[논문]열화를 고려한 원자력발전소 철근콘크리트 보의 지진 취약도 해석

이명규; 김문수; 정연석; 김인수; 고성기

열화를 고려한 원자력발전소 철근콘크리트 보의 지진 취약도 해석
Seismic Fragility Analysis of Deteriorated Reinforced Concrete Beams in Nuclear Power Plants 원문보기

이명규 (전주대학교 토목환경도시공학과) , 김문수 (한국원자력 안전기술원) , 정연석 (한국원자력 안전기술원) , 김인수 (고려개발주식회사) , 고성기 (전주대학교 토목환경도시공학과 대학원)

The seismic fragility analyses of reinforced concrete propelled beam are performed to evaluate safety margin. The models were simulated by Latin Hyper-Cube (LHC) method considering various aging-related deterioration of RC beam. Fragility curves under various condition subjected to static load are compared. It is found that the 20$\%$ loss of top and bottom steel 15$\%$ lower than the undegraded beam in the ultimate strength. Seismic fragility analyses were performed to find out the effect of aging-related deterioration on the dynamic behaviour of RC beam.

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문제 정의

신규원자력 발전소 건설이 어려워짐에 따라 기존의 가동 원전의 운전 연장요구가 있는 경우에는 모든 하중조건하에서 현재의 면허취득기준(current licensing basis : CLB)을 만족하는 가를 판단하기 위해서는 구조물의 경년열화 영향을 잘 이해하고 평가해야한다. 이러한 필요성에 의해 본 논문에서는 원 자력 발전소의 철근 콘크리트 보 구조물의 열화에 따른 하중 저항 특성의 변화를 정적하중과 지진하 중에 대한 취약도 분석을 통하여 살펴보았다.

제안 방법

이들 계산 과 유한요소해석 결과들을 비초과확률 5%와 95% 사이에 순서대로 정렬하여 평균 위치에 도시하였다. 계산 및 해석결과로부터 대수정규분포를 이용하여 취약도 변수 "Zr과 Be를 결정하였다.
LHC sampling에 의해 얻어진 주정치들은 편향되어 있지 않으며, 추정치들의 표준오차는 동일한 수의 표본에 대한 대부분 다른 방법에 비하여 가장 작다. LHC 표본추출법은 본 연구에서 각각 추출된 구조물의 하중-변형 곡선 및 취약도를 결정 하기 위해 유한요소 프로그램과 결합되었다. 각 취약도 곡선은 19개 구조물의 해석에 기초하였으며, 이 경우 재료강도, 치수, 모델링 오차 등은 표L 및 위에서 언급한 사항들과 동일하도록 생성하였다.
LHC 표본추출법은 본 연구에서 각각 추출된 구조물의 하중-변형 곡선 및 취약도를 결정 하기 위해 유한요소 프로그램과 결합되었다. 각 취약도 곡선은 19개 구조물의 해석에 기초하였으며, 이 경우 재료강도, 치수, 모델링 오차 등은 표L 및 위에서 언급한 사항들과 동일하도록 생성하였다. 19개의 샘플수는 계산과 해석을 위해 주어진 시간과 노력을 고려한 실용적인 상한 값이다.
구조물의 단면 재료 특성값과 철근의 유효깊이, 피복 손실 등의 구조적 특성에 대하여 각각 19개의 모델을 생성하고, 정적 파괴하중을 해석적 인식을 이용하여 구하고, 취약도 곡선을 계산하였다. 보구조물에 대한 계산 결과 열화가 발생하는 경우 취약도 곡선이 좌측으로 이동하여 파괴하 중이 감소하는 결과을 보였다.
등분포하중이 작용하는 경우에 소성해석을 통한 해석적인 식을 이용하여 19개의 샘플 에 대한 극한 하중을 구하여 취약도 곡선을 구하였다.
2g로 알려진 울진3, 4호기의 수 직방향의 .지진이력(그림 4참조)을 입력값으로 사용하여 지진하중에 대한 취약도를 수치적으로 검토 하였다. 해석은 정적하중에 대한 취약도를 산정하기 위하여 LHC 샘플링에 의해 구해진 19개의 다른 단면 및 재료 특성을 갖는 가상 구조물에 대하여 비선형 동적해석을 수행하였다.
해석은 정적하중에 대한 취약도를 산정하기 위하여 LHC 샘플링에 의해 구해진 19개의 다른 단면 및 재료 특성을 갖는 가상 구조물에 대하여 비선형 동적해석을 수행하였다. 해석모델에서는 건전 한 경우와 상하덮개가 열화되고 철근 단면적이 20% 손상된 경우에 대하여 동적해석을 수행하여 취약 도 곡선을 구하여 비교하였다. 다음 그림 5는 건전한 구조물에 대한 취약도 곡선으로 가로축은 구조물 지점에서의 지진 가속도(단위 g=9.
지진이력(그림 4참조)을 입력값으로 사용하여 지진하중에 대한 취약도를 수치적으로 검토 하였다. 해석은 정적하중에 대한 취약도를 산정하기 위하여 LHC 샘플링에 의해 구해진 19개의 다른 단면 및 재료 특성을 갖는 가상 구조물에 대하여 비선형 동적해석을 수행하였다. 해석모델에서는 건전 한 경우와 상하덮개가 열화되고 철근 단면적이 20% 손상된 경우에 대하여 동적해석을 수행하여 취약 도 곡선을 구하여 비교하였다.

데이터처리

19개의 샘플수는 계산과 해석을 위해 주어진 시간과 노력을 고려한 실용적인 상한 값이다. 이들 계산 과 유한요소해석 결과들을 비초과확률 5%와 95% 사이에 순서대로 정렬하여 평균 위치에 도시하였다. 계산 및 해석결과로부터 대수정규분포를 이용하여 취약도 변수 "Zr과 Be를 결정하였다.

성능/효과

구조물의 단면 재료 특성값과 철근의 유효깊이, 피복 손실 등의 구조적 특성에 대하여 각각 19개의 모델을 생성하고, 정적 파괴하중을 해석적 인식을 이용하여 구하고, 취약도 곡선을 계산하였다. 보구조물에 대한 계산 결과 열화가 발생하는 경우 취약도 곡선이 좌측으로 이동하여 파괴하 중이 감소하는 결과을 보였다. 수직 방향의 지진 하중에 대한 취약도 곡선에서 열화된 경우가 건전한 경우의 72% 수준 (3.

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