해저 구조물의 내진성능 평가에 적합한 지진강도지표 = Identification of Optimal Seismic Intensity Measures for the Seismic Performance Evaluation of Submerged Structures

국문 초록 (Abstract)

최근 해저 인프라의 개발이 활발해짐에 따라, 수중 데이터센터와 같은 해저 시설에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 해저 구조물의 내진성능 평가가 요구된다. 특히 해저 구조물은 유체의 영향을 받을 뿐만 아니라, 지진으로 인한 가속도 응답이 데이터센터 내부 장비의 기능적 안정성에 영향을 미칠 수 있어 육상 구조물과는 다른 평가 기준이 필요하다.
본 연구의 목적은 다양한 지진강도지표(Intensity Measure, IM) 중 데이터센터로 활용되는 해저 구조물의 지진응답 특성을 가장 잘 반영할 수 있는 지표를 규명하는 것이다. 구조물의 모델링과 해석은 ANSYS를 이용하여 수행하였으며, 총 84개의 지진가속도 기록을 대상으로 비선형 시간이력해석(Nonlinear Time History Analysis, NTHA)을 실시하였다. 구조물 최상부에서의 최대 가속도 응답과 최대 변위 응답을 추출하였다. 23개의 IM과의 상관성을 분석한 결과, 최대 변위 응답 예측은 PGD 지표, 최대 가속도 응답 예측은 Sv(T1)가 가장 높은 상관성을 보이는 것으로 나타나 해저 구조물의 내진성능 평가에 적합한 지표로 판단되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The recent boom of Artificial Intelligence and cloud computing is a big challenge to the climate goal of limiting the earth’s temperature rise below 1.5 degrees Celsius. Hence recently, several big industries are conducting research for subsea data center for sustainable cooling of AI and computing systems. However, the sea possesses significant risk due to surrounding fluids and undersea waves caused by seismic activities. Seismic activities in seabed is one of the major causes of catastrophic sea waves. Hence the need for proper evaluation criteria and design methodologies for having disaster resilient undersea infrastructures is crucially important for the smooth operational life of such structures. This study investigated the seismic performance of undersea infrastructures.
The main objective of this study is to identify the optimal intensity measures (IMs) for seismic response characteristics of the submerged structures. The finite element model (FEM) is developed using ANSYS. For the investigation of the seismic response characteristics, a series of nonlinear time history analysis (NTHA) is conducted. A total of 84 unscaled natural ground motion records were selected from PEER center database. The maximum acceleration response and maximum displacement response at the top of the structure were extracted as the engineering demand parameters (EDPs). The correlation analyses between the EDPs and 23 IMs revealed that the peak displacement response is highest correlation with the peak ground displacement (PGD), whereas the peak acceleration response is highest correlation with spectral velocity at the fundamental period (Sv(T1)). These results indicate that PGD and Sv(T1) are suitable IMs for evaluating the seismic performance of submerged structures.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 ⅱ
• 그림목차 ⅲ
• 국문초록 ⅳ
• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 1
• 제2절 연구 목적 및 범위 2
• 제3절 연구내용의 구성 3
• 제2장 IM 개요 및 입력 지진파 5
• 제1절 IM 개요 5
• 제2절 지진파 선정 5
• 제3장 해석 방법 및 절차 9
• 제1절 구조물 모델링 세부사항 9
• 제2절 정수압 해석 14
• 제3절 동수압 해석의 한계 16
• 제4절 모드 해석 17
• 제5절 비선형 시간이력해석 22
• 제4장 해석 결과 23
• 제1절 EDP와 IM의 로그 선형화 23
• 제2절 EDPs와 IMs 상관성 분석 23
• 제5장 결론 33
• 참고문헌 35
• ABSTRACT 41