The Wolseong nuclear power plant was shut down during the Gyeongju earthquake in 2016, which increased public interest in the earthquake safety of nuclear power plants. In order to effectively resist lateral forces such as earthquakes, shear wall structures have been adopted as main auxiliary buildings of nuclear power plants. Due to the complexity of the structure, however, it has been challenging to predict the seismic behavior of shear wall structures with a simple theory. Thus, in this research, a finite element model is proposed to analyze the result of the shaking table experiment performed on a shear wall structure by the Korea Atomic Energy Research Institute. 2016 Gyeongju earthquake measured at Myeonggye-ri observatory and its amplified earthquakes are input in a transverse direction for the test. A total of 18 accelerometers were installed on the front, center, rear of each slab, and back of the structure, and response spectrum analysis was performed at each point. In order to develop an accurate numerical model, various modeling methodologies are presented regarding the material model and boundary conditions of the structure. Good agreement is observed in the comparison between the result of the experiment and the simulation conducted on the final proposed model, and the dynamic characteristics of the structure observed in the experiment are verified. As a result, the effects of natural frequency, mode shape, material property, and boundary condition on the response of the structure are analyzed through the progress of modeling methodology. Furthermore, additional numerical analysis is performed on the longitudinal excitation situation, which was not dealt with in the experiment, to analyze the effect of the excitation direction on the response of the structure. Finally, it is considered that the results of this study can be utilized as reference data for seismic design of reinforced concrete shear wall structures and installation of non-structural elements.
2016년에 발생한 경주 지진 당시 월성원전 1~4호기가 정지되는 초유의 상황이 발생하여, 원자력발전소의 지진안전성에 대한 대중의 관심이 증가하였다. 원자력발전소에서는 지진과 같이 평면 내 작용하는 횡력을 효과적으로 저항할 수 있도록 전단벽 구조물을 주된 보조건물로서 채택해 왔으나, 구조가 복잡한 까닭에 단순 이론으로 응답을 예측하기 쉽지 않다. 이에 본 연구에서는 3층 전단벽 철근콘크리트 구조물에 대하여 한국원자력연구원에서 수행한 진동대 실험을 대상으로, 유한요소법 기반의 수치해석을 통해 구조물의 지진거동을 분석하였다. 명계리 관측소에서 계측된 2016 경주 지진으로부터 최대지반가속도(PGA)별로 네 종류의 지진을 구성하여 단일 횡방향으로 입력하였고, 각 층 슬래브의 전면부, 중앙부, 후면부, 그리고 구조물 뒷면에 가속도계를 설치하여 총 18개 지점에 대한 응답스펙트럼 분석을 수행하였다. 정밀한 수치해석 모델을 개발하기 위하여 재료 모델의 개선 과정을 거치고, 정착판의 경계 조건 비교를 통하여 다양한 모델링 방법론을 제시하였다. 최종 제안된 모델의 수치해석 결과가 실험 결과와 잘 일치함을 확인하였고, 실험에서 관찰된 구조물의 동특성을 검증하였다. 결과적으로, 모델의 개발 과정을 통하여 구조물의 고유진동수, 모드형상, 재료 성질, 경계 조건이 구조물의 응답에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 실험에서 다루지 못한 종방향 가진 상황에 대하여 추가적인 수치해석을 수행해, 가진 방향이 구조물의 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 최종적으로, 본 연구 결과를 철근콘크리트 전단벽구조물의 내진 설계 및 비구조요소 설치시 참고자료로서 활용 가능할 것으로 사료된다.
