Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

The Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회)
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Seismic Fragility Evaluation of Chimney Structure in Power Plant by Finite Element Analysis

유한요소 해석을 통한 발전소 연돌 구조물의 지진취약도 분석

  • Kwon, Gyu-Bin (Department of Civil Engineering, Gyeongsang National University) ;
  • Kim, Jin-Sup (Department of Civil Engineering, ERI, Gyeongsang National University) ;
  • Kwon, Min-Ho (Department of Civil Engineering, ERI, Gyeongsang National University) ;
  • Park, Kwan-Soo (Department of Power Planing & Construction, Korea South-East Power Company)
  • 권규빈 (경상대학교 토목공학과) ;
  • 김진섭 (경상대학교 토목공학과) ;
  • 권민호 (경상대학교 토목공학과) ;
  • 박관수 (한국남동발전 건설기술처)
  • Received : 2019.01.08
  • Accepted : 2019.03.06
  • Published : 2019.03.31
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Abstract

Seismic research on bridges, dams and nuclear power plants, which are infrastructure in Korea, has been carried out since early on, but in the case of structures in thermal power plants, research is insufficient. In this study, a total of 192 dynamic analyzes were performed for 16 actual seismic waves and 12 PGAs. As a result, the probability of failure increased as the PGA value increased for each applied seismic wave, but it was different for each seismic wave. As a result, at 0.22G, the ratio of the compressive limit reached to the limit state was 25% and the ratio of the relative displacement reached the limit state was 13%. So, the probability of collapse due to compressive failure Is higher. Therefore, the fragility curve of the chimney which is the subject of this study can be used as a quantitative basis to determine the limit state of the target structure when an earthquake occurs and to be used for the safety design of the thermal power plants.

국내의 사회기반시설물인 교량이나 댐, 원전에 대한 내진 연구는 일찍부터 활발한 연구가 진행되어왔지만 화력발전소 구조물의 경우 사회적 중요성에 비해 지진에 대한 안전성 평가기술에 대한 연구가 미비한 실정이다. 이에 본 논문에서는 16개의 실제 발생한 지진파와 12개의 PGA에 대해 총 192회의 동적해석을 수행하였다. 그 결과 콘크리트의 압축강도와 연돌 구조물의 상대변위의 경우 적용한 지진파별로 PGA값이 증가함에 따라서 파괴확률이 증가하는 양상을 보여주었지만 지진파 별로 상이하였다. 이는 연돌의 고유치 해석 결과 주된 모드와 유사한 장주기 성분이 많은 지진파에서는 취약하기 때문인 것으로 분석되었다. 이를 바탕으로 취약도 곡선을 도출하여 우리나라 지역계수 0.22G를 기준으로 분석한 결과 콘크리트 압축이 한계상태에 도달한 비율은 25%이고 상대 변위가 한계상태에 도달한 비율은 13%이다. 따라서 지진이 발생했을 경우 상대 변위에 의해 붕괴될 확률보다 압축파괴에 의한 붕괴 확률이 높다. 이에 본 연구대상인 연돌에 대한 취약도 곡선은 지진이 발생했을 때 대상 구조물에 대한 한계상태를 판별하는 정량적 근거가 되고 화력발전 연돌 구조물의 지진에 대한 안전설계시 활용될 수 있다.

Keywords

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Fig. 1. A panorama of Chimney(subject of study)

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Fig. 2. 3D structure modeling for analysis

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Fig. 3. Concrete damaged plasticity model

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Fig. 4. Constitutive model for steel material

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Fig. 5. Fourier transform spectra

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Fig. 6. Feature by each mode

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Fig. 7. ParkField Time-Max Compression Stress Graph (12 PGA)

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Fig. 8. Chi-Chi Taiwan Time-Max Compression Stress Graph(12 PGA)

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Fig. 9. Parkfield Time-Max Tension Stress Graph(12 PGA)

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Fig. 10. Chi-Chi Taiwan Time-Max Tension Stress Graph(12 PGA)

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Fig. 11. Friuli Italy_Barcis Time-Max Tension Stress Graph(12 PGA)

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Fig. 12. Chi-Chi Taiwan_TCU076 Time-Max Tension Stress Graph(12 PGA)

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Fig. 13. Event in Imperial Valley_Elcentro Array#10 Time-displacement Graph(12 PGA)

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Fig. 14. Event in N. Palm Springs Time-displacement Graph(12 PGA)

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Fig. 15. Fragility Curve for Chimney Compression

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Fig. 16. Fragility Curve for Chimney Displacement

Table 1. Material property of concrete

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Table 2. Material property of steel

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Table 3. Information list of natural earthquake waves

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Table 4. Eigen value and natural frequency of each mode

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