매립 영향을 고려한 원전 구조물의 지반-구조물 상호작용 해석

Abstract

본 논문에서는 원전 구조물이 지반에 매립된 경우 구조물 응답에 미치는 영향을 확인하기 위해 지반-구조물 상호작용 해석을 실시하였다. 원전 구조물은 내부에 설치되는 장비의 설계 및 설치를 위해 구조물 응답스펙트럼이 가장 중요한 설계 요소 중에 하나이다. 국내 원전의 경우 지반 상태가 양호하여 구조물 설계 시 대부분 고정기초 지반해석을 수행하고 있으나 최근 강화된 규제요건과 국내 원전 부지의 제한성등으로 인해 지반-구조물 상호작용 해석은 필수적인 사항이 되었다. 현재 국내에 적용하고 있는 설계 방법을 바탕으로 지반여건이 다른 부지에 서도 적용 할 수 있도록 원전의 실제 지반 및 구조물을 활용하여 지진 해석을 실시하였다. 입력 지진동은 국내원전 표준설계를 위해 개발된 최대지반 가속도 0.2g 로서 미국 원자력 규제 위원회의 설계심사지침(Standard Review Plan)에 부합하는 지진동 값을 사용하였다. 또한 지반의 특성을 반영한 부지응답 해석(자유장 해석)을 실시하였으며 이를 통해 도출된 지표면의 가속도 응답 결과를 지반-구조물 상호작용계의 지진응답 해석을 위한 입력지진으로 사용하였다. SHAKE 프로그램을 이용하였으며 지반의 비선형성을 반영하기 위해 등가선형 부지응답해석을 통해 각 지층의 변형률에 따른 전단파 속도와 감쇠비를 계산하여 지진 해석 시 반영하였다. 지반-구조물 상호작용을 고려한 3차원 지반-구조계의 지진응답 해석을 위해 구조물과 구조물 주변의 근역지반을 1/4 3차원 유한요소, 원역지반에 대해서는 1/4 3차원 동적 무한요소를 적용하여 Solid 요소로 모델링 하였으며 구조물은 Shell 요소로 모델링 하였다. 지반-구조물 상호 작용계의 지진응답 해석을 위해 KAIST 에서 개발한 프로그램인 KIESSI를 사용하였다. 해석 결과 지반의 조건에 따라 지표에 설치되는 구조물 기초에 비해 지중에 매립되는 기초의 구조물 응답 저감이 효과적임을 알 수 있었다.