In this paper, we study the existing results of the structure-soil-structure interaction (SSSI) effect on seismic responses of structures and summarize important parameters. The parameters considered in this study are a combination of buildings in the power block of a nuclear power plant, the characteristics of earthquake ground motions and its direction, and the characteristics embedded under the ground. Based on these parameters, the seismic analysis model of the structures in the power block of the nuclear power plant is developed and the structure-soil-structure interaction analyses are performed to analyze the influence of the parameters on the seismic response. For all analyses, the soil-structure interaction (SSI) analysis program CNU-KIESSI, which was developed to enable large-sized seismic analysis, is used. In addition, the SSI analyses is performed on individual structures and the results are compared with the SSSI analysis results. Finally, the influence of the parameters on the seismic response of the structure due to the SSSI effect is reviewed through comparison of the analysis results.

이 연구에서는 p-version 동적무한요소법을 도입함으로써 FE-IE 기법에 기반한 KIESSI-3D 프로그램의 속도향상에 역점 을 두었다. KIESSI-3D의 성능을 평가하기 위해 8가지 실규모 SSI 문제에 대한 수치해석을 수행하였다. 이를 위해 근역지반 모델의 반경( r0 )이 구조물기초 반경(R)의 1.2배, 1.5배, 3.0배인 KIESSI-3D 해석모델을 고려하였다. 또한 SASSI2010 프로그 램을 이용한 SSI 해석을 수행하였으며, 이 결과를 KIESI-3D에 의한 결과와 정확성 및 계산속도를 비교하였다. 수치해석 결 과, 인 KIESI-3D 모델을 사용하면 정확한 해석을 수행할 수 있음을 알 수 있었다. 계산속도 측면을 보면, 새로운 KIESSI-3D의 해석속도는 기존 KIESSI-3D에 비해 최대 25배 빠른 것으로 나타났다.

The nuclear accident due to the recent earthquake in Japan has triggered awareness of the importance of safety with regard to nuclear power plants (NPPs). An earthquake is one of the most important parameters which governs the safety of NPPs among external events. Application of a base isolation system for NPPs can reduce the risk for earthquakes. At present, a soil-structure interaction (SSI) analysis is essential in the seismic design of NPPs in consideration of the ground structure interaction. In the seismic analysis of the base-isolated NPP, it is restrictive to consider the nonlinear properties of seismic isolation devices due to the linear analysis of the SSI analysis programs, such as SASSI. Thus, in this study, SSI analyses are performed using an iterative approach considering the material nonlinearity of the isolators. By performing the SSI analysis using an iterative approach, the nonlinear properties of isolators can be considered. The difference between the SSI analysis results without iteration and SSI with iteration using SASSI is noticeable. The results of the SSI analysis using an effective linear (non-iterative) approach underestimate the spectral acceleration because the effective linear model cannot consider the nonlinear properties of isolators. The results of the SSI analysis show that the horizontal response of the base-isolated NPP is significantly reduced.

단단한 암반이 아닌 지반에 건설된 구조물의 지진응답을 정확하게 평가하기 위해서는 지반-구조물 상호작용(SSI)의 영향을 고려하여야 한다. 최근에는 USNRC SRP 3.7.2와 같은 원전설계분야의 규제지침 강화로 인해 SSI 해석의 필요성이 증가되고 있다. 이 연구에서는 대형 3차원 SSI 해석에 KIESSI-3D 프로그램을 사용한 사례를 제시하고 해석시간 및 정확성에 대한 토의를 하였다. 이를 위하여 대형 3차원 구조물 예제에 대한 SSI 해석을 수행하고 해석결과와 해석시간을 ACS/SASSI 프로그램과 비교하였다. 비교결과 KIESSI-3D 프로그램과 ACS/SASSI 프로그램에 의해 구한 구조응답의 전달함수가 거의 동일함을 보여 KIESSI-3D 프로그램의 정확성을 확인할 수 있었다. 아울러 해석시간 측면에서는 다중 쓰레드를 사용한 KIESSI-3D 프로그램(8개 쓰레드)이 단일 쓰레드를 사용한 ACS/SASSI 프로그램 보다 약 30배～2000배 빠른 성능을 보였다.

본 연구에서는 지반-구조물 상호작용을 고려한3차원 지반-구조계의 지진응답 해석을 수행하고 그 기법의 적용성과 타당성을 검토한다. 이를 위해 구조물과 구조물 주변의 근역지반을3차원 유한요소로서 모델링하고 원역지반에 대해서는 기 개발한 3차원 동적 무한요소를 적용한다. 모든 입사 성분P, SV 그리고 SH파가 고려되었을 때, 등가 지진하중은 무한요소에 의해 구해진 무한 지반의 동적 강성과 자유장 해석을 통해 구해진 지반의 응력과 변위응답을 이용하여 구해진다. 검증 및 적용 예제는 적층 자유장의 지반응답해석과 전형적 원자로 격납건물의 지반-구조물 상호작용을 고려한 층응답 스펙트럼을 구하는 것으로 하였다. 해석 결과는 다른 기법에 의해 구해진 값들과 비교하였으며, 본 기법의 정확성과 정밀성을 확인할 수 있다.

본 논문은 다중 적층지반상의 지반-구조물 상호작용 해석을 위한 3차원 무한요소를 소개한다. 본 무한요소는 Cartesian 좌표계에서 정식화되었으며, 수평, 수평모서리, 수직, 수직 모서리 그리고 수평 수직 모서리 무한요소로서 총 5개의 무한요소로서 구성된다 적용한 형상함수 내부의 파동함수들은 적층지반의 파동문제를 효과적으로 모사하며 다중파동성분을 포함하고 있다. 본 요소의 성능을 검증하기 위하여 주파수영역에서 여러 가지 예제해석을 수행하였다. 균질 및 적층지반상 강체기초와 묻힌 케이슨 기초의 무차원 동적 거동(compliance & impedance)을 구하였으며, 기연구자들의 값과 비교 검토하였다.

This paper addresses simplified method for nonlinear soil–structure interactions (SSI) analysis of base-isolated nuclear power plant (NPP) structure under incident seismic waves. The accuracy and applicability of the method are evaluated by comparing with nonlinear time history responses obtained by the boundary reaction method (BRM).

This paper addresses simplified method for nonlinear soil–structure interactions (SSI) analysis of base-isolated nuclear power plant (NPP) structure under incident seismic waves. The accuracy and applicability of the method are evaluated by comparing with nonlinear time history responses obtained by the boundary reaction method (BRM).