면진 원전 면진-비면진구간 연결 배관의 내진성능 평가

함대기,박준희,최인길 한국지진공학회 2014 한국지진공학회논문집 Vol.18 No.3

A methodology to evaluate the seismic performance of interface piping systems that cross the isolation interface in the seismically isolated nuclear power plant (NPP) was developed. The developed methodology was applied to the safety-related interface piping system to demonstrate the seismic performance of the target piping system. Not only the seismic performance for the design level earthquakes but also the performance for the beyond design level earthquakes were evaluated. Two artificial seismic ground input motions which were matched to the design response spectra and two historical earthquake ground motions were used for the seismic analysis of piping system. The preliminary performance evaluation results show that the excessive relative displacements can occur in the seismically isolated piping system. If the input ground motion contained relatively high energy in the low frequency region, we could find that the stress response of the piping system exceed the allowable stress level even though the intensity of the input ground motion is equal to the design level earthquake. The structural responses and seismic performances of piping system were varied sensitively with respect to the intensities and frequency contents of input ground motions. Therefore, for the application of isolation system to NPPs and the verification of the safety of piping system, the seismic performance of the piping system subjected to the earthquake at the target NPP site should be evaluated firstly.

비선형 유한요소 해석을 이용한 PWR 격납건물의 내압 취약도 평가

함대기,박형규,최인길,Hahm, Daegi,Park, Hyung-Kui,Choi, In-Kil 한국전산구조공학회 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.2

본 연구에서는 비선형 유한요소 해석 기법을 적용한 격납건물의 내압취약도 평가를 수행하였다. 대상 구조물은 국내 대표적인 가압경수로형 원전 격납건물 중 하나로 하였다. 비선형 극한내압 해석을 위해 대규모 개구부를 고려한 격납건물의 3차원 유한요소 모델을 도출하였다. 재료 특성 및 구조적 성능에 내포된 불확실성을 고려하기 위하여 각 변수들의 변동성에 대한 극한내압 성능의 민감도 해석을 수행하였다. 민감도 해석 결과를 통해 확률론적 내압 취약도 평가를 위한 불확실성 변수 및 분포 특성을 도출하였다. 현재의 텐던 긴장력 상태를 고려하기 위하여 가동 중 검사 보고서에 기록된 텐던 긴장력 값을 중앙값으로 적용하였다. 누설(leak)과 파단(rupture)을 파괴모드로 정의하고, 각각에 대한 극한내압 취약도 평가를 위하여 한계상태를 정의하였다. 각 파괴모드에 대한 대상 격납건물의 내압취약도를 내압 성능 중앙값, 고신뢰도 저파괴확률 성능값, 신뢰도 수준에 따른 취약도 곡선을 통하여 제시하였다. 누설 및 파단 파괴모드에 대한 고신뢰도 저파괴확률값은 각각 0.7991 MPa, 0.8691 MPa로 평가되었다. In this study, the probabilistic internal pressure fragility analysis was performed by using the non-linear finite element analysis method. The target structure is one of the containment buildings of typical domestic pressurized water reactors(PWRs). The 3-dimensional finite element model of the containment building was developed with considering the large equipment hatches. To consider uncertainties in the material properties and structural capacities, we performed the sensitivity analysis of the ultimate pressure capacity with respect to the variation of four important uncertain parameters. The results of the sensitivity analysis were used to the selection of the probabilistic variables and the determination of their probabilistic parameters. To reflect the present condition of the tendon pre-stressing force, the data of the pre-stressing force acquired from the in-service inspections of tendon forces were used for the determination of the median value. Two failure modes(leak, rupture) were considered and their limit states were defined to assess the internal pressure fragility of target containment building. The internal pressure fragilities for each failure mode were evaluated in terms of median internal pressure capacity, high confidence low probability of failure(HCLPF) capacity, and fragility curves with respect to the confidence levels. The HCLPF capacity was 115.9 psig for leak failure mode, and 125.0 psig for rupture failure mode.

암반 지반의 재해도 스펙트럼에 기반한 토사지반 원전 부지의 등재해도 스펙트럼 평가 기법

함대기,서정문,최인길,이현미 한국지진공학회 2012 한국지진공학회논문집 Vol.16 No.3

암반지반에 주어진 등재해도 스펙트럼에 상응하는 원전부지 토사지반에서의 등재해도 스펙트럼을 도출하기 위한 확률론적 방법론을 제시하였다. 이를 위해 지진 운동 및 지반의 불확실성을 고려한 지반응답 해석을 통해 토사지반 지표에서의 지진동 증폭계수를 산정하였다. 증폭계수는 가장 상관관계가 높은 지반운동의 스펙트럴 가속도 규모와의 회귀분석을 통해 계산되었다. 이 방법론을 적용하여 국내 KNGR (Korean Next Generation Reactor) 및 APR1400 (Advanced Power Reactor 1400) 원전의 포괄부지 지반 중 B1,B4, C1 및 C3 지반을 대상으로 등재해도 스펙트럼을 도출하였다. 등재해도 스펙트럼을 통해 지진동 발생 빈도 별 위험 주파수 대역을평가하고 분석하였다. 이 결과는 원전의 종합적 지진리스크 평가 결과를 보다 합리적으로 개선하는 데에 활용될 수 있으며, 향후 다양한종류의 토사지반에 대한 등재해도 스펙트럼을 평가하는 데에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. We propose a probabilistic method to evaluate the uniform hazard spectra (UHS) of the soil of nuclear power plant(NPP) sites corresponding to that of a bedrock site. To do this, amplification factors on the surface of soil sites were estimated through site response analysis while considering the uncertainty in the earthquake ground motion and soil deposit characteristics. The amplification factors were calculated by regression analysis with spectral acceleration because these two factors are mostly correlated. The proposed method was applied to the evaluation of UHS for the KNGR (Korean Next Generation Reactor) and the APR1400 (Advanced Power Reactor 1400) nuclear power plant sites of B1, B4, C1 and C3. The most dominant frequency range with respect to the annual frequency of earthquakes was evaluated from the UHS analysis. It can be expected that the proposed method will improve the results of integrated risk assessments of NPPs rationally. We expect also that the proposed method will be applied to the evaluation of the UHS and of many other kinds of soil sites.

Cost-Effectiveness Evaluation of an MR Damper System based on a Life-Cycle Cost Concept

함대기,옥승용,박원석,고현무,박관순 대한토목학회 2013 KSCE Journal of Civil Engineering Vol.17 No.1

A method for evaluating the economic efficiency of a semi-active Magneto-Rheological (MR) damper system for cable-stayed bridges under earthquake loadings is described and its evaluation results are investigated in this paper. The economic efficiency of semi-active MR damper system is addressed by introducing the concept of life-cycle cost. We simply define the life-cycle cost as the sum of the initial construction cost and the expected cost of the damage over the lifespan of the structure. To evaluate the expected damage cost, the probability of failure is estimated by use of the crossing theory in conjunction with the simulation methods. As a measure of economic efficiency, the cost-effectiveness index is defined as the ratio of life-cycle costs between a bridge structure with the MR damper system and a bridge structure with shock transmission units. In order to examine the costeffectiveness of the MR damper system, the scale of damage cost and the scale of damper cost are adopted as two parametric variables. The evaluation results show that the scale of damper cost has little influence on the cost-effectiveness of the MR damper system, while the scale of damage cost has a significant influence on its cost-effectiveness. It is also found that the MR damper system is highly cost-effective especially for the ground motion in regions of moderate seismicity with soft soil conditions and strong seismicity with stiff soil conditions.

비선형 유한요소해석을 이용한 CANDU형 격납건물의 내압취약도 평가

함대기,최인길,이홍표,Hahm, Dae-Gi,Choi, In-Kil,Lee, Hong-Pyo 한국전산구조공학회 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.4

CANDU형 격납건물에 대하여 극한내압하중에 대한 확률론적 취약도 평가를 수행하였다. 격납건물 성능의 불확실성은 가동중 검사 결과를 통해 얻어진 재료 물성치 중앙값과 텐던 긴장력 중앙값을 적용하여 고려하였다. 격납건물은 개구부를 고려하여 3차원 유한요소로 모델링하였으며, 확률론적 취약도 평가를 위하여 대규모의 비선형 유한요소해석 모델을 적용하기에 적합한 효율적인 취약도 평가기법을 개발하였다. 월성 1호기 격납건물에 대한 물성치를 사용하였다. 개발된 새로운 취약도 평가기법을 도입하여 각각의 파괴모드에 대한 취약도 평가를 수행하였으며, 파괴모드 별, 신뢰도 수준별 취약도 곡선을 도출하였다. 벽체 중단부가 극한내압발생으로 인한 방사능물질 누출에 가장 취약한 것으로 나타났다. In this paper an assessment of the internal pressure fragility of the CANDU type containment buildings is performed. The uncertainties of the performance of the containment buildings, material properties and tendon characteristics are referred from the in-service reports of Wolsung Unit 1. The containment buildings are modeled as a three-dimensional finite elements with considering the major opening and penetrations. A new method to evaluate the probabilistic fragility of the massive structural system is developed. The fragility curves of the target containment building are presented with repect to the failure modes and reliability levels. The center of wall is reveled as the most weak structural component of the containment building in the sense of the rupture and catastrophic rupture failure modes.

준능동 제어시스템을 이용한 사장교의 진동제어 및 비용효율성 평가

함대기,옥승용,박원석,고현무,박관순 한국지진공학회 2005 한국지진공학회논문집 Vol.9 No.4

다양한 지진 규모 및 주파수 특성을 가지는 지반운동에 대하여 사장교에 장착된 준능동 제어시스템의 제어효과를 분석하고 비용효율성을 평가하였다. Dyke 등에 의하여 제시된 벤치마크 사장교 제어문제에 준능동 제어시스템을 설계하였으며, LQG 최적제어기에 기반한 bi-state 제어방법을 적용하였다. 제어시스템의 비용효율성은 제어시스템을 장착하지 않은 교량의 생애주기 비용에 대한 제어시스템을 장착한 교량의 생애주기비용의 비로서 정의하였으며, 손상비용 규모와 준능동 제어장치의 가격을 매개변수로 하여 그 변화에 따른 비용효율성 평가를 수행하였다. 분석 결과, 제어시스템의 경제적 효율성은 준능동 제어장지의 가격에 크게 민감하지 않은 반면, 손상비용 규모에 따라 민감하게 변화하였다. 또한 중진규모의 연약지반과 강진규모의 견고한 지반에 해당하는 지반운동에 대하여 준능동 제어시스템의 비용효율성이 높은 것으로 평가되었다. This paper presents cost-effectiveness evaluation of semi-active control system for cable-stayed bridge under earthquake excitations with various magnitudes and frequency contents. Semi-active control system, which is operated by using Bi-stale control method on the basis of linear quadratic Gaussian (LQG) optimal controller, is designed for the benchmark control problem proposed by Dyke et at. The cost-effectiveness of the proposed control system is defined by the ratio of life-cycle costs between a bridge structure with shock transmission units and a bridge structure with the semi-active control devices. The simulated results show that the damper cost has little influence on the cost-effectiveness of the semi-active control system while the cost-effectiveness is quite sensitive to the damage cost induced by the bridge failure. It is also found that the semi-active control system guarantees relatively high cost-effectiveness for the cable-stayed bridge subject to the ground motions in the regions of moderate seismicity with soft soil condition and strong seismicity with stiff soil condition.

교각의 비선형 거동을 고려한 지진격리 교량의 경제성 평가

함대기,고현무,하동호,송준호 대한토목학회 1999 대한토목학회 학술발표회 논문집 Vol.1999 No.1

Non-Gaussian Closure 기법을 적용한 비선형 교량 구조계의 파괴확률 추정 기법

함대기,고현무,박관순 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.1

비선형 이력거동을 가지는 교량 구조계에 지진하중이 작용하였을 때 파괴확률을 추정할 수 있는 기법을 제시하였다. 교량 구조계는 지진하중이 작용할 때 이중선형 이력거동을 보이는 단자유도 진동계로서 모델링하였다. 교량의 파괴는 상단의 변위 응답이 지진 지속시간 동안 정해진 한계 상태 값을 최초로 넘어설 때 발생하는 것으로 정의하였다. 지진하중에 대한 비선형 구조계의 최초통과확률을 추정하기 위하여, 단위시간 동안 한계상태를 넘어서는 빈도수를 계산하는 crossing theory를 적용하였다. 단위시간 동안의 한계상태 초과 빈도수 추정을 위하여 필요한, 비선형 구조계의 응답과 응답의 미분값 간의 결합확률밀도함수를 추정하기 위한 기법으로서, Non-Gaussian closure 기법을 제시하였다. 다양한 지반운동 특성을 가지는 다수의 인공지진 가속도 시간이력을 생성하여 교량의 동적 특성에 따른 파괴확률을 추정하였다. 제시된 기법을 사용한 결과 얻어진 파괴확률 값을 crude Monte-Carlo 시뮬레이션을 통하여 얻어진 정해 및 기존의 방법을 적용하여 얻어진 파괴확률 값과 비교함으로써 제시된 파괴확률 추정 기법의 정확성과 효율성을 검증하였다. A method is presented for evaluating the seismic failure probability of bridge structures which show a nonlinear hysteretic dynamic behavior. Bridge structures are modeled as a bilinear dynamic system with a single degree of freedom. We regarded that the failure of bridges will occur when the displacement response of a deck level firstly crosses the predefined limit state during a duration of strong motion. For the estimation of the first-crossing probability of a nonlinear structural system excited by earthquake motion, we computed the average frequency of crossings of the limit state. We presented the non-Gaussian closure method for the approximation of the joint probability density function of response and its derivative, which is required for the estimation of the average frequency of crossings. The failure probabilities are estimated according to the various artificial earthquake acceleration sets representing specific seismic characteristics. For the verification of the accuracy and efficiency of presented method, we compared the estimated failure probabilities with the results evaluated from previous methods and the exact values estimated with the crude Monte-Carlo simulation method.

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.

비선형 유한요소해석을 이용한 CANDU형 격납건물의 내압취약도 평가

함대기,최인길,이홍표,Hahm, Dae-Gi,Choi, In-Kil,Lee, Hong-Pyo 한국전산구조공학회 2010 전산구조공학 Vol.23 No.4

CANDU형 격납건물에 대하여 극한내압하중에 대한 확률론적 취약도 평가를 수행하였다. 격납건물 성능의 불확실성은 가동중 검사 결과를 통해 얻어진 재료 물성치 중앙값과 텐던 긴장력 중앙값을 적용하여 고려하였다. 격납건물은 개구부를 고려하여 3차원 유한요소로 모델링하였으며, 확률론적 취약도 평가를 위하여 대규모의 비선형 유한요소해석 모델을 적용하기에 적합한 효율적인 취약도 평가기법을 개발하였다. 월성 1호기 격납건물에 대한 물성치를 사용하였다. 개발된 새로운 취약도 평가기법을 도입하여 각각의 파괴모드에 대한 취약도 평가를 수행하였으며, 파괴모드 별, 신뢰도 수준별 취약도 곡선을 도출하였다. 벽체 중단부가 극한내압발생으로 인한 방사능물질 누출에 가장 취약한 것으로 나타났다. In this paper an assessment of the internal pressure fragility of the CANDU type containment buildings is performed. The uncertainties of the performance of the containment buildings, material properties and tendon characteristics are referred from the in-service reports of Wolsung Unit 1. The containment buildings are modeled as a three-dimensional finite elements with considering the major opening and penetrations. A new method to evaluate the probabilistic fragility of the massive structural system is developed. The fragility curves of the target containment building are presented with repect to the failure modes and reliability levels. The center of wall is reveled as the most weak structural component of the containment building in the sense of the rupture and catastrophic rupture failure modes.