벽면의 유연성을 고려한 액체저장탱크의 동적해석

Seismic Analysis of Liquid Storage Tanks Considering Shell Flexibility

직립원통형 액체저장탱크가 지진하중을 받을 때, 벽면 유연성이 벽면에 작용하는 유동압력에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 탱크 구조물은 환(ring)형 유한요소를 사용하여 이상화하였으며, 유동에 대한 해는 Laplace 방정식을 이용하여 구하였다. 쉘-유체계의 운동방정식은 자유표면거동과 벽면유연성의 상관효과까지 포함하여 구성하였으며, 이에 따른 쉘 거동과 자유표면거동에 대한 자유진동모우드를 해석하는 방법이 개발되었다. 예제해석으로는, 구조적 특성이 다른 몇개의 저장탱크에 대해, 응답스펙트럼 해석법과 시간영역 해석법을 사용하여 동적응답을 구하였고, 그 결과들을 비교 분석하였다.

In this paper the liquid sloshing effects in vertical storage tanks under earthquake loadings are studied. The study focuses on the investigation of the effect of the flexibility of the tank wall on the hydrodynamic forces exerted on it. The tank structure is modelled using finite elements. The motion of the liquid is expressed by the Laplace equation. The equation of motion of the fluid shell system is formulated including the coupling effect between the shell motion and the sloshing motion. A procedure is developed to obtain the natural frequencies and the mode shapes of the sloshing motion as well as the shell vibration. Dynamic analyses have been carried out for several tanks with different dynamic characteristics utilizing the time history method as well as the response spectra method.