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Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2015;15(4):203-214.
Published online August 31, 2015.
유체-구조물-지반 상호작용을 고려한 말뚝기초 유체저장탱크의 간략 지진해석법
김재민, 손일민, 강보림, 윤정방, 정명진
A Simplified Analysis Model for Seismic Analysis of Pile-Supported Cylindrical Liquid Storage Tank Considering Fluid-Structure-Soil Interaction
Jae-min Kim, Il-min Son, Bo-rim Kang, Chung-bang Yun, Myung-jin Chung
Abstract
In this paper, a couple of simplified analysis models are proposed for seismic response analysis of LNG storage tank including dynamic effects of the FSSI (Fluid-Structure-Soil Interaction). For this purpose, a closed-form added mass function is proposed for cylindrical tank based on the Haroun’s added mass model for a flexible tank. The proposed model is verified with the Haroun’s flex-ible broad and tall benchmark tanks. In addition, a shear building model is employed to facilitate seismic wave input through layered soil medium. Moreover, some discussions are made on the number of modes required in the calculation of the sloshing height. Finally, all of these features are integrated into a single system to develop simplified analysis models for seismic response analysis of LNG storage tank including dynamic effects of the FSSI. A numerical example dealing with the large-scale LNG storage tank on a flexible soil is given to demonstrate effectiveness of the proposed approach. Fundamental impulsive frequency, base shear force, overturning moment, and sloshing height obtained by the proposed procedure are compared to those by a refined FSSI analysis. Numerical results indicated that the present study is accurate and simple enough to replace simplified techniques commonly employed in practice.
Key Words: Earthquake Analysis; LNG Storage Tank; Added Fluid Mass; Fluid-Structure -Soil Interaction
요지
이 논문은 유체-구조물-지반 상호작용(FSSI)의 동적효과를 포함한 LNG 저장탱크의 지진응답해석을 위한 두 가지 간략해석모델을 제 안하였다. 이를 위해 Haroun이 제안한 유연탱크의 유체부가질량모델을 근사하여 원통형 탱크를 위한 Closed-form 형태의 개선된 유체 부가질량함수를 제안하였다. 개선된 유체부가질량함수는 Haroun의 높은 탱크(tall tank)와 넓은 탱크(broad tank) 벤치마크예제를 이용 하여 검증하였다. 또한 자유장지반을 전단빌딩으로 모델링하여 지진입력을 지반층에 적용하기 용이하도록 하였고, 탱크의 슬러싱 높 이를 계산하기 위해 요구되는 슬러싱모드의 개수에 대해 논의하였다. 최종적으로 이러한 기법들을 하나의 시스템으로 통합한 FSSI 간 략해석모델을 개발하였다. 개선된 해석기술의 합리성과 적용성을 보이기 위해 실규모 LNG 저장탱크에 대한 수평 지진응답해석을 수 행하였다. 해석모델의 충격성분 진동수, 탱크 벽체의 밑면 전단력, 탱크 벽체의 전도 모멘트, 슬러싱 최대높이를 정밀 FSSI 해석결과와 비교하였다. 이를 통해 제안된 간략모델은 실무에서 사용되는 간략모델을 대신하기에 충분히 간단하면서도 정확함을 보였다.
핵심용어: 지진해석법; LNG 저장탱크; 유체부가질량; 유체-구조물-지반 상호작용
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