Seismic designs for Korean nuclear power plants (NPPs) under earthquakes’ design basis are noticed due to the recent earthquake events in Korea and Japan. Japan has developed the technologies and experiences of the NPPs through theoretical research and experimental verification with extensively accumulated measurement data. This paper describes the main features of the design-time history complying with the Japanese seismic design standard. Proper seed motions in the earthquake catalog are used to generate one set of design time histories. A magnitude and epicentral distance specify the amplitude envelope function configuring the shape of the earthquake. Cumulative velocity response spectral values of the design time histories are compared and checked to the target response spectra. Spectral accelerations of the time histories and the multiple-damping target response spectra are also checked to exceed. The generated design time histories are input to the reactor building seismic analyses with fixed-base boundary conditions to calculate the seismic responses. Another set of design time histories is generated to comply with Korean seismic design procedures for NPPs and used for seismic input motions to the same reactor containment building seismic analyses. The responses at the dome apex of the building are compared and analyzed. The generated design time histories will be also applied to subsequent seismic analyses of other Korean standard NPP structures.

본 논문에서는 1:5 축소 10층 내력벽식 철근콘크리트(RC) 내력벽식 공동주택의 지진모의실험의 결과를 제시한다. 실험의 결과는 다음과 같다. (1) 본 실험 모델에서 재현주기 50년 지진에 대해서는 선형 탄성응답을 보이며, 우리나라의 설계지진에 대해서는 비선형 거동을 확인할 수 있다. (2) 재현주기 2400년의 최대지진에 대해 실험체의 강성 및 강도 저하가 현저하게 나타났다. (3) 횡 관성력에 대한 주 저항은 주로 엘리베이터 홀과 계단실 벽체로부터 유래되었다. (4) 실험체의 손상 및 파괴 모드는 벽과 슬래브의 휨 거동에 의해 지배되었다. 가진의 크기가 증가 할수록 현저한 강성의 저하와 고유주기의 증가가 발생하였다.

본 연구의 목적은 지진모의실험을 위한 1:5 축소 10층 R.C. 공동주택 모델의 제작과정을 통하여, 실험체의 효율적인 설계 및 제작 과정을 개발하는 것이다. 실험체의 축소율은 가용한 진동대의 크기(5m{\times}5m)와 최대 허용무게(600kN)및 모델 철근(D3 볼트, {\phi}2 강선)의 경제성과 상용성을 고려하여 결정하였다. 모델 철근은 현장에 바로 설치하기 어렵기 때문에 철망을 제작한 후 현장에서 조립하였다. 벽체와 슬래브를 동시에 타설할 경우 거푸집의 탈형이 매우 어렵기 때문에, 벽체를 먼저 타설하고 양생 후 탈형한 뒤 슬래브 거푸집을 설치하였다. 벽체 거푸집은 반복 사용이 가능한 Slip form 형태로 한쪽은 합판, 다른 한쪽은 아크릴로 제작하여 타설시 밀실도를 확인할 수 있도록 하였다. 1:5 축소 10층 R.C. 공동주택모델을 제작하기 위해 총 제작 기간은 약 6개월이 소요되었으며, 전임 연구원 5명, 작업보조원 612명 일의 인원이 투입되었다.

대부분의 대공간구조물은 극장, 스타디움, 체육관 등 공공성을 가지게 되어 내진안전성에 있어서 중요성이 많이 인식되고 있다. 그러나 구조형식 및 형상에 관하여 다양성을 가지고 있는 대공간구조물이 동적하중인 지진하중을 받을 때 나타나는 구조물의 거동은 파악하기 힘들다. 본 논문에서는 대공간구조의 주 구조요소인 아치구조물에 대하여 고유진동모드를 검토하였고 모의지진파를 입력하여 지진거동특성을 분석한 결과로서 아치구조물은 설계가속도스펙트럼의 크기보다 장주기 성분에 더 많은 영향을 받는다는 것을 파악하였다.

지진해일은 발생 빈도는 낮으나 일단 발생하게 되면, 빠른 속도로 해안에 전파되어 심각한 인명 및 재산피해를 초래하기 때문에 지진해일에 관해 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 지진해일에 관한 연구들은 대부분 원해 및 근해에서의 전파 양상, 해안가에서의 파고 및 처오름높이에 관해 이루어졌고, 지진해일에 의한 유사 이송에 관한 연구는 미미한 실정이다. 최근 들어, 지진해일에 의한 유사 이송을 이용하여 역사 및 가상지진해일을 해석하려는 시도가 활발하게 이루어지고 있다. Li 등(2012)은 퇴적물 평형농도에 의해 유도된 이송-확산 방정식(advection-diffusion equation)을 이용하여 2004년 수마트라 지진해일에 의한 인도네시아 수마트라 북서쪽 Lhok Nga 해안에서의 해저 지형 변화를 관측된 지진해일 파고와 비교하였다. 본 연구에서 사용한 유사이송모델은 유사가 발생하는 영역을 소류사에 의해 구성되는 소류층과 부유사의 거동이 주가되는 부유층으로 분리하여 고려하는 방법으로 유도되었다. 해안으로부터 먼 거리에서 발생하여 전파해오는 지진해일을 수치모의 할 경우에는 분산효과를 고려하는 것이 중요하기 때문에 선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하여 차분하였을 때 발생하는 수치분산항을 통해 보정하였고, 근해의 경우 비선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하였다. 지진해일 전파와 유사이송을 결합해 울진 원자력발전소 취수구에 대하여 1983년 동해 중부 지진해일에 의한 해저지형의 변화를 수치모의하였다.

원해 지진해일을 수치모의하기 위해서 엇갈림 격자계를 이용하여 유한차분 기법인 leap-frog 방법으로 차분한 선형천수 방정식을 사용하였다. 지진해일파가 먼 거리를 이동하는 경우에는 분산효과가 중요한 역할을 하기 때문에 수치모의시 반드시 고려해야한다. Cho et al.(2007)은 차분과정에서 발생하는 수치분산을 이용하여 분산효과를 고려하는 실용적인 분산보정기법을 개발하였다. 개발된 분산보정기법은 일정 수심에서 해석해와 비교함으로서 검증되었다. 본 연구에서는 2011년 3월에 발생한 동일본 지진해일을 수치모의하여 DART buoy에서 관측한 값과 비교하였다. 분산보정기법을 적용하여 선형 천수방정식을 계산한 결과값이 상대적으로 분산을 고려하지 않은 선형 천수방정식을 계산한 결과값보다 전파 파형이 잘 표현되었고, DART buoy의 관측값과 비교했을 때는 첫 파의 도달시간 및 파고가 정확하게 계산되는 것을 알 수 있었다.

지진해일은 규모가 큰 해양재난으로 지금까지 세계적으로 많은 피해를 주었다. 지진해일은 주기적으로 일어나지 않고, 발생시간에 대한 정확한 예측이 불가능하기 때문에 연구하는데 여러가지 어려움이 있으므로 지진해일의 피해 경감 및 재해대책을 수립할 때는 수치모의실험 결과를 이용한다. 그래서 이렇게 활용성이 높은 지진해일 수치모의 결과가 실제 발생한 지진해일과 비교하여 얼마만큼의 정확성을 같는지 알아보기 위해서 본 연구를 수행하였다. 지진해일은 원해에서 먼 거리를 전파하는 경우, 분산효과의 영향이 상대적으로 중요한 역할을 하기 때문에 수치해석 시 선형 Boussinesq 방정식을 지배방정식으로 이용하는 것이 바람직하다. 그러나 선형 Boussinesq 방정식에서 분산항은 미분의 차수가 높아서 차분하는데 상당한 어려움이 있으므로 본 연구에서는 Cho et al.(2007)에 의해 제안된 분산항을 제외한 선형 천수방정식을 이용하면서, 차분하는 과정에 나타나는 수치분산이 선형 Boussinesq 방정식의 분산항을 대체할 수 있도록 조정하는 기법을 적용하였다. 이를 이용해서 실제 2011 동일본 대지진으로 발생한 지진해일의 초기파형을 재현하여 수치모의실험 결과와 관측값을 비교하였다.

해안으로부터 먼 거리에서 발생하여 전파해오는 지진해일을 수치모의할 경우, 분산효과를 고려하는 것이 중요하다. 따라서, 약분산이 고려되어있는 선형 Boussinesq 방정식을 지배방정식으로 사용하는 경우가 많다. 그러나 분산항은 고차 미분항으로 이루어져 있어 직접 풀기위해서는 많은 시간이 필요하고, 큰 컴퓨터 용량이 필요하다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 기존의 연구에서는 선형 천수방정식을 차분하였을 때 발생하는 수치분산항의 형태를 선형 Boussinesq 방정식의 물리적 분산항과 같은 형태로 만들어 수치모의를 수행하였다. 하지만 기존의 기법은 수심이 일정하다는 가정에서 유도된 지배방정식을 사용하였으며, 이는 수심변화가 존재하는 실제 지형에 적용할 경우 이에 따른 오차가 발생할 가능성이 있다. 본 연구에서는 수심변화를 고려한 지배방정식을 사용하여 기존의 수치기법을 수정하였다. 수정된 기법의 정확성 검토를 위하여 가상의 지진해일이 원형천퇴지형을 통과하는 문제에 적용하였으며, 검증된 Boussinesq 모델인 FUNWAVE를 이용한 수치모의 결과와 비교하였다.

본 연구에서는 지진해일에 의하여 동해안에 발생하는 처오름을 모의하기 위하여 2차 정확도의 풍상차분기법을 사용하였으며, 그 결과는 현장관측값과 1차 정확도의 풍상차분기법의 산정 결과와 비교하였다. 수치해석 모형에서는 지배방정식으로 원해에서는 선형 천수 방정식, 근해에서는 비선형 천수방정식을 사용하였다. 대상 지진해일은 1983년 지진해일과 1993년 지진해일이다. 수치해석 결과 동해안의 처오름높이를 잘 재현하는 것으로 확인되었다. 또한, 지진해일 처오름

동해에서 발생한 1983년 지진해일의 동해안에서 처오름 과정을 수치해석하였다. 비선형 천수방정식에 근거한 유한차분 수치모형을 이용하였으며, 임원에서 최대 처오름높이를 예측하였다. 예측된 결과는 현장 관측자료와 비교적 잘 일치하였다. 지진해일 범람 위험을 강조하기 위해 처오름높이를 근거한 시험적인 최대범람도를 제작하였다.

본 연구에서는 지난 수십 년간 가장 파괴적인 지진해일로 기록된 1983년 동해에서 발생한 지진해일이 동해를 거쳐 우리나라 동해안으로 전파해오는 과정을 수치해석하였다. 천수방정식에 근거한 수치모형을 이용하였으며, 물리적 분산은 leap-frog 유한차분기법에 의해 발생하는 수치분산으로 어느 정도 대체하도록 하였다. 진원으로부터 지진해일 전파도와 파향선법에 의한 전파제적을 산정하였다.