제14회 원자력안전기술정보회의

2009.4.6~7

내진설계 규제기준 개정방향(II) :

내진해석

내진설계 규제기준 개정방향(II) :

내진해석

김 문 수

2/21

발표순서

I. 서 론

II. 규제기준 개정방향

1. 고진동수 지진입력에 대한 특별 고려사항

2. 지반-구조물 상호작용(SSI) 해석 기준

3. SSI 해석시 지반특성 불확실성 고려요건

4. 진동모드 응답 조합방법

5. 세방향 지진응답 성분 조합방법

III. 결 언

3/21

원전 내진안전성확보 절차

서 론 설계지진, 감쇠, 내진등급등결정

4/21

o 내진설계를내진설계를 위한위한 지진응답해석지진응답해석 주요주요 단계별단계별 요건요건 항목항목

¡ 부지고유 설계지진 결정

¡ 설계지진 가속도시간이력 결정

¡ 시설 및 설비별 내진등급 결정

¡ 감쇠비 결정 및 감쇠의 해석

¡ 지진응답해석 방법론 선택

¡ 지지 구조물 및 지지된 기기의 연계해석/독립해석 결정

¡ 수치해석 모델링 / 비틂 효과 고려

¡ 지진응답해석 (지반-구조물 상호작용 해석 포함)

¡ 진동모드 응답의 조합

¡ 세방향 지진성분에 의한 응답 조합

¡ 설계용 층응답스펙트럼(FRS) 작성

¡ 내진범주 I급 시설과 비내진범주 시설의 상호작용 고려

¡ 지진에 의한 전도모멘트 결정 (내진안정성 검토)

서 론

5/21

서 론

SRG 반영(원칙)SRP 3.7.1, 3.7.2고진동수 지진입력에 대한 특별 고려사항

KEPIC 일부 반영SRP 3.2.1, RG 1.29내진등급 분류

KEPIC 일부 반영SRP 3.7.1설계시간이력

KEPIC 반영SRP 3.7.2SSI 해석시 지반특성 불확실성 고려요건

KEPIC 반영RG 1.61감쇠비

KEPIC 기적용RG 1.92세방향 지진응답 성분 조합방법

-RG 1.92지진응답해석시의 진동모드 응답 조합방법

KEPIC 부록 반영SRP 3.7.2지반-구조물 상호작용(SSI) 해석 기준

-RG 1.208부지고유 설계지진 결정방법

비 고개정 문서(미국)개정 항목

o 최근 USNRC 요건 개정 항목

6/21

o 고진동수 지진입력에 대한 특별 고려사항 (추가) (1/2)l USNRC 개정 요건 문서 : SRP 3.7.1 & 3.7.2 (Rev.3, 2007.3)

l USNRC 요건 개정 내용

¡ 고진동수 지진입력에 대해 지진동의 공간적 비상관성 효과 고려 방법 추가

¡ ISG(Interim Staff Guidance) 발행(2007.9)l 문서명 : COL-DC-ISG-1(ISG on Seismic Issues of High

Frequency Ground Motion)l 기본적으로 CLASSI, SASSI 방법 인정

l 지진동의 공간 상관도함수(Coherency function) 제시

l 규제기준 개정 방향 : 원칙 기반영 (세부사항 반영 여부/적용성 검토)

규제기준 개정방향

7/21

l 물리적 원인

지진원 특성

지표면에서 지진파 전달특성

전달경로에서 지진파 산란

부지의 국지적인 지반조건

l 수학적 모델

진동수영역 상관도함수

( )( )

( ) ( )ij

ijii jj

SS S

wg w

w w=

o 고진동수 지진입력에 대한 특별 고려사항 (2/2)

규제기준 개정방향

8/21

o 지반-구조물 상호작용(SSI) 해석 기준 (개정) (1/2)l USNRC 개정 요건 문서 : SRP 3.7.2 (Rev.3, 2007.3)

l USNRC 요건 개정 내용 : 지반 전단파 속도가 8,000ft/초(2,440m/초) 이상인경우 고정지반해석 가능(기존 기준 : 3,500ft/초)

l 규제기준 개정 방향 : 반영 예정 (KEPIC 부록에 참조사항으로 반영)

v 참고 : 고정지반해석 가능한 지반 전단파 속도 개략식(원형기초)

→ 개략적으로 구조물 질량의 제곱근, 구조물 최저 고유진동수에 비례

)3~2(, =³ - nnff basefixedsoil

rp 3

22

)2(abR

ahbRfmnV ebasefixedes

+³Þ -

규제기준 개정방향

9/21

(a) 화련 LSST 구조물 (b) 원자로건물

0 500 1000 1500 2000 2500S-wave Velocity (m/s)

0

2

4

6

Peak

Fre

quen

cy (H

z)

1st Horizontal Mode

1,100 m/s 1,576 m/s

_10.38

fixed basef =

_0.9 9.34

fixed basef =

8.25

인지반에 대해 고정기초해석 가능

1,576 /SV m s³

_ 4.56fixed basef =

_ 4.060.9 fixed basef =

0 500 1000 1500 2000 2500S-wave Velocity (m/s)

0

1

2

3

Peak

Fre

quen

cy (H

z)

1st Horizontal Mode

3.93

1,100 /m s 1,263 /m s

인지반에 대해 고정기초해석 가능

1,263 /SV m s³

o 지반-구조물 상호작용(SSI) 해석 기준 (2/2)l 지반의 전단파 속도에 따른 진동수 응답함수의 첨두진동수 변화 분석 사례

규제기준 개정방향

10/21

o SSI 해석시 지반특성 불확실성 고려요건 (개정 및 추가)l USNRC 개정 요건 문서 : SRP 3.7.2 (Rev.3, 2007.3)

l USNRC 요건 개정 내용

¡ 지반 특성의 변동계수를 이용한 변동성 고려 범위 결정(기존 규정: COV=1)

: 지반 전단탄성계수의 최적추정값, 상한값, 하한값COV : 지반 재료의 변동계수

(0.5 이상, 불충분한 지반조사시 1.0 이상)

¡ 몬테카를로 기법을 사용한 지반특성 변동성 고려범위 결정 추가 허용(평균, 평균±표준편차)

l 규제기준 개정 방향 : 반영 예정

)1(/

)1(

COVGGCOVGG

BELB

BEUB

+=

+´=

LBUBBE GGG ,,

규제기준 개정방향

11/21

o 진동모드 응답 조합방법 (전면 개정) (1/6)

l USNRC 개정 요건 문서 : Reg. Guide 1.92 (Rev.2, 2006.7)

l USNRC 요건 개정 내용

¡ 근접모드 정의 개정(기존 정의 : 10% 차이)l 감쇠비 2% 이하 : 고유진동수 차이 10% 이내l 감쇠비 2% 이상 : 고유진동수 차이 “감쇠비의 5배” 이내

(예, 5% 감쇠비→ 고유진동수 25% 차이 이내)

¡ 주기모드 응답, 강체모드 응답, 잔여 강체응답 구분

¡ 상기 각 응답끼리의 조합방법 및 전체응답 조합방법

* SRP 3.7.2에서의 고차모드 응답 조합방법은 삭제

l 규제기준 개정방향 : 반영 검토

규제기준 개정방향

12/21

v 주기모드 응답, 강체모드 응답, 강체응답 구역 구분

A-D : 주기모드 응답(Rpi)

D-E : 주기모드 응답(Rpi) +

강체모드 응답(Rri)

E-F : 강체모드 응답(Rri)

F-G : 강체 응답(Rr)

(Rr)

(Rri)

(Rpi)

(Rpi+Rri)

규제기준 개정방향

13/21

o 진동모드 응답 조합방법 (2/6)

l 주기모드 응답 조합방법

¡ SRSS법

¡ DSC (Double Sum Combination) - Rosenblueth 상관계수(1969) 사용

¡ CQC (Complete Quadratic Combination) - Der Kiureghian 상관계수(1981) 사용

l 강체모드 응답 계산 (모드응답에 대한 비율 αi 결정) – 대수합 조합

¡ Gupta 방법(1990), Lindley-Yow 방법(1980)

l 잔여 강체응답 조합방법

¡ Missing Mass 방법(기존 방법과 동일), Static ZPA 방법

규제기준 개정방향

14/21

규제기준 개정방향

v αi (강체응답계수) 결정 방법

l Gupta 방법

)10( ££= iai

i SZPA aa

l Lindley-Yow 방법

) (

2

)( 1

)( 0

)( )ln()ln(

2

max

max1

2

1

2112

1

진동수강체r

v

a

ii

ii

ii

i

ff

SSf

ff

ff

fffffff

=

=

³=

£=

££=

p

a

a

a

ZPA

감소 ia

1=ia

최소 ia

0=ia

aiS( : i번째 모드의 스펙트럼 가속도 값)

15/21

o 진동모드 응답 조합방법 (3/6)

l 전체 응답 조합 방법/절차

¡ 각 모드에 대한 응답 계산

l 모드응답(Ri) → 주기모드 응답(Rpi) → 강체모드 응답(Rri)

¡ 주기모드 응답(Rpi) 조합 : 모드 상관계수 사용

¡ 강체모드 응답(Rri) 및 잔여 강체응답(Rr) 조합 : 대수합 방법 사용

¡ 전체 응답 조합 : 위 두가지 응답 조합 결과를 SRSS

※ 기존 지침의 적용

¡ 개정전(Rev.1) 방법도 개정후보다 더 보수적이므로 적용가능

¡ 다만, 고차모드(강체응답)에 의한 응답을 추가로 고려해야 함.

규제기준 개정방향

16/21

o 진동모드 응답 조합방법 (4/6)l 전체 응답 조합방법(2가지 방법 제시)

2/122

MassMissing1

2/1

1 1

2/12

][

][

]1[

pIrII

I

n

irirI

pjpi

n

i

n

jijpI

iiri

iipi

RRR

RRR

RRR

RRRR

+=

+=

=

=

-=

å

åå

=

= =

e

a

a

2/122

Static

2/1

1 1

2/12

][

][

]1[

pIrII

IZPArI

pjpi

n

i

n

jijpI

iipi

RRR

RR

RRR

RR

+=

=

=

-=

åå= =

e

a

R = 지진응답, p = 주기모드, r = 강체모드, i = 모드 번호, I = 세방향 지진동 성분

< Gupta / L-Y 방법 모두 해당 > < L-Y 방법만 해당 >

규제기준 개정방향

17/21

o 진동모드 응답 조합방법 (5/6)

l 진동모드응답 조합방법별 조합결과 비교 사례(전단력)

(a) 주기모드 상관관계 고려방법 (b) 강체모드 고려방법

규제기준 개정방향

18/21

o 진동모드 응답 조합방법 (6/6)

l 진동모드응답 조합방법별 조합결과 비교 사례(휨모멘트)

(a) 주기모드 상관관계 고려방법 (b) 강체모드 고려방법

규제기준 개정방향

19/21

o 세방향 지진응답 성분 조합방법 (추가)

l USNRC 개정 요건 문서 : Reg. Guide 1.92 (Rev.2, 2006.7)

l USNRC 요건 개정 내용 : 100-40-40 % 조합 방법 추가

l 규제기준 개정방향 : 반영 예정 (실제 기적용)

321321 for),4.04.00.1( RRRRRRR ³³++=

규제기준 개정방향

20/21

소요노력

설계영향

설계영향소요노력

설계영향

비고

기적용반영 예정(실제 기적용)

RG 1.92 (추가)

세방향 지진응답 성분조합방법

반영반영 예정SRP 3.7.2 (개정 및 추가)

SSI 해석시 지반특성불확실성 고려요건

-

부록 반영

-

KEPIC

반영 검토RG 1.92 (전면개정)

진동모드 응답 조합방법

반영 예정SRP 3.7.2 (개정)SSI 해석 기준

원칙 기반영 (세부사항반영 여부/적용성 검토)

SRP 3.7.1, 3.7.2 (추가)

고진동수 지진입력에대한 특별 고려사항

국내 규제기준USNRC 요건개정 문서

개정 항목

결 언

o 요 약

21/21

o 원전 내진설계(지진응답해석) 규제기준 개정 계획

l 개발중인 규제기준 및 규제지침에 반영

l SRG(안전심사지침) 개정

o 규제기준 개정에 따른 영향

l 내진설계에 미치는 영향 증대 가능

l 내진설계에 소요되는 노력 증대 가능

o 내진설계 분야 전문가들간의 활발한 의견 교환 필요

o 산업계의 적극적 관련 연구 및 자발적 개정안 제시 필요성

결 언

감사합니다.

제14회 원자력안전기술정보회의, 2009.4.6~7