내진설계 스펙트럼에 부합하는 목표 PSD함수 작성

Abstract

원전 구조물의 설계기준에서는 구조물의 해석을 위하여 설계응답스펙트럼뿐만 아니라 PSD함수도 입력하중으로 요구된다. US NRC의 SRP 3.7.1 에서는 RG 1.60에 부합하는 PSD함수를 제시하고 있고, 또한 시간이력으로부터 PSD함수를 계산하는 방법을 서술하고 있다. 하지만 실무자들이 입력 시간이력으로부터 RG 1.60과 다른 특정 설계응답스펙트럼과 연관된 목표 PSD함수를 정의하는 것은 쉽지 않다. 본 논문에서는 RG 1.60과 다른 형태를 갖는 설계응답스펙트럼에 부합하는 PSD함수를 작성하는 방법을 제안하였다. 시간이력은 목표 PSD의 형태에 큰 영향을 미치므로 인공 시간이력은 설계응답스펙트럼에 거의 근접하게 부합하여야 한다. 최종적으로 목표 PSD함수는 평균화, 이동평균화, 로그선형화의 작업을 거쳐서 부드러운 형태로 작성된다. RG1.60에서 부분적으로 수정된 CMS1+ 라는 임의의 설계응답스펙트럼을 사용하여 PSD 함수를 작성을 하고, 더하여 도로교 설계기준의 설계응답스펙트럼에 부합하는 PSD 함수를 작성하였다. 그러나 설계기준에서는 인공지진시간이력의 PSD함수는 목표 PSD함수에 부합해야 한다고 명시되어있으나 그 이유에 대해서 설명하지는 않고 있다. 그래서 본 논문에서는 PSD함수가 높은 인공지진과 PSD함수가 낮은 인공지진을 작성하여 이들의 선형응답과 비탄성응답을 살펴서 PSD에 따른 인공지진의 응답의 차이를 살펴보았다.; Design regulations for nuclear power facilities require that the Time History (TH) used as input motion in seismic analysis of structures should envelop a proper target Power Spectral Density (PSD) in addition to a Design Response Spectrum (DRS). Standard Review Plan (SRP) Section 3.7.1 of United States Nuclear Regulatory Commission (USNRC) states only a target PSD function corresponding to the DRS of USNRC Regulatory Guide (RG) 1.60 and describes the equation calculating PSD from the TH. However, engineers sometimes face the problem of defining a valid target PSD related to a specific DRS as well as input TH. This paper proposes a procedure to develop the target PSD corresponding to an arbitrary DRS whose shape is different from the DRS of RG 1.60. And a fluctuation of PSD function is investigated through using DRS of US NRC. The target PSD is generally calculated through statistical methods using many THs compatible with the specific DRS. Final target PSD can be established by applying the smoothening process such as averaging, windowing and linearization to the PSD of each TH. In a numerical example analysis using a DRS, named CMS1+, partially modified from the RG 1.60, the calculated PSD values are compared with those of SRP Section 3.7.1. In addition, it is numerically calculated PSD function compatible with design response spectrum of Highway Bridge Design Specification in Korea. Even though design regulations require the ATH used in seismic analysis of nuclear power plant structures to meet a target power spectral density function, a reason that ATHs meet to a target power spectral density function is not mentioned. Thus, artificial ATHs for high PSD function and artificial ATHs for low PSD function are generated. And elastic single-degree-of-freedom system and inelastic single-degree-offreedom system is loaded with these artificial time histories as the earthquake load so that the difference of this responses as the PSD function is shown.