Seismic qualification of instruments and devices mounted on electrical cabinets in a nuclear power plant is performed in this study by means of the in-cabinet response spectrum (ICRS). A simple method and two rigorous methods are proposed in the EPRI NP-7146-SL guidelines for generating the ICRS. The simple method of EPRI can give unrealistic spectra that are excessively conservative in many cases. In the past, the time domain analysis (TDA) methods have been mostly used to analyze a structure. However, the TDA requires the generation of an artificial earthquake input motion compatible to the target response spectrum. The process of generating an artificial earthquake may involve a great deal of uncertainty. In addition, many time history analyses should be performed to increase the accuracy of the results. This study developed a numerical analysis program for generating the ICRS by frequency domain analysis (FDA) method. The developed program was validated by the numerical study. The ICRS calculated by FDA thoroughly matched with those obtained from TDA. This study then confirms that the method it proposes can simply and efficiently generate the ICRS compared to the time domain method.

Safety-related cabinets and their electrical parts, such as relays and switches in nuclear power plants, should maintain continuous functioning, as well as structural safety according to the nuclear regulatory guidelines. Generally, an electrical part is qualified if its functioning is maintained without abnormality during excitement by motion compatible with the test response spectrum, which is larger than its in-cabinet response spectrum (ICRS). ICRS can be determined by shake-table test or dynamic analysis. Since existing cabinets in use can hardly be stopped and moved, dynamic analysis is preferred over shake-table test in determining ICRS. The simple method, suggested by the Electric Power Research Institute (EPRI) to determine ICRS, yields conservative or non-conservative results from time to time. In order to determine that the ICRS is better than EPRI method in a simple way, Ritz method considering global and local plate behaviors was suggested by Gupta et al. In this paper, the Ritz method is modified in order to consider the rocking and frame behaviors simultaneously, and it is applied to a simple numerical example for verification. ICRS is determined by Ritz method and compared with the results by finite element method (FEM). Based on this numerical example, recommendations for using Ritz method are suggested.

It is important to select proper ground motions for obtaining accurate results from response history analyses. The purpose of this study is to propose an accurate and efficient method that does not require excessive computation for selecting and scaling ground motions to match target response spectrum mean and variance. The proposed method is conceptually simple and straightforward, and it does not use a simulation algorithm that requires a sophisticated subroutine program. In this method, the desired number of ground motions are sequentially scaled and selected from a ground motion library. The proposed method gives the best selection results using Sum of Square Error and has the smallest value(=0.14). Also, The accuracy and consistency of the proposed method are verified by comparing the selection results of the proposed method with those of existing methods.

This study is the sequel of a companion paper (I. Algorithm) for assessment of the seismic performance evaluation of structure using ground motions selected by the proposed algorithm. To evaluate the effect of the correlation structures of selected ground motions on the seismic responses of a structure, three sets of ground motions are selected with and without consideration of the correlation structure. Nonlinear response history analyses of a 20-story reinforced concrete frame are conducted using the three sets of ground motions. This study shows that the seismic responses of the frames vary according to ground motion selection and correlation structures.

It is important to select an accurate set of ground motions when conducting linear and nonlinear response history analyses of structures. This study proposes a method for selecting ground motions from a ground motion library with response spectra that match the target response spectrum mean, variance and correlation structures. This study also has addressed the determination of an appropriate value for the weight factor of a correlation structure. The proposed method is conceptually simple and straightforward, and does not involve a simulation algorithm. In this method, a desired number of ground motions are sequentially selected from first to last. The proposed method can be also used for selecting ground motions with response spectra that match the conditional spectrum. The accuracy and efficiency of the proposed procedure are verified with numerical examples.

본 논문에서는 질점계 비선형 지진응답해석을 통한 역량스펙트럼 도출방법을 소개한다. 일반적인 건축물의 손상도 평가는 비선형 등가정적해석(Push-over Analysis)을 통하여 건축물의 역량스펙트럼을 도출하고, 역량스펙트럼과 요구스펙트럼의 교차점을 성능점으로 평가하고 있다. 등가정적해석은 지진의 영향을 등가의 정적하중으로 환산한 후 이를 이용하여 정적해석을 수행함으로써 구조물의 지진에 의한 거동을 예측하는 방법이다. 이 방법은 고차모드 및 층별 동특성의 영향을 고려할 수 없다. 따라서 건축물의 동특성이 반영된 역량스펙트럼을 산출하기 위하여 질점계 비선형 지진응답해석을 진행하여 건축물의 역량 스펙트럼을 제안하고자 한다.

본 연구에서는 지반운동 라이브러리에서 목표스펙트럼에 근사한 평균응답스펙트럼을 갖는 한 개 혹은 다수의 지반운동을 선정하는 효율적인 방법을 제안하고자 한다. 지반운동 선정 시 목표스펙트럼의 형상과 크기를 맞추어야 하는데 이 두 가지를 독립적으로 고려할 수 있다는 기존 연구결과에 따라 본 연구에서도 형상이 가장 유사한 지반운동을 찾고 크기를 맞추기 위하여 배율조정계수를 사용한다. 형상을 맞추기 위해 각 주기에서 목표스펙트럼과 지반운동 평균응답스펙트럼의 차이 값의 표준편차가 최소가 되도록 하여 선정하는 방법을 제안하였다. 형상이 결정된 후 그 크기를 맞추기 위해 본 연구에서 제안한 배율조정계수를 찾는 방법은 기존 연구와 달리 한번에 찾을 수 있도록 제안하였다. 40개의 지반운동 라이브러리로부터 제안한 방법을 이용하여 목표스펙트럼에 근사한 평균스펙트럼을 갖는 7개의 지반운동기록을 선정한 결과, 그 정확성과 계산소요시간에 있어 모두 만족할만한 결과를 보였다.

최근 들어 구조물의 내진성능평가법으로서 간편법인 역량스펙트럼법이 건축물을 비롯한 교량분야에도 활용되고 있다. 현재까지의 연구는 대부분 대칭성을 갖는 정형화된 형상의 교량을 대상으로 하는 연구가 진행되어 왔다. 이 논문에서는 역량스펙트럼법을 비정형 곡선교에 적용시켰을 때의 실용성을 검토하였다. 이를 위해 3경간 연속 곡선교의 비탄성 내진성능을 역량스펙트럼법과 시간이력해석법으로 평가하였다. 곡선교의 응답은 단순 3경간 대칭형 직선교의 응답과 비교하고, 곡선교의 원호각의 정도에 따른 비탄성변위응답의 변화를 분석하였다. 역량스펙트럼법에 의한 평가결과는 비선형 시간이력해석법에 의한 결과와 비교하였다. 입력운동으로 사용한 지반 운동은 실제 기록 지진 중에서 선별된 El Centro지진과 Kobe지진이다. 해석결과, 역량스펙트럼법이 시간이력해석방법에 비하여 대체적으로 변위응답을 크게 산출하고 있는 것으로 확인되었다. 역량스펙트럼법에 의한 해석결과로 얻어진 직선교에 대한 변위 응답 값은 시간이력해석결과와 대체적으로 일치하고 있다. 하지만 곡선교의 원호각이 커질수록 교각의 비탄성 변위는 직선교의 비탄성 변위와 비교하였을 때 그 차이가 증가되는 것으로 확인되었다.

일반적으로 응답스펙트럼 해석법은 건물의 지진해석에 널리 사용되고 있지만 기계하중이나 이동하중 등에 의하여 발생하는 진동에 대한 해석에는 시간이력해석이 주로 사용되고 있다. 그런데, 시간이력해석법은 정확한 반면 매우 복잡하고 어려우며 많은 시간을 필요로 한다. 따라서, 본 논문에서는 동적하중을 받는 구조물의 최대응답을 응답스펙트럼해석법을 이용하여 간편하게 계산하는 방법을 제시하고자 한다. 우선, 이 해석법의 해석과정에 대하여 알아보았으며, 복수절점에 동적 하중을 받는 경우에 대해서 해석시간 및 메모리를 줄이는 방법을 제시하였다. 다음으로는 이동하중을 받는 경우에 대하여 구조물의 최대응답을 구하는 방법에 대하여 알아보았다. 마지막으로 예제를 통하여 시간이력해석을 수행하여 얻은 최대응답과 응답스펙트럼해석에 의한 최대응답을 비교하여 제시한 해석법의 정확성을 확인하였다.

일반적으로 응답스펙트럼 해석법은 지지해석에 널리 쓰이고 있지만 동적하중에 의한 구조물의 진동해석은 주로 시간이력해석에 의존한다. 그러나 시간이력해석법은 응답스펙트럼 해석법에 비하여 복잡하며 어렵고 또한 시간이 많이 소요된다 따라서본 논문에서는 응답스펙트럼 해석법을 이용하여 구조물의 연직 최대 응답을 예상하는 방법을 연구하였다 이를 위하여 우선 지지해석에서 응답스펙트럼 해석법과 시간이력해석법에 의하여 구조물의 최대응답을 구하여 비교하였으며 동적하중에 대한 응답스펙트럼 해석을 수행하는 과정을 나타내었다. 마지막으로 제안된 방법과 시간이력해석에 의한 결과를 비교하였다.

여러 가지 진동원으로부터 전파되는 진동으로 인하여 진동폐해민원이 계속적으로 증가하는 추세에 있으나 이에 대한 진동규제기준이 미흡한 상태이다. 진동피해의 예측이나 경감방안을 마련하기 위해서 간편하고 실용적인 진동예측이 절실한 상태이다. 본 연구에서는 Newmark와 Hall이 제시한 증폭계수의 개념을 도입한 응답스펙트럼을 이용하여 쉽게 진동을 예측할 수 있는 기법을 제시하고 그 적용성을 검토하고자 한다. 이를 위하여 운행중인 지하철 구조물 내부 및 지상과 건물에서의 진동을 측정하였으며 제시된 방법으로 분석한 결과 본 방법이 진동예측에 손쉽게 적용될수 있음을 보여 주었다.

본 논문은 고층건물의 지진응답해석에서 탄성 및 탄소성 응답스펙트럼 해석법에 대하여 고찰한 것이다. 선형 구조물의 지진응답 해석에 널리 사용되고 있는 응답스펙트럼법은 여러 연구자들에 의해 서로 다른 모드 조합방법으로 제안되었으며, 이들 조합방법에 따른 차이점을 상세히 검토하였다. 탄소성 지진응답해석에 응답스펙트럼법은 아직 널리 사용되고 있지 못한 실정이다. 본 연구에서는 장주기를 갖는 고층 건물의 탄소성 지진응답해석에 응답스펙트럼을 확장하여 적용하는 방법을 제시한다. 본 논문에서 제안한 탄소성 응답스펙트럼법을 이용하면, 고층건물의 예비 설계에서 시간이력해석 대신으로 보다 간편히 탄소성 응답치를 예측하는 도구로서 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

일반적으로 건축물의 손상도평가 및 성능평가시 비선형 등가정적해석(Push-over Analysis)이 사용된다. 등가정적해석법은 지진하중을 등가의 정적하중으로 환산하여 정적해석을 수행하는 방법으로 각층을 변위제어로 가력하여 각층의 강성에 의한 복원력만이 산출하기 때문에 지진파와 같은 동적하중에 대한 건축물의 동적거동을 평가하기에는 곤란하다. 지진하중에 의한 건축물의 거동은 주기 및 강성의 변화에 따라 동적거동이 달라지며 반복적인 거동으로 같은 변위에서의 내력저하 현상도 발생하게 된다. 따라서 건축물의 동특성이 반영된 손상도평가 및 성능평가를 위한 역량스펙트럼은 동적거동을 평가할 수 있는 비선형 지진응답해석을 통하여 산출되어야한다. 본 연구에서는 질점계 비선형 지진응답해석을 수행하여 역량스펙트럼을 도출한다. 도출된 역량스펙트럼을 등가정적해석과 비교하여 질점계 비선형 지진응답해석이 고차모드 및 층별 동특성의 영향을 고려하고 있음을 확인하고자 한다. 또한, 질점계 비선형 지진응답해석과 등가정적해석을 3차원 해석에 의한 결과와 비교·검토하여 질점계 비선형 지진응답해석과 등가정적해석의 정밀도를 비교·분석하고자 한다.