콘크리트 공극과 재료 열화를 고려한 격납건물 지진취약도 분석 = Seismic fragility analysis of nuclear containment buildings considering concrete voids and material degradation

국문 초록 (Abstract)

콘크리트 공극과 재료 열화를 고려한 격납건물 지진취약도 분석 원전 격납건물의 경우 콘크리트 공극과 재료열화가 동시에 존재할 수 있으며 이들은 격납건물의 구조 건전성을 저하시킬 수 있는 요인이다. 공극은 국부거동과 비선형거동을 야기하고, 동시에 외기접촉으로 인한 공극 주변 재료 열화를 촉진한다. 재료 열화는 재료 물성치 변화와 공극 주변 비선형거동을 촉진한다. 이러한 공극과 열화의 영향은 격납건물의 내진성능에 영향을 미칠 수 있으므로, 격납건물의 지진취약도 분석에는 이를 반영할 필요가 있다. 이를 위해 본 연구는 기존 지진취약도 평가방법을 분류하고 공극과 열화를 고려할 수 있는 평가방법을 선정하였다. 먼저 지진취약도 변수 분리여부, 샘플링 방법, 비선형거동 고려방식을 기준으로 평가방법을 분류하였다. 이후 분류된 방법들 중에서 국부거동과 비선형거동을 반영하기 위해 전단변형률 한계상태를 사용하고 증분동적해석을 수행하는 평가방법을 최종 평가방법으로 선정하였다. 평가방법의 타당성 검증을 위해 공극과 열화가 없는 격납건물을 대상으로 각 평가방법별 지진취약도 곡선을 비교하였다. 내진성능중앙값 및 변동성이 유사하게 나타났으며 선정된 평가방법이 기존 평가방법과 유사한 지진취약도를 도출하여, 해당 평가방법의 적용 타당성을 검증하였다. 이후 공극과 열화를 고려한 격납건물 지진취약도 도출을 위해 공극 위치·형상·깊이·비율·패턴을 고려한 공극 시나리오와, 콘크리트 강도변화, 철근 부식, 긴장재 긴장력 감소를 반영한 재료 열화 시나리오를 구성하였다. 시나리오 중 가장 심각한 조건(공극 2.1%, 열화 40 년)에 대해 선정된 평가방법을 적용하여 지진취약도를 도출하였다. 그 결과, 공극 2.1% 및 열화 40 년의 시나리오는 격납건물 지진취약도에 미치는 영향이 제한적인 것으로 나타났다. 주제어: 격납건물, 공극, 열화, 지진취약도, 변수분리법, 라틴하이퍼큐브샘플링

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Concrete voids and material degradation may simultaneously exist in nuclear
power plant containment buildings, and these factors can reduce the structural
integrity of the containment structure. Voids induce localized behavior and
nonlinear responses, while simultaneously accelerating material degradation
around the void regions due to exposure to the external environment. Material
degradation promotes changes in material properties and enhances nonlinear
behavior around voids. Since the combined effects of voids and material
degradation can influence the seismic performance of containment buildings, it
is necessary to incorporate these effects into seismic fragility analyses.
To this end, this study classifies existing seismic fragility evaluation methods
and selects an appropriate method capable of considering voids and material
degradation. The evaluation methods are first categorized based on the
separation of seismic fragility variables, sampling techniques, and the
consideration of nonlinear behavior. Among the classified methods, an
evaluation approach employing shear strain limit states and incremental
dynamic analysis is selected to reflect localized and nonlinear behavior. To
verify the validity of the selected method, seismic fragility curves obtained
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using different evaluation methods are compared for a containment building
without voids or material degradation. The median seismic capacity and
variability show similar results, confirming that the selected method produces
seismic fragility curves comparable to those obtained using conventional
methods and thus validating its applicability.
Subsequently, to derive the seismic fragility of containment buildings
considering voids and material degradation, void scenarios are developed by
accounting for void location, shape, depth, ratio, and pattern, along with
material degradation scenarios incorporating changes in concrete strength,
reinforcement corrosion, and prestressing tendon force reduction. For the most
severe scenario among those considered, corresponding to a void ratio of 2.1%
and 40 years of material degradation, the selected evaluation method is applied
to derive the seismic fragility. The results indicate that the scenario with a 2.1%
void ratio and 40 years of material degradation has a limited effect on the
seismic fragility of the containment building.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 지진취약도 3
• 2.1 기본개념 3
• 2.2 기술현황 6
• 2.3 분류기준 16
• 2.4 평가방법 분류 17
• 2.4.1 SOV-ASMM-L 18
• 2.4.2 SOV-LHS-L 19
• 2.4.3 COV-LHS-L 20
• 2.4.4 COV-LHS-NL 21
• 2.5 평가방법 선정 22
• 제 3 장 공극과 열화가 없는 격납건물의 지진취약도평가를 통한 검증 24
• 3.1 유한요소해석 모델 25
• 3.2 지진취약도 평가방법별 해석모델 샘플링 30
• 3.2.1 SOV-ASMM-L 31
• 3.2.2 COV-LHS-L 32
• 3.2.3 COV-LHS-NL 34
• 3.3 입력지진 36
• 3.3.1 자연지진파 선별 36
• 3.3.2 등재해도스펙트럼 매칭 37
• 3.3.3 확률론적 부지응답해석 38
• 3.4 평가방법에 따른 지진취약도 결과 41
• 3.4.1 SOV-ASMM-L 41
• 3.4.2 COV-LHS-L 43
• 3.4.3 COV-LHS-NL 45
• 3.5 평가방법에 따른 지진취약도 비교 46
• 제 4 장 공극과 열화를 고려한 격납건물 지진취약도 49
• 4.1 공극 시나리오 49
• 4.2 열화 시나리오 53
• 4.3 해석모델 샘플링 57
• 4.4 공극과 열화를 고려한 지진취약도 결과 59
• 제 5 장 결론 62
• 참고문헌 64
• 영문초록 66