This study proposes a methodology for assessing seismic liquefaction hazard by implementing high-resolution three-dimensional (3D) ground models with high-density/high-precision site investigation data acquired in an area of interest, which would be linked to geotechnical numerical analysis tools. It is possible to estimate the vulnerability of earthquake-induced geotechnical phenomena (ground motion amplification, liquefaction, landslide, etc.) and their triggering complex disasters across an area for urban development with several stages of high-density datasets. In this study, the spatial-ground models for city development were built with a 3D high-precision grid of 5 m x 5 m x 1 m by applying geostatistic methods. Finally, after comparing each prediction error, the geotechnical model from the Gaussian sequential simulation is selected to assess earthquake-induced geotechnical hazards. In particular, with seven independent input earthquake motions, liquefaction analysis with finite element analyses and hazard mappings with LPI and LSN are performed reliably based on the spatial geotechnical models in the study area. Furthermore, various phenomena and parameters, including settlement in the city planning area, are assessed in terms of geotechnical vulnerability also based on the high-resolution spatial-ground modeling. This case study on the high-precision 3D ground model-based zonations in the area of interest verifies the usefulness in assessing spatially earthquake-induced hazards and geotechnical vulnerability and their decision-making support.

강진에 대한 다양한 비선형 거동을 하는 부재요소들로 이루어진 교량시스템의 현재까지의 일반적인 지진취약도 평가방법은 부재- 수준에서 평가하는 것이다. 본 연구의 목적 부재-수준의 지진취약도 평가결과로부터 구조시스템을 대표하는 시스템-수준의 지진취 약도 평가방법을 개발하는 것이다. 교량의 지진 거동을 일반적으로 교축방향과 교축직각방향으로 구분하기 때문에 본 연구에서도 시 스템-수준 지진취약도를 두 방향에 대하여 구분해 평가하였다. 길이 방향에 대한 부재-수준의 지진취약도평가는 교각, 교량받침, 충 돌, 교대, 낙교에 대하여 수행하였다. 교축직각 방향에 대해서는 충돌, 교대, 낙교의 손상이 영향을 주지 않으므로 부재-수준의 지진취 약도평가는 교각과 교량받침에 대하여만 수행하였다. 다양한 구조부재의 비선형모델을 이용한 지진해석은 OpenSEES 프로그램을 사용하여 수행하였다. 시스템-수준의 지진취약도는 부재-수준 사이의 손상이 직렬연결이라고 가정하고 평가하였다. 교각의 손상이 다른 부재-수준의 손상보다 시스템-수준의 지진취약도에 지배적인 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 다시 말하면 가장 취약한 부재-수 준의 지진취약도가 시스템-수준의 지진취약도에 가장 지배적인 영향을 주는 것을 의미한다.

In Korea, most nuclear power plants were designed based on the design response spectrum of Regulatory Guide 1.60 of the NRC. However, in the case of earthquakes occurring in the country, the characteristics of seismic motions in Korea and the design response spectrum differed. The seismic motion in Korea had a higher spectral acceleration in the high-frequency range compared to the design response spectrum. The seismic capacity may be reduced when evaluating the seismic performance of the equipment with high-frequency earthquakes compared with what is evaluated by the design response spectrum for the equipment with a high natural frequency. Therefore, EPRI proposed the inelastic energy absorption factor for the equipment anchorage. In this study, the seismic performance of welding anchorage was evaluated by considering domestic seismic characteristics and EPRI's inelastic energy absorption factor. In order to reflect the characteristics of domestic earthquakes, the uniform hazard response spectrum (UHRS) of Uljin was used. Moreover, the seismic performance of the equipment was evaluated with a design response spectrum of R.G.1.60 and a uniform hazard response spectrum (UHRS) as seismic inputs. As a result, it was confirmed that the seismic performance of the weld anchorage could be increased when the inelastic energy absorption factor is used. Also, a comparative analysis was performed on the seismic capacity of the anchorage of equipment by the welding and the extended bolt.

교량은 사용년한이 증가함에 따라 노후화로 인해 역학적인 성질과 구조적인 성능이 저하되고, 이로 인해서 강진 시에 내진성능이 저하된다. 교각과 교량받침에 대한 노후화를 몇 가지 단계로 정량화하여 해석모델에 반영하였고, 노후화된 교각과 교량받침에 대하 여 부재-수준의 지진취약도를 평가하였다. 교량 시스템의 파괴 메카니즘을 직렬시스템으로 가정하여, 부재-수준의 지진취약도 해석 결과로부터 시스템-수준의 지진취약도를 평가하는 방법을 제안하였다. 노후도에 취약한 부재인 교각과 교량받침에 대하여 5가지 정 량적인 노후도(0, 5, 10, 25, 40%)를 가정하여 부재-수준의 지진취약도를 평가하였고, 이 결과로부터 시스템-수준의 지진취약도 평가 를 수행하였다. 시스템-수준의 지진취약도는 교량받침 보다는 교각이 지배적인 영향을 줌을 알 수 있었다. 이는 보다 취약한 구조부재 의 지진취약도가 전체 교량시스템의 지진취약도에 지배적인 영향을 주는 것을 의미한다.

Nuclear power plants in Korea were designed and evaluated based on the NRC's Regulatory Guide 1.60, a design response spectrum for nuclear power plants. However, it can be seen that the seismic motion characteristics are different when analyzing the Gyeongju earthquake and the Pohang earthquake that has recently occurred in Korea. Compared to the design response spectrum, seismic motion characteristics in Korea have a larger spectral acceleration in the high-frequency region. Therefore, in the case of equipment with a high natural frequency installed in a nuclear power plant, seismic performance may be reduced by reflecting the characteristics of domestic seismic motions. The failure modes of the equipment are typically structural failure and functional failure, with an anchorage failure being a representative type of structural failure. In this study, comparative analyses were performed to decide whether to consider the inelastic behavior of the anchorage or not. As a result, it was confirmed that the seismic performance of the anchorages could be increased by considering the inelastic behavior of an anchorage.

교량의 노후화는 다양한 원인에 기인하겠지만 겨울철에 제설용으로 살포하는 염화칼슘이 교량부재에 침투하여 부식을 유발하는 것이 대표적인 교량 노후화 원인중 하나라고 할 수 있다. 본 연구의 목적은 교량의 부식에 의한 노후화 정도를 정량화하고 이를 교량의 해석모델에 적용하여 노후화 정도에 따른 지진취약도 해석을 수행하고 노후화 정도와 지진취약도 곡선의 관계를 평가하는 것이다. 노후화 정도를 고려한 지진취약도 해석에 각 손상상태별로 한계값을 적절히 정의하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 손상정도에 따른 변위 연성도 능력의 저하 특성에 관한 기존 연구결과를 활용하여 손상상태를 정의하였다. 세 가지 교량받침과 두 가지 교각 높이에 따른 예제 교량들의 지진취약도 해석으로부터 노후화 정도가 증가할수록 지진취약도가 증가하는 경향이 나타냄을 알 수 있다. 이러 한 노후화 정도에 따른 지진취약도의 차이는 손상상태가 경미, 보통, 심각, 붕괴의 상태로 갈수록 증가하는 경향을 나타낸다.

Conditional spectra (CS) are applied to the seismic fragility assessment of a nuclear power plant (NPP) containment building for comparison with a relevant conventional uniform hazard response spectrum (UHRS). Three different control frequencies are considered in developing conditional spectra. The contribution of diverse magnitudes and epicentral distances is identified from deaggregation for the UHRS at a control frequency and incorporated into the conditional spectra. A total of 30 ground motion records are selected and scaled to simulate the probability distribution of each conditional spectra, respectively. A set of lumped mass stick models for the containment building are built considering nonlinear bending and shear deformation and uncertainty in modeling parameters using the Latin hypercube sampling technique. Incremental dynamic analysis is conducted for different seismic input models in order to estimate seismic fragility functions. The seismic fragility functions and high confidence of low probability of failure (HCLPF) are calculated for different seismic input models and analyzed comparatively.

확률론적 지진취약도 평가는 구조물 혹은 기기의 손상확률을 각 취약도 변수별 조합을 통해 이루어진다. 지진취약도로부터 구해지는 2개 이상 기기의 동시손상확률 계산은 기존에는 각 기기의 손상확률을 독립으로 가정해왔다. 하지만 기기별 손상확률에 상관성이 있으며, 이를 평가한 결과 상관성에 따라 동시손상확률이 변화할 수 있는 결과를 보였다. 이 지진상관성을 무시하면 비보수적인 결과가 나오고 따라서 이를 고려해서 계산되어야 한다. 이 연구에서는 지진상관계수를 해석적으로 평가하기 위해 몇 가지 확률 변수를 선정하여 각 변수별로 혹은 통합하여 평가하고 그 차이를 비교했다. 그리고 단순화된 모델과, 복잡한 모델에 대한 상관계수 차이도 비교 하였다. 이들 방법에 따른 상관계수의 결과와 차이를 분석했다. 그 결과 각 변수별로 평가하는 것과 통합하여 평가할 때 변수별 영향의 차이에 따라 상관성이 변화함을 확인하였고, 모델이 단순할수록 상관성이 높아짐을 확인하였다.

Seismic fragility was assessed for non-seismic reinforced concrete shear walls in Korean high-rise apartment buildings in order to implement an earthquake damage prediction system. Seismic hazard was defined with an earthquake scenario, in which ground motion intensity was varied with respect to prescribed seismic center distances given an earthquake magnitude. Ground motion response spectra were computed using Korean ground motion attenuation equations to match accelerograms. Seismic fragility functions were developed using nonlinear static and dynamic analysis for comparison. Differences in seismic fragility between damage state criteria including inter-story drifts and the performance of individual structural members were investigated. The analyzed building had an exceptionally long period for the fundamental mode in the longitudinal direction and corresponding contribution of higher modes because of a prominently insufficient wall quantity in such direction. The results showed that nonlinear static analyses based on a single mode tend to underestimate structural damage. Moreover, detailed assessments of structural members are recommended for seismic fragility assessment of a relatively low performance level such as collapse prevention. On the other hand, inter-story drift is a more appropriate criterion for a relatively high performance level such as immediate occupancy.

A methodology to assess seismic fragility of a nuclear power plant (NPP) using a conditional mean spectrum is proposed as an alternative to using a uniform hazard response spectrum. Rather than the single-scenario conditional mean spectrum, which is the conventional conditional mean spectrum based on a single scenario, a multi-scenario conditional mean spectrum is proposed for the case in which no single scenario is dominant. The multi-scenario conditional mean spectrum is defined as the weighted average of different conditional mean spectra, each one of which corresponds to an individual scenario. The weighting factors for scenarios are obtained from a deaggregation of seismic hazards. As a validation example, a seismic fragility assessment of an NPP containment structure is performed using a uniform hazard response spectrum and different single-scenario conditional mean spectra and multi-scenario conditional mean spectra. In the example, the number of scenarios primarily influences the median capacity of the evaluated structure. Meanwhile, the control frequency, a key parameter of a conditional mean spectrum, plays an important role in reducing logarithmic standard deviation of the corresponding fragility curves and corresponding high confidence of low probability of failure (HCLPF) capacity.

화력발전소 구조물 중 하나인 보일러 강구조물은 물탱크가 올라가게 되는 중요한 설비지만 그 중요성이 비해 지진에 대한 안전성 평가에 대한 연구가 미비하다. 본 연구에서는 취약도 곡선을 도출하고자 16개의 지진파에 12개의 PGA값을 선정하고 포 항지진을 포함해 총 200회의 동적 비선형 해석을 수행하였다. 강재의 인장, 압축응력과 강구조물의 상대변위를 측정하였다. 강재 재료적 특성의 경우 변형은 발생하였으나 파괴는 발생하지 않았고, 상대변위의 경우 한계점에 못 미치는 변위가 발생하였다. 취약도 곡선 도출결과 국내의 지진구역 구분 및 지역계수를 기준으로 강재의 재료적 변형(400MPa)에서는 인장이 38%, 압축이 62.5%로 변형이 발생하였고, 상대변위는 0%의 확률로 한계점을 넘었다. 이러한 보일러 강구조물에 대한 취약도 곡선은 대상구조물에 대한 한 계상태를 판별하는 정량적 근거와 지진에 대한 안전설계시 활용될 수 있다.

In order to increase the seismic safety of nuclear power plant (NPP) structures, a technique to reduce the seismic load transmitted to the NPP structure by using a seismic isolation device such as a lead-rubber bearing has recently been actively researched. In seismic design of NPP structures, three directional (two horizontal and one vertical directions) artificial synthetic earthquakes (G0 group) corresponding to the standard design spectrum are generally used. In this study, seismic analysis was performed by using three directional artificial synthetic earthquakes (M0 group) corresponding to the maximum-minimum spectrum reflecting uncertainty of incident direction of earthquake load. The design basis earthquake (DBE) and the beyond design basis earthquakes (BDBEs are equal to 150%, 167%, and 200% DBE) of G0 and M0 earthquake groups were respectively generated for 30 sets and used for the seismic analysis. The purpose of this study is to compare seismic responses and seismic fragility curves of seismically isolated NPP structures subjected to DBE and BDBE. From the seismic fragility curves, the probability of failure of the seismic isolation system when the peak ground acceleration (PGA) is 0.5 g is about 5% for the M0 earthquake group and about 3% for the G0 earthquake group.

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.

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.

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.