Transcript 동적 실험에 의한 앵커기초의 내진성능 평가 (김민규 / 한국원자력원구원)

2010. 9. 2.
2010 KEPIC-Week Structural Session
김민규, 최인길







개요
실험개요
시험체 제작
실험방법
실험결과
앵커파괴하중 산정
결론
2



미국의 SQUG(Seismic Qualification Utility Group)
에서 1971년 발생한 San Fernando 지진 이후 설비
정착부를 주요 취약부위로 확인.
국내에서는 미국의 표준심사지침을 토대로 하여 1999
년 10월 “경수로형 원자력발전소 안전심사지침서”에
서 균열이 발생되는 위치에 설치된 앵커에 대한 앵커
강도 감소효과를 합리적으로 고려할 수 있는 요건을
제시하지 못하므로 만족스럽지 못하다는 입장을 취함.
앵커의 콘크리트 균열에 대한 정적실험, 기계진동에
대한 여러 수치해석적, 실험적 논문들이 발표되고는
있으나 지진하중과 같은 동적하중에 대한 실험을 통한
연구는 부족함.
3
Fo
he
m
ea
r
ct
br
at
er
io
m
n
al
Ag
fa
tig
in
g/
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en
d
G
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Pa
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M
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C
st
io
n
n
C
io
os
M
oi
O
rg
SC
ro
s
Er
or
C
Number of Occurrences
120
100
LER 1999-2008
NUREG/CR 6679
NUREG/CR 6679 (LER 1985-1997)
80
60
40
20
0
Aging Mechanisms
Distribution Comparison of SPC Degradation
Occurrences over Aging Mechanism
*structures and passive components (SPCs)
4

실험목적
◦ 콘크리트 기초가 열화 손상된 원전설비의 내진 성능 평가
 콘크리트 기초 균열의 형태가 설비의 내진성능에 미치는 영향 평가
 추후 보강진행에 대한 기초자료 제공

실험내용
◦ 주파수응답함수(FRF)측정
 Impact Hammer 가진을 통한 시험 단계별 주파수 응답함수 측정
 Mode 분석을 통한 실험 모델의 검증
◦ 진동대 실험
 원자력 발전소 설계기준에 준한 인공지진파 입력
 앵커부 파괴시 가속도 응답을 통한 파괴하중 산정
5
무균열 시편
관통균열 시편
측면균열 시편
6

콘크리트 공시체 압축
강조 (28일)
◦ 설계강도 280kg/cm2
공시체
번호
파괴하중 시편크기 공칭강도
(MPa) (mm x mm) (kg/㎠)
1
32.84
100x200
335
2
32.35
100x200
330
3
34.31
100x200
350
7
콘크리트 기초와 진동대의
조립
토크렌치를 이용한 상부구
조물 조립
8
9
Work
Station
Impact
Hammer
Front End
1차모드
10
파괴시점
P1
P2
P3
P4
파괴시 P1 지점의 가속도
인공지진파: US NRC Reg. Guide 1.60 Design Spectrum
11
무
균
열
관
통
균
열
측
면
균
열
11Hz
13.63Hz
8.25Hz
11.5Hz
10Hz
8.75Hz
12
13
 무균열 실험체
점증시험(7/4)
P4
Input 가속도(g)
최대가속도시험(7/4)
Input 가속도(g)
진
동
대
P1
앵커강재
파과시점
P1 지점의 가속도
앵커강재
파과시점
P1 지점의 가속도
질
량
중
심
14
 관통균열 실험체
점증시험(7/4)
P4
최대가속도시험(7/4)
Input 가속도(g)
Input 가속도(g)
진
동
대
P1
앵커강재
파과시점
P1 지점의 가속도
앵커강재
파과시점
P1 지점의 가속도
질
량
중
심
15
 측면균열 실험체
점증시험(4/4)
P4
Input 가속도(g)
최대가속도시험(4/4)
Input 가속도(g)
진
동
대
P1
콘크리트
콘파괴시점
콘크리트
콘파괴시점
질
량
중
심
16
실험체
무균열
실험조건
점증실험
최대가속도실험
점증실험
관통균열
최대가속도실험
파괴가속도
(P1, g)
하중조건
PGA
(P4, g)
4/4
0.49
5/4
0.54
6/4
0.67
7/4
0.82
1.28
볼트 인장파괴
7/4
0.79
1.47
볼트 인장파괴
4/4
0.46
5/4
0.52
6/4
0.67
7/4
0.80
1.42
볼트 인장파괴
7/4
0.82
1.39
볼트 인장파괴
10.00
3/4
0.38
8.25
최대가속도실험
1차모드
고유진동수
11.00
11.50
13.63
점증실험
측면균열
파괴모드
4/4
0.46
0.95
콘크리트
콘파괴
4/4
0.45
1.06
콘크리트
콘파괴
8.75
17
 앵커강재 파괴(무균열, 관통균열)
18
 콘크리트 콘파괴(측면균열)
19
 해석모델 및 모드 형상
해석모델
1차 수평모드
2차 수평모드
 해석에 적용한 정착부 동특성
시편
무균열
관통균열
측면균열
고유진동수(Hz)
11.5
10.0
8.7
회전강성(MN․m/rad)
3.0
2.2
1.65
감쇠(%)
2.5
3.5
2.5
20
 주파수응답함수
 시간이력해석
1.6
test
analysis
0.002
Acceleration(g)
무
균
열
Inertance(g/N)
0.003
0.001
0
4
8
12
Frequency(Hz)
16
0
20
30
1.6
test
analysis
0.002
Acceleration(g)
Inertance(g/N)
10
Time(sec)
0.001
0
test
analysis
0.8
0
-0.8
-1.6
0
4
8
12
Frequency(Hz)
16
20
0
10
20
30
Time(sec)
1.6
0.003
test
analysis
0.002
Acceleration(g)
Inertance(g/N)
-0.8
20
0.003
측
면
균
열
0
-1.6
0
관
통
균
열
test
analysis
0.8
0.001
test
analysis
0.8
0
-0.8
-1.6
0
0
4
8
12
Frequency(Hz)
16
20
0
10
20
30
Time(sec)
21
무균열
관통균열
측면균열
진동대실험(g)
1.47
1.39
1.06
해석모형(g)
1.49
1.58
0.93
비교
(진동대/해석)
0.99
1.14
0.98
22
 무균열 콘크리트 예상파괴강도
N cbn 
AN co
AN co
 edN  cN  cpN  N b
 측면균열 콘크리트 예상파괴강도
AN c
N cbn 
 edN  cN  cpN  N b
AN co
ANco : 단일 앵커에 의한 콘크리트 파괴면의 투영면적
AN c
: 측면균열에 의한 콘크리트 파괴면의 투영면적
 edN
: 가장자리 영향에 의한 수정계수(1.5hef 이상)
 cN
: 균열 유무에 따른 인장강도에 의한 수정계수 (무균열, 선설치 앵커)
 cpN
: 비균열 콘크리트에 사용하기 위한 인장강도에 대한 수정계수 (선설치앵커)
Nb
: 단일앵커의 기본 콘크리트 파괴강도
23
시편의 종류
예상파괴하중
(강재, MPa)
예상파괴하중
(콘크리트, MPa)
무균열
44.364
33.373
관통균열
44.364
33.373
측면균열
44.364
23.176
24
 실험과 설계강도의 비교
무균열
관통균열
측면균열
파괴형태
앵커강재파괴
앵커강재파괴
콘크리트파괴
진동대실험(kN)
47.408
44.828
34.186
설계시(kN)
44.364
44.364
23.176
진동대/설계
1.067
1.010
1.475
무균열
관통균열
측면균열
진동대실험(kN)
49.225
49.225
34.186
설계시(kN)
33.373
33.373
23.176
진동대/설계
1.475
1.475
1.475
 콘크리트 파괴하중의 예측
25





진동대 실험시 구조물 정착부의 동적 거동 특성이 변
화됨.
무균열, 관통균열 시편은 콘크리트파괴 이전에 앵커강
재의 파괴가 먼저 발생하였으며, 측면균열의 경우에는
콘크리트 콘파괴가 발생함.
관통균열의 경우 균열로 인한 앵커의 성능저하는 크지
않음.
실험의 콘크리트 파괴하중은 설계치 보다 약 1.475배
크게 나왔으며, 이는 설계에서 콘크리트의 내부균열을
고려하여 보수적으로 평가하였기 때문인 것으로 판단
됨.
측면균열의 경우 콘크리트 기초에서 파괴가 발생하였
으며, 약 30%의 내진성능 저하가 나타남.
26