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문제 정의
- 본 연구뿐만 아니라 EurOtop(2007)에서는 입사각에 따른 월파량 저감계수만을 제시하고 있고, 월파의 공간적인 분포에 대해서는 검토하지 않았다. 따라서 향후 연구를 통해 월파의 공간적인 분포를 검토하고자 한다. 또한 기존 연구에서는 파랑의 주기가 월파량의 증감에 미치는 영향을 고려하지 않았으나, 주기의 영향을 고려하기 위해 다양한 조건을 대상으로 2차원 실험을 수행하여 검토할 필요가 있다.
- 기존 월파량 산정식(Franco and Franco, 1999; Andersen and Burcharth, 2009)의 경우에 상대적으로 짧은 모형을 설치하여 실험을 수행하였으며, 1개 지점에서 월파량을 계측하여 저감계수를 도출함에 따라 본 연구에서와 같이 구조물을 따라서 진행하는 파에 의한 월파는 고려할 수 없었다고 판단된다. 본 연구에서는 구조물을 따라서 진행하는 파에 의한 각 구간에서의 월파량을 고려하여 월파량 저감계수를 제시하고자 한다. 이를 위해 동일 상대여유고 조건에서 월파량 계측구간 전체에 대한 월파량을 산술평균한 후, 상대 여유고에 대한 월파량 관계식을 도출하였다.
제안 방법
- Table 1과 Table 2의 실험조건을 대상으로 각 실험조건별로 유의파주기 기준 약 1,000파에 대한 월파량을 연속적으로 계측하여 평균 월파량으로 실험결과를 분석하였다. 실험결과의 분석은 Owen(1980)이 제시한 식 (1)과 같은 형태로 분석하였으며, EurOtop(2007)에서 제시한 직립식구조물에 대한 경사입사파의 월파량 산정식인 식 (2)를 이용하여 비교하였다.
- 경사입사파에 대한 각 구간별 월파량 계측을 위하여 0.4 m 간격으로 월파 구분벽을 설치하였으며(Fig. 2 참조), 월파량 계측 구간의 연장은 20 m로서 총 50개의 구간으로 분할하였다. 본 실험에 적용된 입사각(β)은 β=50º, 60º, 70º 및 80º 이다.
- 4 m 간격으로 20 m를 계측함에 따라 50개 지점의 공간적 월파량 계측결과가 존재한다. 그러나 계측된 각 지점별 월파량 자료를 이용할 경우에는 월파의 공간적 분포특성으로 인해 전반적인 경향파악이 어려운 것으로 검토되어 직립구조물을 따라 0.5파장 간격으로 월파량을 산술평균한 후 이를 도시하였다.
- 기존 EurOtop(2007)의 제안식과 본연구결과를 종합하여 입사각에 따른 월파량 저감계수(γβ) 산정식으로 γβ= 1.0−0.0062β를 제시하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 기존 연구의 미비점, 즉 β ≥ 50º인 경우에 대해 수리실험을 실시하고 입사각에 따른 월파량 저감계수를 산정하였다.
- 본 연구에서는 β ≥ 50° 조건을 대상으로 입사각에 따른 월파량 저감계수를 산정하였으며, EurOtop(2007)에서 제시한 0º< β<45º조건의 저감계수 산정식을 종합하여 식 (6)과 같은 월파량 저감계수 γβ를 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 기존 연구보다는 상대적으로 긴 모형(20 m 이상)을 설치하여, 경사입사파 내습시 직립구조물을 따라서 발생하는 각각의 구간별 월파량을 계측하였으며, 이를 통해 월파의 공간적인 변화를 고려한 월파량 산정식을 제시하였다. 그리고 계측된 월파량 실험결과는 최근의 월파량 산정 매뉴얼인 EurOtop(2007)에 제시된 식과 비교하였다.
- 본 연구에서는 수리실험으로 경사입사파에 대한 직립식 구조물에서의 월파량을 계측하고, 입사각에 대한 월파량 저감계수(γβ)를 산정하였다.
- 0 cm이며, Table 1은 본 실험에서 적용한 상대여유고(R = Rc /H1/3)를 정리한 것이다. 실험파 조건은 Table 2와 같으며, BretschneiderMitsuyasu 스펙트럼을 적용한 일방향 불규칙파 조건을 적용하였다. Table 2에서 λ는 입사파의 유의주기에 해당하는 파장, s(=H1/3/λ)는 파형경사이고, kh(=2πh/λ)는 상대수심이다.
- 본 연구에서는 구조물을 따라서 진행하는 파에 의한 각 구간에서의 월파량을 고려하여 월파량 저감계수를 제시하고자 한다. 이를 위해 동일 상대여유고 조건에서 월파량 계측구간 전체에 대한 월파량을 산술평균한 후, 상대 여유고에 대한 월파량 관계식을 도출하였다.
- 수리모형실험은 유한한 수조내에서 수행되므로 구조물에 의한 반사 및 수조벽면에서의 반사가 발생하게 된다. 이에 본 실험에서는 조파기 반대편 및 측면 수조벽에 1:10 및 1:3 경사의 쇄석을 각각 배치하여 반사파를 최소화하였으며, 조파기 후면은 스테인리스 재질의 소파시설을 설치하여 조파기 후면에서 발생하는 파랑을 제어하였다. 실험 모형은 조파기 전면으로부터 6 m, 조파수조 측면으로부터 5 m 떨어진 위치에서부터 설치하였으며, Fig.
- )는 Franco와 Franco(1999) 및 Andersen과 Burcharth(2009)가 적용한 방법을 이용하여 분석하였다. 즉, 직립구조물을 따라 계측된 구간별 월파량을 산술평균한 후 상대여유고와 무차원 월파량(Q = q/#)의관계를 이용하여 입사각에 따른 저감계수를 산정하였다. 각각의 입사각에 따른 상대여유고와 무차원 월파량의 관계를 이용하면 식 (3)과 같은 형태의 월파량 산정식을 도출할 수 있다.
대상 데이터
- 본 실험은 한국건설기술연구원의 다방향조파 평면수조에서 수행되었으며, 실험에 사용된 조파기는 다방향 불규칙파 조파기로서 규칙파, 일방향 불규칙파 및 다방향 불규칙파의 조파가 가능한 사형(snake-type) 조파기이다. 조파기 각 구동부에 연결된 조파판 하나의 폭은 0.
- 이에 본 실험에서는 조파기 반대편 및 측면 수조벽에 1:10 및 1:3 경사의 쇄석을 각각 배치하여 반사파를 최소화하였으며, 조파기 후면은 스테인리스 재질의 소파시설을 설치하여 조파기 후면에서 발생하는 파랑을 제어하였다. 실험 모형은 조파기 전면으로부터 6 m, 조파수조 측면으로부터 5 m 떨어진 위치에서부터 설치하였으며, Fig. 1은 실험영역 및 모형설치 개념도를 나타낸 것이다.
- 5 m이며, 정수면으로부터 구조물의 마루높이, 즉 여유고(Rc)를 다양하게 변화시키며 실험을 실시하였다. 실험에 적용된 여유고는 Rc =5.0 cm, 7.5 cm, 10.0 cm, 12.5 cm 및 15.0 cm이며, Table 1은 본 실험에서 적용한 상대여유고(R = Rc /H1/3)를 정리한 것이다. 실험파 조건은 Table 2와 같으며, BretschneiderMitsuyasu 스펙트럼을 적용한 일방향 불규칙파 조건을 적용하였다.
- Table 2에서 λ는 입사파의 유의주기에 해당하는 파장, s(=H1/3/λ)는 파형경사이고, kh(=2πh/λ)는 상대수심이다. 실험에 적용된 유의파고는 H1/3 =5.0 cm, 7.5 cm 및 10.0 cm이며, 유의주기는 T1/3 =1.2 sec, 1.5 sec 및 2.1 sec이다.
- 본 실험은 한국건설기술연구원의 다방향조파 평면수조에서 수행되었으며, 실험에 사용된 조파기는 다방향 불규칙파 조파기로서 규칙파, 일방향 불규칙파 및 다방향 불규칙파의 조파가 가능한 사형(snake-type) 조파기이다. 조파기 각 구동부에 연결된 조파판 하나의 폭은 0.5 m, 높이는 1.1 m로서 총 60개의 구동부로 구성되어 있다. 조파기의 전체 폭은 30 m이며, 전기서보피스톤식이다.
- 1 m로서 총 60개의 구동부로 구성되어 있다. 조파기의 전체 폭은 30 m이며, 전기서보피스톤식이다.
- 직립구조물을 따른 공간적인 월파특성에 대한 수리실험을 실시하기 위하여 조파수조 내에 길이 22 m의 직립구조물을 설치하였다. 수리모형실험은 유한한 수조내에서 수행되므로 구조물에 의한 반사 및 수조벽면에서의 반사가 발생하게 된다.
데이터처리
- 본 연구에서는 기존 연구보다는 상대적으로 긴 모형(20 m 이상)을 설치하여, 경사입사파 내습시 직립구조물을 따라서 발생하는 각각의 구간별 월파량을 계측하였으며, 이를 통해 월파의 공간적인 변화를 고려한 월파량 산정식을 제시하였다. 그리고 계측된 월파량 실험결과는 최근의 월파량 산정 매뉴얼인 EurOtop(2007)에 제시된 식과 비교하였다.
이론/모형
- EurOtop(2007)에 제시된 월파량 저감 계수 산정식은 van der Meer와 Janssen(1994) 및 Franco와 Franco(1999) 등의 연구에 기초하고 있으며, 이들 연구에서 수리실험은 β = 60º 까지 수행되었다.
- 본 연구에서 월파량 저감계수(γβ)는 Franco와 Franco(1999) 및 Andersen과 Burcharth(2009)가 적용한 방법을 이용하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 경사입사파에 대한 월파량 저감계수 산정을 위해 기존 연구에서 적용한 분석방법을 이용하였다(van der Meer and Janssen, 1995; Franco and Franco, 1999; Andersen and Burcharth, 2009). 기존 연구에서는 단면(2차원) 수리실험으로 파랑이 구조물에 직각으로 입사하는 조건 에서의 월파량 산정식을 기준으로 하고, 이를 이용하여 경사입사파 내습시의 월파량 저감효과를 저감계수(γβ)로 나타내어 산정하였다.
- Table 1과 Table 2의 실험조건을 대상으로 각 실험조건별로 유의파주기 기준 약 1,000파에 대한 월파량을 연속적으로 계측하여 평균 월파량으로 실험결과를 분석하였다. 실험결과의 분석은 Owen(1980)이 제시한 식 (1)과 같은 형태로 분석하였으며, EurOtop(2007)에서 제시한 직립식구조물에 대한 경사입사파의 월파량 산정식인 식 (2)를 이용하여 비교하였다. EurOtop(2007)은 EU회원국을 중심으로 만들어진 월파량 산정과 관련된 최근의 월파 관련 설계기준으로서 직립제 및 경사제 등과 같은 다양한 형상의 구조물에 대한 월파량 산정식이 제시되어 있으며, 최근 월파와 관련된 연구 내용이 대부분 포함되어 있다.
성능/효과
- 그러나 본 연구에서 수행한 월파량 실험결과(β = 50º, 60º, 70º 및 80º의 결과)로부터 γβ를 산정할 경우에 β ≥ 50° 조건에서도 γβ가 감소함을 알 수 있으며, 회귀선과 실험자료간의 RMS는 R2=0.82이다.
- 72) 을 사용하도록 제시하고 있다. 그러나 본 연구에서 실시한 실험결과에 비해 월파량이 크게 산정되고 있음을 알 수 있으며, 입사각이 증가할수록 그 차이는 크게 나타났다. 즉, 입사각이 증가함에 따라 월파량이 감소하며, 이에 따라 저감계수 또한 감소하여야 함을 의미한다.
- 6을 살펴보면, 전체적으로 동일 상대여유고 및 상대수심(kh) 조건에서 입사파의 파형경사(s)가 감소할수록 월파량은 증가하는 경향을 보였다. 그리고 H1/3 =5.0 cm인경우에는 뚜렷한 경향을 찾기 어렵지만, 그 외 동일 입사파고 조건에서는 입사파의 주기가 증가할수록 월파량은 증가하는 것으로 나타났다. 입사각 β = 50º 60º 및 70º 조건에서는 파형경사와 월파량의 상관관계가 비교적 잘 일치하고 있으나,β = 80º 조건에서는 상대적으로 상관관계가 뚜렷하게 나타나지 않았다.
- 입사각에 따른 월파량 저감계수를 비교해 보면, β= 50º와 60º 조건에서는 유사한 값이 산정되었지만, β= 70º와 80º조건에서는 입사각이 클수록 감소함을 알 수 있다.
후속연구
- 즉, 입사각이 증가함에 따라 월파량이 감소하며, 이에 따라 저감계수 또한 감소하여야 함을 의미한다. 그리고 동일 입사각에서 입사파의 주기가 증가할수록 월파량은 증가하는 경향을 보였으나, 주기의 영향을 정량적으로 나타내기 위해서는 전술한 바와 같이 추가적인 실험이 필요할 것으로 생각된다.
- β =80º는 구조물과 내습파가 이루는 각이 10º서 구조물에 의한 반사파 발생이 크지 않고, 실험모형의 연장이 연파가 충분히 발달되기에는 다소 부족 하기 때문에 월파량이 크지 않을 뿐만 아니라 그 경향도 뚜렷하지 않은 것으로 판단된다. 본 연구에서는 입사파의 주기가 증가할수록 월파량이 증가하는 경향은 확인하였으나, 파랑의 주기가 월파량의 증감에 미치는 영향을 정량적으로 나타내기 위해서는 보다 다양한 조건에 대한 추가실험이 필요할 것으로 생각된다.
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