수평 지진하중에 대한 원통형 유체저장탱크의 유체-구조물-지반 상호작용을 고려한 동적해석

Abstract

본 논문에서는 수평지진을 받고 있는 유연한 지반상에 놓인 원통형 유체 저장구조물에 대한 유체-구조물-지반 상호작용해석기법을 연구하였다. 유체는 비압축성, 비점성으로 가정하고 유체의 운동을 속도포텐셜함수로 나타냈었다. 그리고 수평지진시 구조물의 수평 및 히전(Rocking)운동, 벽체의 유연성 과 유체 자유표면의 술러싱을 동시에 고려한 새로운 형태의 해석적 속도포텐셜함수를 변수분리법과 가중잔차법을 이용하여 유도하였다. 유도된 속도포텐셜함수로부터 유동압을 구하고 이를 구조물과 유체의 경계면에서 등가절점하중으로 변환하여 유체의 영향을 전체 운동방정식에 포함시켰다. 그 결과, 유체의 영향은 충격성분과 관련된 상수인 부가 질량과 대류성분과 관련된 주파수종속 부가질량으로 나타내어졌다. 원통형구조물과 구조물 주위의 비균질 근역지반은 기존의 축대칭유한요소로 모형화하였으며, 평행증상인 반무한 원역지반은 축대칭무한요소로 모형화 하였다. 본 연구에서 개발된 기법의 검증을 위하여, 타 문헌에서 해석한 고정 지반상에 놓인 원형 탱크와 균일한 반무한지반에 놓인 원통형 유체저장구조물에 대한 해석을 수행하였다. 해석결과가 기존의 연구결과와 잘 일치하여, 본 해석법의 타당성을 입증할 수 있었다. 마지막으로 본 기법의 적용성을 살펴보기 위해서 층상 반무하체 지반에 매입된 대형 LNG 저장구조물에 대한 지진해석을 수행하였다.