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문제 정의
- 본 연구에서는 3차원 형상을 고려하여 동해석이 수행되어야하는 댐 취수탑 구조물의 내진안전성 해석에서 사용될 수 있는 동수압 적용방법에 대하여 고찰한다. 먼저 취수탑 해석에 앞서 3차원 수치모형에서 Westergaard부가질량식 및 Chopra-Goyal 부가질량식을 사용한 동수압 분포를 CASI 기법으로 계산된 동수압 결과와 비교하여 각 부가질량법의 유효성을 검증한다.
- 본 연구에서는 3차원 형상을 고려하여 동해석이 수행되어야하는 댐 취수탑의 내진안전성 평가과정에서의 동수압 적용방법을 고찰하기 위하여,Westergaard 부가질량법과 Chopra 부가질량법을 사용한 3차원 취수탑의동수압 수치해석과 시간이력지진해석 결과를 정해에 근접하는 CASI 기법 결과와 비교, 분석하였다. 이를 통하여 도출된 결론은 다음과 같다
가설 설정
- Chopra 부가질량식에서는 Westergaard 부가질량식과 동일하게 물의 압축성과 점성이 무시되며, 구조물과 호소부의 접촉면은 연직하고, 호소부의 저면은 수평한 것으로 가정한다. Fig.
- Fig. 4 (a)는 댐과 같은 수중 벽체 구조물의 3차원 수치모형으로 구조물의 길이 (A)는 10 m, 구조물의 폭(B)은 100 m, 그리고 구조물의 높이 (H) 는 25 m, 50 m, 75 m로 가정하였다. 호소부 높이는 구조물의 높이와 동일하며, 호소부의 길이 (L)는 호소부의 높이 (H)의 2 배로 결정하여 원역의 영향을 최소화하였다.
- a) 호소부 자유수면에서의 동수압은 0이다
- a) 호소부 저면에서 유체의 수직방향 변위는 0이다.
- b) 댐 상류면에서 구조물과 유체의 수평방향 변위는 서로 같다.
- b) 취수탑 내·외부 자유수면에서의 동수압은 0이다.
- c) 취수탑 구조물의 변위와 유체의 변위는 서로 같다.
- c) 호수부 저면에서 유체의 수직방향 변위는 0이다.
- d) 호소부 상류면 원역은 정상상태로 동수압은 0이다.
- 에 동수압이 작용하는 수치모형이다. 두 형상 모두 구조물 높이 (H)는 50 m이며, 구조물 폭과 길이는 구조물 형상비 (A/B)에 따라 10 m/20 m, 20m/20 m, 20 m/10 m로 가정하였다. 구조물 내·외부 수위는 구조물의 높이와 동일하며, Fig.
- Westergaard 부가질량식은 댐체에 작용하는 동수압을 식 (1)과같은 2차원 파동방정식을 지배방정식으로 하여 유도하며, 이때 댐은 강체로 고려하였고 물의 압축성과 점성은 무시한다. 또한 댐 구조물과 호소부의 접촉면은 연직하며, 호소부의 저면은 수평한 것으로 가정한다.
- Chopra 부가질량법의 경우, 높이별 총동수압에 대한 동수압 분포식이 없기때문에 구조물-유체 경계 절점에 균등분할하여 적용하였다. 지진하중에 대한 인공지진파의 지반가속도 계수는 지진구역계수 및 위험도계수, 지반계수를 Table 3 [1, 12]과 같이 가정하여 0.126 g로 결정하였으며, 취수탑 전면에 대한 동수압 효과를 고려하기 위하여 수평 2방향 (x, y방향)과 연직방향 (z방향)으로 총15초 동안 기초 저면에서 직접 가진하였다 (x, y, z방향은 Fig. 12 참고). 연직방향 지진력은 댐 설계기준 [1]에 따라 수평방향 지진력의 1/2을 적용하였다.
- 9와 같은 물을 취수할 수 있는 담수 공간이 존재한다. 호소부의 높이는 상시만수위를 기준으로 하여 45.5 m로 결정하였으며, 내부 담수부의 높이는 호소부와 동일하다고 가정하였다.
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