상수도관의 내진 성능 향상의 주요 목표는 두 가지입니다. 첫째, 비상시 화재 및 중요 시설에 물을 공급할 수 있도록 물 수송 용량을 확보하여 광범위한 지역의 수압 손실을 방지하는 것입니다. 둘째, 배관 손상을 최소화하여 신속한 복구를 용이하게 하는 것입니다. 즉, 지진 재해에 직면했을 때 상수도 시스템의 적응성을 높여야 합니다.
상수도관 파열을 예방하는 것은 상수도 공급 시스템의 정상적인 운영을 유지하는 데 필수적입니다. PE4710(PE100과 동등) 배관 시스템은 모든 수도관 중에서 파열 및 누수 발생 가능성이 가장 낮아 위의 모든 목표를 달성하는 데 도움이 됩니다.
매설 파이프라인 손상의 주요 원인은 파동 전파와 지반의 영구적인 변형입니다. 축력과 굽힘 응력이 존재하기 때문에 지반 이동은 파이프라인에 축 방향 및 굽힘 변형을 유발합니다. 강성이 높은 재료(허용 응력이 높은 재료)는 일반적으로 변형 능력이 제한적입니다. 폴리에틸렌(PE)으로 대표되는 연성 재료(허용 응력이 낮은 재료)는 우수한 변형 능력과 인성을 가지고 있습니다.
파이프라인 시스템의 내진 성능은 지표 변형에 대한 적응성으로 나타납니다. 지진 진동이나 지진파 전파는 지반에 상당한 변형을 일으켜 가장 취약한 파이프조차 손상시킬 수 있습니다. 단층 균열, 산사태, 토양의 진흙화 및 그로 인한 침하 및/또는 측방 유동, 지반 침하 및 융기는 더 큰 지반 변형을 유발하여 매설된 파이프라인의 넓은 영역에 손상을 초래할 수 있습니다. 표 B-1은 영구적인 지반 변형으로 인해 전 세계에서 관측된 지반 변형 데이터를 보여줍니다.
표 B-1 영구 지반 변형으로 인한 관측된 지반 변형률
파이프라인에 요구되는 지반 변형률 범위는 0.05%에서 4.5% 사이입니다. 2008년 미국 전력 연구소(APRI) 보고서에 따르면 PE4710 재질의 변형률 내력 측정 결과가 제시되었습니다. 50°F(10°C) 온도에서 PE4710 파이프의 평균 인장 항복 변형률은 9.9%이고, 평균 극한 인장 변형률은 206%입니다. 폴리에틸렌 파이프는 강성 또는 취성 파이프처럼 파손을 유발할 수 있는 하중에 저항하는 대신 지반 운동에 반응하여 움직입니다. 대부분의 지진 발생 시 용접된 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 파이프는 휘어지지만 파손되거나 분리되지 않으므로(비밀봉 연결) 정상적인 물 공급을 유지할 수 있습니다. PE 파이프와 다른 구조물, 부대 시설 및 구성 요소의 연결부는 더 높은 차등 하중을 받을 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 부품의 연결은 파열 위험을 줄이기 위해 신중하게 계획하고 설계해야 합니다.
PE4710 파이프의 인장 항복 변형률은 관측된 최대 규모로 인한 지반 변형률의 약 두 배이며, PE4710의 극한 변형률은 최대 지반 변형률의 40배 이상입니다. 이론적 계산을 통해 얻은 성능은 지진 시 폴리에틸렌 파이프라인의 사용에 적합하다는 점과 일치합니다. 용접된 HDPE 상수도관은 지진에서 우수한 성능을 보였습니다. 표 B-2는 일본에서 발생한 과거 지진에 대한 일부 관측 결과를 보여줍니다(오무로 및 히모노, 2018).
표 B-2 일본에서 과거 발생한 지진 동안 관측된 데이터
배관의 내진 성능은 인성, 축방향 변형률 용량, 허용 굽힘 반경, 접합부 강도, 안정성 및 기존 배관 상태를 포함하여 평가해야 합니다. 다수의 지진 경험에 따르면 ASTM 파이프 시리즈 표준을 준수하는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 상수도 주관은 대부분의 지진 하중 조건에서 정상 작동을 유지할 수 있습니다. 상수도 주관의 내진 성능 요구 사항이 높은 경우에는 용접된 HDPE 파이프 사용을 고려해야 합니다. HDPE 파이프는 내진 성능이 더욱 안정적이며 지진으로 발생하는 지반의 다양한 변형에 적응하여 정상 작동을 유지할 수 있기 때문입니다.
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게시 시간: 2025년 3월 6일
