지진 안전성 확보를 위한 그루브, 압착식 조인트의 내진성능 비교 실험 연구

Abstract

국민생활과 산업 활동에 필수적인 국가 중요시설 중 하나인 배관 분야의 중요성은 최근 잇따른 지진 발생 증가로 인해 더욱 부각되었다. 2016년 9월 발생된 경주지진과 2017년 11월 포항지진을 계기로 우리나라도 더 이상 지진의 안전지대가 아님을 인식하게 되었고 지진으로 인한 피해의 상당부분이 비구조요소의 파괴로 비롯된 것이라는 보고서의 공통된 지적임을 고려할 때 비구조요소의 내진성능 평가 필요성이 부각되고 있는 실정이다. 이에 따라 본 연구를 통해 지진하중 발생 시 배관계통과 주요 배관요소의 거동을 조사하고 배관의 피팅 및 연결재에 대한 내진성능 평가방법을 모색하고자 하였다. 특히 배관계통에서 지진에 대한 취약한 요소인 엘보에 대한 시험을 구성하였으며 연결방법으로 그루브 조인트와, 압착식 조인트를 적용하여 비교 실험을 하였다. 지진으로 발생 가능한 입력하중조건을 정의하기 위하여 원자력 분야 등에서 선행 연구한 내용을 참고하여 배관요소의 내진성능평가를 위한 가력조건을 정의하였다. 변위제어에 의한 정적 반복가력은 sine wave로 하며, 가력 횟수는 반복가력 15회 이상 가력, 가력 속도는 0.1 Hz 이하로 가력조건을 정의하였고 성능 및 한계상태를 확인하는 것이 적절하다고 판단하였다. 실제 현장과 동일하게 실험체 내부에 물을 채우고 배관의 설계기준에서 요구하는 운용압력, 2 MPa를 가하여 고정식 그루브 조인트가 체결된 90°엘보, 유동식 그루브 조인트가 체결된 90°엘보, 압착식 조인트가 체결된 90°엘보 순으로 시험을 총 3 세트로 진행하였다. 본 연구을 통해 배관의 파손은 속도보다는 변위 거동에 의한 파손이 지배적이며, 특히 변위폭(각도폭)에 의해 누적되는 영구변형이 배관의 파괴를 야기 시키는 것을 확인하였다. 실험적 접근 방법으로 배관요소 내진 성능시험을 수행하여 성능 및 한계상태를 분석하였고 이를 토대로 배관 피팅 및 연결재의 지진 안전성을 평가하고 검증하기 위한 시험방법을 제안하였다. 이를 활용하여 향후 다양한 비구조요소 내진성능 평가방법으로 응용될 수 있을 것으로 사료된다.