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.

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 연구에서 피뢰기의 지진취약도 해석은 역량스펙트럼 방법을 이용하여 수행하였다. 많은 구조부재를 가진 구조물의 지진취약도 해석은 수십 혹은 수백 개의 지진하중에 대한 비탄성 지진응답을 계산하는 것이 요구되기 때문에 역량스펙트럼 방법과 같은 간단한 방법이 응답이력해석 보다 적합하다. 일반적으로 역량스펙트럼 방법에 의해 평가된 지진응답의 정확성은 응답이력해석에 의한 결과의 정확성 보다 떨어진다. 역량스펙트럼 방법의 정확성을 향상시키기 위하여 등가단자유도 방법과 성능점 계산기법이 적용되었다. 지진취약도에 대한 지진에 대한 지반효과를 평가하기 위하여 60개의 다른 지반종류의 지반운동을 입력지진으로 선정하여 사용하였다. 역량스펙트럼 방법과 응답이력해석에 의한 지진취약도 곡선의 비교로부터 역량스펙트럼 방법에 의한 지진취약도 곡선이 응답이력해석에 의한 지진취약도 곡선과 상당히 유사함을 알 수 있었다. 또한, 피뢰기의 주된 지진에 의한 파괴모드는 부싱의 파손임을 알 수 있었다.

기존의 하중-기반 방법을 대체할 방법중에 성능-기반 방법이 내진설계 및 내진성능평가의 기법으로서 널리 인식되고 있는 실정이다. 탄성응답스펙트럼을 사용하는 역량스펙트럼방법은 비선형 시스템을 등가의 선형시스템으로 치환하여 주어진 지진 하중에 대한 구조물의 최대 비선형 거동을 예측한다. 본 연구의 목적은 철근콘크리트 벽체구조물에 대하여 4개의 등가단자유도방법과 5개의 등가감쇠방법을 사용하여 역량스펙트럼방법의 정확성을 평가하는 것이다. 역량스펙트럼방법의 정확성을 평가하기 위하여 벽체구조물에 대한 진동대 실험결과와 비교하였다. 또한 이선형 곡선변환방법(등가에너지 근사화방법, 유효강성 사화 방법)에 의한 이선형 역량곡선들의 역량스펙트럼 해석에 대한 영향도 비교하였다.

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.

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.