[논문]지진 데이터 생성 및 격납건물 시간이력 해석

배용귀; 이성로

지진 데이터 생성 및 격납건물 시간이력 해석
Generation of Simulated Earthquakes and Time-history Dynamic Analysis of Containment Building 원문보기

배용귀 (목포대학교 토목대학원) , 이성로 (목포대학교 토목공학과)

In the seismic response analysis, the artificial earthquake time history is generated to do the exact seismic analysis for the complex structural system like as containment building. In the present study the several simulated earthquakes are generated by use of SIMQKE program and the time history dynamic analysis of containment building is performed. Also, the seismic responses are statistically analyzed. The seismic response uncertainty arisen from the simulation of earthquakes is one of major uncertainties and the statistical description is needed to account for the random nature of earthquake.

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문제 정의

본 연구에서는 SIMQKE(2)를 사용하여 가속도 시간 이력을 생성하고, 시간 이력의 형상과 특성에 따른 격납건물의 동적 해석 결과를 비교 검토하였다. 또한, 같은 설계 응답 스펙트럼에 상응하는 가속도 시간 이력에서의 지진 응답의 통계적 특성을 분석하였다.

제안 방법

5% 감쇠의 설계 응답 스펙트럼에 상응하는 20개의 인공지진 시간 이력을 생성하고 각각의 지진 하 중에 대한 시간 영역해석을 수행하였다. 인공지진 시간 이력의 강도 형상은 강진시간 10초, 지속시간 32초인 사다리 형태이다.
설계 응답 스펙트럼과 일치하는 가속도 시간 이력은 격납건물의 내진설계 또는 내진 안전성 평가를 수행하는데 이용할 수 있다. SIMQKE를 이용한 인공지진 시간 이력은 입력자료에 따라 각기 다른 형 상으로 생성되는데, 여기에서는 구조 계의 감쇠 값에 따른 설계 응답 스펙트럼, 강도 형상, 강진 및 지진 지속기간에 따라 각각 상이한 시간 이력을 얻은 후 이를 이용하여 동적 해석을 수행하였다. 미국 원자력규제위원회에서는 철근콘크리트 격납건 물 및 프리스트레스트 콘크리트 격납건물의 내진설 계시 감쇠비를 조작기준지진(OBE) 와 설계기준지진으로 구분하여 제시하고 있다(4) RC 격납건물의 경우 설계기 준 지진에서 7%의 감쇠비를, PS 격납건물의 경우 5%의 감쇠비를 제시하고 있다.
본 연구에서는 SIMQKE(2)를 사용하여 가속도 시간 이력을 생성하고, 시간 이력의 형상과 특성에 따른 격납건물의 동적 해석 결과를 비교 검토하였다. 또한, 같은 설계 응답 스펙트럼에 상응하는 가속도 시간 이력에서의 지진 응답의 통계적 특성을 분석하였다.

데이터처리

이와 더불어 유한한 지진기록과 시간 이력 생성 시의 제한된 설계변수로 지진하중의 불확실성을 충분히 고려하기 어려움이 있다. 동일한 설계 응답 스펙트럼을 가지는 설계가속도 시간 이력에 의한 지진 응답이 서로 차이가 많이 날 수 있으며, 이러한 응답의 특성을 생성된 인공지진 시간 이력에 대한 동적 해석 결과에 의해 통계적으로 분석하였다
범용구조해석프로그램 SAP2000⑸을 사용하여 시간 이력 해석을 하였다. 동적 해석에서 고려한 구조물은 원통형 벽체와 반구형 돔으로 구성되어 있는 콘크리트 격납건물로 그림 5와 같다.

성능/효과

설계자가 인공적으로 설계 가속도시간 이력을 만들고자 할 때, 강도형상이나 지진 시간에 비해 구조계의 감쇠비에 따라 설계된 기본 웅답스펙트럼이 해석 결과에 가장 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 았다. 따라서 적절한 가속도시간 이력을 만들기 위해서는 적용될 구조물의 감쇠비를 형상, 재료, 사용 목적 등을 고려하여 합리적으로 도출해내는 것이 최우선의 과제이며, 그 이후 설계 목적에 따라 강도형상 및 지진시간을 결정하는 것이 바람직하다.
그림 6과 표 2는 각각 생성된 20개의 인공지진에 대한 해석 결과를 변위 및 영위 통과율에 대하여 나타낸 것이다. 응답의 분산계수는 2% 감쇠비에 대한 해석 결과가 5% 및 10%의 감쇠비에 대한 해석 결과에 비해 2.56배 정도 크게 나타나고 있고, 영위 통과율은 감쇠비가 증가할수록 분 산계 수가 증가하고 있다.
지금까지 인공지진 시간 이력을 생성하는데 있어서 대표적인 몇 가지 변수들의 변화에 의해 지진의 형상 및 동적 해석 결과가 다르게 나타나는 것을 보았다. 특히 지진 응답에 대한 감쇠비의 영향이 크게 나타나고 있다.

후속연구

따라서 적절한 가속도시간 이력을 만들기 위해서는 적용될 구조물의 감쇠비를 형상, 재료, 사용 목적 등을 고려하여 합리적으로 도출해내는 것이 최우선의 과제이며, 그 이후 설계 목적에 따라 강도형상 및 지진시간을 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 동일한 진도를 가지는 지진 이력에 대해서 구조물의 응답이 변동성을 가지고 있으므로 지진웅답에 대한 통계적 분석과 확률론적 해석이 요구된다, 본 연구에서는 SAP2000 프로그램을 이용한 선형 해석을 수행하여 해석 결과에 대한 비교내용은 선형 거동에 제한되며, 구조물의 거동이 선형에서 비선형 영역으로 이동하면 해석 결과가 다를 수 있다. 특히 감쇠비는 재료의 항복 등 비선형성의 영향을 많이 받으므로 향후 비선형 구조 해석에 의한 비교와 분석이 필요하다.
또한, 동일한 진도를 가지는 지진 이력에 대해서 구조물의 응답이 변동성을 가지고 있으므로 지진웅답에 대한 통계적 분석과 확률론적 해석이 요구된다, 본 연구에서는 SAP2000 프로그램을 이용한 선형 해석을 수행하여 해석 결과에 대한 비교내용은 선형 거동에 제한되며, 구조물의 거동이 선형에서 비선형 영역으로 이동하면 해석 결과가 다를 수 있다. 특히 감쇠비는 재료의 항복 등 비선형성의 영향을 많이 받으므로 향후 비선형 구조 해석에 의한 비교와 분석이 필요하다.

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