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ISSN : 1226-525X(Print)
ISSN : 2234-1099(Online)
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea Vol.29 No.5 pp.275-283
DOI : https://doi.org/10.5000/EESK.2025.29.5.275

Seismic Response by Input Ground Motions Generated Based on Seismic Hazard Deaggregation

Hae Yeon Ji1), Jung Han Kim2)*
1)Ph. D. Student, Department of Civil Engineering, Pusan National University
2)Professor, Department of Civil Engineering, Pusan National University
*Corresponding author: Kim, Jung Han E-mail: jhankim@pusan.ac.kr
May 27, 2025 July 10, 2025 July 10, 2025

Abstract


Seismic design and risk assessment require input ground motions that accurately reflect both the seismic intensity associated with the target hazard level and the regional seismic characteristics of Korea. In this study, a scenario earthquake was defined through seismic hazard deaggregation. Due to the lack of recorded ground motions in Korea for this particular scenario, a finite fault was modeled. Seed ground motions related to the scenario earthquake were generated using the empirical Green’s function method, based on the 912 Gyeongju earthquake. During the spectral matching process, the convergence of the spectrum used for ground motion selection and the target Uniform Hazard Spectrum (UHS) was analyzed. This analysis led to the proposal of specific spectral conditions for selecting ground motions. The final set of input ground motions was then applied in time-history analyses of a nuclear power plant containment structure to assess its seismic response characteristics. The analysis results demonstrate that the proposed ground motion generation procedure applies to the development of ground motions in regions with moderate seismicity.


Probabilistic seismic hazard analysis , Deaggregation , Finite fault model , Uniform hazard spectrum , Conditional mean spectrum

재해도 분해 기반 입력 지반운동에 의한 지진 응답 특성

지혜연1), 김정한2)*
1)부산대학교 사회환경시스템공학과 박사과정
2)부산대학교 사회환경시스템공학과 교수

초록

    1. 서 론

    구조물의 지진 시 거동 특성을 분석하기 위해 부지 특성과 지진원 특성, 그리고 지진파 전달 과정에서 발생할 수 있는 불확실성을 반영하는 입력 지반운동의 시간이력이 요구된다. 이는 설계부터 리스크 평가에 이르는 다양한 목적에서 핵심적인 요소로 작용하며 입력 지반운동과 관련된 여러 기준에서는 계측된 지반운동의 활용이 권장된다.

    일반 구조물 설계를 위한 지침 ASCE 7-10[1]에서는 응답 이력 분석 시 부지의 설계 스펙트럼과 호환되는 지반운동 가속도 시간이력의 세트를 요구하며, 이 지반운동은 실제 계측된 지진 이벤트로부터 선정하도록 명시하고 있다. 가속도 시간이력은 최대 고려 지진(maximum considered earthquake)을 지배하는 지진의 규모, 단층 거리 및 지진원 메커니즘을 반영해야 하며, 계측 지반운동 시간이력이 충분히 확보되지 않을 경우 시뮬레이션된 지반운동의 사용이 허용된다.

    ASCE 4-16[2]에 따르면 구조물의 응답 이력 해석에 필요한 지반운동을 개발하기 위해서 설계 스펙트럼 형상과 부합하거나 포괄하도록 종자 지반운동(seed ground motion)의 시간이력이 선정되어야 하며, 이는 스펙트럼 주기 범위 내에서 설계스펙트럼과 호환되도록 보정 및 수정되어야 한다. 절차에 따라 개발된 지반운동 시간이력은 해당 부지에서 예상되는 입력 운동을 합리적으로 나타내는 특징을 가져야 하며, 지진 재해도에 기여하는 주요 지진 이벤트의 규모 및 거리에 적합한 가속도, 속도, 변위 및 지속시간이 적절히 반영되어야 한다. ASCE 43-19[3]에서 설계스펙트럼은 확률론적 지진 재해도 분석(Probabilistic Seismic Hazard Assessment, PSHA)으로 산정된 등재해도 스펙트럼(Uniform Hazard Spectrum, UHS)을 기반으로 정의된다. 설계 기준 지진(design basis earthquake)의 지반운동은 설계스 펙트럼의 형상과 일치하거나 이를 포괄하도록 생성되어야 하며, 선형 해석에는 합성되거나 보정된 계측 지반운동의 사용이 허용되지만 부지고유 해석(site specific analysis)과 비선형 해석에는 보정된 계측 지반운동을 사용해야 한다. 종자 지반운동으로 사용되는 계측된 지반운동은 공학적으로 주요한 스펙트럼 주기 범위에서 설계스펙트럼과 유사한 응답스펙트럼 형태를 나타내도록 선택되어야 한다. 또한, 해당 계측 지반운동은 설계 스펙트럼에 지배적인 지진의 규모 및 진앙거리 조합과 대상 부지의 지질학적 특성을 고려하여 선정되어야 한다.

    미국 원자력 규제 위원회가 제시한 SRP 3.7.1[4]에 따르면 설계지반운동 시간이력은 실제 계측되거나 합성된 지반운동에서 선택할 수 있으며, 실제 계측된 지반운동을 사용할 경우 UHS를 정의하는 적절한 지진 이벤트의 규모 및 거리에 일관성 있는 종자 지반운동을 사용하도록 규정되어 있다. 또한, 종자 지반운동을 입력 지진으로 사용하기 위해서 응답스펙트럼의 형상이 목표 스펙트럼과 유사한 기록을 선택하고 목표 스펙트럼에 부합하도록 합리적으로 수정되어야 한다. Reg.Guide 1.208[5]에 따르면, 지반운동 작성 시 PSHA 결과를 분해하여 규모-거리 구간별 재해도의 상대적 기여도를 구하고, 상대적 기여도로부터 고진동수와 저진동수에 대한 제어지진의 규모 및 거리를 목표 연간 초과확률별로 도출한다.

    이와 같이 입력 지반운동과 관련된 여러 규제 지침에서 지진 재해도 정보를 기반으로 하여 지반운동의 특성을 정의하고 있다. 또한, 입력 지반운동이 계측 지반운동의 특성을 보존하면서 설계 스펙트럼과 같은 특정 스펙트럼에 부합하거나(match), 포괄(envelope)하도록 시간영역에서 웨이블릿 함수를 추가하는 스펙트럼 부합(spectral matching)[6]을 허용하고 있다.

    입력 지반운동의 응답스펙트럼 형상 및 지진의 세기와 관련하여 EPRI의 기술보고서[7]에서는 지진 리스크 평가를 위한 기준 지진으로 리스크를 지배하는 지진 입력 수준을 선택할 것을 권장한다. 일반적으로 1×10-4 또는 1×10-5 연초과빈도(Annual Frequency of Exceedance, AFE)에 대응하는 UHS를 리스크 평가 시 사용하도록 제시하고 있다. UHS는 동일한 연초과빈도를 만족하도록 정의되지만, 실제로 모든 스펙트럼 주기에서 스펙트럼 값을 초과할 확률은 아주 낮다. 또한, 지진의 발생 규모가 중･소규모로 한정된 중･약진 지역에서는 UHS의 스펙트럼 가속도 값을 모두 포괄하는 계측된 지반운동의 활용에 한계가 있다. 계측된 지반운동의 활용이 제한적인 경우 무작위 진동 이론을 기반으로 목표 스펙트럼에 부합하도록 인공 지진 파형을 합성하여 입력 지반운동을 작성할 수 있다 [8]. 그러나 이러한 접근법은 실제 지반운동의 특성을 충분히 반영하지 못할 가능성이 있다.

    위 기준들에 의하면, 중･약진 지역의 리스크 평가용 입력 지반운동 작성 시 중･소규모로 계측된 지반운동을 보정하여 실제 지진 특성이 반영되도록 해야 함을 알 수 있다. 본 연구는 Ji and Kim[9]이 제안한 국내 계측 기록을 활용한 입력 지반운동 작성 절차를 적용해 지반운동을 작성하고 그에 따른 구조물의 지진 응답을 분석함으로써 절차의 적용 가능성을 확인하였다.

    2. 시나리오 지진 평가

    리스크 평가를 위한 지반운동 작성 시 시나리오 지진은 지진 재해도 분해 정보를 기반으로 선정한다. 그러나 국내의 경우 설계 지진 수준에 대한 재해도 분해 정보가 공식적으로 제공되지 않아 이러한 접근 방식에 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 예시적 분석을 목적으로 OpenQuake-engine[10] 를 활용하여 적절히 단순화된 조건에 대한 PSHA 및 재해도 분해 절차를 수행하였다.

    2.1 확률론적 지진 재해도 분석

    확률론적 지진 재해도 분석은 지진과 관련된 다양한 불확실성을 식별하고 정량화하는 것으로, 식 (1)과 같이 잠재적인 지진 규모와 거리를 통합하여 특정 기간 동안 목표 지반운동의 강도를 초과할 확률을 추정한다[11,12].

    ν ( S a > y ) = ∑ k ∑ j v j ∫ ∫ ∫ f M , R , E ( m , r , ε ) P ( S a > y | m , r , ε , G M M k ) d m d r d ε P ( G M M k )
    (1)

    여기서, ν(Sa > y)는 발생 가능한 모든 지진의 규모(m) 및 거리(r)를 고려하였을 때 부지에서 관측되는 지진동의 세기(Sa)가 주어진 지진 강도 수준(y)에 대한 AFE를 나타낸다. νj는 j개의 잠재적 지진원에서의 연간 지진 발생 확률 을 나타내며 Gutenberg-Richter 관계식과 관련된다. 함수 fM,R,E(m,r,ε)는 발생 지진의 규모(M), 거리(R) 그리고 지반운동예측식(Ground Motion Model, GMM)의 중앙값으로부터 떨어진 정도를 나타내는 표준편차의 수인 엡실론(ε)에 대한 결합 확률 밀도 함수이다. P(Sa >y|m,r,ε,GMMk)는 k개의 각각의 지반운동예측식에서 특정 거리, 규모 지진에서 지진동의 세기가 주어진 강도 수준을 초과할 확률을 나타내며 P(GMMk)는 각 지반운동예 측식의 가중치이다.

    예제 분석을 위한 PSHA 입력 조건은 국내 설계 지진 세기에 유사한 값을 도출하기 위해 가상으로 모델링 하였다. 지진원은 면적 10,000 km2의 정사각형 단일 면적지진원으로 하고 Gutenberg-Richter 관계식의 a, b 값은 각각 2.843 및 0.95로 설정하였으며, 최대지진의 모멘트 규모는 7.0으로 가정 하였다. GMM은 판내부 지역에서 개발된 모델[13]을 선정하였으며, 대상 구조물이 원전임을 고려하여 암반지반에 부합하는 전단파 속도를 적용하였다. 리스크 평가를 위한 스펙트럼의 형상 및 세기는 원전의 지진 리스크 값 범위를 고려하여 AFE 0.2×10-4 의 UHS로 결정하였으며, 도출된 PSHA결과는 Ji and Kim[9]의 연구에서 제시된 결과와 동일하다.

    2.2 지진 재해도 분해

    모든 스펙트럼 주기에서 동일한 AFE를 가지는 UHS는 특정 지진의 규모와 거리를 직접적으로 제시하지 않는다. 따라서 재해도에 가장 크게 기여하는 지진의 특성을 파악하기 위해 PSHA 결과를 분해(Deaggregation)하여 시나리오 지진의 산정이 필요하다[12].

    재해도 분해는 식 (1)에 대해 규모(M), 거리(R), GMM으로부터 예측된 중간값에서 벗어난 정도(ε)를 3차원의 M–R–ε 쌍으로 조합 후 분해하여 재해도에 대한 상대적 기여도로 표현하였다. 재해도 분해에 적용한 스펙트럼 주기는 격납건물의 고유주기를 고려하여 0.2초로 설정하였으며, 0.2×10-4 AFE에 대응하는 지진동 수준에서 재해도 분해를 수행하였다. 시나리오 지진은 재해도 분해 결과(Fig. 1)를 바탕으로 모멘트 규모 6.5, 단층최단거리 10 km 그리고 0.75 엡실론으로 결정하였다.

    3. 입력 지반운동 작성

    3.1 조건부평균스펙트럼

    종래의 입력 지반운동 작성 절차는 종자 지반운동으로부터 UHS와 유사한 가속도 응답스펙트럼을 가지면서 시나리오 지진에 부합하는 지반운동을 선정하는 것이다. 그러나 UHS는 모든 스펙트럼 주기에서 동일한 AFE에 대응되는 보수적인 특성을 내포하고 있으므로 실제 지반운동의 특성을 제대로 반영하지 못하거나 구조물의 응답을 과대평가할 수 있다. 이를 고려하여 구조물의 고유주기에서는 해당 재해도 값을 가지면서 그 외의 스펙트럼 주기에서는 스펙트럼가속도 사이의 상관관계를 고려하여 작성하는 조건부평균스펙트럼(Conditional Mean Spectrum, CMS)이 개발되었다. CMS는 특정 주기에서의 목표 스펙트럼 가속도가 주어졌을 때, 다른 주기에서 기대되는 스펙트럼의 응답을 제공하며 식 (2)와 같이 계산된다[14].

    μ ln S a ( T i ) | ln S a ( T * ) = μ ln S a ( M , R , T i ) + ρ ( T i , T * ) ε ( T * ) σ ln S a ( T i )
    (2)

    여기서, μlnSa(Ti)|lnSa(T*)는 주기 T*에서 스펙트럼 가속도(Sa)의 로그 값에 대한 조건부 평균을 의미하며 μlnSa(M,R,Ti)는 지반운동예측식에서 지진 규모(M)과 진원의 거리(R)이 주어졌을 때, 주기 Ti에서의 스펙트럼 가속도의 로그 값의 예측 평균이다. ρ(Ti,T*)는 Ti와 T*에서의 엡실론(ε) 값 사이의 상관계수를 나타낸다. ε(T*)는 주기 T*에서 정규화된 잔차(residual)를 의미하며 관측된 스펙트럼 가속도 값이 지반운동예측식에 의해 예측된 값과의 차이를 표준 편차로 나눈 값이다[14]. CMS를 작성하기 위해 격납건물의 고유주기인 0.2초를 주기T*로 적용하고, 재해도 분해 결과로부터 도출된 시나리오 지진의 엡실론 값인 0.75를 적용하였다.

    이처럼 CMS는 특정 주기에서의 지진 재해도 수준을 고려하면서 실제 지반운동의 스펙트럼 형태를 반영할 수 있다. 따라서 PSHA 결과와 구조물의 동적 해석 결과 간의 일관성을 유지할 수 있는 장점이 있으며, 지반운동 선택 시 UHS보다 현실적인 지반운동 선택이 가능하다. Ji and Kim[9]은 이러한 특징을 고려하여 리스크 평가를 위한 지반운동 선정 시 시나리오 지진 조건을 만족하면서 CMS와 유사한 형상을 갖는 지반운동을 선택하였다.

    3.2 유한단층 모델링

    중･약진 지역에 위치한 국내의 경우 계측된 지반운동의 최대 모멘트 규모는 5.5에 불과하기 때문에 UHS는 물론 CMS에 부합하는 실제 계측 지반운동의 사용에 제한이 있다. 따라서 구조물이 위치한 지진학적 환경을 반영하는 계측된 지반운동을 기반으로 하여 리스크 평가 지진 세기에 부합하도록 지반운동의 조정이 필요하다. Ji and Kim[9]은 계측 지반운동 특성을 보존 하면서 지반운동의 규모 및 거리 조정이 가능한 경험적 그린함수 방법(Empirical Green’s Function Method, EGFM)[15]을 기반으로 유한단 층을 모델링하고, 시나리오 지진에 부합하는 종자 지반운동을 작성하는 절차를 제시하였다. 경험적 그린함수 방법을 위한 요소 지진(element event)은 국내에서 발생한 모멘트 규모 5.5의 912 경주지진에 대한 명계리 관측소의 가속도 시간이력에서 두 개의 수평 성분을 사용하였다. 유한단층 모델링에 사용된 매개변수는 다음 Table 1과 같다. 유한단층 상의 지진원은 단층 하부로부터 총 8개의 파열 시작점을 고려하였으며, 가상의 지진 관측소는 유한단층을 기준으로 단층최단거리가 10 km가 되도록 총 5개소에 배치하였다(Fig. 2). 총 40세트의 가속도 시간이력을 생성하였으며, 각 세트는 두 개의 수평 성분으로 구성되어 있다. 각 세트의 가속도 시간이력으로부터 계산된 감쇠비 5%의 가속도 응답스펙트럼은 Fig. 3 및 Fig. 4에 제시하였다.

    유한단층을 기반으로 생성된 지반운동의 가속도 응답스펙트럼은 다양한 주기 영역에서 증폭된 경향을 보인다. 이는 동일한 지진 시나리오 내에서도 유한단층 상의 파열 시작점과 관측소의 상대적 위치에 따라 상이한 스펙트럼 특성을 가진 지반운동이 생성됨을 의미하며, 이러한 특성은 다양한 지반운동에 대한 구조물의 응답 평가에 유용하게 활용될 수 있다.

    3.3 종자 지반운동 선정 및 스펙트럼 부합

    입력 지반운동을 작성하기 위해 UHS에 스펙트럼 부합하는 과정이 필요하다. 유한단층 모델로부터 생성된 종자 지반운동 중 CMS와 유사도가 높은 지반운동 세트를 선택하였으며, 기존의 방법과 비교하기 위해 UHS와 유사한 가속도 응답스펙트럼의 지반운동을 추가로 선택하였다. 스펙트럼 간의 유사도는 스펙트럼 가속도 값의 평균제곱오차(Mean Squared Error, MSE)를 기준으로 평가하였으며, 구조물의 고유주기(0.2초)를 고려하여 0.01초에서 1.0초 스펙트럼 주기 범위에 대한 MSE 값을 계산하였다. MSE 값은 낮을수록 두 스펙트럼 간의 유사도가 높음을 의미한다. Ji and Kim[9]은 지반운동 선정 조건에 따른 특성 분석을 위해 Fig. 3과 Fig. 4에서 생성된 지반 운동 중 MSE가 가장 낮은 하나의 세트만을 대상으로 하였으며, CMS 및 UHS와 높은 유사도를 보인 지반운동의 관측소(Station)와 단층 파열 시작 점(Rupture start)은 각각 (2,5) 및 (1,3) 조건에 해당한다. 반면, 본 연구에서는 다양한 조건에서의 지반운동 특성을 반영하기 위해 MSE 값이 낮은 다수의 지반운동 세트를 입력 지반운동 예시로 선정하였다.

    CMS와 높은 유사도를 보이는 지반운동 세트는 관측소와 단층 파열 시작점이 각각 (2,5), (2,1), (1,3), (2,6)이며, UHS와 높은 유사도를 나타내는 지반운동 세트는 각각 (1,3), (1,7), (4,1), (5,6)이다. CMS와 UHS에 의한 차이 분석을 위해 중복되는 (1,3) 조건을 제외한 3개의 관측소와 파열 시작점에 대한 지반운동을 선택하였다. 선택된 지반운동들은 주기 0.01초부터 1.0초 범위 내에서 UHS에 대해 스펙트럼 부합 과정을 적용하였다. 스펙트럼 부합은 시간영역에서 웨이블릿을 추가하는 기법[6]을 적용하였으며, 일관된 조건을 위해 스펙트럼 부합 과정의 반복 횟수를 모두 동일하게 하였다. Fig. 5는 CMS 및 UHS 기반으로 선정된 시간이력의 가속도 응답스펙트럼에 대해 UHS와의 스펙트럼 부합 전, 후의 MSE 값을 비교한 결과를 보여준다. 여기서 MSE는 각 수평 성분에 대한 MSE 값을 합산하여 산정하였다. 유한단층에서 생성된 지반운동 중 CMS 및 UHS 기준으로 선택된 결과는 각각 Fig. 6과 Fig. 8에 도식화하였으며, 해당 지반운동을 UHS에 최종적으로 스펙트럼 부합에 과정 적용한 결과는 Fig. 7과 Fig. 9에 제시하였다.

    CMS 기반으로 지반운동을 선택한 경우, Fig. 5(a)와 같이 초기에는 UHS와의 MSE 값은 상대적으로 높아 스펙트럼 간의 유사도가 낮은 편이나, 스펙트럼 부합 후 대부분 감소하여 스펙트럼 부합도가 개선되었음을 확인할 수 있다. 반면, UHS를 기준으로 선정한 경우 Fig. 5(b)와 같이 UHS와의 초기 MSE 값이 낮아 비교적 스펙트럼 간의 유사도가 높은 편이나, 스펙트럼 부합 이후 개선 정도는 CMS기반으로 선택한 경우보다 상대적으로 작았다. 이러한 차이는 Fig. 6과 Fig. 8에서도 확인할 수 있다. CMS 기반으로 선택된 지반운동(Fig. 6)의 경우, 원본 가속도 응답스펙트럼이 UHS에 비해 스펙트럼 성분이 부족할 가능성이 높아 웨이블릿 추가를 기반으로 하는 스펙트럼 부합을 통해 효과적으로 보완되는 경향이 있다. 반면, UHS 기반으로 선택된 지반운동(Fig. 8)은 이미 UHS를 초과하는 스펙트럼 가속도 성분이 다수 포함되어 있어, 스펙트럼 부합 과정에서 부족한 성분의 추가에는 효과적이지만 초과하는 성분을 제거하는 데는 한계가 있었다. 따라서 전반적인 스펙트럼 부합 효율이 CMS 기반 선택에 비해 낮게 나타난다(Fig. 5(b)). 즉, CMS를 기반으로 시간이력을 선택하는 접근법은 스펙트럼 부합 효율 측면에서 보다 효과적이며, UHS기반 방식과 비교하였을 때 계측 지반운동 선정 시 현실적인 대안으로 활용될 수 있다고 판단된다.

    4. 원전 격납건물 해석

    4.1 해석 모델

    작성된 지반운동을 활용하여 원전 구조물의 응답을 분석하기 위해 구조물을 모델링하였다. 분석 대상 구조물은 국내에서 가동 중인 한국표준형원전(OPR1000)의 격납건물이며 해석프로그램 SAP2000을 이용하였다. 격납건물은 외부 벽체, 1차 및 2차 차폐벽 그리고 내부 구조물을 포함하는 집중 질량모델로 이상화하였으며(Fig. 10), 모델링에 필요한 구조물의 물성 및 특성 값은 관련 보고서[16]를 참고하여 설정하였다.

    모델의 신뢰성 검증을 위해 수행한 고유치 해석 결과(Table 2)에서 산출된 각 모드별 고유주기는 보고서에 제시된 값과 유사한 수준을 나타내었으며, 이를 통해 본 연구에서 구현한 집중 질량 모델이 실제 격납건물의 동적 특성을 적절히 모사함을 확인할 수 있었다.

    4.2 시간이력 해석

    격납건물의 지진 응답을 분석하기 위해 절차에 따라 작성된 가속도 시간 이력 3세트(Fig. 7, Fig. 9)를 입력 지반운동으로 사용하였다. 구조물의 응답은 주요 설비 중 하나인 크레인이 설치된 격납건물 중상부의 11번 노드에서 산정하였으며, 해당 절점에 대한 층응답 결과는 Fig. 11과 12에 제시하였다. Fig. 11은 CMS에 기반하여 선정된 지반운동을 UHS에 부합한 지반운동(Fig. 7)을 입력으로 적용했을 때의 격납건물의 층응답 결과를 나타낸다. 한편, Fig. 12는 UHS를 기반으로 선정된 지반운동을 동일하게 UHS에 부합한 지반운동(Fig. 9)을 입력으로 적용했을 때의 격납건물의 층응답을 나타낸다.

    Fig. 11에 제시된 바와 같이, CMS를 기반으로 지반운동을 선정한 경우 전체적으로 유사한 층응답 형상을 보였다. 파열 시작점과 관측소 위치에 따라 응답 크기에는 일부 차이가 나타났으며, 격납건물의 1차 고유주기에서는 뚜렷한 증폭 현상이 관찰되었다. 스펙트럼 부합 이후 MSE값이 상대적으로 높게 나타난 Fig. 11(c)을 제외하면, 2방향 수평성분의 가속도 응답스펙트럼 값은 대부분의 스펙트럼 주기 구간에서 유사한 분포를 나타내었다.

    Fig. 12와 같이 UHS를 기반으로 지반운동을 선정한 경우에도 입력 지반 운동의 조건과 관계없이 전체적으로 유사한 형상의 층응답스펙트럼이 도출 되었으며, 격납건물의 1차 고유주기에서 뚜렷한 증폭 현상이 관찰되었다. 그러나 동일한 UHS에 대한 스펙트럼 부합을 수행하였음에도 불구하고, 단주기 영역에서 두 수평 성분 간의 응답 차이가 상대적으로 크게 나타났으며, 특히 스펙트럼 부합 이후 MSE가 가장 높게 계산된 Fig. 12(c)에서 이러한 차이가 두드러졌다. 이는 스펙트럼 부합 효율과 관련이 있는 것으로 보이며, 해당 입력 지반운동(Fig. 8(c))이 UHS와 부합 전 가장 유사도가 낮았고, 다수의 주기영역에서 UHS를 초과하는 성분을 포함하고 있었기 때문으로 보인다. 이러한 초과 성분은 웨이블릿을 추가는 방식의 스펙트럼 부합 기법으로는 효과적으로 제거되지 않아, 결과적으로 수평 성분 간의 응답 차이와 낮은 스펙트럼 부합 효율로 이어진 것으로 판단된다.

    5. 결 론

    본 연구는 중･소규모 지진이 주로 발생하는 중･약진 지역에서 지진 리스크 평가에 필요한 현실적인 입력 지반운동을 작성하는 절차의 적용 가능성을 확인하고자 하였다. 국내 원전 부지의 지진 재해도 정보가 충분하지 않은 점을 고려하여 확률론적 지진 재해도 분석 및 분해 절차를 수행하고, 이를 통해 리스크 평가에 적합한 시나리오 지진의 규모와 거리 조건을 도출하였다. 선정된 시나리오 지진의 조건을 만족하는 지반운동을 확보하기 위해 실제 계측된 중･소규모 지진인 912 경주지진을 경험적 그린함수 방법에 적용하여 규모를 증폭하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 지반운동 작성 절차가 원본 계측 지반운동의 고유한 특성을 유지하면서 리스크 평가에 적합한 지진세기를 반영한 지반운동을 효과적으로 생성할 수 있음을 확인하였다.

    지반운동 선정 과정에서는 UHS에 비해 실제 지반운동 특성에 가까운 CMS를 기준으로 종자 지반운동을 선정한 후, 이를 UHS에 스펙트럼 부합하여 보다 현실적인 응답 특성을 반영한 입력 지반운동을 작성하였다. 작성된 입력 지반운동을 활용하여 원전 격납건물의 응답을 분석한 결과, 해당 지반운동 작성 절차가 실제 구조물 해석에 실질적으로 적용 가능함을 확인하였다.

    지반운동 선정을 위한 스펙트럼에 따른 층응답스펙트럼 결과의 정량적 차이는 크지 않았다. 그러나 스펙트럼 부합 효율성과 UHS보다 실 계측 지반 운동 특성에 가까운 CMS의 현실성 측면을 고려할 때, CMS를 기준으로 종자 지반운동을 선정하고 이를 UHS에 부합하는 절차가 보다 합리적인 방법으로 판단된다.

    다만, 본 연구에서는 국내 지역에 대한 상세한 PSHA 결과를 확보할 수 없어 시나리오 지진을 결정하기 위한 분해 과정에서 한계가 있었다. 향후 국내 지진 및 단층 특성을 기반으로 지진 재해도 분석을 수행하고, 지반운동을 작성하는 후속 연구가 이루어진다면 보다 체계적이고 실효성 높은 구조물 분석이 가능할 것이다. 또한, 시나리오 지진 조건에 부합하도록 생성된 종자 지반운동 데이터는 계측 지반운동 데이터가 부족한 국내 여건에서 지반운동 데이터베이스 구축 및 활용에도 기여할 수 있을 것이다.

    / 감사의 글 /

    이 과제는 2023학년도 부산대학교 교수국외장기파견 지원비에 의하여 연구되었음.

    Figure

    EESK-29-5-275_F1.jpg

    Result of deaggregation analysis of PSHA [9]

    EESK-29-5-275_F2.jpg

    Finite fault model for EGFM [9]

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    Acceleration response spectra of seed ground motions generated from finite-fault models (EW component) [9]

    EESK-29-5-275_F4.jpg

    Acceleration response spectra of seed ground motions generated from finite-fault models (NS component) [9]

    EESK-29-5-275_F5.jpg

    Comparison of MSE relative to UHS pre- and post-spectral matching for seed ground motions compatible with UHS and CMS

    EESK-29-5-275_F6.jpg

    Time histories and response spectra of selected seed ground motions from the EGFM compatible with CMS (ξ=0.05)

    EESK-29-5-275_F7.jpg

    Time histories and response spectra of CMS-compatible seed ground motions post-matched to UHS (ξ=0.05)

    EESK-29-5-275_F8.jpg

    Time histories and response spectra of selected seed ground motions from the EGFM compatible with UHS (ξ=0.05)

    EESK-29-5-275_F9.jpg

    Time histories and response spectra of UHS-compatible seed ground motions post-matched to UHS (ξ=0.05)

    EESK-29-5-275_F10.jpg

    Lumped-mass stick model for OPR1000

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    Floor response spectra for ground motion selected based on CMS (ξ=0.05)

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    Floor response spectra for ground motion selected based on UHS (ξ=0.05)

    Table

    Detailed input parameters for finite fault modeling using empirical Green’s function method [9]

    Comparison of eigenvalue analysis for lumped-mass stick model of OPR1000

    Reference

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    Journal Abbreviation J. Earthq. Eng. Soc. Korea
    Frequency Bimonthly
    Doi Prefix 10.5000/EESK
    Year of Launching 1997
    Publisher Earthquake Engineering Society of Korea
    Indexed/Tracked/Covered By