본 연구는 최근 한반도에서 발생하는 지진 위험성 증가에 따라 국가기반시설인 에너지 저장기지 주요 시설물을 대상으로 지진으로 발생하는 에너지를 예측하고 대상 시설의 지진안전성 평가를 통하여 잠재적인 지진 위험성으로부터 안전성 여부를 확인하고 안전성이 확보되지 않은 시설에 대하여 내진성능을 향상시키기 위하여 방안을 제시하고자 한다.
대상 시설물의 안전성평가를 위하여 지진위험제어 절차에 따라 1차적으로 현장조사를 통한 설계 현황 및 시설물 노후도 및 지지상세조사를 수행하여 대상 시설 및 기기에 설계기준 분석을 수행하였으며, 2단계 시뮬레이션을 통한 건축물 내진설계평가 및 비구조체 내진성능 평가를 통한 지진안전성을 평가하였다. 3단계 지진안전성 평가에 따라 보완 대책 또는 보강방안을 선정 및 적용하여 에너지 저장시설의 내진성능을 확보하였다.
구조해석은 상용프로그램인 MIDAS-IT의 MIDAS GENw를 사용하였고, 구조물의 해석을 위해 기존 설계도서를 준용하였으며, 해석에 사용한 하중은 국토교통부의 「건축구조기준 KDS 41(2019) 」와 미국 연방기준인 「IBC2021」을 따랐다.
평가 대상은 주요 시설물인 탱크로리 출하대, 변전소, Coalescer, Over Bridge 4개 시설물을 대상으로 현행 설계기준 KDS41(2019)에 따라 지진에 대한 안전성평가를 수행하였다.
지진 안전성 평가를 위한 구조해석 수행결과 출하대 시설은, 기둥부재는 최대 123.1%, 보 부재는 최대 105.3%의 stress ratio로 나타났다. 이중 기둥부재는 44.4%, 보 부재는 1개 부재가 국내에 발생할 수 있는 재현주기 2400년 수준의 지진에 대하여 안전성을 확보하지 못하는 것으로 해석되었다. 따라서 지진에 대하여 현행 설계기준을 만족하기 위해서는 구조물의 보강이 필요한 것으로 나타났다.
변전소 시설을 해석한 결과, 보, 기둥 및 기초 부재는 국내에 발생할 수 있는 재현주기 2400년 수준의 지진에 대하여 안전한 것으로 해석되었다. 일부 보(G2) 부재에서 내력이 부족한 것으로 해석되었는데, 압축철근이 과소 배근된 것으로 나타났으며, 이는 G2 부재가 중앙 보를 지지하는 역할만 하는 보로서 압축철근이 과소한 것으로 인해 커다란 구조적 문제는 없는 것으로 판단되어 특별한 보강은 필요하지 않는 것으로 판단된다.
Coalescer 시설을 해석한 결과, 주요 지지부재의 stress ratio는 최대 4.7% 정도로 나타났다. 따라서 여수기지의 Coalescer를 지지하는 부재는 국내에 발생할 수 있는 재현주기 2400년 수준의 지진에 대하여 안전한 것으로 해석되었다.
Overbridge 시설을 해석한 결과, 주요 지지부재의 stress ratio는 최대 20.7% 정도로 나타났다. 따라서 여수기지의 Overbridge 시설의 부재는 국내에 발생할 수 있는 재현주기 2400년 수준의 지진에 대하여 안전한 것으로 해석되었다.
출하대 시설을 해석한 결과, 재현주기 2400년 수준의 지진에 대하여 안전성을 확보하지 못하는 것으로 해석되어 내진성능 향상을 위하여 보강이 필요한 상황으로 확인되었다. 본 연구에서는 가새를 추가하여 기존 골조시스템을 가새골조 시스템으로 변경하여 구조 시스템의 성능을 증진하는 보강방안과 더불어 기둥부재에 수평부재를 추가하여 기둥의 좌굴길이를 줄여 기둥의 성능을 증진시키는 보강방법을 적용하였다. 보강 설계를 적용하여 탱크로리 출하대 시설을 재해석한 결과, 부재의 응력비(stress ratio)는 보 부재는 최대 94%, 기둥부재는 최대 100%수준으로 나타났다. 가새로 사용된 L-50x5 형강부재는 stress ratio가 82% 수준이며, 기둥보강에 사용된 H-100x100x6x8 부재는 stress ratio가 33% 수준으로 충분한 성능을 발휘할 수 있는 부재크기로 판단된다는 결과가 도출되었으며 보강된 탱크로리 출하대는 2400년 재현주기 지진에 대하여 안전성을 확보한 것으로 확인되었다.