This study performed the seismic response analysis of an LNG storage tank supported by a disconnected piled raft foundation (DPRF) with a load transfer platform (LTP). For this purpose, a precise analytical model with simultaneous consideration of Fluid-Structure Interaction (FSI) and Soil-Structure Interaction (SSI) was used. The effect of the LTP characteristics (thickness, stiffness) of the DPRF system on the seismic response of the superstructure (inner and outer tanks) and piles was analyzed. The analytical results were compared with the response of the piled raft foundation (PRF) system. The following conclusions can be drawn from the numerical results: (1) The DPRF system has a smaller bending moment and axial force at the head of the pile than the PRF system, even if the thickness and stiffness of the LTP change; (2) The DPRF system has a slight stiffness of the LTP and the superstructure member force can increase with increasing thickness. This is because as the stiffness of the LTP decreases and the thickness increases, the natural frequency of the LTP becomes closer to the natural frequency of the superstructure, which may affect the response of the superstructure. Therefore, when applying the DPRF system, it is recommended that the sensitivity analysis of the seismic response to the thickness and stiffness of the LTP must be performed.

Liquified hydrogen is considered a new energy resource to replace conventional fossil fuels due to environmental regulations by the IMO. When building tank for the storage and transportation of liquified hydrogen, materials need to withstand temperatures of -253°C, which is even lower than that of LNG (-163°C). Austenitic stainless steel mainly used to build liquified hydrogen tank. When building the tanks, both the base material and welding zone need to have excellent strength in cryogenic condition, however, manual arc welding has several issues due to prolonged exposure of the base material to high temperatures. Laser welding, which has some benefits like short period of exposure time and decrease of thermal affected zone, is used many industries. In this study, laser bead on plate welding was conducted to determine the laser butt welding conditions for STS 304 and STS 316L steels. After the BOP test, cross-section observations were conducted to measure and compare four bead parameters. These tendency result of laser BOP test can be used as conditions laser butt welding of STS 304 and STS 316L steel.

Decarbonization plays an important role in future energy systems for establishing a zero-carbon society. Hydrogen is believed to be a promising energy source that can be converted, stored, and utilized efficiently, leading to a broad range of possibilities for future applications. Hydrogen can be stored in various forms, including compressed gas, liquid hydrogen, hydrides, adsorbed hydrogen. Among these, liquid hydrogen has high gravimetric and volumetric hydrogen densities. There are a lot of previous studies on thermal behavior of MLI and VCS and optimization insulation system, but research on the insulation performance by varying the head shape of the tank has not been conducted. In this study, thermal-structural coupled analysis was conducted on the insulation system with VCS positioned between two layers of MLI for a liquid hydrogen storage tank. The analysis considered dome shapes (torispherical, circle, ellipses), and heat flux and temperature were derived from thermal analysis to predict insulation performance. Maximum equivalent stress and deformation were calculated from the structural analysis, and the optimal dome shape was proposed.

A simplified method for earthquake response analysis of a rectangular liquid storage tank is proposed with fluid-structure interaction considered. In order to simplify the complex three-dimensional structural behavior of a rectangular liquid storage tank, it is assumed that structural deformation does not occur in the plane parallel to the direction in which the earthquake ground motion is applied but in the plane perpendicular to the direction. The structural deformation is approximated by combining the natural modes of the simple beam and the cantilever beam. The hydrodynamic pressure, the structure’s mass and stiffness, and the hydrodynamic pressure’s added mass are derived by applying the Rayleigh-Ritz method. The natural frequency, structural deformation, pressure, effective mode mass, and effective mode height of the rectangular liquid storage tank are obtained. The structural displacement, hydrodynamic pressure, base shear, and overturning moment are calculated. The seismic response analysis of an example rectangular liquid storage tank is performed using the proposed simplified approach, and its accuracy is verified by comparing the results with the reference solution by the finite element method. Existing seismic design codes based on the hydrodynamic pressure in rigid liquid storage tanks are observed to produce results with significant errors that cannot be ignored.

유연한 지반에 놓인 액체저장탱크의 지진 거동은 유체-구조물-지반 상호작용에 의해 복잡하게 나타나므로, 이 시스템의 지진응답 과 피해를 정확하게 예측하기 위해서는 이를 엄밀히 고려하여야 한다. 이 연구에서는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 수행하고 그 응답 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 지진하중 작용 시 발생하는 유체의 동수압력 및 지반과 구조물 간의 상호작용력을 유한요소 기법을 사용하여 산정한다. 이때, 반무한 지반에서의 에너지 방사를 고려하기 위해 mid-point integrated finite element와 점성 감쇠기를 사용하여 지반 원역의 거동을 모사한다. 이와 같이 산정된 동수압력과 지반-구조물 상호작용력을 구조물의 유한요소에 작용시킨다. 자유장 해석을 통하여 입사 지진파에 의한 유효 지진력을 산정한다. 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 통하여 지반-구조물 상호작용의 효과로 인해 시스템 응답의 변화가 다양하게 나타남을 확인할 수 있다. 그러므로, 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 내진설계를 수행하거나 내진성능을 검토할 때는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여야 할 것이다.

액체저장탱크의 지진 거동은 유체-구조물 상호작용에 의해 복잡하게 나타나므로, 이 시스템의 지진응답과 피해를 정확하게 예측 하기 위해서는 이를 엄밀히 고려하여야 한다. 이 연구에서는 유체-구조물 상호작용을 엄밀히 고려하여 양방향 수평 지반운동이 작용 하는 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 수행하고 그 응답 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 지진하중 작용 시 발생하는 유체 동수압을 유한요소 기법을 사용하여 산정하고, 이 동수압을 구조물의 유한 요소에 작용하여 전체 시스템의 동적 거동을 모사한다. 예제 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 통하여 대상 시스템의 동적 거동은 양방향 수평 지반운동이 작용하는 방위각에 의해 유의미한 영향을 받음을 확인할 수 있다. 그러므로 직사각형 액체저장탱크의 내진설계를 수행하거나 내진성능을 검토할 때는 이러한 특성을 고려하여야 할 것이다.

이 논문에서는 수직방향 지진입력에 의한 지반-구조물 상호작용 효과가 기초 종류에 따라 LNG 저장탱크의 지진응답에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해 석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력을 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 얕은 기초에서 외조탱크의 수직응력은 SSI 효과로 인하여 고정기초응답 보다 작았다. (2) 말뚝으로 지지된 기초에서 말뚝으로 인해 기초의 수직강성이 커지고 방사감쇠가 작아질 수 있기 때문에 SSI 응답이 고정기초응답 보다 커질 수 있다. (3) 동다짐 효과는 수직지진에 의한 LNG 저장탱크의 응답에 미치는 영향이 매우 작았다.

모듈형 LNG Tank의 외조를 구성하는 SCP(sandwich concrete panel)에 대해서 중속충돌시험기로 충돌시험을 수행하고 이에 대한 수치해석을 수행하였다. 충돌시험에 사용된 시험체는 가로세로 각각 2m로 외조의 일반단면과 연결부단면의 특성을 가지도록 제작하였다. 51kg의 탄자를 설계기준에 규정된 충돌에너지를 갖도록 중속충돌시험기로 45m/sec로 이상의 속도로 가속하여 충돌시켰다. 이런 충돌시험을 두 차례 반복하고 시험체의 극한능력을 평가하기 위하여 충돌속도를 2배로 하여 충돌시켰다. 충돌시험의 수치해석 모델은 LS-DYNA를 이용하여 수행되었다. 외측의 강판와 그 사이의 충진콘크리트를 고 체요소로 모델링하고 전단연결재는 보요소를 이용하여 모델링하였다. 강재의 재료모델은 탄소성 및 파단거동을 고려하였으며 콘크리트의 재료는 CSCM재료로 모델링하였다. 해석에서 전면부의 충돌변형은 시험에서 얻어진 변형과 유사한 값을 얻었으나 후면부의 변형은 시험결과와 다소 작은 값을 보였다. 일반부 단면에 대한 2배속 충돌시험에서는 전후면의 강판이 파 손되었으나 해석결과에서는 전면부의 강판만 파손되었다. 수치해석에서 충돌에너지는 주로 충진 콘크리트로 전이되었는데 이는 이전 연구에서 보였던 고에너지를 가진 충돌의 경우와 다른 경향이다. 작성된 모델은 구조적으로 보수적인 결과를 보 이므로 실제 설계에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

이 연구에서는 기초의 종류에 따라 지반-구조물 상호작용(SSI) 효과가 LNG 저장탱크의 지진응답해석에 미치는 효과를 분석하였다. 이를 위하여 직경 71m인 LNG 탱크와 기반암 위 점토지반의 깊이가 30m인 지반조건을 고려하였다. 그리고 기초형식으로 네 가지(얕은 기초, 말뚝지지 전면기초, 말뚝기초(지표면 접촉식, 부유식)를 고려하였다. 지반의 비선형성은 자유장 지반에 대하여 등가선형화기법으로 고려되었다. 또한, 말뚝기초의 시공과정에서 발생하는 동다짐 효과에 대해서도 분석하였다. SSI 해석을 위하여 진동수영역 해석프로그램인 KIESSI-3D를 이용하였다. 지반-구조물 상호작용 해석을 통해 LNG 저장탱크의 외조 벽체 쉘의 응력과 내조탱크의 밑면전단력 및 전도모멘트를 구하였다. 해석결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다: (1) 고정 기초해석에 의한 외조와 내조탱크의 지진응답이 SSI 효과로 인한 지진응답보다 매우 컸다. (2) SSI의 효과가 내조탱크와 외조탱크의 동적응답에 미치는 영향은 기초의 형식에 따라 다르게 나타난다. (3) 말뚝지지 전면기초에서 동다짐 효과에 의한 구조물 응답의 변화는 약 10%로서 무시할 수 없을 정도로 큰 것으로 나타났다.

This study examines earthquake-induced sloshing effects on liquid storage tanks using computation fluid dynamics. To achieve this goal, this study selects an existing square steel tank tested by Seismic Simulation Test Center at Pusan National University as a case study. The model validation was firstly performed through the comparison of shaking table test data and simulated results for the water tank subjected to a harmonic excitation. For a realistic estimation of the wall pressure response of the water tank, three recorded earthquakes with similar peak ground acceleration are applied:1940 El Centro earthquake, 2016 Gyeongju earthquake, and 2017 Pohang earthquake. Wall pressures monitored during the dynamic analyses are examined and compared for different earthquake motions and monitoring points, using power spectrum density. Finally, the maximum dynamic pressure for three earthquakes is compared with the design pressure calculated from a seismic design code. Results indicated that the maximum pressure from the El Centro earthquake exceeds the design pressure although its peak ground acceleration is less than 0.4 g, which is the design acceleration. On the other hand, the maximum pressure due to two Korean earthquakes does not reach the design pressure. Thus, engineers should not consider only the peak ground acceleration when determining the design pressure of water tanks.

Liquid storage tank is one of the major infrastructures and generally used to store gases, drinking and utilizing water, dangerous fluids, fire water and so on. According to the recent reports and experiences, the tank structures are damaged in many earthquakes due to their low energy dissipating capacity. Therefore, many researchers have been tried to know the dynamic properties of the tanks including liquids. However, vary limited experimental studies are carried out using relatively small tank models. In this study, a series of shaking table tests are performed with maximum 2 m cubic rectangular liquid storage tanks made of steel to measure the natural frequency and estimate damping coefficient of impulsive and convective mode of the tanks. Especially, the damping values under different shapes and excitation methods are estimated by logarithmic decrement method and half power band-pass method and compared with current design code and standards such as ASCE 7, Eurocode 8 and NZS. Test results show that the impulsive mode damping is around 2% which is proposed by general standards and codes but the impulsive mode damping is 0.13% average that is slightly lower than the code recommendation.

플랜트의 유황 저장 탱크는 강재로 구성되며, 탱크 저면은 앵커볼트에 의해 Ring Wall 형상의 콘크리트 기초와 연결된다. 탱크 내 유황이 내부 열원에 의해 고온상태를 유지하기 때문에, 유황 저장 탱크는 상온의 유체를 저장하는 다른 탱크에 비해 큰 체적팽창을 겪게 된다. 일반적으로 탱크 기초의 구조설계는 기초의 내외부의 온도차를 하중으로 적용한 구조해석이 수행 되는데, 이 방법은 탱크의 열팽창 특성이 앵커볼트에 의해 집중하중 형태로 콘크리트 기초에 전달되는 현상을 고려할 수 없 다. 이는 온도하중의 영향을 과소평가하게 되며, 앵커볼트에 인접한 콘크리트의 균열을 야기한다. 본 연구는 앵커볼트에 의 한 온도 하중전달 메커니즘을 고려한 하중 평가식을 제안함으로써, 콘크리트 기초에 작용하는 하중을 보다 합리적으로 결정 하고자 한다. 이를 위해 탱크 바닥판과 앵커볼트가 포함된 유한요소모델을 이용해 앵커볼트 개수 증감에 따른 온도하중의 변화를 분석하였으며, 분석결과를 이론해와 결합해 앵커볼트에 의해 전달되는 하중을 평가할 수 있는 명시적인 형태로 해를 제시하였다. 제안된 식의 유효성을 확인하기 위해 실제 플랜트 현장의 유황 저장 탱크 설계에 적용하였으며, 실무적으로 사 용 가능함을 보였다.

본 연구에서는 플랜트 공사 저장탱크 붕괴 사고사례 원인에 대한 연구를 수행하였다. 저장탱크란 기 름, 물, 가스 기타 약품등과 같은 유체를 효율적으로 저장하기 위하여 인공적으로 만들어진 지상의 저장 시설을 총칭해서 말하는데, 일부 업체들은 군집된 저장소(Tank Farm)를 보유하고도 있다. 저장탱크 시 공 방법을 보면 저장물의 성분 및 종류에 따라서 탱크 종류가 결정되는데 대부분 작업이 중량물을 건설 중장비를 동원하여 높은 곳에서 이루어지는 작업 형태를 갖추고 있어 일반 공종 작업에 비해 훨씬 많은 위험 요인을 내포하고 있는 실정이다. 최근에 들어 저장탱크 붕괴 등의 중대한 사고가 빈번하게 발생하 는 바, 구조물 특성상 자칫 대형 인명사고로 발전하는 경우가 많다. 본 발표에서는 최근 들어 발생한 저 장탱크 붕괴 사고사례을 통하여 이에 대한 원인을 파악 하고자 한다.