비결합 말뚝지지 전면기초 LNG 저장탱크의 유체-구조물-지반 상호작용을 고려한 지진응답해석 :Seismic Response Analysis of LNG Storage Tank with Disconnected Pile Foundation Considering Fluid-Structure-Soil Interaction

손일민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 손일민 (전남대학교 )

지도교수: 김재민

발행연도: 2023

저작권: 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수1

이 논문의 연구 히스토리 (6)

2023

비결합 말뚝지지 전면기초 LNG 저장탱크의 하중전이층에 대한 지진응답 해석사례

손일민 , 김재민 대한토목학회 학술대회 2023.10 학술대회자료

비결합 말뚝지지 전면기초 LNG 저장탱크의 유체-구조물-지반 상호작용을 고려한 지진응답해석

손일민 건축토목공학과 2023.01 학위논문

2019

기초형식에 따른 LNG 저장탱크의 지반-구조물 상호작용을 고려한 수직방향 지진응답 분석

손일민 , 김재민 한국전산구조공학회논문집 2019.01 학술저널

기초 형식에 따른 LNG 저장탱크의 지반-구조물 상호작용을 고려한 지진응답 분석

손일민 , 김재민 , 이창호 한국전산구조공학회논문집 2019.01 학술저널

2015

말뚝기초 모델링 방법에 따른 LNG 저장탱크의 지진응답 비교

손일민 , 김재민 대한토목학회 학술대회 2015.10 학술대회자료

2014

면진 원통형 LNG 저장탱크의 간략 비선형 유체-구조물-지반 상호작용해석

손일민 건설.환경공 2014.01 학위논문

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해안에 인접하여 건설되는 LNG 저장탱크는 침하 및 지지력에 대한 안전성을 확보하기 위해 말뚝기초가 주로 사용된다. 일반적인 말뚝기초는 기초와 말뚝이 결합된다. 최근에는 말뚝에 작용되는 휨모멘트를 줄이기 위해 말뚝과 기초를 결합하지 않고 말뚝과 매트기초 사이에 하중전달플랫폼(LTP)을 추가로 설치하는 방법이 사용되고 있다.
말뚝기초를 설치한 LNG 저장탱크는 내진설계 시 유체-구조물 상호작용(FSI) 및 지반-구조물 상호작용(SSI)이 고려되어야 한다. LNG 저장탱크에 대한 내진설계기준은 SSI 효과를 간단하게 고려하는 방법이 제안된다. 하지만 이 방법은 말뚝기초에 적용할 수 없다. 따라서 말뚝기초로 지지된 LNG 저장탱크는 정밀한 SSI 해석이 필수적으로 요구된다.
이 연구에서는 비결합 말뚝지지 전면기초로 지지된 LNG 저장탱크에 대한 FSI와 SSI를 동시에 고려한 정밀한 지진응답해석을 수행하고 응답특성을 분석하였다. 이를 위하여 비결합 말뚝지지 전면기초(DPRF) 시스템의 LTP 특성(두께, 강성, 반경)이 상부구조물(내조탱크와 외조탱크) 및 말뚝의 지진응답에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 해석결과를 결합 말뚝지지 전면기초(PRF) 시스템의 응답과 비교하였다. 이 같은 수치해석 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다; (1) DPRF 시스템은 LTP의 강성이 작고 두께가 증가할수록 상부구조물의 부재력이 증가할 수 있다. 이는 LTP의 강성이 작아지고 두께가 증가하면 LTP 자체의 고유진동수가 상부구조물의 고유진동수와 가까워져 상부 구조물의 응답에 영향을 미칠 수 있기 때문이다; (2) DPRF 시스템은 LTP의 두께와 강성이 변하더라도 말뚝 두부에서 휨모멘트와 축력이 PRF 시스템보다 작다; (3) LTP의 반경이 기초의 반경보다 큰 경우 LTP층에 국부적인 진동모드가 발생하여 외조탱크 부재력 및 말뚝의 축력이 PRF 시스템보다 커질 수 있다; (4) 따라서 DPRF 시스템을 적용할 때, LTP의 두께, 강성, 반경에 대한 지진응답의 민감도 해석을 반드시 수행해야 할 것으로 판단된다.

LNG storage tanks constructed near the coast often use pile foundations to ensure safety against settlements and bearing capacity. Typical pile foundations are a combination of mat foundations and piles. In recent years, the method of installing a load transfer platform (LTP) between the piles and the mat foundation without connecting the piles and the foundation has been used to reduce the bending moment on the piles. Fluid-structure interaction (FSI) and soil-structure interaction (SSI) should be considered in the seismic design of LNG storage tanks supported on pile foundations. In the seismic design criteria for LNG storage tanks, a simple method for considering SSI effects is proposed. However, this method is not applicable to pile foundations. Therefore, a precise SSI analysis is required for LNG storage tanks supported by pile foundations. In this study, a precise seismic response analysis considering both FSI and SSI for LNG storage tanks supported by disconnected piled raft foundations (DPRF) was performed and response characteristics were determined. For this purpose, the effects of LTP characteristics (thickness, stiffness, radius) on the seismic response of the superstructure (inner tank and outer tank) and piles of the DPRF system were studied. The numerical results were then compared with the response of a piled raft foundation (PRF) system. The following conclusions were obtained from the numerical analyses; (1) The DPRF system has a small stiffness of the LTP and the member force of the superstructure can increase with increasing thickness. This is because as the stiffness of the LTP decreases and the thickness increases, the natural frequency of the LTP itself becomes closer to the natural frequency of the superstructure, which may affect the response of the superstructure; (2) The DPRF system has a smaller bending moment and axial force at the top of the pile than the PRF system, even if the thickness and stiffness of the LTP are changed; (3) If the radius of the LTP is larger than the radius of the mat foundation, localized vibration modes may occur in the LTP layer, resulting in larger seismic responseof superstructure and pile than in the PRF system; (4) Therefore, when applying the DPRF system, it is recommended that the sensitivity analysis of the seismic response to the thickness, stiffness, and radius of the LTP must be performed.

#seismic analysis #LNG storage tank #disconnected piled raft foundation #load transfer platform #fluid-structure interaction #soil-structure interaction

제 1 장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 국내외 연구 동향 6
1.3 연구의 목적 및 범위 13
제 2 장 LNG 저장탱크의 내진설계기준 14
2.1 개요 14
2.2 국내외 내진설계기준 15
2.2.1 미국 15
2.2.2 유럽 19
2.2.3 국내 22
제 3 장 유체-구조물-지반 상호작용모델링 23
3.1 개요 23
3.2 지진응답해석 모델링 24
3.3.1 유체-구조물 상호작용(FSI) 24
3.3.2 지반-구조물 상호작용(SSI) 26
3.3.3 유체-구조물-지반 상호작용(FSSI) 27
제 4 장 비결합 말뚝지지 전면기초 LNG 저장탱크의 지진응답해석 30
4.1 개요 30
4.1.1 예제 구조물 및 지반조건 31
4.1.2 입력지진 및 부지응답해석 34
4.1.3 하중전달플랫폼(Load Transfer Platform, LTP) 36
4.1.4 지진응답해석모델 38
4.2 하중전달플랫폼(LTP)의 강성 및 두께에 따른 민감도 해석 41
4.2.1 기초 지진응답 비교 41
4.2.2 외조탱크 부재력 비교 46
4.2.3 내조탱크 부재력 비교 53
4.2.4 말뚝 부재력 비교 60
4.3 하중전달플랫폼(LTP)의 반경에 따른 민감도 해석 65
4.3.1 기초 지진응답 비교 65
4.3.2 외조탱크 부재력 비교 73
4.3.3 내조탱크 부재력 비교 80
4.3.4 말뚝 부재력 비교 86
4.4 요약 91
제 5 장 결론 92
참고 문헌 93
Abstract(영문초록) 106
부록 A 실측지진파와 인공지진파를 이용한 지진응답분석 108
부록 B LNG 저장탱크의 슬라이딩 검토 117
부록 C 매트기초와 LTP 반경비가 1.0인 경우의 지진응답 121
부록 D 매트기초와 LTP 반경비가 1.1인 경우의 지진응답 136

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