본 연구의 목적은 원자로 1400(APR 1400) 원자력 발전소(NPP)의 원자로 격납건물(RCB) 내진성능에 대해 상이한 수치모델과 지진 주파수 성분의 영향을 평가하는 것이다. 집중 질량 막대 모델(lumped-mass stick model, LMSM)과 3차원 유한요소모델(threedimensional finite element model, 3D FEM)의 두 가지 수치 모델이 시간이력해석을 수행하기 위해 개발되었다. LMSM은 기존의 집중 질량 보-요소를 사용하여 SAP2000으로 구성하였으며, 3D FEM은 각기둥 입체-요소를 사용하여 ANSYS로 작성되었다. 저주파수 및 고주파수 성분을 고려한 두 그룹의 지진파를 시간이력해석에 적용하였다. 저주파수 지진파의 응답스펙트럼을 NRC 1.60의 설계 스펙트럼과 일치되도록 조정하여 작성하였으며, 고주파수 지진파는 10Hz ~ 100Hz의 고주파수 범위를 갖도록 생성하였다. RCB의 지진응 답은 다양한 높이에서 층응답스펙트럼으로 검토하였다. 수치해석 결과, 저주파수 지진에 의한 구조물의 FRS 결과는 두 수치 모델에 서 매우 유사한 결과를 보였다. 하지만, 고주파수 지진에 의한 LMSM의 FRS 결과는 고차 고유 주파수 영역에서 3D FEM과 큰 차이를 보였으며, RCB의 낮은 높이에서 명확한 차이를 보였다. 3D FEM이 정확한 구조물의 응답을 나타내는 것으로 가정한다면, RCB의 LMSM은 고주파수 지진에 의한 FRS 결과의 고차 고유 주파수 영역에서 일정 수준의 불일치성을 내포하고 있다.

The Korean peninsula has known as a minor-to-moderate seismic region. However, some recent studies had shown that the maximum possible earthquake magnitude in the region is approximately 6.3-6.5. Therefore, a seismic vulnerability assessment of the existing infrastructures considering ground motions in Korea is necessary. In this study, we developed seismic fragility curves for a continuous steel box girder bridge and two typical transmission towers, in which a set of seven artificial and natural ground motions recorded in South Korea is used. A finite element simulation framework, OpenSees, is utilized to perform nonlinear time history analyses of the bridge and a commercial software, SAP2000, is used to perform time history analyses of the transmission towers. The fragility curves based on Korean ground motions were then compared with the fragility curves generated using worldwide ground motions to evaluate the effect of the two ground motion groups on the seismic fragility curves of the structures. The results show that both non-isolated and base-isolated bridges are less vulnerable to the Korean ground motions than to worldwide earthquakes. Similarly to the bridge case, the transmission towers are safer during Korean motions than that under worldwide earthquakes in terms of fragility functions.

대표적인 라이프라인 시설물인 송전철탑은 내풍설계를 통해 부재단면의 크기를 결정해 왔으며, 일반적으로 풍하중이 지진하중의 영향을 초과하는 경향을 보였다. 이러한 이유로 국내 송전철탑에 대한 지진하중의 영향평가가 이루어지지 않고 있지만, 전력수요의 증가로 고용량 송전의 증가에 따라 송전철탑의 규모가 커지고, 중요도 또한 높아졌다. 본 연구에서는 송전철탑의 지진취약도를 분석하였다. 국내에서 운용 중인 송전철탑의 중요도 및사용성을 고려하여 154kV, 345kV, 765kV 용량의 송전철탑을 분석하여 이 중 4가지 단면형상을 대표단면으로 선정하였다. SAP2000을 이용하여 송전철탑의 구조해석모델을 3D로 구성하였고, 취약도 함수를 도출하기 위한 시간이력해석을 수행하였다. 해석에 사용된 지반가속도 시간이력은 해외 역사지진에서 계측된 실측지진파 20개를 선정하여 사용하였다. 각각의 지진파는 직교하는 두 방향의 수평성분과 수직성분을 모두 고려하여 해석하였다. 지진취약도의 개발을 위한 송전철탑의 한계상태는 철탑을 구성하는 개별 부재의 탄성좌굴응력과 항복응력으로 정의하였고, 지반가속도 시간이력의 가속도크기를 조정하여 다양한 최대지반가속도에 대한 시간이력해석을 수행하였다. 특정한 최대지반가속도별로 한계상태를 초과하거나 초과하지 않은 경우를 취합한 후, 최우도추정법을 통해 지진취약도 곡선을 도출하였다. 송전철탑의 지진영향 평가로부터 송전철탑은 지진하중에 의한 구조물의 국부적인 손상이 먼저 발생하며, 탄성좌굴에 의한 손상은 0.3g부터, 부재의 항복응력에 대한 손상은 0.6g의 지진가속도부터 나타났다. 운용처별로 단면 형상 및 규모, 목적이 다른 송전철탑의 지진하중에 대한 거동을 정량화 할 수는 없으나 규모와 단면 형상에 따른 구조물의 손상거동과 손상확률을 파악할 수 있다. 따라서 송전철탑의 지진취약도 분석은 라이프라인 중 전력시설물의 안전성 및 효율적 관리의 기초자료로 활용될 수 있다.

최근 일본, 중국 등 주변 국가에서 대규모 지진발생에 따른 라이프라인 시설의 피해로 2차재해가 발생함에 따라 라이프라인 시설의 취약도 및 피해 예측기술 개발을 통해 대규모 지진재난에 대한 피해저감기술 확보가 절실히 요구 되고 있다. 일반적으로 송전철탑은 풍하중설계를 통해 부재단면의 크기를 결정해 왔으며, 풍하중 설계된 송전철탑에 대해 지진하중의 영향을 검토한 결과로부터 이를 입증한 바 있다. 이러한 이유로 국내 송전철탑에 대한 지진하중의 영향평가가 이루어지지 않고 있으며, 내진설계 또한 수행되지 않고 있다. 하지만 전력수요의 증가로 더 효율적인 고용량 송전의 증가에 따라 송전철탑의 규모가 커지고, 중요도 또한 높아졌다. 본 연구에서는 전력시설 중 송전선로의 가공선 지지물인 송전철탑의 지진취약도를 분석하였다. 국내에서 운용중인 송전철탑의 중요도 및 사용성을 고려하여 345kV용량의 송전철탑 중 가장 많이 사용되는 표준각도 철탑에서 두가지 단면형상을 대표단면으로 선정하였다. 강진지역에서 계측된 실측지진파 8개를 이용하여 선형 시간이력해석을 각각 수행하였다. 각각의 지진파는 일반적인 내진설계 기준에 부합되는 PGA값을 포함하여 다양한 PGA가 3축으로 적용되었다. 시간이력해석을 통한 송전철탑의 지진영향평가 결과는 좌굴응력과 항복응력 두 한계상태로 정의하였고, 최우도추정법을 사용하여 지진취약도곡선을 도출하였다. 따라서 송전철탑의 지진취약도 분석은 라이프라인 중 전력시설물의 안전성 및 효율적 관리의 기초자료로 활용될 수 있다.

국내 교량에 대한 내진설계기준에서는 곡선교 및 비정형성 교량에 대한 상세한 언급이 되어 있지 않다. 곡선교는 곡선반경이 어느 정도 작아지면 직교와는 다른 진동특성을 보이며, 같은 해석모델의 작성방법 또는 지진력의 작용방향에 따라 지진하중에 대한 교량거동의 차이를 보인다. 본 논문에서는 다양한 기하형상을 포함하는 비정형성과 SRC 교각 특성을 갖는 교량의 지진취약도를 해석하였다. 교량 전체 구간 중 램프 및 곡률이 비교적 작아 비정형성이 큰 구간을 해석단면으로 선정하였으며, 구조해석방법으로는 구조해석 프로그램을 이용한 비선형 시간이력해석을 수행하였다. 시간이력해석에 필요한 지진파는 강진지역에서 계측된 실측지진파 30개를 사용하였으며, 수직성분을 포함한 3축방향을 고려하였다. SRC교각의 경우 단면해석을 통해 비선형 단면모델(모멘트-곡률모델)을 구성함으로써 교량전체 모델링을 단순화 하는 작업을 통해 반복적인 비선형 시간이력 해석과정에 소요되는 시간적 효율을 높였다. 비선형 시간이력 해석을 통해 본 교량의 지진영향평가 결과로 부터 ductility ratio를 활용하여 구조물의 손상상태를 정의하였고, 손상단계별 지진취약도 곡선으로 도출하기 위해 최우도추정법을 활용하였다.