진동대 실험을 이용한 원통형 유체저장탱크의 동적 거동 특성 연구

Abstract

액체저장탱크는 플랜트 시설의 주요 구조물이다. 최근 에너지 저장 및 공급의 중요성이 대두되고 있어 플랜트 시설에 대한 수요가 계속 증가하고 있으며, 이에 따라 액체저장탱크의 수요도 계속 증가할 것으로 예상되고 있다. 그러나 국내의 플랜트 시설의 설계 기술력은 아직 확보되지 않은 상황이고, 플랜트 시설에 대한 국내 설계기준도 마련되어 있지 않아 외국 설계기준에 의존하고 있는 실정이다. 강재 액체저장탱크는 지진과 같은 동하중을 받게 되면, 유연한 벽체와 내부에 저장된 액체간의 상호작용으로 인해 액체저장탱크의 동적 거동 및 벽체에 작용하는 유체 동수압(Hydrodynamic Pressure)이 크게 증폭될 수 있다. 결국 플랜트 시설로 사용되는 액체저장탱크에 지진이 발생하면 액체저장탱크의 벽체와 내부에 저장된 액체간의 상호작용으로 파손될 수 있으며, 저장된 액체가 유출 되어 큰 인명 피해와 경제적 손실을 초래할 수 있다. 본 연구는 플랜트 시설 내진설계 기술 확보를 위해 액체저장탱크의 축소모델을 제작하여 진동대 실험을 진행하였고, 액체저장탱크 벽체의 동적 거동 특성을 파악하였다. 실험은 액체저장탱크 지붕의 형태 변화, 구조물의 질량 변화, 탱크 내부 액체의 수심 마지막으로 최대 지반 가속도 크기를 변수로 하여 진행하였다. 그 결과 액체저장탱크 벽체는 Beam-Type 진동 모드 보다 Oval-Type 진동 모드와 연계된 진동 모드가 지배한다는 것을 알 수 있었으며, 구조물의 질량이 증가하거나, 내부 액체의 수심이 올라가면 구조물 전체의 질량이 증가하여 1차 모드 진동수가 내려가는 것을 알 수 있었다. 향후 이러한 벽체의 거동 특성을 설계기준에 반영하기 위해 수치해석과 실험결과의 검증 및 수치해석을 통한 다양한 인자들의 영향을 파악하는 것이 필요할 것이다.