[논문]구조물 및 기기의 한계성능 평가를 위한 고진동수 지진 특성을 반영한 응답스펙트럼 형상

임승현; 최인길

doi:10.5000/eesk.2020.24.1.001

구조물 및 기기의 한계성능 평가를 위한 고진동수 지진 특성을 반영한 응답스펙트럼 형상
A Shape of the Response Spectrum for Evaluation of the Ultimate Seismic Capacity of Structures and Equipment including High-frequency Earthquake Characteristics 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.24 no.1, 2020년, pp.1 - 8

임승현 (경북대학교 융복합시스템공학부 플랜트시스템전공) , 최인길 (한국원자력연구원 기계.구조안전연구부)

Abstract ▼ AI-Helper

In 2016, an earthquake occurred at Gyeongju, Korea. At the Wolsong site, the observed peak ground acceleration was lower than the operating basis earthquake (OBE) level of Wolsong nuclear power plant. However, the measured spectral acceleration value exceeded the spectral acceleration of the operating-basis earthquake (OBE) level in some sections of the response spectrum, resulting in a manual shutdown of the nuclear power plant. Analysis of the response spectra shape of the Gyeongju earthquake motion showed that the high-frequency components are stronger than the response spectra shape used in nuclear power plant design. Therefore, the seismic performance evaluation of structures and equipment of nuclear power plants should be made to reflect the characteristics of site-specific earthquakes. In general, the floor response spectrum shape at the installation site or the generalized response spectrum shape is used for the seismic performance evaluation of structures and equipment. In this study, a generalized response spectrum shape is proposed for seismic performance evaluation of structures and equipment for nuclear power plants. The proposed response spectrum shape reflects the characteristics of earthquake motion in Korea through earthquake hazard analysis, and it can be applied to structures and equipment at various locations.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 SSCs의 지진 응답스펙트럼은 SSCs의 설치 위치에 따라 다르게 된다. 따라서 본 연구에서는 다양한 위치에 설치된 SSCs에 대해 국내 지진동의 특성이 반영된 지진 응답스펙트럼 형상을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 국내 지진동 특성을 반영하고자 확률론적 지진 재해도 분석이 수행되었다.
따라서 본 연구에서는 다양한 위치에 설치된 SSCs에 대해 국내 지진동의 특성이 반영된 지진 응답스펙트럼 형상을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 국내 지진동 특성을 반영하고자 확률론적 지진 재해도 분석이 수행되었다. 그 결과 국내 지진동 특성은 NRC 의 Regulatory Guide 1.
이러한 경우 일반화 된 응답스펙트럼을 활용하면 효율적으로 한계성능 시험을 수행 할 수 있으나 국내의 경우 제안된 응답스펙트럼 형상이 없다. 본 연구에서는 국내 지진특성이 반영된 지진동을 바탕으로 보다 다양한 위치의 구조물 및 기기의 한계성능 평가에 활용이 가능한 일반화된 응답스펙트럼 형상을 제안하였다.
일반적인 응답스펙트럼 형상은 다양한 위치의 구조물 및 기기에 적용이 가능하여 매우 효율적이다. 본 연구에서는 다양한 위치의 구조물 및 기기의 한계성능 평가를 위한 응답스펙트럼의 형상을 제안한다. 국내 지진동의 특성을 반영하기 위하여 울진원자력발전소 부지의 지진재해도 분석을 수행하여 등재해도 응답스펙트럼을 도출하였다.
입력지진 시간이력은 수평 2방향과 수직방향의 세 가지 방향에 대한 시간 이력이 1세트이다. 본 연구에서는 입력지진에 의한 불확실성을 줄이고 응답스펙트럼의 평균 형상을 선정하고자 입력지진 총 5세트를 생성하여 지진 응답해석에 활용하였다. 각 입력지진 시간이력은 지속시간 약 20초, 시간 간격 0.

제안 방법

3으로 주었다 [12]. 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 10.0, 25.0, 50.0, 100.0 Hz에 대한 감쇄식을 활용하였으며, 최대지반가속도는 100.0 Hz 감쇄식을 활용하였다.
005초이다. P-CARES를 활용하여 등재해도 응답스펙트럼에 부합 되도록 지진입력 신호를 생성을 하였다 [13]. P-CARES는 반복법을 사용 하여 랜덤신호를 목표 응답스펙트럼에 부합되도록 변환한다.
각 감쇄식에 대한 지진재해도 곡선을 활용하여 1E-4에 대해 등재해도 응답스펙트럼을 작성하였다. 계산된 등재해도 응답스펙트럼은 Fig.
지진응답해석에 사용된 각 건물의 재료 특성과 감쇠비는 다음 Table 1과 Table 2와 같다 [14]. 각 건물에 대하여 5세트의 지진 시간이력에 대한 지진응답해석이 수행되었으며, 각건물 층별 지진응답을 계산하였다. 계산된 층별 지진응답으로부터 층응답 스펙트럼은 각 시간이력 세트에 대한 응답스펙트럼을 방향별로 평균하여 작성하였다.
각 건물에 대하여 5세트의 지진 시간이력에 대한 지진응답해석이 수행되었으며, 각건물 층별 지진응답을 계산하였다. 계산된 층별 지진응답으로부터 층응답 스펙트럼은 각 시간이력 세트에 대한 응답스펙트럼을 방향별로 평균하여 작성하였다.
국내 지진동 특성이 반영된 응답스펙트럼 형상을 제안하기 위하여 확률 론적 지진재해도 평가를 수행 하였다. 확률론적 지진재해도 평가는 울진원 자력발전소 부지에 대하여 수행 하였다.
본 연구에서는 다양한 위치의 구조물 및 기기의 한계성능 평가를 위한 응답스펙트럼의 형상을 제안한다. 국내 지진동의 특성을 반영하기 위하여 울진원자력발전소 부지의 지진재해도 분석을 수행하여 등재해도 응답스펙트럼을 도출하였다. 도출된 등재해도응답스 펙트럼을 바탕으로 원자력발전소의 주요건물 4개에 대하여 지진응답해석을 수행하여 주요위치에서의 층응답스펙트럼을 작성하였다.
60의 설계응답스펙트럼 보다 고진동수 성분이 많은 것을 확인 할 수 있다. 다양한 위치의 SSCs에 적용 가능케 하기 위하여 원자력발전소 주요건물 4개에 대해 지진응답해석을 수행 하였다. 따라서, 원자력발전소의 구조물 및 기기의 한계성능평가를 위한 응답스펙트럼의 형상을 원자력발전소의 층응답스펙트럼을 바탕으로 도출 하였다.
국내 지진동의 특성을 반영하기 위하여 울진원자력발전소 부지의 지진재해도 분석을 수행하여 등재해도 응답스펙트럼을 도출하였다. 도출된 등재해도응답스 펙트럼을 바탕으로 원자력발전소의 주요건물 4개에 대하여 지진응답해석을 수행하여 주요위치에서의 층응답스펙트럼을 작성하였다. 정규화된 층응답스펙트럼을 바탕으로 한계성능 평가에 활용이 가능한 응답스펙트럼 형상 A와 형상 B 2개를 제안하였다.
등재해도 응답스펙트럼을 입력지진으로 하는 원자력발전소의 층응답 스펙트럼을 작성하기 위하여, 지진응답해석을 수행 하였다. 지진응답해석을 수행한 건물은 4개의 주요건물 즉, 안전관련 구조물이며, 다음과 같다.
다양한 위치의 SSCs에 적용 가능케 하기 위하여 원자력발전소 주요건물 4개에 대해 지진응답해석을 수행 하였다. 따라서, 원자력발전소의 구조물 및 기기의 한계성능평가를 위한 응답스펙트럼의 형상을 원자력발전소의 층응답스펙트럼을 바탕으로 도출 하였다. 등재해도 응답스펙트럼을 입력으로 하는 원자력발전소 건물 4개에서 도출된 층응 답스펙트럼을 중첩하여 나타내면 다음 Fig.
본 연구에서는 SAP2000 유한요소 해석프로그램이 사용되었다. 원자력 발전소는 탄성설계를 수행하여 탄성요소를 활용하였으며, 각 건물의 모델은 집중질량-보요소 모델으로 작성을 하였다. 지진응답해석에 사용된 각 건물의 재료 특성과 감쇠비는 다음 Table 1과 Table 2와 같다 [14].
5에 나타내었다. 원자력발전소의 층응답스 펙트럼을 도출하기 위하여, 원자력발전소의 지진응답해석을 수행 하였다.입력지진은 확률론적 지진재해도 분석을 통해 구해진 등재해도 응답스펙 트럼을 활용하였다.
각 지진지체모델에 대한 입력변수를 산정하기 위하여 9명의 국내 지진학 전문가 패널을 구성하였다. 입력변수의 불확실성을 저감하고자 각 전문가들의 의견을 반영한 논리수목을 구성하여 입력변수를 산정하였다.
원자력발전소의 층응답스 펙트럼을 도출하기 위하여, 원자력발전소의 지진응답해석을 수행 하였다.입력지진은 확률론적 지진재해도 분석을 통해 구해진 등재해도 응답스펙 트럼을 활용하였다.
도출된 등재해도응답스 펙트럼을 바탕으로 원자력발전소의 주요건물 4개에 대하여 지진응답해석을 수행하여 주요위치에서의 층응답스펙트럼을 작성하였다. 정규화된 층응답스펙트럼을 바탕으로 한계성능 평가에 활용이 가능한 응답스펙트럼 형상 A와 형상 B 2개를 제안하였다. 하나는 정규화된 층응답스펙트럼을 포괄하는 응답스트럼 형상과 정규화된 층응답스펙트럼의 평균을 포괄하는 응답스펙트럼 형상을 제안하였다.
정규화된 층응답스펙트럼을 바탕으로 한계성능 평가에 활용이 가능한 응답스펙트럼 형상 A와 형상 B 2개를 제안하였다. 하나는 정규화된 층응답스펙트럼을 포괄하는 응답스트럼 형상과 정규화된 층응답스펙트럼의 평균을 포괄하는 응답스펙트럼 형상을 제안하였다. 제안된 두 응답스펙트럼 형상은 고진동 수가 강한 국내지진동 특성을 반영하였으며, 다양한 위치에 설치된 구조물및 기기에 활용이 가능하다.
한계성능 평가를 위한 입력지진응답스펙트럼의 형상은 두 정규화된 층응답스펙트럼을 바탕으로 도출 되었다. 하나는 정규화된 응답스펙트럼을 대부분 포괄하는 응답스펙트럼 형상 A이며, Fig.
국내 지진동 특성이 반영된 응답스펙트럼 형상을 제안하기 위하여 확률 론적 지진재해도 평가를 수행 하였다. 확률론적 지진재해도 평가는 울진원 자력발전소 부지에 대하여 수행 하였다. 울진원자력발전소 부지의 등재해도 응답스펙트럼을 얻기 위하여 확률론적 지진재해도 연구를 참고 하였다 [7, 8].

대상 데이터

1과 같이 선정하 였다. 각 지진지체모델에 대한 입력변수를 산정하기 위하여 9명의 국내 지진학 전문가 패널을 구성하였다. 입력변수의 불확실성을 저감하고자 각 전문가들의 의견을 반영한 논리수목을 구성하여 입력변수를 산정하였다.
기기 냉각수 열교환기 건물은 암반 위 철근콘크리트 기초에 고정된 독립 건물이며, 철근콘크리트 전단벽으로 구성된 비교적 간단한 전단벽 구조물 이다. 건물은 지붕층을 포함한 두 개의 철근콘크리트 슬라브와 전단벽으로 구성되어있다. 필수용수 취수구조물은 EL.
원자력발전소는 국내에 많이 건설된 한국형 표준원자력발전소인 OPR 1000 (Optimized Power Reactor 1000)을 대상으로 하였다. 원자력발전소 OPR1000 의 구조도는 Fig.
원자로 건물은 포스트-텐션 콘크리트의 원통형 벽체와 반구형 돔구조물, 철근콘크리트의 내부구조물로 구성되어 있으며, 다른 구조물과 구조적으로 분리되어 있다. 원통형 벽체는 내부구조물과 각각 EL.
울진원자력발전소 부지의 등재해도 응답스펙트럼을 얻기 위하여 확률론적 지진재해도 연구를 참고 하였다 [7, 8]. 지진지체모델 전문가 4팀을 구성하여 2000년 이후 국내 원자력발전소의 확률론적 지진재해도 분석에 사용된 11개의 지진지체모델에 대한 각전문가 팀의 점수를 바탕으로 4개의 지진지체모델을 Fig. 1과 같이 선정하 였다. 각 지진지체모델에 대한 입력변수를 산정하기 위하여 9명의 국내 지진학 전문가 패널을 구성하였다.

이론/모형

감쇄식은 2000년 이후 국내에서 개발된 감쇄식 3개 Lee (2002); Jo and Park (2003); Yun et al. (2005)이 개발한 식을 활용하였으며 각 감쇄식은 Fig. 2에 나타내었다 [9-11]. 국내 지진 전문가 의견을 반영하여 각 감쇄식의 가중치는 US Nuclear Regulatory Commission.
본 연구에서는 SAP2000 유한요소 해석프로그램이 사용되었다. 원자력 발전소는 탄성설계를 수행하여 탄성요소를 활용하였으며, 각 건물의 모델은 집중질량-보요소 모델으로 작성을 하였다.
확률론적 지진재해도 평가는 울진원 자력발전소 부지에 대하여 수행 하였다. 울진원자력발전소 부지의 등재해도 응답스펙트럼을 얻기 위하여 확률론적 지진재해도 연구를 참고 하였다 [7, 8]. 지진지체모델 전문가 4팀을 구성하여 2000년 이후 국내 원자력발전소의 확률론적 지진재해도 분석에 사용된 11개의 지진지체모델에 대한 각전문가 팀의 점수를 바탕으로 4개의 지진지체모델을 Fig.

성능/효과

구조물의 및 기기의 한계성능 평가는 주어진 응답스펙트럼 형상을 기준으로 ZPA Level을 증가 시키며 한계성능 평가 수행이 가능하다. 2016년 및 2017년 국내에서 발생한 지진의 응답스펙트럼의 형상을 분석한 결과 원자력발전소의 설계스펙트럼인 NRC Regulatory Guide 1.60 설계스펙트럼 형상 보다 고진동수 영역에서 고진동수 성분이 큰 것으로 분석 되었다. 우리나라에서 가동중인 원자력발전소의 지진안전성 확보를 위해서는 이러한 지진동 특성을 반영한 지진안전성 평가가 이루어져야 한다.
본 연구에서는 국내 지진동 특성을 반영하고자 확률론적 지진 재해도 분석이 수행되었다. 그 결과 국내 지진동 특성은 NRC 의 Regulatory Guide 1.60의 설계응답스펙트럼 보다 고진동수 성분이 많은 것을 확인 할 수 있다. 다양한 위치의 SSCs에 적용 가능케 하기 위하여 원자력발전소 주요건물 4개에 대해 지진응답해석을 수행 하였다.

후속연구

하나는 정규화된 층응답스펙트럼을 포괄하는 응답스트럼 형상과 정규화된 층응답스펙트럼의 평균을 포괄하는 응답스펙트럼 형상을 제안하였다. 제안된 두 응답스펙트럼 형상은 고진동 수가 강한 국내지진동 특성을 반영하였으며, 다양한 위치에 설치된 구조물및 기기에 활용이 가능하다.
응답스펙트럼 형상 B는 상대적으로 응답스펙트럼 형상 A보다 비보수적이며 정규화된 층응답스펙트럼의 평균을 포괄한다. 제안한 두 응답스펙트럼 모두 국내 울진부지의 지진동 특성이 반영이 되었으며, 원자력발전소의 다양한 건물에 대해 작성된 층응답스펙트럼으로 부터 도출되어 다양한 위치의 구조물 및 기기의 한계성능 평가에 활용이 가능하다. 구조물의 및 기기의 한계성능 평가는 주어진 응답스펙트럼 형상을 기준으로 ZPA Level을 증가 시키며 한계성능 평가 수행이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	원자력 발전소의 내진성능을 평가하는 방법은 무엇인가?	우리나라에서 가동중인 원전의 지진안전성 확보를 위해서는 이러한 지진동 특성을 반영한 지진안전성 평가가 이루어져야 한다. 특히 최근 국내에서 가동중인 원자력 발전소의 내진성능은 확률론적 방법에 근거한 지진취약도로부터 산출된 HCLPF (HCLPF: High Confidence of Low Probability of Failure)를기준으로 평가하고 있으며 지진취약도 평가 시 국내 지진특성이 반영된 지진동을 사용하는 것이 합리적인 내진성능 평가의 기본이라고 할 수 있다.
	구조물 및 기기의 내진성능 평가란 무엇인가?	구조물 및 기기의 내진성능 평가 즉, 한계성능 평가는 구조물 및 기기의 위치에서의 층응답스펙트럼 형상 혹은 일반화 된 응답스펙트럼 형상을 기준으로 ZPA (영주기가속도)를 증가하며 진동대 시험을 수행하여 한계성 능을 평가한다. 또한 한계성능 시험을 위한 응답스펙트럼의 형상은 국내 지진동 특성을 반영 하여야 한다.
	다양한 위치의 구조물 및 기기의 한계성능 평가를 위한 응답스펙트럼 형상은?	정규화된 층응답스펙트럼을 바탕으로 한계성능 평가에 활용이 가능한 응답스펙트럼 형상 A와 형상 B 2개를 제안하였다. 하나는 정규화된 층응답스펙트럼을 포괄하는 응답스트럼 형상과 정규화된 층응답스펙트럼의 평균을 포괄하는 응답스펙트럼 형상을 제안하였다. 제안된 두 응답스펙트럼 형상은 고진동 수가 강한 국내지진동 특성을 반영하였으며, 다양한 위치에 설치된 구조물및 기기에 활용이 가능하다.

참고문헌 (14)

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Yun KH, Park DH, Choi WH, Chang CJ, Lee DS. Development of site-specific ground-motion attenuation relations for Nuclear Power Plant sites and study on their characteristics. In EESK fall workshop. c2005. p. 23-24.
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US Nuclear Regulatory Commission. P-CARES: Probabilistic Computer Analysis for Rapid Evaluation. NUREG/CR-6922. c2007. 158p.
Jacekorea. Seismic Fragility and Analysis of Hanul Nuclear Power Plant. Report. Korea. c2015.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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