Seismic activities consist of a large mainshock and subsequent aftershocks, which may lead to massive loss of life, structural damage, as well as substantial economic losses. Past studies have focused on analyzing the effect of aftershock sequences on superstructures; however, no study cases were found for underground structures, such as buried pipelines. Therefore, in this study, seismic fragility analyses considering the effect of mainshock-aftershock sequences were evaluated for a high-strength steel underground gas pipeline, API 5L X70. A 3D analytical pipeline model was created using Elasto-Plastic beam elements with circular hollow cross-sections and the Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) model was adopted to simulate soil-pipeline interactions (SPI). Next, nonlinear dynamic analyses were performed using 9 different historical input ground acceleration time series data, and the maximum axial output strain responses of the pipeline were recorded. Based on numerical analysis results, failure probabilities were determined according to a predefined damage state for the following scenarios: mainshock, mainshock-aftershock sequences, and aftershock, and their fragility results were compared.
지진 활동은 큰 규모의 본진과 동일한 장소에서 발생하는 여진으로 구성된다. 이러한 지진의 영향은 심각한 인명 피해, 구조물 손상 및 막대한 경제적 손실을 초래할 수 있다. 그동안 상부구조물에 대한 여진의 영향을 분석하는 연구들은 활발히 진행되어 왔다. 그러나 매설 배관 등 지하구조물에 대한 구체적인 연구 사례는 찾아보기 어려웠다. 따라서 본 연구에서는 고강도 매설 가스관인 API 5L X70의 본진-여진 시퀀스의 영향을 고려한 지진 취약도 해석을 수행하였다. 원형 중공 단면의 Elasto-Plastic 빔 요소를 사용하여 3D 매설 배관 모델을 생성하였고 지반-배관의 상호 작용은 Beam on Nonlinear Winkler Foundation 모델로 표현하였다. 지진 취약도 곡선을 평가하기 위해 9개의 역사기록 입력 지반 가속도 데이터를 사용하여 비선형 동적 시간 이력 해석을 수행하였으며 매설배관의 최대 축 방향 변형률 응답을 기록하였다. 수치해석 결과를 바탕으로 본진, 본진-여진 시퀀스, 여진 3가지 각기 다른 사례로 구분하여 사전에 정의된 손상모드에 따른 파괴 확률을 추정하고 취약성 결과를 비교하였다.
