 전문가는 이미 개발되어 있는 주로 미국 중동부 지역에서 개발된 모델 등(Abrahamson and Silva, 2008; Atkinson and Boore, 1997; Atkinson & Silva, 2000; Boor and Atkinson, 2008; Boore and Atkinson,2011: Campbell, 2003; Toro et al.
- 10인 해당 분야 전문가는 각각 제시한 다양한 지진지체구조구 모델(KIGAM, 2012)을 사용하여 지진재해도 분석을 수행하였다. 일부 전문가는 이미 개발되어 있는 지진지체구조구 모델을 단수 또는 복수로 선택하여 제시하였다.
- 10인의 전문가가 제시한 국내외에서 개발된 스펙트럴 지반진동 감쇠식과 다수의 국내 지진지체구조구(Seismotectonic Province) 모델을 사용하여 인구 및 산업 밀집도가 높은 5개 주요 도시에 대해 확률론적 지진재해도 분석을 수행하였다. 하지만 국내에서 개발된 일부 지반진동 감쇠식의 경우, 관측소의 지반특성에 대한 상세 정보 미흡, 규모 5.
- 10인의 전문가가 지반진동 감쇠식을 복수로 조합하여 가중치와 함께 제시하였고 가장 빈번하게 제시된 다수의 감쇠식을 선택하여 민감도 분석을 수행하였다. 지진원 변수(a, b, 최대지진 및 최소지진 규모) 및 지진지체구조구 모델을 고정하고 감쇠식 변화에 대한 재현주기 1,000년에 해당하는 지진재해도를 분석하였다.
- 10인의 전문가가 지진지체구조구 모델을 가중치와 함께 복수로 조합하여 제시하였고 가장 빈번하게 제시된 지진지체구조구 모델(A7, C1, C3, C4 및 C5)을 선택하여 영향을 분석하였다. 국내 임의 지역의 지진재해도가 아니고 국내 최대 지진재해도를 선택하여 분석에 이용하였다.
- 10인의 해당 분야 전문가가 제시한 지진지체구조구모델(KIGAM, 2012) 각각에 대해 지진 카탈로그의 완성도를 고려하여 역사지진 전체, 조선시대 지진, 삼국시대 지진 및 계기지진 자료 등 관측기간에 따라 다른 가중치를 제시하였다. 전문가가 제시한 지진자료의 시대별 가중치를 활용하여 a, b, 최대지진 및 최소지진 값을 적용하였다.
- 5개 주요 도시에 대해 주어진 주요 진동수 0.5, 1,2, 5, 10 Hz에서 지진재해도 및 PGA를 이용하여, 3개의 재현주기(2500년, 1000년 및 500년)에 대해 등재해도 스펙트럼을 분석하였다. 앞서 제시한 바와같이 PGA 재해도는 일반적으로 100.
- 각각 지진지체구조구 모델의 a, b, 최대지진, 최소지진값을 계산할 때 결과의 신뢰성을 높이기 위해 10인의 전문가가 국내에서 이미 검증된 지진자료인 Lee and Yang(2006), 기상청(2012) 또는 한국지질자원연구원(2012) 등 지진자료 카탈로그를 이용하도록 유도하였다.
- 지진재해로부터 인명 및 각종 구조물을 보호하기 위해 내진설계 개념이 도입되었다. 내진설계는 설계응답스펙트럼으로 대표가능하며 초기에는 표준 설계응답스펙트럼의 형태로 설계지진을 적용하였다. 원전구조물의 내진설계시 적용되는 Regulatory Guide 1.
- 우선 감쇠식 모델을 고정하고 지진지체구조구 모델 변화에 대한 재현주기 1,000년에 해당하는 지진재해도를 분석하였다. 다음 감쇠식 모델을 차례로 번갈아 가며 고정하고 지진지체구조구모델 변화에 대한 지진재해도를 분석하였다. 하나의 지진지체구조구 모델이 선택되면 이에 따른 a, b, 최대지진 및 최소지진값이 따라서 결정된다.
- 10인의 전문가기 가장 빈번하게 제시한 5개 지진지체구조구 모델에 대해 국내 개발된 일부 감쇠식(#104 및 #106)을 이용한 결과는 전형적 등지진재해도 스펙트럼 모양으로부터 다소 벗어나 있다. 따라서 전문가에게 결과를 제시하고 전문가가 감쇠식을 변경하가나 기중치 수정 등을 거치는 피드백 과정을 수행하였다. 입력자료 설정 단계에서 피드백 과정은 미국 원자력위원회가 원전관련 구조물 인허가 과정에서 적용되는 기술기준인 SSHAC (US NRC, 2012)에서 가장 중요한 사항이다.
- 또한 국내 개발 일부 감쇠식을 이용한 결과는 미국 중동부 감쇠식 보다 국내 지진지체구조구 특성을 대표한다고 할 수 있으나 일반적 등지진재해도 스펙트럼 모양에서 다소 벗어나 있다. 따라서 전문가에게 분석 결과를 제시하고 각각 전문가가 제시한 감쇠식을 변경하가나 가중치 조정을 거치는 피드백 과정을 수행하였다. 입력자료 설정 단계에서 피드백 과정은 미국 원자력위원회가 원자력관련 구조물의 인허가 과정에서 적용되는 기술기준인 SSHAC (US NRC, 2012)이 특히 강조하는 중요 사항이다.
- 국내 임의 지역의 지진재해도가 아니고 국내 최대 지진재해도를 선택하여 분석에 이용하였다. 우선 감쇠식 모델을 고정하고 지진지체구조구 모델 변화에 대한 재현주기 1,000년에 해당하는 지진재해도를 분석하였다. 다음 감쇠식 모델을 차례로 번갈아 가며 고정하고 지진지체구조구모델 변화에 대한 지진재해도를 분석하였다.
- 그러나 국내에서 관측된 강지진동의 부재 등으로 인하여 지진재해 분석시 불확실성이 커다는 단점이 있으며 국내 특성에 적합한 성능기반 설계가 필요하다. 이를 위해 확률론적 지진재해도 분석 기술을 적용하여 등재해도 스펙트럼을 도출하였다.
- 이를 해결하기 위해 전문가와 피드백 과정을 통해 지진재해도를 분석하였다. 0.
- 이후 확률론적 지진 재해도 분석(Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA) 개념이 도입되면서 설계 지반운동 평가 시 기존 결정론적 방법으로부터 불확실성의 정량화가 가능하고 다양한 장점을 가진 확률론적 방법을 적용하게 되었다. 원전 내진분야는 Guide 1.
- 일부 전문가는 이미 개발되어 있는 주로 미국 중동부 지역에서 개발된 모델 등(Abrahamson and Silva, 2008; Atkinson and Boore, 1997; Atkinson & Silva, 2000; Boor and Atkinson, 2008; Boore and Atkinson,2011: Campbell, 2003; Toro et al. 1997)을 조합하여 제시하였고, 일부 전문가는 국내에서 개발된 모델(Noh and Lee, 1995; Lee, 2002; Jo and Baag, 2003; Yun et. al., 2005) 등과 미국 중동부 지역에서 개발된 모델을 조합하여 제시하였다.
- 10인의 해당 분야 전문가가 제시한 지진지체구조구모델(KIGAM, 2012) 각각에 대해 지진 카탈로그의 완성도를 고려하여 역사지진 전체, 조선시대 지진, 삼국시대 지진 및 계기지진 자료 등 관측기간에 따라 다른 가중치를 제시하였다. 전문가가 제시한 지진자료의 시대별 가중치를 활용하여 a, b, 최대지진 및 최소지진 값을 적용하였다. 임의 전문가가 제시한 입력자료 예는 Table 1에 제시되어 있다.
- 임의 지역에서 미래 발생할 지진에 의한 지반진동의 크기를 정의하기 위해서는 지반진동감쇠식(Ground Motion Prediction Equation)이 필요하고 지반진동 감쇠식은 PGA 또는 스펙트럴 가속도를 지진규모와 진앙거리의 함수로 나타낸다. 전문가가 제시한 지진지체구조 모델내부의 모든 격자의 지진활동도 변수와 해석에 적용할 감쇠공식을 선택한 후 원하는 위치에서 특정 설계지반운동 값의 연간초과확률을 계산한다.
- 10인의 전문가가 지반진동 감쇠식을 복수로 조합하여 가중치와 함께 제시하였고 가장 빈번하게 제시된 다수의 감쇠식을 선택하여 민감도 분석을 수행하였다. 지진원 변수(a, b, 최대지진 및 최소지진 규모) 및 지진지체구조구 모델을 고정하고 감쇠식 변화에 대한 재현주기 1,000년에 해당하는 지진재해도를 분석하였다.
- 확률론적인 지진재해 분석은 Cornell(1968)에 의해서 최초로 제안된 후 이후 많은 수정과 보완을 거쳐서 현재 세계적으로 가장 널리 사용되는 방법이다. 지진재해 분석은 지진원, 지진파 감쇠식 및 부지 증폭 특성의 불확실성을 고려하여 특정 기간내 특정 크기 이상의 지반진동이 부지에 발생할 확률을 결정하여 지진의 재현주기 또는 연간초과확률에 대해 설계지반운동 수준을 제시한다. 일반적으로 지진재해 분석은 하부 지반이 암반이 아닌 경우, 암반노두에서 정의된 부지증폭 특성을 고려하여 설계응답스펙트럼을 수보하여야 한다.
- 0 Hz에 표시하였다. 진동수별 재해도 분석 결과를 내진설계시 가장 빈번하게 인용되는 500년(2.0E-03/yr), 1000년(1.0E-03/yr), 2500년(4.0E-04/yr)의 재현주기 재해도를 이용하여 등재해도 스펙트럼을 분석하였으며, Fig. 11-15에 제시되어 있다.
- 확률론적 지진재해도 분석에는 다수의 입력변수가 사용되기 때문에 각 입력변수가 재해도에 미치는 영향 분석을 민감도 분석을 통해 수행하였다. 이를 통해 지진재해도 결과의 신뢰성을 검증하고 있다.
- 지진재해도 분석에는 다수의 입력변수가 사용되며, 입력변수는 지진자료가 가지는 필연적인 불확실성이 내재되어 있다. 확률론적 지진재해도 분석에서는 입력변수들의 불확실성을 효과적으로 반영하기 위하여 논리수목(logic tree)을 이용하여 재해도 분석을 수행한다.
대상 데이터
- 10인의 전문가가 지진지체구조구 모델을 가중치와 함께 복수로 조합하여 제시하였고 가장 빈번하게 제시된 지진지체구조구 모델(A7, C1, C3, C4 및 C5)을 선택하여 영향을 분석하였다. 국내 임의 지역의 지진재해도가 아니고 국내 최대 지진재해도를 선택하여 분석에 이용하였다. 우선 감쇠식 모델을 고정하고 지진지체구조구 모델 변화에 대한 재현주기 1,000년에 해당하는 지진재해도를 분석하였다.
- 일반적으로 국내 지진지체구조구에서 지반진동 감쇠 특성이 지질적 구조 활동이 활발한 미국 서부 지역 보다 상대적으로 안정된 미국 중동부과 유사하다고 알려져 있다(Abrahamson and Silva, 2008). 지진재해도는 사용된 지반진동 감쇠식 모델을 고려하여 NEHRP B/C 지반(760 m/sec, VS30)으로 정의하였다. 따라서 실제 적용시 하부 지반의 성질에 따라 NEHRP B/C 지반에서 정의된 지진재해도는 부지증폭 특성이 고려하여야한다.
이론/모형
- 로 정의)에서 정의되고 있다. 국내 건축기준은 미국 Uniform Building Code (1997) 기준을 준용하며 최대지반가속도(PGA)(건설교통부, 1997)를 사용하며, 미국은 단주기 영역(주기 T=0.2초)과 중장주기 영역(주기 T=1.0초)의 스펙트럴 가속도 설계응답스펙트럼을 사용한다(International Building Code, 2000).
- 60 (USNRC, 1973)이 대표적인 예이다. 또한 표준 설계응답스펙트럼의 수준을 결정하기 위해 결정론적 방법을 이용하여 지진재해도값에 해당하는 안전정지 지반운동(Safe Shutdown Earthquake Ground Motion, SSE) 개념이 도입되었다.
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