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문제 정의
- 본 연구에서는 강체벽에 대한 설계선박의 충돌특성을 해석결과와 비교·검토하여 선박모델에 대한 타당성을 검토하고 설계를 위한 보충자료로써 활용하고자 한다.
- 파일지지시스템은 선박이 교각과 충돌하기 전에 선박을 저지시키거나 충돌하중이 교각의 저항강도 이하가 되도록 감소시켜야 한다. 본 연구에서는 발생 가능성이 높고 구조물에 큰 피해를 줄 수 있는 충돌시나리오를 구성하였으며, 그에 따른 충돌해석을 수행하였다. 예제모델은 선박 진행의 수평방향 변위를 유발시키는 하중에 취약한 것으로 조사되었으며, 교각의 수평저항 강도를 60 MN 정도로 가정한다면 선박의 설계속도를 7.
- 파일지지시스템은 선박이 교각과 충돌하기 전에 선박을 저지시키거나 충돌하중이 교각의 저항강도 이하가 되도록 감소시켜야 한다. 본 연구에서는 방호구조물의 적합 여부를 판단하기 위하여 변위기반 해석으로부터 대략적으로 산정된 속도의 범위에 대하여 선박-방호구조물-교각의 상호작용을 분석하였다. 표 4는 각각의 속도에 대한 강체 거더의 최대변위 및 허용변위를 초과하는 경우에 대하여 교각에 전달되는 충돌하중을 나타낸 것이다.
- 본 연구에서는 중형선박과 강관파일그룹의 충돌해석을 통하여 하중과 변위의 관계를 규명하고, 선박의 특성 및 파일의 제원에 따른 에너지 소산특성을 평가함으로써 선박충돌에 대한 방호구조물의 설계 기초 자료로 활용하고자 ABAQUS/Explicit(2003)를 사용하여 수치해석을 수행하였다. 이를 위하여 대상선박에 따른 강체벽에 대한 충돌해석을 수행하여 선수부의 충돌형태에 따른 하중, 변위 등의 특성을 파악하고, 강성충돌로 정의된 EUROCODE(2004) 및 AASHTO LRFD(2004)의 설계기준과 비교·검토하여 선박모델의 타당성을 점검하였다.
가설 설정
- 해상교량의 선박충돌에 대한 설계선박은 선박충돌 위험도 분석을 통해 산정할 수 있으며, AASHTO LRFD에서는 확률기반 해석과정을 포함하는 Method II에 의해 설계선박을 산정하도록 하고 있다. 본 연구에서는 설계선박을 35,000 DWT로 가정하였으며, 설계선박은 선수부와 선체부를 각각 분리하여 모델링 하였다. 먼저, 충돌에 의한 소성변형이 집중될 것으로 판단되는 선수부는 그림 3과 같이 Shell 요소를 이용하여 비교적 정교하게 모델링 하였으며, 선체는 그림 4와 같이 등가의 질량과 단면을 가지는 Frame 요소로 모델링 하였다.
- 0 m이며, 해당 구간까지 횡방향 강제변위를 가하여 파일그룹의 성능과 내부 흡수에너지를 조사하였다. 성능곡선은 구속된 지점들의 합산된 반력을 방호구조물에 가해지는 최대하중으로 가정하여 산정되었으며, 에너지 곡선은 해석 프로그램에 의해 자동으로 산정되었다. 내부 흡수에너지는 탄성변형에너지, 비탄성에너지, 점탄성 혹은 크리프에 의한 소산에너지 그리고 인공적인 변형에너지를 포함하고 있다.
- 변위기반해석에서는 허용변위 내에서 방호 구조물이 흡수할 수 있는 대략적인 에너지를 조사하였으며, 이로부터 설계 선박에 대한 대략적인 설계속도의 범위를 산정하였다. 실제 충돌해석에서는 발생 가능성이 높고 선박과 구조물에 큰 손상을 입힐 수 있는 세 가지의 충돌 시나리오를 가정하여 해석을 수행하였으며, 선박-방호구조물-교각의 상호작용에 의한 동력학적 거동 및 방호구조물의 적합성을 조사하였다.
- 본 연구에서는 발생 가능성이 높고 구조물에 큰 피해를 줄 수 있는 충돌시나리오를 구성하였으며, 그에 따른 충돌해석을 수행하였다. 예제모델은 선박 진행의 수평방향 변위를 유발시키는 하중에 취약한 것으로 조사되었으며, 교각의 수평저항 강도를 60 MN 정도로 가정한다면 선박의 설계속도를 7.0 Kn로 산정할 수 있다.
- 방호구조물에 대한 선박충돌해석에서는 충돌시 선체의 파손에 의해 소산되는 에너지에 의한 손상과 구조응답을 해석한다. 이때 선박의 운동에너지 손실은 방호구조물이 흡수한 에너지와 같다는 연성충돌을 기본가정으로 하고 있다. 충격에 관련된 운동에너지는 방호구조물의 휨, 전단, 비틈 및 변위에 의한 일에 의하여 흡수된다.
- 해석모델의 수면 아래의 지반은 실트질 모래로 내부마찰각φ=30°, 단위중량 γ=1.9 tf/m3로 가정하였으며, 이에 따른 횡방향 하중에 대한 지반의 비선형 스프링 모델은 Reese 등(1974)이 제안한 방법을 사용하였다.
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