매설가스배관의 지진 취약도 해석

이도형,전정문,오장균,이두호 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.5

본 연구에서는 국내에서 널리 사용되고 있는 매설가스배관인 API X65에 대해 지진 취약도 해석을 수행하였다. 이를 위해, 15가지 경우의 배관 해석모델에 대해 12본 세트의 다양한 지진파를 0.1g 등간격으로 스케일링하여 비선형 시간이력해석을 수행한 후, 비선형 시간이력해석으로 얻어진 매설가스배관의 최대 변형률을 이용하여 지진취약도 해석을 수행하였다. 지진 취약도 해석을 위해 본 연구에서는 또한, 지반조건, 단부지점조건, 매립깊이 및 배관형태 등을 변수로 고려하여 지진 취약도 해석을 수행하였다. 지진 취약도 해석결과, 지반조건, 단부지점조건 및 매립깊이는 매설가스배관의 취약도 곡선에 영향을 끼치는 것으로 판단되었고, 특히 지반조건이 미치는 영향은 다른 두 변수에 비해 다소 큰 것을 확인할 수 있었다. 반면에, 배관형태가 취약도 곡선에 미치는 영향은 미미한 것을 알 수 있었다. 종합적으로, 매설가스배관의 지진 취약도 해석과 관련된 연구가 많지 않은 현실을 감안할 때, 본 연구결과는 매설가스배관의 지진 취약성 평가해석에 초석으로 고려되어질 수 있고, 추후 관련분야 연구에 좋은 참고자료가 될 것으로 사료된다. In this paper, earthquake fragility analysis has been comparatively performed with regard to a buried gas pipeline of API X65 which has been widely used in Korea. For this purpose, a nonlinear time-history analyses has been carried out for 15 different analytical models of a buried gas pipeline in terms of the selected 12 sets of earthquake ground motions with 0.1g of scaling interval. Following that, earthquake fragility analyses have been conducted using the maximum axial strain of the pipeline obtained from the nonlinear time-history analyses. Parameters under consideration for subsequent earthquake fragility analyses are soil conditions, end-restraint conditions, burial depth and the type of pipeline. Comparative analyses reveal that whereas the first three parameters influence the fragility curves, particularly soil conditions amongst the three parameters, the last parameter has a little effect on the curves. In all, the present study can be considered as a benchmark fragility analysis of a buried gas pipeline in the absence of an earthquake fragility analysis of the pipeline and thus is expected to be a useful source regarding earthquake fragility analyses of a buried gas pipelines.

함정 개념설계 단계에서의 취약성 해석 방법에 관한 연구

공연권,이현엽,정정훈,최완수 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.11

함정은 부양성능과 기동성능 및 전투성능 등 여러 가지 성능이 요구되는데, 적에게 피격되는 상황에서도 이러한 성능을 유지할 생존성을 필히 검토하여야 한다. 설계가 상당히 진행된 상태에서 생존성을 향상시키는 것은 불가능하거나 가능하더라도 중량과 비용이 증가할 뿐 아니라 다른 성능의 저하를 감수하여야 한다. 따라서 모든 설계정보가 제공되지 못하는 설계 초기 단계에서도 사용할 수 있는 생존성 해석방법이 필요하다. 생존성 해석은 피격성 해석과 취약성 해석 및 회복성 해석으로 구성되는데, 본 연구에서는 개념설계 단계에서 사용할 수 있는 간이취약성 해석방법을 제시하고자 한다. 요구 성능과 관련된 구성요소(탑재장비)를 식별하여 고장목(Fault Tree)을 작성하고 선정된 위협무기의 피격위치와 손상유발체적을 경험적/통계적으로 결정하여 구성요소 각각의 손상확률을 계산하고 이를 바탕으로 요구성능이 유지될 확률을 산정하는 절차를 제시하였으며, 해석 프로그램 "SIMVULA"(SIMplified VULnerability Analysis)를 개발하였다. 또한 해석의 예로써 해석 대상함정의 추진성능에 대한 간이취약성 해석을 수행하였으며, 그 결과를 미국 Alion Science and Technology사의 상용 간이취약성 해석 프로그램인 MOTISS LITE의 결과와 비교하여 검증하였다.

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.

역량스펙트럼 방법을 이용한 PSC 박스 교의 지진취약도 해석

송종걸,김광전 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

본 연구에서는 가상의 PSC 박스 예제 교량 대해 역량스펙트럼방법을 이용한 지진취약도 분석과 시간이력해석을 이용한 지진취약도 분석을 하고 이 두 방식에 대해서 비교하였다. 지지취약도 해석은 지진하중이 발생하였을 때 구조물의 손상 확률을 표현하여 구조물의 보수·보강 시 발생하는 비용을 최소화 할 수 있다. 본 연구에서는 수치 해석적 방법으로 해단 구조물의 지진취약도를 분석하였으며 취약도 곡선 평가를 위해 Shinozuka의 제안식(2001)을 사용하였다. 특히 역량스펙트럼 방법은 비탄성 정적해석과 응답스펙트럼 방법의 조합에 의해 구조물의 비탄성 응답을 계산하는 방법으로 성능-기반 방법에서 가장 많이 이용하는 방법이다. 이 방법은 하나의 그래프에 역량곡선과 요구도곡선을 합께 나타내어 구조물의 부과되는 지진하중에 의한 구조물의 변위응답 즉 성능수준을 직접적으로 나타내는 그래픽적인 장점이 우수하며 기존 시간이력해석에 비해 그 해석시간이 빠르다는 장점을 가지고 있지만 아직 정확성에 대한 문제가 있다. 시간이력해석을 이용한 지진취약도 해석과 역량스펙트럼방법을 이용한 지진취약도해석 비교해 본 결과 변위응답에서 역량스펙트럼방법을 이용한 경우 과소평가되는 것을 확인하였다. 앞으로 역량스펙트럼 방법의 보다 나은 정확성을 위해 역량스펙트럼 방법에 영향을 미치는 다자유도 구조계의 비탄성 지진응답들로부터 시스템을 대표하는 하나의 지진응답을 산정하는 등가단자유도 방법에 관한 연구와 이선형 곡선변환 방법 그리고 등가감쇠방법에 대한 연구가 더욱 필요할 것으로 보인다.

지진강도 범위를 고려한 철근콘크리트 교량의 지진취약도 해석

이도형,정현도,김병화 대한토목학회 2018 대한토목학회논문집 Vol.38 No.5

이 연구에서는 지진강도의 범위가 철근콘크리트 교량의 지진취약도 해석에 미치는 영향을 평가하였다. 이 목적을 위해 과거 지진에 의해 손상된 철근콘크리트 교량을 선택하여 비선형 동적 시간이력해석모델을 개발하였다. 총 25개의 계측지진파에 대해 비선형 동적 시간이력해석을 수행하여 교각의 최대 수평변위비를 구한 후, 이 결과를 이용하여 지진취약도 해석을 수행하였다. 지진취약도 해석에서는 최우도법을 사용하여 손상초과확률을 계산하였고, 계측지진파의 지진강도 범위가 지진취약도 곡선에 미치는 영향을 해석적으로 검토하였다. 예측된 해석결과, 실제 교량의 물리적인 손상상태를 반영할 수 있는 합리적인 지진취약도 해석 및 내진성능평가를 위해서는 계측지진파의 지진강도 범위가 매우 중요함을 알 수 있었다. In the present study, influence of earthquake intensity range on seismic fragility analysis of a RC bridge has been evaluated. For thispurpose, a RC bridge damaged by a past earthquake has been selected, and analytical model of the bridge has been developed fornonlinear dynamic time-history analysis. A total of 25 recorded earthquake motions have been employed for the nonlinear analysisfrom which maximum lateral drift ratio of piers are obtained. Then, seismic fragility analysis has been conducted for the bridge using the nonlinear analysis results. Probability of exceeding damage has been computed in terms of using the maximum likelihood estimation, and effect of earthquake intensity range of the motions on seismic fragility curves has been assessed analytically. Analytical predictions indicate that the earthquake intensity range is of utmost significance for rationale seismic fragility analysis reflecting a physical damage state of a bridge and seismic performance evaluation of such bridge.

증분동적해석을 이용한 철골모멘트골조의 지진취약도 함수

이승원,이원호,김형준,Lee, Seung-Won,Yi, Waon-Ho,Kim, Hyung-Joon 한국전산구조공학회 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.6

일반적으로 지진취약도를 평가할 때 사용되는 해석방법 중 하나인 역량스펙트럼 방법은 증분동적해석에 비해 해석의 정확성이 떨어지는 제한점이 있다. 본 연구에서는 증분동적해석이 가장 정확도가 높은 해석기법이라는 점에 착안하여 증분동적해석을 이용한 지진취약도 곡선의 도출과정을 제안하였다. 타당성 비교를 위하여 역량스펙트럼 방법과 제안된 방법으로 도출한 취약도 곡선을 비교하여 두 해석기법에 의한 지진취약도 곡선의 경향을 분석하였다. 그 결과 Slight damage와 Moderate damage의 경우 두 해석방법이 유사한 곡선 경향을 보이나 Extensive damage와 Complete damage의 경우에는 IDA방법에 의한 곡선이 더 가파른 경향을 보였다. 이는 구조물의 거동을 이상화하여 극한점 이후 구조물의 저항 강도가 떨어지지 않는다고 가정하는 역량스펙트럼 방법의 영향을 받는 것으로 사료된다. Accuracy of seismic response evaluated by a capacity spectrum method (CSM) is generally known to be less than that by Incremental dynamic analysis (IDA). In this paper, a procedure for IDA based seismic fragility curves for steel moment resisting frames was suggested. This study compares seismic fragility curves using the suggested method (IDA method) with those using a CSM and intends to verify the validity of the IDA method. The shapes of both seismic fragility curves are similar in slight and moderate damage states. However, in the case of extensive and complete damage states, the fragility curves obtained from the IDA method presents a more steep slope due to less variation (or uncertainties). This is due to the fact that the IDA method can properly capture the structural response beyond yielding rather than the CSM.

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.

역량스펙트럼 방법을 이용한 피뢰기의 지진취약도 해석

김광전,송종걸,Kim, Gwang-Jeon,Song, Jong-Keol 한국전산구조공학회 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.4

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. In this paper, seismic fragility analysis of lightning arrester is performed using capacity spectrum method(CSM). Since seismic fragility analysis of structure with many structural members is required to calculate many inelastic responses for several tens or hundreds of ground motions, simple method such as CSM is more appropriate than response history analysis(RHA). In general, accuracy of seismic response evaluated by CSM is less than that by RHA. In order to increase accuracy of CSM, equivalent SDOF method and performance point calculation technique are applied to CSM. Seismic fragility method proposed by Shinozuka et al. is used. In order to evaluate site effect of ground motions on seismic fragility, 60 different site classification earthquakes are selected as input ground motions. From the seismic fragility curves of lightning arrester evaluated by CSM and RHA, it can be observed that the seismic fragility curves evaluated by CSM are very similar to those by RHA. Also, it can be observed that main seismic failure mode of lightning arrest is bushing breakage.

역량스펙트럼방법을 이용한 PSC 박스교의 지진취약도 해석

김광전,송종걸,Kim. Gwang Jeon,Song. Jong-Keol 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.4

대부분의 기존 지진취약도 해석은 응답이력해석을 이용하여 수행되어 오고 있다. 지반운동 동안에 많은 수의 구조부재를 가진 구조시스템에 대하여 비탄성 지진응답을 계산하는 데는 많은 시간이 소요된다. 지진취약도 해석은 많은 개수의 지반운동을 사용하여 평가함으로 많은 시간이 소요되는 과정을 포함한다. 보다 간단한 지진해석방법이 지진취약도 해석에 사용된다면 이와 같은 해석노력을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 간단한 지진해석방법으로 역량스펙트럼방법을 PSC 박스거더교의 지진취약도를 평가하는데 사용하였다. 응답이력해석과 역량스펙트럼방법에 의한 지진취약도 곡선을 비교하여 평가하였다. Most of existing seismic fragility analysis have been performed using the response history analysis (RHS). It takes many times to calculate inelastic seismic response for a structural system with many structural members during a ground motion. Since seismic fragility analysis are evaluated using many ground motions, it is time consuming process. If the more simple seismic analysis method can be used to seismic fragility analysis, these analysis efforts can be reduced. In this study, the capacity spectrum method (CSM) as simple seismic analysis method is used to evaluate seismic fragility of PSC box-girder bridges. The seismic fragility curves calculated by using RHA and CSM are compared.

Evaluation of Capacity Spectrum Methods for Seismic Fragility Analysis of Bridges

Kim Sang Hoon,Yi Jin Hak,Kim, Ho Kyung 한국지진공학회 2004 한국지진공학회논문집 Vol.8 No.1

본 연구는 콘크리트 교량의 지진취약도 곡선을 개발함에 있어 성능 스펙트럼 기법(Capacity Spectrum Method)에 대한 고찰을 통해 가장 적절한 해석방법을 제시하는데 그 목적이 있다. 원래 성능 스펙트럼 기법은 빌딩 구조물을 위한 간략화된 정적 비선형 해석의 일환으로 개발되었는 바, 본 연구에서는 이 기법을 교량의 지진취약도 곡선을 개발하는데 응용하였다. 서로 다른 네가지의 방법으로 성능 스펙트럼 기법을 통해 구해진 취약도 곡선들을 비선형 시간이력해석 방법에 의해 구해진 취약도 곡선과 비교하였다. 취약도 곡선은 두 개의 변수를 가진 lognormal 분포를 따르는 것으로 가정하였으며 PGA(Peak Ground Acceleration)의 함수로 나타내어졌다. FEMA(Federal Emergency Management Agency) SAC(SEAOC-ATC-CUREe) steel 프로젝트에 의해 개발된 로스앤젤레스 지역 60개의 지진이 교량해석을 위해 사용되었다. 성능 스펙트럼 기법과 시간이력해석에 따라 만들어진 교량의 지진취약도 곡선들을 비교 검토한 바, 이 중 하나의 방법이 부합되는 결과를 보여주었다. 요구 스펙트럼 작성시 본 논문에서 제시된 지침을 따르면 비선형 시간이력 해석시와 유사한 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다. 다만 지진과 교량이 지닌 특수성으로 인해 본 연구의 결과가 항상 적용되는지는 더 심도있는 연구를 통해 검증되어야 할 것이다. This study presents the evaluation of CSM(Capacity Spectrum Method, ATC-40) in developing fragility curves for a sample concrete bridge. The CSM is originally developed as one of the simplified procedures for building structures, while this study adopts the CSM to develop fragility curves of bridge structures. Four(4) different approaches are demonstrated and the fragility curves developed are compared those by the nonlinear time history analysis. Fragility curves in this study are represented by lognormal distribution functions with two parameters and developed as a function of PGA. The sixty(60) ground acceleration time histories for the Los Angeles area developed for the Federal Emergency Management Agency (FEMA) SAC(SEAOC-ATC-CUREe) steel project are used for the bridge analysis. The comparison of fragility curves by the CSM with those by the time history analysis indicates that the agreement is excellent for one of the methods investigated in this study. In this respect. it is recommended that the demand spectrum might be improved according to the guidelines suggested in this study. However, this observation might not always apply, depending on the details of specific bridge characteristic