다양한 비선형지진해석방법에 따른 철근콘크리트 전단벽 구조물의 취약도곡선 평가

장동휘,송종걸,강성립,박창호 한국지진공학회 2011 한국지진공학회논문집 Vol.15 No.4

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. Seismic fragility analysis has been developed to evaluate the seismic performance of existing nuclear power plants, but now its applicability has been extended to buildings and bridges. In general, the seismic fragility curves are evaluated from the nonlinear time-history analysis (THA) using many earthquake ground motions. Seismic fragility analysis using the nonlinear THA requires a time consuming process of structural modeling and analysis. To overcome this shortcoming of the nonlinear THA, simplified methods such as the displacement coefficient method (DCM) and the capacity spectrum method (CSM) are used for the seismic fragility analysis. In order to evaluate the accuracy of the seismic fragility curve calculated by the DCM and the CSM, the seismic fragility curves of a reinforced concrete shear wall structure calculated by the DCM and CSM are compared with those calculated by the nonlinear THA. In order to construct a numerical fragility curve, 190 artificially generated ground motions corresponding to the design spectrum and the methodology proposed by Shinozuka et al. are used.

강재 재료 불확실성을 고려한 I형 곡선 거더 교량의 경주 지진 기반 지진 취약도 분석

전준태,주부석,손호영 한국재난정보학회 2021 한국재난정보학회 논문집 Vol.17 No.4

연구목적: 곡선 교량은 기하하적 특성으로 직선교량에 비해 복잡한 거동을 보이기 때문에 지진 안전성 평가가 반드시 이루어져야 한다. 본 연구에서는 곡선 거더를 갖는 교량의 강재 재료 특성의 불확실성을 고려한 지진 취약도 평가를 수행하였다. 연구방법: I형 곡선 거더를 갖는 교량의 유한요소 모델을 구축 하였으며 선행연구에서 제시된 강재 특성의 통계적 매개변수를 이용하였다. 라틴 하이퍼큐브 기법을 이용하여 100개의 강재 재료 모델을 샘플링하였다. 경주지진의 지반가속도를 0.2g, 0.5g, 0.8g, 1.2g, 1.5g로 scale을 변화시켜 지진 취약도 평가를 수행하였다. 연구결과: 곡선거더의 지진 취약도 평가결과 한계상태가 190MPa일 때 0.03g 파괴가 시작되었으며 한계상태가 315MPa일 때 0.11g를 초과하면서 파 괴가 시작되는 것으로 나타났다. 결론: 본 연구에서는 재료 불확실성을 고려한 지진 취약도 평가를 수행 하였으며 추후 연구에서는 지진파의 불확실성과 재료의 불확실성을 동시에 고려한 지진 취약도 분석 이 필요할 것으로 판단된다. Purpose: Seismic safety evaluation of a curved bridge must be performed since the curved bridges exhibit the complex behavior rather than the straight bridges, due to geometrical characteristics. In order to conduct the probabilistic seismic assessment of the curved bridge, Seismic fragility evaluation was performed using the uncertainty of the steel material properties of a curved bridge girde, in this study. Method: The finite element (FE) model using ABAQUS platform of the curved bridge girder was constructed, and the statistical parameters of steel materials presented in previous studies were used. 100 steel material models were sampled using the Latin Hypercube Sampling method. As an input ground motion in this study, seismic fragility evaluation was performed by the normalized scale of the Gyeongju earthquake to 0.2g, 0.5g, 0.8g, 1.2g, and 1.5g. Result: As a result of the seismic fragility evaluation of the curved girder, it was found that there was no failure up to 0.03g corresponding to the limit state of allowable stress design, but the failure was started from 0.11g associated with using limit state design. Conclusion: In this study, seismic fragility evaluation was performed considering steel materials uncertainties. Further it must be considered the seismic fragility of the curved bridge using both the uncertainties of input motions and material properties.

거더 단면형상 변화에 따른 곡선교량의 지진 취약도 분석

전준태,주부석,손호영 한국재난정보학회 2019 한국재난정보학회 논문집 Vol.15 No.4

연구목적 : 동일한 단면 2차 모멘트를 갖는 곡선 거더의 형상 변화에 따른 곡선 교량의 확률론적 안전성 평가인 지진 취약도 평가를 수행하고자 한다. 연구방법 : I, T, Box Shape 단면을 갖는 곡선 교량을 유한 요소 모델로 구축하였으며 경주 및 포항지진을 포함하여 24개의 입력지진을 적용하여 지진 취약도 평 가를 수행하였다. 연구결과 : 거더의 응력에 대한 지진 취약도의 경우 T-Shpae 거더에서 가장 큰 파괴확 률이 나타났으며 수평변위에 대한 지진 취약도의 경우 3개의 곡선 교량에서 비슷하게 발생하는 것으로 나타났다. 결론 : 3개의 곡선 교량에 대한 지진 취약도 분석을 수행하였으며 비틀림 저항이 가장 큰 Box-Shape 거더의 파괴확률이 가장 낮은 것으로 나타났다. 추후 연구에서는 추가적인 매개변수를 고려 하여 지진 취약도 평가를 수행하고자한다. Purpose: The primery objecting of this paper is to explore the seismics fragility of curved bridge based on the change of girder section. Method: The cross section of the bridge structure was constructed with I, T, and Box shapes and then, in order to perform the seismic fragility 24 seismic ground motions were used, including Gyeongju Pohang Earthquake. Result: Fist, T-Shape of the bridge strucrue was much fragility in terms of the stress on girder section, in comparison to the other shapes. The seismic fragilies of the structures with respect to displacement(drift ratio), however, were shown simialr. Conclusion: In other to wvaluation the seismic fragility of curved structure using different girder shapes, analytical models of the structure were constructed and then, the probability failure of box-shape girder was shown lower probability. In further, Parametric studies of curved structures must be conducted.

확률론적 내진성능평가를 위한 PSC Box 거더교의 지진취약도 해석

송종걸(Song Jong-Keol),김학수(Jin He-Shou),이태형(Lee Tae-Hyung) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 A Vol.29 No.2A

구조물의 지진취약도 곡선은 최대지반기속도, 가속도 스펙트럼(S<SUB>a</SUB>) 혹은 변위 스펙트럼(S<SUB>d</SUB>)등과 같은 지진의 크기를 나타내 는 다양한 수준에 대하여 정해진 손상상태를 초과할 확률을 나타내는 것으로 구조물의 내진성능과 지진위험도를 평가하는데 아주 중요하다. 본 논문의 목적은 국내 교량의 대표적인 형식의 하나인 PSC BOX 거더교에 대한 지진취약도를 분석하는 것이다. 이를 위해 실제지진기록을 사용하여 국내 내진설계기준에 적합한 인공지진을 작성하여 예제교량에 대한 비탄성 시간 이력해석을 수행하여 Shinozuka 등이 제안한 방법을 사용하여 지진취약도 곡선을 작성하였다. 최대지반가속도에 비해 구조물의 손상을 나타내기에는 S<SUB>a</SUB>와 S<SUB>d</SUB>가 보다 적절하므로 지진취약도 곡선을 S<SUB>a</SUB>와 S<SUB>d</SUB> 단위로 전환하여 나타내었다. 비탄성 시간 이력해석에 의해 평가된 최대지반가속도, S<SUB>a</SUB>, S<SUB>d</SUB> 단위의 취약도 곡선을 HAZUS에서 사용하는 간편식을 이용한 지진취약도 곡선과 비교하여 평가하였다. Seismic fragility curves of a structure represent the probability of exceeding the prescribed structural damage state for a given various levels of ground motion intensity such as peak ground acceleration (PGA), spectral acceleration (S<SUB>a</SUB>) and spectral displacement (S<SUB>d</SUB>). So those are very essential to evaluate the structural seismic performance and seismic risk. The purpose of this paper is to develop seismic fragility curves for PSC box girder bridges. in order to construct numerical fragility curve of bridge structure using nonlinear time history analysis, a set of ground motions corresponding to design spectrum are artificially generated. Assuming a lognormal distribution, the fragility curve is estimated by using the methodology proposed by Shinozuka et al. PGA is simple and generally used parameter in fragility curve as ground motion intensity. However, the PGA has not good relationship with the inelastic structural behavior. So, S<SUB>a</SUB> and S<SUB>d</SUB> with more direct relationship for structural damage are used in fragility analysis as more useful intensity measures instead of PGA. The numerical fragility curves based on nonlinear time history analysis are compared with those obtained from simple method suggested in HAZUS program.

강상자형 합성거더교의 확률론적 내진성능 평가를 위한 시스템-수준 지진취약도 방법의 개발

꽁씨나,김예은,문지호,송종걸 한국전산구조공학회 2023 한국전산구조공학회논문집 Vol.36 No.3

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 지진취약도 평가방법을 개발하는 것이다. 교량의 지진 거동을 일반적으로 교축방향과 교축직각방향으로 구분하기 때문에 본 연구에서도 시스템-수준 지진취약도를 두 방향에 대하여 구분해 평가하였다. 길이 방향에 대한 부재-수준의 지진취약도평가는 교각, 교량받침, 충돌, 교대, 낙교에 대하여 수행하였다. 교축직각 방향에 대해서는 충돌, 교대, 낙교의 손상이 영향을 주지 않으므로 부재-수준의 지진취약도평가는 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-수준의 지진취약도가 시스템-수준의 지진취약도에 가장 지배적인 영향을 주는 것을 의미한다.

LNG 저장탱크의 해석적 지진취약도함수 개발

이태형,권순환,박효상,Lee. Tae-Hyung,Kwon. Soonhwan,Park. Hyo-Sang 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.1

천연가스 생산기지, 특히 LNG 저장탱크는 지진에 의한 손상을 입을 경우 사회경제적 피해가 막대하기 때문에 탱크의 내진 성능을 사전에 파악하는 것이 중요하다. 내진설계가 철저하게 반영된 이유로 국내외를 통틀어 LNG 저장탱크가 지진피해를 입은 경우가 거의 없으나, 설계지진하중보다 큰 하중에 대한 탱크의 거동을 예측할 수 있는 기술은 여전히 필요하다. 지진취약도 함수는 구조물의 내진성능을 표현하는 가장 합리적이고 보편적인 방법 중의 하나이다. 본 연구에서는 국내에서 운영 중인 LNG 저장탱크에 대한 지진취약도함수를 개발하였다. 저장탱크의 구조해석에 가장 많이 사용되는 튜닝포크모델을 사용하고 50개의 실측지진파를 이용하여 시간이력해석을 수행하였다. 미국의 지진피해예측 프로그램인 HAZUS에서 정의한 가스저장탱크의 한계상태를 이용하여 구조해석에 의한 해석적 취약도함수를 개발하였다. 합리적인 취약도함수를 도출하기 위해 지진피해에 기반을 둔 기존의 저장탱크 취약도함수와 본 연구에서 도출한 해석적 취약도함수를 조합하여 국내 LNG 저장탱크의 지진취약도함수를 개발하였다. 최대지반가속도가 0.2 g인 지진이 발생하면 탱크 벽체에 경미한 균열이 발생할 확률이 1.0%로, 이보다 심각한 손상이 발생할 확률은 0.0% 나타났고, 설계지반가속도의 두 배 크기인 0.4 g의 지진이 발생하면 경미한 균열이 발생할 확률이 27.1%로, 다수의 균열이 발생할 확률이 10.0%로 나타나 탱크의 안전도가 상당히 높은 것으로 분석되었다. When a Liquified Natural Gas (LNG) receiving terminal is damaged by an earthquake, the socio-economic impact of it`s damage might be huge. Therefore, it is important to understand the seismic resistant capacity of such facilities, specially LNG storage tanks, in order for minimizing the earthquake hazard. Even though seismic design criteria are so strict that LNG storage tanks rarely suffer from earthquakes, we still need to know what to happen when a larger earthquake than a design earthquake occurs. A seismic fragility function is frequently used to express the seismic performance of structures. In this study, the seismic fragility functions of LNG storage tanks that are under operation in Korea are developed. A so-called `tuning-fork model` is used to evaluate the dynamic response of the LNG tank based on a series of time history analyses. The fragility functions are developed based on the performance limit states that are defined in HAZUS, a popular seismic performance evaluation program. Finally, the analytical fragility function is updated by combined by pre-defined empirical fragility functions. According to the fragility functions, the probabilities of having minor cracks and moderate cracks on the tank wall are 1.0% and 0.0%, respectively, for the design-level earthquake with the peak ground acceleration (PGA) 0.2 g. For PGA 0.4 g, the corresponding probabilities are 27.0% and 10.0%, respectively.

지진취약도분석을 통한 교량의 지진위험도 평가

이진학,윤진영,윤정방 한국지진공학회 2004 한국지진공학회논문집 Vol.8 No.6

지진취약도 분석을 통하여 교량의 지진 위험도를 평가하였다. 지진취약도 분석에서는 교각 하부의 소성힌지의 거동을 주요 손상인자로 분석하였으며, 또한 한반도 지진재해지도를 근거로 하여 지진발생확률을 산정한 후 이들을 이용하여 교량의 성능단계에 따른 손상발생확률을 분석하였다. 이 연구에서는 교각에 직접 전달되는 지진이 아닌 암반노두에서의 지진의 최대지반가속도에 대하여 지진취약도를 분석하였으며, 비선형 지진해석을 위해서는 층상지반의 영향으로 증폭된 지진하중을 고려하였다. 제안된 방법으로 예제교량의 지진위험도를 분석하였으며, 면진받침이 설치된 교량에 대한 지진 위험도의 저감 효과를 정량적으로 분석하였고, 지진재해지도에서의 조건이 다른 지역에 시공되는 경우의 지진위험도를 분석함으로써 현 시방서의 타당성을 간접적으로 검토하였다. Seismic risk assessment of bridge is presented using fragility curves which represent the probability of damage of a structure virsus the peak ground acceleration. In theseismic fragility analysis, the structural damage is defined using the rotational ductility at the base of the bridge pier, which is obtained through nonlinear dynamic analysis for various input earthquakes. For the assessment of seismic risk of bridge, peak ground accelerations are obatined for various return periods from the seismic hazard map of Korea, which enables to calculate the probability density function of peak ground acceleration. Combining the probability density function of peak ground acceleration and the seismic fragility analysis, seismic risk assessment is performed. In this study, seismic fragility analysis is developed as a function of not the surface motion which the bridge actually suffers, but the rock outcrop motion which the aseismic design code is defined on, so that further analysis for the seismic hazard assessment may become available. Besides, the effects of the friction pot bearings and the friction pendulum bearings on the seismic fragility and risk analysis are examined. Lastly, three regions in Korea are considered and compared in the seismic risk assessment.

철도교의 지진취약도 함수 도출을 위한 안전율평가 결과 이용

김민규,함대기,최인길 한국지진공학회 2009 한국지진공학회논문집 Vol.13 No.4

본 연구에서는 HAZUS와 같은 지진위험도 추정을 위한 입력으로서 교량구조물에 대한 대표 지진취약도 함수를 도출하기 위하여 기존에 수행되었던 안전율 평가 결과를 이용하여 일련의 교량군에 대한 대표 지진취약도 함수를 도출하는 방법을 제안하였다. 지진응답해석 결과를 근거로 하여 제시된 교량 집단의 각 부재별 안전율을 정리하였으며 이 안전율 결과를 이용하여 각 파괴모드별 지진취약도 곡선을 도출하였다. 각 부재별로 평가된 지진취약도 함수를 이용하여 HAZUS의 입력으로 사용할 수 있는 손상단계별 지진취약도 함수를 도출하였다. 부재별 파괴모드를 이용하여 교량전체의 시스템 취약도를 도출하기 위하여 고장수목을 사용하였다. 결과적으로 본 연구에서는 기존의 안전율결과를 이용하여 취약도결과를 도출할 수 있는 방법을 제시하였다. This study is an evaluation of seismic fragility function using the HAZUS program for railway bridge systems, based on the results of previous research on seismic safety factor. First, a fragility function for each of the bridge members was evaluated according to the damage criteria and failure mode. Subsequently, bridge system fragility was evaluated using a fault tree to describe damage status. Finally, a fragility evaluation method for the bridge system was developed, based on the safety factor derived from the previous research.

지하 공동구 시설물의 지진취약도 분석

이득복,이창수,신대섭 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.5

지진시 사회 인프라시설물의 피해는 시설물 자체의 피해보다 사회 전반에 걸친 2차 피해를 야기한다. 그 중, 지하 공동구 구조물은 통신, 가스, 전기 등 사회의 라이프라인에 해당하여 지진에 대한 취약성을 정확히 평가하여야 할 필요가 있다. 따 라서, 본 연구에서는 지하 공동구의 지진 발생 지반가속도에 따른 파괴가능성을 평가하였다. 평가를 위한 입력지반운동은 해 외 실측 지진데이터와 한반도에서 발생가능한 인공지진파를 차용하였으며, 지진해석 방법은 응답변위법과 시간이력해석법 을 사용하였다. 파괴여부를 판별하는 한계상태는 휨모멘트와 전단 파괴를 바탕으로 하였다. 취약도 함수 도출을 위한 방법은 최우도법이 사용되었으며, 그 분포함수는 대수정규분포로 가정하였다. 이는 지진시 지하 공동구 시설물의 피해 평가는 물론 지하 공동구 시설물의 내진설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있다. Damage of infrastructures by an earthquake causes the secondary damage through the world at large more than the damage of the structures themselves. Amomg them, underground utility tunnel structures comes under the special life line: communication, gas, electricity and etc. and it has a need to evaluate its fragility to an earthquake exactly. Therefore, the destruction ability according to peak ground acceleration of earthquakes for the underground utility tunnels is evaluated in this paper. As an input ground motion for evaluating seismic fragilities, real earthquakes and artificial seismic waves which could be generated in the Korean peninsula are used. And as a seismic analysis method, response displacement method and time history analyzing method are used. An limit state which determines whether destruction is based on the bending moment and shear deformation. A method used to deduct seismic fragility curve is method of maximum likelihood and the distribution function is assumed to the log normal distribution. It could evaluate the damage of underground utility tunnels to an earthquake and could be applied as basic data for seismic design of underground utility tunnel structures.

지진격리된 원자력발전소 연결배관의 실제 손상 기반 지진취약도 분석

전법규 ( Jeon Bubgyu ),김성완 ( Kim Sungwan ),윤다운 ( Yun Dawoon ),임승현 ( Eem Seunghyun ),함대기 ( Hahm Daegi ) 한국복합신소재구조학회 2021 복합신소재구조학회논문집 Vol.12 No.3

원자력 발전소에 지진격리장치를 설치하여 내진성능을 향상시킬 수 있다. 그러나 지진격리장치의 적용으로 지반과 구조물 사이에서 큰 상대 변위가 발생하게 된다. 따라서 지진격리된 구조물과 일반 구조물을 연결하는 연결배관시스템의 경우 지진리스크가 증가할 수 있다. 따라서 이러한 배관시스템의 지진취약도를 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 지진취약도 분석을 위해 지진격리된 APR1400 원자력발전소와 주증기관을 대상으로 지진취약도를 분석하였다. 주증기관은 지진격리된 nuclear island의 보조 건물과 터빈 건물을 연결하는 인터페이스 배관이다. 지진취약도 분석을 위한 파괴모드는 누출관통균열로 정의하였다. 누출은 실험결과와 수치해석을 통해 손상지수로 정량화하여 취약도 분석을 위한 파괴기준으로 사용하였다. 파괴기준의 변동에 의한 취약도 곡선의 변동성을 확인하기 위하여 손상지수의 최솟값, 최댓값, 평균값 및 중앙값을 파괴기준으로 하여 지진취약도 곡선을 작성하였다. A seismic isolation system installed in a nuclear power plant (NPP) can withstand a load caused by an earthquake. However, a larger relative displacement may occur in the system compared with its absence. Therefore, the seismic risk in an interface piping system that connects base-isolated and general structures can increase. Hence, seismic-fragility analysis of these piping systems is necessary. In this study, a seismic-fragility analysis was performed on base-isolated APR1400 NPPs and their main steam line. The main steam line is an interface pipe that connects the base-isolated auxiliary and turbine buildings. The failure mode of the seismic-fragility analysis was defined as a leak-through crack. The leakage point was quantified as a damage index through the experimental and numerical analysis results and was employed as a failure criterion in the seismic-fragility analysis. The seismic-fragility curves were assigned representative values as damage indexes, namely, average, median, maximum, and minimum, at the leak point by considering the uncertainty of the failure criterion.