납-고무 받침에 의해 면진된 원전 구조물의 지진 취약도 해석 :Seismic Fragility Analysis of Seismically Isolated NPP Containment Structures With Lead-Rubber Bearings

이진희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이진희 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 송종걸

발행연도: 2014

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

납-고무 받침에 의해 면진된 원전 구조물의 지진 취약도 해석

이진희 土木工學科 2014.01 학위논문

납-고무받침에 의해 면진된 원전 격납구조물의 다중단계해석

이진희 , 송종걸 , 이은행 한국지진공학회 논문집 2014.01 학술저널

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본 연구에서는 납-고무 받침(LRB, Lead Rubber Bearings)에 의해 면진된 원전 구조물의 지진해석 및 지진취약도를 분석하고자 한다. 면진장치인 납-고무 받침(LRB)은 현재 구조물의 내진성능을 향상시키는데 가장 효과적인 장치 중 하나이다. 일반적으로 원전 구조물은 지반-구조물 상호작용 효과를 반영하여 내진설계를 수행한다. 원전 구조물은 지진에 대한 안전성을 충분히 확보하도록 설계하기 때문에 일반적으로 탄성거동을 한다. 그러므로 선형해석이 가능한 진동수영역해석방법을 이용하여 해석을 수행하게 된다. 그러나 면진장치는 비선형 거동특성이 강하기 때문에 면진장치를 등가선형모델로 전환하여 적용해야 한다. 따라서 본 연구에서는 면진장치를 등가선형모델과 비선형모델로 나누어 모델링하고 지진해석을 수행하여 비교분석하였다.
또한 두 모델의 면진장치를 적용한 원전 구조물의 지진취약도 해석을 수행하였다. 지진취약도 해석은 구조물의 취약도 곡선으로 표현되며, 구조물의 손상 확률을 확인할 수 있다. 면진된 원전 구조물의 경우에는 지진에 대한 충분한 안전성을 가진 원전 구조물보다는 면진장치의 전단변형률에 의한 파괴가 일어날 것으로 예측된다. 따라서 본 연구에서는 면진된 원전 구조물의 응답이력해석을 수행하고 면진장치의 전단변형률을 이용하여 해당 구조물의 지진취약도를 분석한다. 지진 취약도 곡선 평가를 위해 Shinozuka의 제안식(2001)을 사용하여, 비교 분석하였다.
본 논문에서는 응답이력해석을 수행하였을 때, 단단한 지반보다 연약지반에서 응답이 더 크게 발생하는 것을 확인했다. 특히 등가선형모델이 비선형모델에 비하여 대체로 변위나 가속도응답 모두 크게 나타났다. 또한 지진취약도 해석결과, 등가선형모델이 비선형모델에 비하여 지진에 더 취약한 것으로 나타났다.
따라서 등가선형모델이 비선형모델에 비하여 과다설계를 유발할 수 있으며, 미국 원자력규제위원회(U.S. Nuclear Regulatory Commission, NUREG)에서 제안한 다중단계해석(Multi-step analysis)의 등가선형모델의 방법보다 개선된 방법이 필요하다.

Lead rubber bearing (LRB) applied to seismic isolation system are currently one of the most effective devices to improve seismic performance of the structures. Seismic design process of the nuclear power plant (NPP) structure should be includes soil-structure interaction effect. In order to secure sufficient safety against design earthquakes, NPP structures are designed to have the elastic behavior. In general, in order to reflect soil-structure interaction effect, frequency domain analysis has been standard practice for design of non-isolated NPP structures by convention. Frequency domain analysis is suitable for seismically isolated NPP structures equipped with low damping rubber (LDR) bearing, which can generally be modeled with linear visco-elastic elements. However, LRB with nonlinear behavior characteristics should be converted to equivalent linear model in frequency domain analysis.
In order to evaluate accuracy of equivalent linear model, seismic evaluation and seismic fragility analysis of NPP structures equipped with lead rubber bearing (LRB) modeled by equivalent linear model are compared with those by nonlinear (or bilinear) model. Shinozuka’s suggestion formula (2001) is used to evaluate seismic fragility curves. Damage state is defined as function of shear strain level of LRB.
From the results of response history analysis using different site ground motions, it can be observed that the response of NPP structure subjected to earthquakes recorded in soft soil sites is larger than those of rock or stiff soil sites. Especially, displacement and acceleration responses at the top of NPP containment structures equipped with LRB of equivalent linear model are larger than those with LRB of the nonlinear model. From the seismic fragility analysis, it can be also observed that seismic failure probability of isolated NPP structures using the equivalent linear LRB model is larger than those using the nonlinear LRB model.
Therefore, application of the equivalent linear model to seismic isolation system may cause larger seismic response than that of nonlinear model. Therefore, it is necessary further study to improve the equivalent linear model.

#지진 취약도 #납-고무 받침 #원전 구조물 #면진 #LRB #등가선형

제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 4
1.2.1 국내의 연구동향 5
1.3 연구 방법 및 논문구성 7
제 2 장 지진취약도 곡선의 이론적 배경 9
2.1 개요 9
2.2 지진취약도 곡선 9
2.2.1 경험적 분석에 의한 지진취약도 곡선 9
2.2.2 수치해석에 의한 지진취약도 곡선 10
2.3 손상상태 정의 방법 15
제 3 장 면진 원전 구조물의 모델링 및 사용프로그램 16
3.1 개요 16
3.2 면진된 원전 구조물의 모델링 17
3.3 면진장치의 설계 19
3.3.1 비선형모델 20
3.3.2 등가선형모델 22
3.3.3 등가선형해석의 반복과정 23
제 4 장 해석에 사용된 지진하중 24
4.1 인공파 24
4.2 인공파를 이용한 등가선형·비선형모델의 지진응답비교 28
4.3 실제지진가속도 32
4.4 실제지진가속도를 이용한 등가선형·비선형모델 지진응답비교 44
제 5 장 지진취약도 곡선을 이용한 내진성능평가 62
5.1 개요 62
5.2 파괴기준 선정 63
5.3 실제지진가속도를 이용한 지진취약도 분석결과 64
제 6 장 결론 70
참고문헌 72
부록 77

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