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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 201818CTAP-C129809-02
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 한국형 파이프라인 내진 취약도 및 안전성 개선
총 연구기간 2017-04-01 ~ 2018-12-31
연구책임자 주부석
당해년도
참여 연구원수
4명 총 연구기간
참여 연구원수
10명
당해년도
연구비
정부 : 220,000,000 원
기업 : 73,400,000 원
계 : 293,400,000 원
총연구비 정부 : 370,000,000 원
기업 : 123,400,000 원
계 : 493,400,000 원
연구기관명 경희대학교 산학협력단
등록 발간번호 -
ISBN -
주요 내용 ○기후변화로 인한 국가 주요 시설물 (병원, 학교, 복합시설물 등) 및 파이프라인과 같은 비구조요소의 재해/재난 노출 빈도 증대 및 피해증가
○이에 따라서, 비구조요소에 속하는 파이프라인의 지진 취약성과 안전성 개선이 필요하며 또한 지진 발생 시 파이프라인의 가장 취약한 부분인 조인트 연결부의 응급복구를 위한 보수/보강 기술과 파이프라인 시스템에 관한 내진 설계기준이 필요하다고 판단된다.
본 연구의 목표는 파이프라인과 같은 비구조요소의 내진 안전성을 향상 시키고 내진 취약도 기반 확률론적 분석에 의한 파이프라인의 성능기반 내진 설계 가이드라인의 제시와 더블어 선진기술 수준의 보수/보강 기법 개발에 있다.

[최종목표]
주요시설물 한국형 파이프라인의 내진성능 향상, 내진 취약도 분석 및 안전성 개선
○ 지진 재난 시나리오에 따른 구조물/파이프라인의 파괴확률 연관성 분석 및 Fault Tree 구성:
○ 정성적 평가: logical expression of top tree event and minimal cut-sets
○ 정량적 평가: based on probabilities of basic events
○ 현 Design Codes의 경우 Structural System의 거동과 Design에 집중되어 Nonstructural components의 경우 재난 발생 시 상당한 피해가 우려됨에 따라, 본 연구에서는 병원구조물 뿐만 아니라 병원 구조물내 파이프라인과 같은 비구조 요소의 피해저감을 위해 Probabilistic Seismic Risk Assessment를 적용하고자 함
○ Fragility 분석을 통한 태풍/지진 시나리오에 따른 변수를 도출한 후 Bayesian Approach 평가를 통하여 주요 시설물 구조/비구조 요소 안전성 평가에 적용
○ 이벤트에 따른 주요 시설물의 불확실성 변수 기반 리스크 분석 평가 도출 및 확립
○ 기존 재난 저감 기술에서 따른 한계성을 극복하고 파이프라인의 T-joint, elbow, valve와 같은 취약부의 안전성 문제 개선을 위한 보수/보강 기법 구축

[연구내용 및 범위]
○ 한국형 파이프라인 내진해석기반 유한요소(Finite Element) 모델 구축
○ 상용프로그램(ABAQUS, ANSYS, OpenSees 등)을 활용한 파이프라인의 실험적 모델과 해석적 모델 검증
○ 파이프라인의 fluid-structure 상호작용기반 3D 유한 요소모델 개발
○ 파이프라인의 조인트, 엘보, 밸브 등 선형/비선형성에 의한 거동 분석을 위한 유한요소모델 구축
○ 한국형 파이프라인 내진 취약도를 위한 지진파 불확실성 분석
○ 한국형 파이프라인의 내진 취약도 분석을 위한 지진파의 불확실성분석
○ 지진파 분석에 따른 Spectrum 분석 및 파이프라인의 거동 이해와 평가를 위한 시간이력해석과 스펙트럼 해석 실시
○ 한국형 파이프라인 내진해석기반 취약도 분석 및 안전성 개선을 위한 보수/보강
○ 파이프라인 재료 불확실성과 각 요소별 상호 연계성을 고려한 확률론적 내진 취약도 분석 모델 개발
○ 파이프라인 랜덤 불확실성 변수 기반 Bayesian Approach에 의한 내진 취약도의 신뢰도 개선
○ 파이프라인 내진 해석 및 각 요소별 내진거동 상호연계에 의한 선진수준의 보수/보강 기법 개발
○ 기존 파이프라인의 연구의 경우 조인트 부분의 손상에 의한 취약도 및 안전성 평가 연구가 주를 이루고 있어, 조인트 연결부 즉 T-joint 이외의 다른 취약부분에서의 손상 평가연가가 반드시 이루어져야 하며, 이에 본 연구에서는 각 요소 (T-joint, Elbow, Valve 등)의 상호연계 (Interdependency)를 고려하여 주요 시설물내 파이프라인의 안전성 개선 및 내진취약도 평가를 제시 하고자 함
○ 재난시나리오 및 파이프라인의 불확실성 요소에 근거한 통계학적 접근과 불확실성 요소의 랜덤변수에 의한 확률론적 데이터 분석을 통한 신뢰도 향상과 Bayesian Approach를 통한 기존 취약도 분석의 한계점 극복
○ 한국형 파이프라인의 내진거동 이해와 비선형 유한요소 모델 개발
○ 실험적/해석적 분석을 통한 파이프라인의 내진 거동 이해
○ 파이프라인의 내진 거동 기반 상용 소프트웨어를 사용한 해석적 모델 개발

○ 한국형 파이프라인의 각 요소의 내진 거동에 근거한 내진 취약도 및 보수/보강 기법 개발
○ 파이프라인 각 요소 상호연계성을 고려한 내진 취약도 모델 제시
○ 내진취약도 분석을 위한 통계학적 접근으로 Bayesian Approach Model 제시
○ 내진 취약도 기반 응급복구를 위한 파이프라인 보수/보강 기법 개발

○ 지진으로 인한 미래형재난 대비 사회기반 시설물의 파이프라인 내진성능 개선
○ 복합재난 대비 확률론적 지진 위험성 평가 및 지진 취약도 기반 내진설계기준 개선
색인어 한글 파이프라인 내진 취약도 확률론적 분석 응급복구 안전성평가
영문 piping system seismic fragility probabilistic risk assessment emergency recovery safety evaluation
최종보고서 [서식1] 최종보고서 표준서식_경희대학교주부석_수정보완_20190329.pdf
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