A base isolation system improves the seismic performance of a structure when it is applied to the structure by sacrificing itself and reducing the forces transmitted to the superstructure. Introduction of seismic isolation system significantly lengthen the structure period which makes the superstructure safe from earthquake loads; but it doesn’t promise the seismic performance of all secondary system attached to the building. Seismic design includes not alone structure itself but secondary system. For seismic qualification of secondary system, design floor response spectrum is often used. USNRC Regulatory Guide 1.122 presents generation procedure of design floor response spectrum, which includes smoothing and broadening peaks of computed floor response spectra to account for uncertainties in the structural frequencies. However, broadening peaks wouldn’t be enough to account for uncertainties in the isolation system. Researches on floor response spectrum of base isolated structures with uncertain isolation system properties have not been implemented yet.
In this paper, floor response spectrum of base isolated structures is computed using 3-story structure model and nuclear power plant model with base isolation. Characteristics of floor response spectrum of base isolated structures are examined. To consider the uncertainty of isolation system, mechanical properties of isolation system is assumed to have normal distribution and 300 models are created using Latin hypercube sampling. 99th percentile floor response spectrum is computed for probabilistic representation of floor response spectrum. An example of new method is presented to compute floor response spectrum with uncertainty in the isolation system without creating models to take account of isolator variability.
면진 시스템은 구조물에 전달되는 지진하중을 면진 장치에 집중되게 함으로써 구조물의 내진성능을 향상시킨다. 즉 면진 시스템의 도입은 구조물의 고유주기를 길게 하여 구조물을 지진하중으로부터 안전하도록 만들지만, 구조물 내부에 위치한 비구조요소의 내진 성능 또한 재검토 되어야 한다. 내진설계 시 구조물 뿐만 아니라 비구조요소의 안정성이 고려되어야 하는데, 비구조요소의 내진 검증을 위해서 설계 층응답스펙트럼이 흔히 사용된다. USNRC의 Regulatory Guide 1.122 에서는 설계 층응답스펙트럼의 작성 가이드라인을 제시하고 있으며, 구조물 고유주기의 불확실성 고려를 위해 계산된 층응답스펙트럼의 첨두값을 확장하고 평활화 하도록 요구하고 있다. 하지만 첨두값을 확장하는 과정은 면진 구조물의 불확실성을 고려하기에 불충분할 수 있다. 면진 구조물의 경우, 면진 시스템의 특성이 구조물의 고유주기에 큰 영향을 미치기 때문이다. 하지만 면진시스템의 불확실성을 고려한 층응답스펙트럼에 대한 연구는 아직 수행된 바 없다.
본 논문에서는 3층 면진 구조물과 실제 면진 원전 구조물의 층응답스펙트럼을 산정하고, 그 특성에 대해 조사하였다. 면진 시스템의 불확실성을 고려하기 위하여, 면진 시스템의 기계적 특성치가 정규분포를 가진다고 가정한 후 Latin hypercube sampling을 수행하여 300개의 모델을 생성하고 시뮬레이션 하였다. 층응답스펙트럼의 확률론적 표현을 위하여 99th percentile 층응답스펙트럼을 산정하였다. 또한 많은 모델 생성을 통한 시뮬레이션 과정 없이 면진 장치의 변동성을 고려한 층응답스펙트럼을 산정할 수 있는 방법을 제시하였다.
