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표제지

목차

국문요약 9

제1장 서론 10

1.1. 연구 배경 및 목적 10

1.2. 연구 범위 및 방법 11

제2장 전력설비 지진피해 사례 12

2.1. 국내 주요 지진과 지진피해 사례 12

2.1.1. 역사지진 12

2.1.2. 계기지진 15

2.2. 국외 주요 지진과 전력설비 지진피해 사례 17

2.2.1. 미국의 지진피해 사례 17

2.2.2. 일본의 지진피해 사례 20

2.2.3. 기타 주변국가의 지진피해 사례 23

제3장 전력설비 내진설계기준 25

3.1. 설계응답스펙트럼 비교 25

3.1.1. 내진설계기준연구 II, 1997 25

3.1.2. KBC 2009 31

3.2. 내진등급 36

3.2.1. 송·변전설비 내진설계 실무지침서(2003), 한국전력공사 36

3.2.2. 수도 전기설비 내진설계기준(2009), 한국수자원공사 36

3.2.3. 화력발전설비 내진설계기준(2012), 지식경제부 37

3.3. 등가정적해석법 38

3.3.1. 송·변전설비 내진설계 실무지침서(2003), 한국전력공사 38

3.3.2. 수도 전기설비 내진설계기준(2009), 한국수자원공사 38

3.3.3. 화력발전설비 내진설계기준(2012), 지식경제부 39

3.4. 각 내진설계기준 비교분석 41

제4장 전력설비 내진해석 44

4.1. 345kV 가스차단기 44

4.1.1. 설계 조건 및 해석 모델 44

4.1.2. 유사공진법에 의한 동적해석 51

4.1.3. 해석결과 54

4.1.4. 앵커볼트 설계 60

4.2. 강재 골조구조 72

4.2.1. 설계 조건 및 해석 모델 72

4.2.2. 응답스펙트럼법에 의한 동적해석 77

4.2.3. 해석결과 79

4.2.4. LRFD에 의한 강재 골조구조설계 84

제5장 결론 91

참고문헌 94

Abstract 96

부록 98

표목차

표 2.1. 역사시대 피해가 보고된 지진 목록 13

표 3.1. 지진구역의 구분 26

표 3.2. 지진구역계수 (재현주기 500년에 해당) 26

표 3.3. 위험도계수(I) 27

표 3.4. 지반의 분류 28

표 3.5. 지진계수 Ca(이미지참조) 29

표 3.6. 지진계수 CV(이미지참조) 29

표 3.7. 지진구역 구분 및 지역계수 31

표 3.8. 지반의 분류 32

표 3.9. 단주기 지반증폭계수, Fa(이미지참조) 33

표 3.10. 1초주기 지반증폭계수, Fv(이미지참조) 33

표 3.11. 시설물 등급별 내진성능 목표 37

표 3.12. 내진설계기준연구II와 KBC 2009의 스펙트럼가속도 비교 42

표 3.13. 내진설계기준별 등가정적해석법 설계지진력 산정식 43

표 4.1. ABAQUS의 가스차단기 고유치해석 결과 52

표 4.2. 지침서의 가스차단기 고유치해석 결과 52

표 4.3. ABAQUS의 가스차단기 상부 부싱의 하단부 부재력 해석결과 55

표 4.4. 송·변전설비 내진설계 실무지침서의 가스차단기 상부 부싱의 하단부 부재력 해석결과 55

표 4.5. ABAQUS의 가스차단기 지점반력 해석결과 57

표 4.6. 송·변전설비 내진설계 실무지침서의 가스차단기 지점반력 해석결과 57

표 4.7. 애자에 대한 단면 성질 76

표 4.8. ABAQUS의 상부 부싱 하단부 부재력 해석 결과 80

표 4.9. 송·변전설비 내진설계 실무지침서의 부싱 하단부 부재력 해석 결과 81

표 4.10. ABAQUS의 지점반력 해석 결과 82

표 4.11. 송·변전설비 내진설계 실무지침서의 지점반력 해석 결과 82

그림목차

그림 2.1. 역사 및 계기지진의 진앙분포도 14

그림 2.2. 역사시대 지진의 시대별 및 진도별 분포도 15

그림 2.3. 앵커기초의 부실로 인한 전복(San Fernando 지진) 17

그림 2.4. Current transformer의 피해(Loma Prieta 지진) 18

그림 2.5. 고압변전소 장비의 피해(Northridge 지진) 19

그림 2.6. Itami 변전소 피뢰기의 피해(Kobe 지진) 20

그림 2.7. 가시와자키-가리와 원전 3호기 변압기 화재(니가타 지진) 21

그림 2.8. 후쿠시마 원전 폭발(동일본 대지진) 22

그림 2.9. 송전탑의 파괴(Chi-Chi 지진) 23

그림 2.10. 애자 파괴 피해(쓰촨 지진) 24

그림 2.11. 변압기 파괴 피해(쓰촨 지진) 24

그림 3.1. 지표면 표준설계가속도응답스펙트럼 (5% 감쇠비) 30

그림 3.2. 재현주기 2400년 최대예상지진의 유효지반가속도(S)%, 내진설계기분연구II 34

그림 3.3. 설계스펙트럼가속도 35

그림 4.1. 345kV 가스차단기 측면도 45

그림 4.2. 345kV 가스차단기 정면도 46

그림 4.3. 앵커볼트 지지도 46

그림 4.4. 가스탱크 내부 구조도 47

그림 4.5. 가스차단기의 강재 프레임 단면 형상 48

그림 4.6. 가스차단기의 가스탱크 단면 형상 49

그림 4.7. 가스차단기의 상부 부싱 단면 형상 50

그림 4.8. ABAQUS의 345kV 가스차단기 해석 모델 50

그림 4.9. X-방향 정현3파 53

그림 4.10. Y-방향 정현3파 53

그림 4.11. 345kV 차단기 상부 부싱 ABAQUS 해석결과 54

그림 4.12. 345kV 차단기 지점반력 ABAQUS 해석결과 56

그림 4.13. ABAQUS와 SeismoStruct의 지점반력 해석결과 비교 59

그림 4.14. 지지점에서 강재기둥 및 앵커볼트의 개요도 60

그림 4.15. 앵커에 작용하는 하중 61

그림 4.16. 앵커 그룹의 콘크리트 파괴면 투영면적 62

그림 4.17. 앵커의 뽑힘 파괴 형상 64

그림 4.18. 콘크리트측면파열 형상 65

그림 4.19. 앵커 그룹의 콘크리트 파괴면 투영면적, AVc(이미지참조) 67

그림 4.20. 단일 앵커 및 앵커 그룹의 투영면적 68

그림 4.21. 강재 골조구조물의 형상 73

그림 4.22. 상부 부싱의 형상 73

그림 4.23. 상현재 및 하현재 단면 형상 75

그림 4.24. 하단부 애자의 단면 형상 76

그림 4.25. ABAQUS의 강재 골조구조 해석 모델 77

그림 4.26. 표준설계응답스펙트럼 (감쇠비 5%) 78

그림 4.27. 진동수기반 설계응답스펙트럼 79

그림 4.28. 강재 골조구조 상부 부싱 ABAQUS 해석결과 80

그림 4.29. 강재 골조구조 지점반력 ABAQUS 해석결과 81

그림 4.30. 등변ㄱ형강 단면 형상 84

초록보기

 본 논문에서는 국내 전력설비 내진설계기준에 대하여 비교분석하였으며, 실제 전력설비에 대한 지진해석을 수행하여 기존의 설계기준에서 제시하고 있는 설계방법의 문제점을 개선하기 위한 연구를 수행하였다.

각 내진설계기준들을 비교분석한 결과, 설계응답스펙트럼의 결정방법, 내진등급의 결정방법 및 설계지진력을 산정하는 방법 등에서 서로 상이한 방법을 적용하고 있는 문제점을 알 수 있었다. 또한 강재 골조구조의 설계에서는 허용 응력설계법을 적용하고 있으며, 앵커볼트의 설계에서는 "ASCE Manuals No.113"을 따르고 있는 것을 알 수 있었다.

이와 같이 국내의 전력설비 내진설계기준은 최신 설계기준의 추세 등을 적절히 반영하지 못하고 있으며, 또한 국내 지침서들은 서로 간에 일관성이 결여되어 상호간의 연관성을 고려한 합리적인 설계체계의 수립에 걸림돌이 되고 있다. 따라서 본 논문에서는 전력설비에 대한 국내 내진설계기준의 예제 검토를 통해 현황을 조사 및 분석하고, 전력시설물 내진설계 지침 중에서 상위 지침에 해당하는 "송·변전설비 내진설계 실무지침서"의 개선방안을 제시하고자 한다.

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