최근 원자력 지진 PSA(Probabilistic Safety Assessment)를 토대로 산업시설물의 지진 PSA를 수행하는 연구가 진행되었다. 해당 연 구는 원자력 발전소와 산업시설물의 차이를 파악하고, 최종적으로 운영정지를 목표로 하는 고장수목(Fault Tree)를 구축한 후 시각적 확률도구인 베이지안 네트워크(Bayesian Network, BN)으로 변환하였다. 본 연구는 선행연구를 기반으로 지진으로 유발된 구조손상 으로 인해 발생 가능한 화재･폭발에 대해 PSA를 수행하고자 하였다. 이를 위해 화재･폭발을 사건수목(Event Tree)으로 표현하고, BN 으로 변환하였다. 변환된 BN은 화재･폭발 모듈로서 선행연구에서 제시된 고장수목 기반 BN과 연계되어 최종적으로 지진 유발 화재･ 폭발 PSA를 수행할 수 있는 BN 기반 방법론이 개발되었다. 개발된 BN을 검증하기위해 수치예제로서 가상의 가스플랜트 Plot Plan을 생성하였고, 가스플랜트의 설비 종류가 구체적으로 반영된 대규모 BN을 구축하였다. 해당 BN을 이용하여 지진 규모에 따른 전체시 스템의 운영정지 확률 및 하위시스템들의 고장확률 산정과 더불어 역으로 전체시스템이 운영 정지되었을 때 하위시스템들의 영향도 분석과 화재･폭발 가능성을 산정하여 다양한 의사결정을 수행할 수 있음을 제시함으로써 그 우수성을 확인하였다.

후쿠시마 원전사고 발생으로 다수기의 지진안전성에 관한 연구의 필요성이 부각되었다. 한 부지에 건설된 원자력발전소의 경우 유 사한 지진응답을 보이기 때문에 적게나마 원자력발전소 SSCs간의 지진손상에 대하여 상관성이 존재하므로 합리적 지진안전성 평가 를 위하여 지진손상 상관성을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 쌍둥이 호기의 필수전원상실사건에 대하여 확률론적 지진안전성 평가 를 수행하였다. 적절한 지진손상 상관계수를 도출하기 위하여 확률론적 지진응답해석을 수행하여 적용하였다. External Event Mensuration System 프로그램을 활용하여 다수기의 필수전원상실사건의 고장수목을 구성하여 지진취약도 및 지진리스크를 분석하 였다. 또한 SSCs간의 지진손상 상관성을 완전독립 및 완전종속으로 고려하여 비교 분석을 수행하였다.

경주지진과 포항지진으로 수도관 파열과 상수도관 누수가 보고되었다. 따라서 상수도 시설의 지진안전성 확보는 지속적이고 안정적인 물공급을 위하여 중요한 이슈이다. 상수도관은 주로 도로 하부나 일반 성토지반에 매설되어있기 때문에 지진파에 의한 변형뿐만 아니라, 지반의 영구변형, 사면의 불안정성 및 지반 액상화 등에 의한 배관의 굽힘 변형이 발생하게 된다. 이러한 배관의 굽힘 변형이 과도하게 발생 되면 배관 이음부 변위허용량을 초과하여 손상 및 누수로 이어지게 된다. 따라 서, 상수도관 이음부의 허용 변형각이 산출되어야 지진으로 인한 지반의 변형에 대하여 상수도관의 지진안전성을 정확하게 평가할 수 있다. 상수도 시스템은 현장 상황과 설치 여건에 따라 다양한 종류의 상수도관을 이용하고 있다. 그중 주철 상수도관은 오랜 기간 사용되고 개선되어 일반적으로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 한국주철관공업(주)에서 제작한 EZ-LOK 조인트가 적용된 주철 상수도관에 대하여 4점 굽힘시험을 수행하였으며, 매설된 주철 상수도관의 내진 및 내침하 설계기준인을 참조하여 지진안전성을 평가하였다.

최근 지진가속도 계측기의 활용성에 대하여 많은 관심이 대두되고 있다. 하지만 계측데이터를 활용하지 않거나 최대 가속도 데이터만 이용하고 있는 실정으로 계측한 데이터의 활용을 위한 방안 마련이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 지진가속도계측기 설치대상 구조물 중 사장교의 지진가속도 계측자료를 활용한 교량의 긴급 안전성평가 방법에 대하여 조사하고, 대상 교량을 선정하여 최근 연구동향 중 대표적인 3가지 안전성평가 기법을 적용하여 적용의 문제점과 개선사항에 대하여 분석하였다. 분석결과 첫째로 변위를 통한 안전성평가에서는 계측 지점의 변위산출에서 장주기 특성이 오차를 증가시키는 경향을 확인하였다. 둘째로 통계지표를 통한 안전성 평가를 통해서 표준편차의 증가에 따라 첨도가 일정하게 유지되는 특성을 확인하였고, 이를 활용하여 차량통행이 많은 주간시간에 첨도를 활용한 안전성 평가가 가능할 것으로 분석하였다. 마지막으로 고유주기 변화를 통한 안전성 평가는 계절적인 요인으로 고차모드에서 고유주기 변화가 크게 나타나는 특성을 확인하였고, 1차 모드의 고유진동수를 통해서 구조물의 손상을 평가할 수 있을 것으로 분석하였다.

This paper proposes damage indices efficient on evaluating the seismic safety of cable-stayed bridges, especially dual-plane, cable-stayed bridges with H-type pylons. The research assumes that the location of accelerometers is already defined as given in the 2017 Ministry of the Interior and Safety (MOIS) guideline. In other words, the paper does not attempt to suggest optimal sensor location for the seismic safety evaluation of cable-stayed bridges. The proposed damage indices are based on those for building structures widely applied in the field already. Those include changes in natural frequencies and changes in relative lateral displacements. In addition, the study proposes other efficient damage indices as the rotation changes at the top of pylons and in the midspan of the girder system. Sensitivity analysis for various damage indices is performed through dynamic analysis using selected earthquake ground motions. The paper compares the effectiveness of the damage indices.

설계기준을 초과하는 지진 재해는 원자력 시설물에 상당한 위험을 유발할 수 있다. 이러한 위험성을 확률론적으로 정량화 하는 방법이 확률론적 지진 안전성 평가(seismic probabilistic safety assessment)이다. 이에 따라 지진 PSA는 국내외 다수의 원자력 발전소에 적용되어 지진 재해에 대한 원전의 안전성을 확률론적으로 평가하고 이에 대비토록 하고 있다. 그러나 원전에 비해 상대적으로 규모가 작은 연구용 원자로와 같은 경우에는 지진 PSA가 적용된 예가 거의 없다. 따라서, 본 연구에서는 지진 PSA기법을 실제 완공된 연구로에 적용하여 안전성을 분석하였다. 또한, 이를 바탕으로 연구로를 구성하는 시 스템의 지진 내력에 대한 최적화 연구를 수행하였다. 그 결과, 지진 재해 하에서 연구로에 발생할 수 있는 노심 손상 가능성을 정량화하였고, 현재 설계안과 비교하여 적은 비용으로 최대의 안전성을 확보하는 최적 지진 내력 분포를 도출하였다. 이 러한 결과는 향후 지진에 대비하여 연구로 안전성을 효과적으로 제고할 수 있는 정량적 지표로 활용할 수 있을 것으로 판단 된다.

This study explored the risk assessment framework of multi-story piping system installed in critical facilities, in particular, seismically base-isolated building systems. In order to understand the seismic performance of multi-story piping system, OpenSees platform was used in this study. Also, Triple Friction Pendulum Bearing as a seismic base isolator was conducted in OpenSees. The focus of this study was on the development of seismic fragility or vulnerability of seismically isolated piping system.

방사성폐기물 심지층 처분시스템의 안전성평가에서는 일반적으로 정상 시나리오 이외에 심지층 처분시스템이 외부 요인에 의해서 영향을 받는 비정상 시나리오를 추가적으로 고려하게 된다. 본 연구에서는 방사성폐기물 심지층 처분시스템의 비정 상 시나리오를 포함하는 복합피폭 시나리오에 대한 안전성평가를 위하여 비정상 시나리오를 구성하는 비정상 사건으로 지 진의 국내 발생 특성을 조사하였다. 이를 위하여, 국내(한반도)의 지진 자료에 대한 통계·확률적인 접근법으로 발생 특성을 조사하고, 이를 통해 미래의 지진 발생 특성을 예측하는 방법론과 함께 계산 예를 소개하였다. 그 결과, 국내 연간 지진 발생 빈도는 자료의 종류에 따라 그리고 최소 유효 지진규모에 따라 0.4 /yr에서 36.2 /yr까지 넓게 분포되었다. 최종적으로, 처분 시스템 안전성평가의 보수성 측면에서 위의 범위 내 최대값인 36.2 /yr가 국내 연간 지진 발생 빈도로써 제안되었고, 처분시 스템의 면적비를 고려하여 처분시스템 영향 반경 내 연간 지진 발생 빈도는 5.4×10-4 /yr로 계산되었다. 그리고, 이때의 최소 유효 지진 규모는 2.3이었다. 본 연구는 앞으로 비정상 사건들이 처분시스템에 미치는 영향에 대한 추가 연구와 함께 향후 복합피폭 시나리오를 고려한 심지층 처분시스템의 안전성평가 신뢰도 향상에 크게 기여할 것으로 판단된다.

교량, 항만 및 각종 구조물과 산업설비에 대한 설계는 주로 결정론적 해석방법(Deterministic Analysis)에 의해 수행되고 있다. 그러나 구조물에 내재된 확률변수의 불확실성에 대한 영향을 보다 명확하게 평가할 뿐만 아니라 경제적인 설계를 위해서는 보다 개선된 평가방안이 요구된다. 이 연구에서는 터빈발전기 기초를 대상으로 합리적인 설계를 위해 확률유한요소법을 이용한 구조신뢰성해석을 수행하였다. 이를 위해 확률유한요소법을 신뢰성이론에 적합하도록 정식화하였으며, 대상 구조물의 부재강성 및 지진하중 등을 확률변수로 고려하여 동적응답해석 및 구조신뢰성해석을 효율적으로 수행할 수 있는 개선된 해석프로그램을 작성하였다. 작성된 해석프로그램을 이용하여 주요부재의 변위 및 부재력 응답에 대한 분산특성을 검토하였다. 아울러, 구조신뢰성해석에 따른 신뢰성지수 및 파괴확률을 제시함으로써, 대상 구조물의 구조 안전성을 정량적으로 평가하였다. 이 연구결과는 향후, 터빈발전기 기초의 개선된 설계방안을 설정함에 있어 기초자료를 제공할 것으로 기대된다.

과거 지진가속도계측기는 “지진·화산재해대책법” 제6조, 제7조에 따라 2010년 고시된 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준”에 의거 시설물 관리주체가 설치 및 운영 되었다. 하지만 시설물 관리주체에서는 구조물별 가속도 관측을 수행하고 있으나 지진 발생 시, 이를 활용하지 않거나 최대 가속도 데이터만 저장, 이용하고 있는 실정으로 데이터의 활용도를 제고할 수 있는 방안 마련의 필요성이 제기되었다. 따라서 “지진가속도 응답신호를 활용한 공공시설 안전관리 기술개발” 연구를 통해서 지진가속도 응답신호 종합분석 시스템이 개발되었다. 하지만 안전성평가를 위한 연구는 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준” 제9조에서 정의하는 9개항의 시설물 중 건축물에 해당하는 시설물에 제한적으로 적용되었기에 추가적인 연구가 필요한 실정이다.

일정 규모 이상의 사장교와 현수교에는 자유장, 주탑, 보강거더에 지진가속도계가 부착되어 있다. 이 연구에서는 부착된 센서를 활용하여 지진발생 시에 긴급하게 지진안전성을 평가하는 방법을 제안하였다. 표준화된 시스템으로 긴급한 평가가 이루어지므로 센서 단위의 평가가 효과적이며, 경주, 포항지진에 대한 특수교량의 데이터 분석을 통하여 평가 방안을 도출하였다. 자유장, 교각기초, 앵커리지와 같이 지반 또는 지반과 인접한 위치에 설치된 가속도계는 최대가속도로 평가를 수행하고 주탑상부, 보강거더 등 구조물에 부착된 가속도계는 가속도의 변환을 통한 변위비교로 평가를 수행하는 것을 제안하였다.

최근 한반도 지진 발생 회수, 규모 증대 및 전과 다른 내륙에서 발생 등, 외적으로는 지진 하중의 위험성이 증가하고 있으며, 이와 더불어, 국내 사회기반시설물의 노후화에 따른 내적인 취약성 역시 가중 되고 있다. 지진 발생 시 긴급 대처와 유연한 대책 마련을 위한 과학적이고 합리적인 안전성 평가 기술은 시설물 자체 손상을 넘어 붕괴 시 많은 2차 피해를 야기할 수 있는 대표적인 사회기반시설인 댐 저수지 및 교량에 있어 매우 미진한 상태이다. 또한, 중요시설물의 관리 주체는 시설물별 가속도 관측을 수행하고 있으나, 설치된 장비의 성능 및 비용을 고려시 상대적 활용도가 매우 낮은 실정으로, 이러한 활용도를 제고하는 기술개발이 요구되는 상항이다.

이 연구에서는 사장교 및 현수교에 부착된 지진가속도계측기를 활용하여 교량의 안전성을 긴급하게 평가할 수 있는 기법을 제안한다. 실측된 지진가속도계측기의 상시 응답을 이용하여 구조해석 모델의 고유주파수와 비교를 통해 최대한 유사한 동적특성을 갖도록 모델링을 개선한다. 설계지진에 대한 지진해석을 수행하여 지진가속도계측기 설치 위치별 최대 변위를 도출하며, 도출된 변위는 사전에 관리기준치로서 시스템에 기 입력된다. 지진발생 시 실시간으로 측정된 가속도 시간이력을 필터링 후 2중적분을 통해 변위시간이력으로 변환한 뒤 최대 변위를 추출한다. 최종적으로 시스템에 기 입력된 관리기준치와 추출된 변위와의 비교를 통해 안전성을 평가한다. 경주지진 시 기록된 데이터를 활용한 12개 특수교량의 긴급 안전성평가 수행을 통해 제안된 방법의 적용성을 확인한다.

Earthquake safety assessment software of the cable-stayed bridge using the seismic acceleration measurement date was developed. Various safety assessment indices for evaluation structural safety and serviceability of bridges are discussed. A systematic approach is proposed to process the raw data for generating appropriate safety assessment indicators. The software for structural state evaluation includes (i) format conversion of raw data, (ii) noise filtering, (iii) generation of assessment index, (iv) state evaluation. Determination of the limit state included in the condition evaluation step is discussed and an example of the graphic user interface of the software is shown.

Earthquake safety assessment software of the cable-stayed bridge using the seismic acceleration measurement date was developed. Various safety assessment indices for evaluation structural safety and serviceability of bridges are discussed. A systematic approach is proposed to process the raw data for generating appropriate safety assessment indicators. The software for structural state evaluation includes (i) format conversion of raw data, (ii) noise filtering, (iii) generation of assessment index, (iv) state evaluation. Determination of the limit state included in the condition evaluation step is discussed and an example of the graphic user interface of the software is shown.

본 연구는 지진이 발생할 경우 장대레일교량에 있어 레일과 상판 간의 종방향 상호작용에 미치는 영향을 검토하기 위한 것으로, 해 석모델에 여러 하중조합과 함께 지진하중을 적용함으로써 대상 철도교량 레일에서의 축방향 부가응력과 레일-상판 간 상대변위의 변화를 산 출하였다. 해석 결과, 본 연구 대상 철도교량의 경우 철도시설공단에서 제시하고 있는 표준응답스펙트럼을 적용할 때 레일부가응력은 대부분 의 하중조합에 대해 허용기준 내의 값을 보이고 있는 반면, 레일-상판 상대변위는 공단에서 제시하는 허용기준을 초과하고 있는 것으로 나타났 다. 따라서 레일-상판 상대변위가 레일부가응력에 비해 상대적으로 더 허용기준을 만족시키기 어렵다는 것을 알 수 있었으며, 아울러 고베 대 지진과 같은 큰 규모의 지진이 발생하면 레일부가응력과 레일-상판 상대변위는 허용기준을 충족시키지 못하므로 이에 대한 적절한 내진 대비 가 필요하다.

최근 전 세계적으로 대규모의 지진이 발생하여 인명 및 재산 피해가 증가하자 지진방재에 대한 관심이 고조되고 있다. 지진재해에 대한 국가적인 대책을 마련하기 위해 미국과 일본을 중심으로 한 재난선진국들에서는 지진가속도계측기 활용에 관한 연구를 활발히 진행하고 있다. 우리나라도 2010년 9월 7일, 소방방재청에 의해 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준”을 고시하고 지진가속도계측기 설치를 법제적으로 의무화 하였다. 하지만 대상시설물에서 계측된 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안은 아직 활성화되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 지진가속도계측기의 활용도 제고를 위해 시설물에 설치된 지진가속도계측기 응답신호의 활용방안을 살펴보았다. 특히 공공기관 청사 및 별관과 국립 대학교를 위주로 건축물의 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 연구하였다. 우선, 국내·외 건축물의 지진가속도 응답신호를 제공 및 활용하는 사례를 토대로 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 고찰하였다. 건축물의 지진가속도 응답신호는 상시미진동 측정을 통한 건전성 평가와 유사하게 활용될 수 있다. 지진발생 시 건축물의 안전성을 판단하기 위해서는 계측된 지진가속도 응답신호로부터 건축물의 안전성을 평가할 수 있는 지표 마련과 지진발생 후 손상정도의 파악을 위한 지표의 수준을 설정하는 것이 필요하다. 계측된 지진가속도 응답신호를 분석하여 건축물의 즉각적인 안전성평가가 이뤄질 수 있도록 최대가속도응답, 고유주기, 누적절대속도, 스펙트럼 강도를 안전성 평가지표로 제시하였다. 계측된 지진가속도 신호는 각각의 건축물 안전성 평가지표로 변환하여 분석할 수 있다. 첫째로 지진가속도 응답신호의 최대가속도응답을 파악하여 허용치를 벗어나는 응답의 발생여부를 파악할 수 있다. 각 건축물의 내진설계기준에 따라 적용된 허용하중을 벗어나면 정밀구조안전진단이 요구된다. 둘째로 고유치해석으로 산정된 고유주기의 평상시와 지진발생시의 변화를 분석하여 변동의 폭이 허용치를 벗어나는 것으로 건축물 안전성을 평가할 수 있다. 마지막으로 지진파의 평균속도개념인 누적절대속도(CAV: Cumulative Absolute Velocity)와 지진파의 에너지개념을 갖는 스펙트럼강도(SI: Spectral Intensity)값으로 건축물의 안전성을 평가할 수 있다. 원전기준에 의하면 CAV값이 0.16g·sec을 초과하면 설비를 정지하도록 규정하고 있다. 일본의 경우 건축물 피해 발생여부 판단기준의 SI값을 30kine으로 설정하고 있으며 향후 우리나라 특성에 맞는 평가지표별 안전성평가 수준마련이 요구된다. 이러한 건축물 안전성 평가지표를 통해 지진발생 직후 신속한 건축물 안전성평가가 수행될 수 있는 근거 자료를 제시할 수 있을 것으로 사료된다.