원전 격납건물 프리스트레스 손실 예측

Prediction of Prestress Loss in Containment Building

안 경 희*       권 승 희**      김 진 근***

An, Gyeong Hee   Kwon, Seung Hee  Kim, Jin Keun

ABSTRACT

The purpose of this research is to develop specimen, test method and analytical method for the prediction of prestress loss in containment building. The specimen is modeled on a part of the containment building. Stress of the specimen under the same prestressing force as the actual containment building is continuously measured and used for the prediction. This method can be used for better prediction of prestress loss with the existing in-service ispection.

요  약

이 연구는 원전 격납건물의 프리스트레스 손실 예측을 위한 시험체 및 시험 방법, 해석 방법의 개발을 목표로 하였다. 격납건물 벽면의 일부분을 모델로 한 시험체를 제작하고 실제 구조물과 동일한 응력하에서 시험체의 응력 변화를 계측하였다. 기존의 가동중 검사와 함께 더 정확한 프리스트레스 손실 예측을 위해 사용할 수 있는 방법이다.

1. 서   론

원전 격납건물은 설계 압력으로 발생하는 인장력에 견딜 수 있어야 하기 때문에 대부분 프리스트레스 콘크리트 구조물이다. 프리스트레스 콘크리트 구조물에서 프리스트레싱 텐던의 긴장력 손실은 구조물의 안전과 직결되는 매우 중요한 문제이므로 이를 예측하고 관리하는 것은 반드시 필요하다. 현재 리프트오프 테스트와 빔 테스트 등을 이용하여 긴장력을 예측하고 있지만 기존 방법이 가진 한계가 있기 때문에 본 논문에서는 이를 보완할 수 있는 새로운 예측 방법을 제시하고 타당성을 검증하고자 한다.

2. 시험체 설계 및 실험 방법

이 연구에 사용된 시험체는 실제 격납건물 벽체의 일부를 모사하여 제작하였으며, 아래 그림 1과 같다. 공간적 제약으로 인해 실제 크기의 1/2 크기의 시험체를 제작하여 실험하였다. 그림 2와 같이 시험체 양 옆으로 베어링 플레이트를 설치하여 프리스트레싱에 필요한 최소한의 길이를 확보하였으며 편심 영향을 줄이기 위해 두 개의 실험체를 나란히 배치하였다. 실제 격납건물과 동일한 환경, 재료를 이용하고, 동일한 긴장력을 준 시험체의 베어링 플레이트 한 쪽에 로드셀을 설치하여 텐던에 걸리는 긴장력을 지속적으로 계측하였다.

* 정회원, 한국과학기술원, 콘크리트연구실, 박사과정

** 정회원, 명지대학교, 콘크리트연구실, 부교수

*** 정회원, 한국과학기술원, 콘크리트연구실, 교수

(a) 종단면	(b) 횡단면
그림1. 시험체 단면			그림2. 시험체 배치

3. 결과 및 고찰

로드셀을 이용하여 계측한 텐던의 긴장력과 해석 결과의 비교는 그림 3에 나타내었다. 콘크리트의 장기변형 및 베어링 플레이트의 탄성 변형을 고려한 2차원 해석이 수행되었으며, 그 결과는 그림 3에 나타낸 바와 같이 실험 결과와 유사하였다. 이 해석에 이용한 변수들을 실제 격납건물 해석에도 이용하여 예측한 긴장력 변화는 그림 4와 같다. 처음 1년 후에 횡단면과 종단면의 텐던 긴장력은 각각 7%, 5% 가량 감소하였으며, 30년 후 약 11%, 9% 정도 감소하는 결과를 보였다.

그림3. 시험체 계측 결과와 해석 결과 비교              그림4. 격납건물 긴장력 변화 예측

4. 결 론

본 연구에서는 새로운 프리스트레스 손실 예측 시험체 및 예측 방법을 개발하고 검증하였다. 검증 결과 합리적인 예측이 가능했으며, 실제 현장 조건을 반영할 수 있는 장점이 있다. 추후에 격납 건물 내부의 대표적인 단면 몇 가지를 모델로 한 추가 시험을 수행한다면 격납건물 전체의 긴장력을 좀 더 합리적으로 예측할 수 있을 것이다.

감사의 글

본 연구는 교육과학기술부의 재원으로 한국연구재단의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다. (No.2013R1A2A2A01016604) 이에 감사드립니다.

참고문헌

1. Anderson, P. (2005). "Thirty years of measured prestress at Swedish nuclear reactor containments," Nuclear Engineering and Design, 235(21), pp. 2323-2336.

2. BAE, I., CHOI, I. and SEO, J. (2000). "Nonlinear Flexural Analysis of PSC Test Beams in CANDU Nuclear Power Plants," Journal of the Korean Nuclear Society, 32(2), pp. 180-190.