Seismic fragility curves play a crucial role in assessing potential seismic losses and predicting structural damage caused by earthquakes. This study compares non-sampling-based methods of seismic fragility curve derivation, particularly the probabilistic seismic demand model (PSDM) and finite element reliability analysis (FERA), both of which require employing sophisticated finite element analysis to evaluate and predict structural damage caused by earthquakes. In this study, a three-dimensional finite element model of API 5L X65, a buried gas pipeline widely used in Korea, is constructed to derive seismic fragility curves. Its seismic vulnerability is assessed using nonlinear time-history analysis. PSDM and a FERA are employed to derive seismic fragility curves for comparison purposes, and the results are verified through a comparison with those from the Monte Carlo Simulation (MCS). It is observed that the fragility curves obtained from PSDM are relatively conservative, which is attributed to the assumption introduced to consider the uncertainty factors. In addition, this study provides a comprehensive comparison of seismic fragility curve derivation methods based on sophisticated finite element analysis, which may contribute to developing more accurate and efficient seismic fragility analysis.

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.

지진 하중에 의해 피해를 받는 교각의 보강을 위한 방법론과 다양성에 대한 연구가 활발히 진행되었지만, 단자유도에 대한 비선형 정적 분석에 대한 연구가 주로 수행되었으며, 교각을 구성하는 재료적 특성만이 변수로 간주되었다. 그러나, 교 각의 기하학적 요소와 보강 수단의 관계성에 관한 연구는 수행되지 않았다. 이에 본 연구에서는 CFRP 재킷을 사용하여 캘리포 니아에 존재하는 비 내진 상세 콘크리트 교량 교각을 보강하고 형상 변화에 따라 (교각 직경, 전단 경간 비, 보강 재킷의 길이) 교량 교각의 지진 취약성 곡선 도출하고 내진 성능을 평가하였다. 상기의 목표를 달성하기 위해 Opensees 프로그램를 사용하여 문헌에서 인용할 수 있는 실험체를 모델링하고 반복 하중을 가하여 결과 비교를 통해 해석방법의 적절성을 결정하였다.

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.

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.

In countries that suffer from heavy rain such as Korea, bridges have to be prepared for a sudden water level increase. However, research on the flood risk assessment for bridges has gained less attention than earthquakes, even though one of the major causes of bridge failures has been reported to be flood. In addition, various sources of uncertainty make it challenging to evaluate the flood fragility of a bridge, and there have been few studies on the flood fragility curve derivation for bridges. The present study proposes a new methodology employing finite element reliability analysis to derive flood fragility curve. In the proposed method, two software packages, ABAQUS and FERUM, are connected so that reliability analysis can be performed in conjunction with sophisticated finite element analysis flood fragility assessment. The method is applied a real bridge in Korea, and flood fragility curves are derived for multiple damage states.

전통적인 구조물 안정성 평가는 안전율 개념에 바탕한 확정론적 평가를 하는 것이 일반적이나 세계적인 추세는 구조물에 발생할 수 있는 다양한 불확실성을 고려한 확률론적 안정성평가로 전환하고 있다. 국토진흥원의 “재난 시나리오(태풍, 호우, 지진) 기반 수변구조물 통합안전관리 기술 개발 연구단” 에서는 제방을 대상으로 지진에 대한 재난 시나리오를 개발하고, 시나리오에 대한 수변구조물의 안정성을 정량적으로 평가하기 위하여 실시간 개념으로 수변구조물의 안정성을 평가할 수 있는 시스템을 개발하고 있다. 한편, 실시간 개념의 안정성 해석은 슈퍼컴퓨터와 같이 대용량의 전산처리기기가 필요하여 그 실용성에 한계가 있다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 제방에 발생 가능한 시나리오에 대한 안정성 해석을 미리 수행하여, 확률론적인 개념을 도입한 취약도 곡선을 개발하고, 재난 발생시, 실시간으로 발생하는 계측정보와 해석결과를 이용하여 수변구조물의 통합적인 안전 모니터링을 수행할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

지진에 대한 구조물의 위험도를 해석하는 경우, 여러 위험 단계에 대한 구조물의 취약도 또는 손상도를 확인할 필요가 있다. 그리고, 교량과 같은 구조물은 지진에 저항하는 능력을 가져야하므로, 지진 격리장치가 있는 경우와 없는 경우에 대해 지진에 대한 손상 해석을 할 필요가 있다. 본 논문에서는 지진의 영향으로 최대지반가속도(PGA), 최대지반속도(PGV), 스펙트럼가속도(SA), 스펙트럼속도(SV), 스펙트럼강도(SI) 등의 특성을 고려하여, 납면진 받침을 갖는 교량의 손상도 곡선을 구하고, 입력 지진의 변화에 따른 이들 손상도 곡선의 안정성을 평가하였다.