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.

지진시 사회 인프라시설물의 피해는 시설물 자체의 피해보다 사회 전반에 걸친 2차 피해를 야기한다. 그 중, 지하 공동구 구조물은 통신, 가스, 전기 등 사회의 라이프라인에 해당하여 지진에 대한 취약성을 정확히 평가하여야 할 필요가 있다. 따 라서, 본 연구에서는 지하 공동구의 지진 발생 지반가속도에 따른 파괴가능성을 평가하였다. 평가를 위한 입력지반운동은 해 외 실측 지진데이터와 한반도에서 발생가능한 인공지진파를 차용하였으며, 지진해석 방법은 응답변위법과 시간이력해석법 을 사용하였다. 파괴여부를 판별하는 한계상태는 휨모멘트와 전단 파괴를 바탕으로 하였다. 취약도 함수 도출을 위한 방법은 최우도법이 사용되었으며, 그 분포함수는 대수정규분포로 가정하였다. 이는 지진시 지하 공동구 시설물의 피해 평가는 물론 지하 공동구 시설물의 내진설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있다.

Observations of the damages to high-rise reinforced concrete (RC) wall building structures caused by by recent earthquakes in Chile (Mw 8.8, February 2010) and New Zealand (February 2011, ML 6.3) have generally exceeded expectations. Firstly, this study estimated the seismic damage levels of 15-story RC box-type wall building structures using the analytical models calibrated by the results of a shaking table test on a 1:5 scale 10-story RC box-type wall building model. Then, the seismic fragility analysis of the prototype model was conducted by using the SAC/FEMA method and the incremental dynamic analysis (IDA). To compensate for the uncertainties and variability of ground motion and its impacts on the prototype model, in the SAC/FEMA method, a total of 61 ground motion records were selected from 20 earthquakes, with a magnitude ranging from 5.9 to 8.8 and an epicentral distance ranging from 5 to 105km. In the IDA, a total of 11 ground motion records were used based on the uniform hazard response spectrum representing a return period of 2,475 years. As a result, the probabilities that the limits of the serviceability, damage control, and collapse prevention would be exceeded were as follows: from the SAC/FEMA method: 79%, 0.3%, and 0%, respectively; and from the IDA: 57%, 1.7%, and 0%, respectively.

If scour is occurred at shallow foundation of bridge, seismic performance of the bridge will be reduced. In order to evaluate accurate seismic response of bridge according to scour depths, modeling of foundation reflecting scour effect is important. In this study, taking into account the effect of the reduction in embedment depth of the shallow foundation by scouring, the soil around the foundation is modelled as an equivalent soil spring with various stiffness. Seismic fragility analyses for 3 types of bridges subjected to 4 types of ground motions classified into Site Class A, B, C, D are evaluated according to several scour depths. From the fragility analysis results, it can be observed that the deeper the scour depth, the higher probability of exceeding damage states. Also, seismic failure probability of asymmetric bridge is higher than that of symmetric bridge.

In order to increase seismic performance of nuclear power plant (NPP) in strong seismic zone, lead-rubber bearing (LRB) can be applied to seismic isolation system of NPP structures. Simple equivalent linear model as structural analysis model of LRB is more widely used in initial design process of LRB than a bilinear model. Seismic responses for seismically isolated NPP containment structures subjected to earthquakes categorized into 5 different soil-site classes are calculated by both of the equivalent linear- and bilinear- LRB models and compared each others. It can be observed that the maximum displacements of LRB and shear forces of containment in the case of the equivalent linear LRB model are larger than those in the case of bilinear LRB model. From the seismic fragility curves of NPP containment structures isolated by LRB, it can be observed that seismic fragility in the case of equivalent linear LRB model are about 5~30 % larger than those in the case of bilinear LRB model.

원자력발전소에는 전력생산과 안전과 관련된 수많은 기기들이 존재하고 있다. 기본적으로 원자력발전소의 구조물과 기기는 지진시 탄성거동올 목표로 안전율을 매우 높게 적용하여 설계해 왔다. 그러나 최근 발생한 지진의 규모가 증가함에 따라 설계수준을 초과한 지진에 대한 기기의 안전성을 재평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 구조물의 비선형 거동에 의한 층응답을 분석하였고, 비선형해석에 의한 구조물의 비탄성구조응답계수를 재평가하였다. 기기의 지진취약도 평가시 구조물의 비탄성구조응답이 어떤 영향을 주는지 분석하기 위하여 재평가된 구조물의 비탄성구조응답계수와 기존에 사용되어온 구조물 비탄성구조응답계수를 적용하여 지진취약도 평가를 수행하였다. 해석결과에 따르면 비탄성구조응답계수는 기기의 고유진동수, 기기의 위치 그리고 구조물의 동특성에 따라 영향을 받는 것으로 나타났다.

도시기반 라이프라인은 지진발생시 시설물의 붕괴뿐만 아니라 붕괴로 인한 도시기능 마비, 대형화재와 같은 2차 피해를 동반하여 막대한 사회·경제적 손실을 야기할 것으로 예측된다. 이에 대한 대비책으로 국내에서는 지진재해대응시스템을 운영 중이며, 지진재해대응시스템은 각 시설물별 지진취약도 모델을 통해서 시설물의 파괴확률을 산정하고, 지진재해 정도를 평가한다. 따라서 본 논문에서는 국내 지반특성을 고려하여 도시기반 라이프라인 시설물 중 매설가스배관의 시간이력 해석을 수행하였고, 확률론적인 해석방법인 최우도추정법을 이용하여 지진취약도 모델을 개발하였다. 해석모델은 국내 대표도시인 서울지역에 매설된 고압관과 중압관으로 선정하였으며, 지반의 모델링은 Winkler foundation 모델을 이용하였다. 또한 개발된 취약도 모델의 GIS 적용방안을 제시하였다.

Base isolation is considered as a seismic protective system in the design of next generation Nuclear Power Plants (NPPs). If seismic isolation devices are installed in nuclear power plants then the safety under a seismic load of the power plant may be improved. However, with respect to some equipment, seismic risk may increase because displacement may become greater than before the installation of a seismic isolation device. Therefore, it is estimated to be necessary to select equipment in which the seismic risk increases due to an increase in the displacement by the installation of a seismic isolation device, and to perform research on the seismic performance of each piece of equipment. In this study, modified NRC-BNL benchmark models were used for seismic analysis. The numerical models include representations of isolation devices. In order to validate the numerical piping system model and to define the failure mode, a quasi-static loading test was conducted on the piping components before the analysis procedures. The fragility analysis was performed by using the results of the inelastic seismic response analysis. Inelastic seismic response analysis was carried out by using the shell finite element model of a piping system considering internal pressure. The implicit method was used for the direct integration time history analysis. In addition, the collapse load point was used for the failure mode for the fragility analysis.

구조물의 내용연수 동안 예상되는 지진에 대한 피해와 손실을 최소화하는 것이 내진설계의 최종적인 목표로 볼 수 있다. 이러한 목표를 만족시키기 위한 개념으로 지진하중에 대한 구조물의 손상확률을 나타내는 지진취약도를 작성하여 지진에 대한 구조물의 확률론적 성능평가를 수행한 후, 해당 지역에서 발생 가능한 지진에 대한 연간 초과확률로 표현되는 지진위험도를 활용하여 연간 손실 발생확률을 산정하는 절차를 제시한다. 본 연구는 미국 강진지역의 지진하중을 고려하여 설계된 철골모멘트골조에 대해 취약도를 정량적으로 평가하고 연간 손실 발생확률을 예측하다. 또한 HAZUS의 철골모멘트골조 대표건축물에 대한 손실 평가결과를 비교하였으며, 그 결과 HAZUS에 의한 연간손실이 보수적으로 산정됨을 알 수 있었다. 제시된 방법으로부터 해당 구조물의 내진성능 및 연간 손실 평가를 할 수 있으며, 향후 관련 연구에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

일반적으로 지진취약도를 평가할 때 사용되는 해석방법 중 하나인 역량스펙트럼 방법은 증분동적해석에 비해 해석의 정확성이 떨어지는 제한점이 있다. 본 연구에서는 증분동적해석이 가장 정확도가 높은 해석기법이라는 점에 착안하여 증분동적해석을 이용한 지진취약도 곡선의 도출과정을 제안하였다. 타당성 비교를 위하여 역량스펙트럼 방법과 제안된 방법으로 도출한 취약도 곡선을 비교하여 두 해석기법에 의한 지진취약도 곡선의 경향을 분석하였다. 그 결과 Slight damage와 Moderate damage의 경우 두 해석방법이 유사한 곡선 경향을 보이나 Extensive damage와 Complete damage의 경우에는 IDA방법에 의한 곡선이 더 가파른 경향을 보였다. 이는 구조물의 거동을 이상화하여 극한점 이후 구조물의 저항 강도가 떨어지지 않는다고 가정하는 역량스펙트럼 방법의 영향을 받는 것으로 사료된다.

본 연구에서 피뢰기의 지진취약도 해석은 역량스펙트럼 방법을 이용하여 수행하였다. 많은 구조부재를 가진 구조물의 지진취약도 해석은 수십 혹은 수백 개의 지진하중에 대한 비탄성 지진응답을 계산하는 것이 요구되기 때문에 역량스펙트럼 방법과 같은 간단한 방법이 응답이력해석 보다 적합하다. 일반적으로 역량스펙트럼 방법에 의해 평가된 지진응답의 정확성은 응답이력해석에 의한 결과의 정확성 보다 떨어진다. 역량스펙트럼 방법의 정확성을 향상시키기 위하여 등가단자유도 방법과 성능점 계산기법이 적용되었다. 지진취약도에 대한 지진에 대한 지반효과를 평가하기 위하여 60개의 다른 지반종류의 지반운동을 입력지진으로 선정하여 사용하였다. 역량스펙트럼 방법과 응답이력해석에 의한 지진취약도 곡선의 비교로부터 역량스펙트럼 방법에 의한 지진취약도 곡선이 응답이력해석에 의한 지진취약도 곡선과 상당히 유사함을 알 수 있었다. 또한, 피뢰기의 주된 지진에 의한 파괴모드는 부싱의 파손임을 알 수 있었다.

The seismic evaluation of electric power facilities in the switchyard of nuclear power plants is currently insufficient. In order to evaluate the seismic performance of lightning arrester subjected to four types of earthquake (near- and far-fault earthquakes, NEHRP Site Class A&B and D earthquakes), seismic fragility analysis using maximum likelihood estimation is performed considering various damage states. The comparison of the seismic fragility curves for three main parts of lightning arrester that are the busing, anchor and steel frame, reveals that the failure of lightning arrester is governed by the bushing damage mode such as porcelain cracking.

This paper presents the seismic evaluation and prediction of a damaged piloti‐type Reinforced Concrete (RC) building before and after postretrofitting under successive earthquakes. For considering realistic successive earthquakes, the past records measured at the same station were combined. In this study, the damaged RC building due to the first earthquake was retrofitted with a buckling‐restrained brace (BRB) before the second earthquake occurred. Nonlinear Time History Analysis (NTHA) was performed under the scaled intensity of the successive ground motions. Based on the extensive structural response data obtained form from the NTHA, the fragility relationships between the ground shaking intensity and the probability of reaching a pre‐determined limit state was were derived. In addition, The the fragility curves of the pre‐damaged building without and with the BRBs were employed to evaluate the effect of the successive earthquakes and the post‐retrofit effect. Through the seismic assessment subjected to the successive records, it was observed that the seismic performance of the pre‐damaged building was significantly affected by the severity of the damage from the first earthquake damages and the hysteresis behavior of the retrofit element.

Several researches have been studied to enhance the seismic performance of nuclear power plants (NPPs) by application of seismic isolation. If a seismic base isolation system is applied to NPPs, seismic performance of nuclear power plants should be reevaluated considering the soil-structure interaction effect. The seismic fragility analysis method has been used as a quantitative seismic safety evaluation method for the NPP structures and equipment. In this study, the seismic performance of an isolated NPP is evaluated by seismic fragility curves considering the soil-structure interaction effect. The designed seismic isolation is introduced to a containment building of Shin-Kori NPP which is KSNP (Korean Standard Nuclear Power Plant), to improve its seismic performance. The seismic analysis is performed considering the soil-structure interaction effect by using the linearized model of seismic isolation with SASSI (System for Analysis of Soil-Structure Interaction) program. Finally, the seismic fragility is evaluated based on soil-isolation-structure interaction analysis results.

본 연구에서는 Steel Fiber를 원전 격납건물에 적용하기 위한 적용성 평가를 위해서 Steel Fiber가 삽입된 격납건물에 대 한 지진위험도 평가를 수행하였다. Steel Fiber를 콘크리트에 삽입함으로써 콘크리트의 구조적 성능에서 취약점인 인장성 능을 향상시킬 수 있고, 압축강도 및 전단강도도 증가시킬 수 있는 장점이 있기 때문이다. 그러나 아직까지 원전 격납건물 에 Steel Fiber를 적용하기 위한 노력은 진행되고 있지 않다. 재료적 우수성에도 불구하고 원전에 적용하기 위해서는 좀 더 많은 사용경험과 성능검증이 이루어져야 가능할 것이다. 따라서 본 연구에서는 원자력발전소 격납건물에 Steel Fiber를 사 용하였을 경우, 격납건물의 지진안전성의 변화를 살펴보기 위하여 기존의 실험자료를 이용하여 취약도 평가를 수행하였다. 분석결과 Steel Fiber의 함유로 인하여 전단성능과 연성능력이 증가하여 지진취약도의 향상으로 나타났다. Steel Fiber함유 량이 1.0%인 경우 지진내력이 10%가량 증가하는 효과를 얻을 수 있었다. 그러나 본 연구의 결과는 제한된 기존의 실험결 과를 이용한 예비해석이므로 Steel Fiber의 실제 적용성을 적확하게 분석하기 위해서는 Steel Fiber가 함유된 다양한 콘크 리트 부재실험을 통하여 그 물성의 변화를 파악하여야 할 것이다.

본 연구에서는 에너지 소산형 감쇠기가 설치된 철근콘크리트 구조물의 지진응답 저감효과를 확률적으로 평가하기 위하여 지진취약도 함수를 도출하였다. 가속도민감 영역과 속도민감 영역에 속하는 대표 고유주기를 갖는 비선형 단자유도 시스템으로 모델링된 철근콘크리트 구조물을 대상으로 강도와 강성의 불확실성을 고려하였다. 원구조물에 다양한 강성과 감쇠를 갖는 변위의존형 감쇠기를부가하여 비선형시간이력해석을 수행하였으며, 해석결과의 통계를 바탕으로 로그정규분포 형태의 지진취약도 함수를 도출하였다. 원구조물의 종류별로 감쇠기의 설계변수에 따른 지진취약도 함수의 변화를 검토하고 이를 통해 손상확률의 저감효과를 분석하였다.

지진취약도 분석은 원자력 발전소의 내진성능평가를 위하여 발전되어져 왔지만, 현재는 적용성이 건물과 교량 등에도 확대되어지고 있다. 일반적으로 지진취약도 곡선은 수많은 지진가속도 기록을 이용하여 비선형 시간이력해석으로 구한다. 비선형 시간이력해석에 의한 지진취약도 분석은 구조물의 모델링과 해석에 많은 시간이 소요되는 과정을 요구한다. 비선형 시간이력해석의 이와 같은 약점을 보완하기 위해서 변위계수법과 역량스펙트럼 방법과 같은 간단한 해석방법을 지진취약도 분석에 적용하였다. 변위계수법과 역량 스펙트럼 방법을 적용한 지진취약도 곡선의 정확성을 평가하기 위하여, 철근콘크리트 전단벽 구조물에 대한 변위계수법과 역량스펙트럼 방법을 적용한 지진취약도 곡선을 비선형 시간이력해석에 의해 구해진 지진취약도 곡선과 비교하였다. 지진취약도 곡선의 작성을 위해서는 설계스펙트럼에 대응되는 190개의 인공지진과 Shinozuka 등이 제안한 방법이 적용되었다.

기존의 확률적 지진 취약성 분석은 그 중요성에도 불구하고 시간과 노력의 과도한 소요로 인하여 내진 성능 평가에 사용되기에 많은 제약이 따라왔다. 본 연구에서는 이를 극복하기 위해 획기적 수준의 신속성과 확장성을 갖춘 지진 취약성 분석 체계와 이를 실용화 하기위한 취약성 등고선을 개발하였다. 응답 데이터베이스를 활용하여 광범위한 구조물의 최대 응답을 즉각적으로 구하고 이를 바탕으로 구조물의 주기와 강성에 따른 한계상태확률의 변화를 한눈에 파악할 수 있는 취약성 등고선을 도출하였다. 최대응답 등고선의 도출과 비교를 통해서 최대응답의 분포는 연성도 요구치로 나타내는 것이 변위의 절대값으로 표현하는 것보다 안정적인 예측곡선을 보여 주며, 구조물의 응답특성변수인 주기와 강도비가 최대응답에 미치는 영향을 분석하는데도 유리함을 확인하였다. 연성도를 내진성능 평가의 기준으로 사용하기 위해서 내진설계기준에서 한계상태변위로서 제시되는 층간변위비와 연성도 요구치 사이의 상호 변환 관계를 정의하였다. 예제 구조물의 내진보강 전략 수립에 대한 논의를 통해서 신뢰성 이론에 기반 한 내진 보강과 설계에 취약성 등고선이 매우 유용하게 활용될 수 있음을 보여주었다.

본 연구에서는 국내에서 널리 사용되고 있는 매설가스배관인 API X65에 대해 지진 취약도 해석을 수행하였다. 이를 위해, 15가지 경우의 배관 해석모델에 대해 12본 세트의 다양한 지진파를 0.1g 등간격으로 스케일링하여 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 비선형 시간이력해석으로 얻어진 매설가스배관의 최대 변형률을 이용하여 지진취약도 해석을 수행하였다. 지진 취약도 해석을 위해 본 연구에서는 또한, 지반조건, 단부지점조건, 매립깊이 및 배관형태 등을 변수로 고려하여 지진 취약도 해석을 수행하였다. 지진 취약도 해석결과, 지반조건, 단부지점조건 및 매립깊이는 매설가스배관의 취약도 곡선에 영향을 끼치는 것으로 판단되었고, 특히 지반조건이 미치는 영향은 다른 두 변수에 비해 다소 큰 것을 확인할 수 있었다. 반면에, 배관형태가 취약도 곡선에 미치는 영향은 미미한 것을 알 수 있었다. 종합적으로, 매설가스배관의 지진 취약도 해석과 관련된 연구가 많지 않은 현실을 감안할 때, 본 연구결과는 매설가스배관의 지진 취약성 평가해석에 초석으로 고려되어질 수 있고, 추후 관련분야 연구에 좋은 참고자료가 될 것으로 사료된다.

구조물의 지진취약도 곡선은 지진의 다양한 강도를 최대지반가속도 등의 함수로 하여 몇 가지로 구분된 손상상태를 초과할 확률을 나타내는 것으로 구조물의 내진성능과 지진위험도를 평가하는데 유용하게 활용된다. 기존의 많은 연구자들이 수행한 지진취약도 곡선에 대한 연구에서 근거리 및 원거리 지진하중의 특성에 대하여 고려하지 못하였다. 본 연구에서는 근거리 및 원거리 지진으로 구분되는 지진가속도 기록을 사용하여 국내 교량의 대표적인 형식의 하나인 PSC상자형교에 대한 지진취약도 곡선을 평가하였으며 근거리와 원거리로 구분된 지진 특성이 지진취약도 곡선에 미치는 영향을 분석하였다. 예제교량의 지진취약도 곡선에 대한 근거리 및 원거리 지진의 영향이 현저한 차이를 나타내므로 지진취약도 해석시 근거리와 원거리로 구분되는 지진의 특성을 반영하여야 할 것이다.