내부 기둥을 가진 액체 저장 탱크의 동적 거동

Abstract

본 논문에서는 탱크 구조물에서의 유체의 운동과 구조물의 운동을 유체, 지붕, 기둥의 유무를 고려하여 유한요소로 표현하고 이를 경계면에서의 평형조건과 적합조건을 이용하여 연계함으로서 유체-구조물 상호작용을 평가하였다. 이로부터 구조물의 동적 거동 특성을 범용 유한요소 프로그램인 ANSYS를 사용하여 파악하였다. 탱크 모델은 현재 사용되고 있는 탱크 구조물의 제원을 참고하여 모델링 하였다. 유체, 지붕, 기둥의 유무에 따라 해석 Case를 생성하여 다양한 인자에 대한 영향을 파악하고 구조물의 동적 거동 특성을 파악하였다. 해석 결과, 사하중에 의한 구조물의 변형은 탱크 내부 액체, 지붕, 기둥에 따라 변화한다. 내부 액체의 Sloshing은 지붕, 기둥의 유무와 관계없이 구조물의 거동과 비연계 되는 것을 알 수 있다. 구조물의 상대변위는 내부 액체의 유무에 지배되는 것을 알 수 있다. 지붕에 의한 영향으로 증가한 구조물의 응력은 기둥이 고려되어 감소한다. 현재 국내에는 탱크구조물에 대한 설계기준이 미흡하여, 해외 설계기준에 의존하고 있다. 따라서 탱크구조물에 대한 국내 설계기준을 제시하는 것이 필요하다. 또한 본 논문의 결과로부터 액체 저장 탱크에서 지붕, 기둥이 적절히 고려되지 않을 경우 탱크구조물의 거동이 적절하게 구해지지 않을 수 있음을 확인하였으며, 이에 따라 설계기준에서 액체 저장 탱크에서 지붕, 기둥의 영향이 고려되어야 할 것이다. 향후 이러한 인자들의 영향을 설계기준에 반영하기 위해서 다양한 수치해석 및 실험이 이루어져야 할 것이다.