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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.
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손호영 ( Son Hoyoung ),전법규 ( Jeon Bubgyu ),유진석 ( Yu Jinseok ),주부석 ( Ju Buseog ) 한국복합신소재구조학회 2021 복합신소재구조학회논문집 Vol.12 No.6
배관 시스템은 다양한 산업영역에서 액체 및 기체로 이루어진 에너지를 수송을 담당하는 중요한 비구조요소로 지진과 같은 외부하중에 의해 손상될 경우 누수로 인한 홍수 및 가연성 가스 누출로 인한 화재 등의 2차피해가 발생할 수 있다. 배관 시스템은 구조물 내부에 설치되는 경우도 있으며 지반에 매립되어 설치되는 경우도 있다. 지반에 매립될 경우 지진으로 인한 과도한 상대변위에 의해 연결부의 손상을 초래할 수 있어 종종 벨로우즈 신축이음관을 적용하여 이러한 피해를 저감시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 벨로우즈 신축이음관의 반복가력 실험을 기반으로 유한요소 모델을 구축 하여 내진성능을 검토하였다. 반복가력실험은 ±28mm 변위에서 최대 ±123.4mm까지 증가시켜 변위제어를 통해 수행되었으며 추가적으로 유한요소 모델의 신뢰성을 높이기 위해 벨로우즈 배관에 사용된 재료인 STS304의 재료 인장실험을 수행하여 탄성계수 및 항복응력을 결정하였다. 에너지 소산량과 등가 점성 감쇠를 비교하여 개발된 모델의 타당성을 검토하였으며 적용되는 변위가 커짐에 따라 최대 10% 미만의 오차가 발생하여 실험 및 해석결과가 잘 일치하는 것으로 나타났다. The piping system is an important non-structural component responsible for transporting energy such as water and gas in various industrial fields. If the piping system is damaged by an external load such as an earthquake, secondary damages such as flooding and fire due to leakage may occur. In some cases, the piping system is installed inside the structure, while in others, it has been buried in the ground. If it is buried in the ground, it may cause damage to the connection part as a result of an earthquake's excessive relative displacement. Bellows expansion joints are frequently used to mitigate this damage. Therefore, in this study, the seismic performance was analyzed by developing a finite element model based on the cyclic loading test of the bellows expansion joint. Cyclic loading test was performed through displacement control by increasing the displacement from ±28 mm to a maximum of ±123.4 mm. In addition, to increase the reliability of the finite element model, a tensile test of STS304, a material used for bellows piping, was also performed to increase the elastic modulus and yield stress had been decided. The validity of the developed model was evaluated by comparing the energy dissipation and equivalent viscous damping. A large error occurred when the displacement was 50 mm or less, and a maximum error of less than 10% occurred when the displacement was 60 mm or greater. As the displacement increases, the experimental and analytical results agree well, indicating that the developed model can accurately simulate the static behavior of the bellows expansion joint.
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