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[국내논문] 파랑하중에 대한 초대형 콘크리트 부유식 구조물의 설계 부재력 산정
Estimation of the Design Member Forces in Very Large Concrete Floating Structure due to Wave Loads 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학, v.29 no.6A, 2009년, pp.641 - 650  

위엔후탄 (세종대학교 대학원 토목환경공학과) ,  노혁천 (세종대학교 토목환경공학과) ,  김승억 (세종대학교 토목환경공학과) ,  나성원 (삼성중공업(주) 건설사업부 부유식해상구조물개발 TF)

초록
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파랑하중을 받는 콘크리트 부유식 구조물의 부재력 산정식을 제시하였다. 기존의 설계식은 구조물의 길이와 파장 길이가 일치할 때에 적용이 가능하다. 그러나 대부분의 경우 구조물의 길이와 파장 길이가 일치하지 않기 때문에 비평형부력에 의한 추가적인 모멘트가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 부유구조물을 강체로 가정하고 비평형부력의 영향을 고려한 설계식을 제시하였다. 제안된 식의 타당성을 확인하기 위하여 강체거동하는 부유구조물에 대한 유한요소해석을 수행하여 이를 확인하였다. 그러나 초대형 부유구조물은 거대한 규모에 따른 유연성을 가지게 되므로 탄성거동하는 부유구조물에 대한 유한요소해석을 수행하여 강체거동에 근거한 설계식의 과대평가 양상을 파악하고자 하였다. 탄성변형을 고려하여 산정된 부재력은 강체거동으로 고려하여 산정된 부재력의 약 55%정도의 값으로 감소하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents new equations for member forces in concrete floating structures under wave loadings. The currently adopted design equations for wave loadings disregard the effect of mismatch between design wave length and the length of the structure. In most cases, however, additional internal f...

Keyword

#부유식 구조물   #파랑하중   #부재력   #비평형부력   #탄성변형  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히 매립은 수심이 깊을 경우 경제적인 현실성이 매우 낮다. 따라서 이에 대한 대안으로서 부유식 해상구조물(이하, 부유구조물)을 고려할 수 있다. 부유구조물의 활용으로는 컨테이너 터미널, 마리나리조트, 해상공항, 해상기지 등의 건설 등을 들 수 있고(Wang et al.
  • 본 연구에서는 파랑하중에 따른 부유구조물의 설계에서 부재력의 산정에 사용될 수 있는 일반적인 식을 제안한다. 제안식은 부유구조물의 입지조건에 따라 결정되는 설계파랑의 주기가, 일반적으로, 구조물 길이와 정확히 일치하지 않는다는 고찰에서 비롯되었으며, 이러한 불일치에 의하여 유발되는 비평형부력(disequilibriating buoyancy)은 기존에 적용되어 온 설계식으로는 산정할 수 없는 추가적인 내력을 유발할 것으로 기대할 수 있다.
  • 본 연구에서는 여러 하중조건들 중에서 구조물에 작용하는 주된 환경하중인 파랑하중의 적용에 대하여 논하고, 특히 초대형 부유구조물의 경웨 적용해야하는 이론식을 제시한다.
  • 제안식의 검증을 위하여 길이 350 m, 폭이 50 m인 흘수면을 가지는 부유구조물에 대하여 검토하고자 한다. 작용파 랑은 예제 부유구조물의 중앙부에서 호깅상태가 되는 파랑 형태를 취하였다.
  • 본 연구에서는 초대형 콘크리트 부유구조물에서 파랑하중에 의한 부재력 산정식을 제안하였다. 설계파랑의 파장과 대상 구조체 길이와의 상관관계에 따라 발생하는 비평형부력을 고려하여 부유구조물에 발생하는 실제 내력 계산을 위한 이론식을 제시하였고, 대상구조의 탄성 유연도를 고려한 수치해석을 통하여 제안식의 적절성을 제시하였다.

가설 설정

  • 1400t급 컨테이너 크레인을 집중하중으로 가정하여 해석을 수행하였고 모두 5기의 크레인이 부유구조물 상에서 작업하는 환경을 가정하였고, 총 하중은 68,670 kN이다. 그림 16, 17은 크레인의 작업반경을 고려하여 배치된 하중 상태로서 각 경우에 대하여 호깅 및 새깅 활하중으로 명명하였다.
  • 고정하중은 구조물의 자체중량을 의미하며, 부유구조물의 재료인 철근콘크리트의 단위중량은 24.53 kN/m3으로 가정하였다. 보(Beam)요소를 사용한 모델링에서는 구조의 전체 중량을 나타내기 위해 유효단면적을 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
부유구조물의 특성과 장점은 무엇인가? , 2006; Zaleski-Zamenhof, 1990), 이를 채용한 부유식 교량은 이미 많은 지역에 건설되어 사용되고 있다(백인열 등, 2002; Moe, 1997). 부유구조물은 이동이 가능하고, 증설, 확장, 철거가 용이하며, 매립식 방법에 비하여 경제적인 특성을 가지고 이으며, 지진에 대하여 상대적 안전 성이 높다는 장점도 가지고 있다(정태영 등, 1999; 홍사영 등, 2001; Tsinker, 1986).
일반적으로 해양공간을 개발하는 방법은 어떤 것이 있는가? 해양공간은 우리 국토의 연장선상에 있는 공간으로서 이에 대한 개발의 필요성은 재론의 여지가 없다. 그 방안으로서 매립에 의한 요지확보 등의 방법이 일반적으로 적용되어 왔으나 환경침해의 문제 등을 야기하고 있다. 특히 매립은 수심이 깊을 경우 경제적인 현실성이 매우 낮다.
부유구조물에 관한 연구개발 사업의 예로 어떤 것들이 있는가? 해양 선진국에서는 다양한 종류의 부유구조물을 연구개발해 왔으며, 일부 이를 실용화하여 이용하고 있다. 연구개발 사업의 예로는 일본에서 진행되어온 메가-플로트 사업 (Sueoka et al., 2000)과 미해군조사과(ONR: Office of Naval Research)에서 진행한 MOB(Mobile Offshore Structure project) 프로젝트(Rognaas et al., 2001), 그리고 미해군시설 공학서비스센터(NFESC : Naval Facilities Engineering Service Center)에서 진행한 MHP(Modular Hybrid Pier) 프로젝트 등을 들 수 있다(Watanabe et al., 2000).
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참고문헌 (11)

  1. 김병완, 김영식, 홍사영, 경조현, 조석규(2006) 파랑하중을 받는 부유체의 강성에 따른 응답 고찰, 2006년도 정기학술대회논문집, 한국전산구조공학회, pp. 941-948. 

  2. 백인열, 권장섭, 이원표, 장승필(2002) 이산 폰툰형 부유식 교량의 동적 해석, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제22권 제2A호, pp. 327-336. 

  3. 정태영, 정정훈(1999) 해양공간 이용을 위한 부유식 해양구조물, 대한토목학회지, 대한토목학회, 제47권 제2호, pp. 6-12. 

  4. 홍사영, 정태영, 신현경(2001) 초대형 부유식 해상구조물의 기술현황, 대한조선학회지, 대한조선학회, 제38권, 제4호, pp. 29-38. 

    원문보기 상세보기

  5. Moe, G. (1997) Design philosophy of floating bridges with emphasis on ways to ensure long life, Journal of Marine Science and Technology, Vol. 2, pp. 182-189. 

    상세보기 crossref

  6. Rognaas, G., Xu, J., Lindseth, S., and Rosendahl, F. (2001), Mobile offshore base concepts. Concrete hull and steel topsides, Marine Structures, Vol. 14, pp. 5-23. 

    상세보기 crossref

  7. Sueoka, H. and Sato, C. (2000), Phase II research of mega-float, International Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE-2000:Tenth); Seattle, WA; USA; 28 May-2 June 2000.pp. 10-16. 

  8. Tsinker, G.P. (1986) Floating Ports : Design and Construction Practices. 

  9. Wang, C.M., Wu, T.Y., Choo, Y.S., Ang, K.K., Toh, A.C., Mao,W.Y., and Hee, A.M. (2006) Minimizing differential deflection in a pontoon-type, very large floating structure via gill cells, Marine Structures, Vol. 19, pp. 70-82. 

    상세보기 crossref

  10. Watanabe, E., Wang, C.M., Utsunomiya, T., and Moan, T. (2004) Very Large Floating Structures: Applications, Analysis and Design, CORE Report No. 2004-0 

  11. Zaleski-Zamenhof, L.C., Gerwick, B.C., Hellesland, J., Matsuishi, M., and Zhang, X. (1990) Concrete Marine Structures :A State-of-the-Art Review, Marine Structures, Vol. 3, pp. 199-235. 

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