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혼성제 직립벽에 작용하는 파력의 불확실성 해석
Uncertainty Analysis of Wave Forces on Upright Sections of Composite Breakwaters 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.23 no.3, 2011년, pp.258 - 264  

이철응 (강원대학교 토목공학과)

초록
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혼성제 케이슨에 작용하는 파력의 불확실성을 확률론적으로 해석할 수 있는 MCS 기법을 제시하였다. 수평파력 및 양력에 대한 확률론적 산정모형을 파력 산정에 사용되는 최대파고의 확률적 특성의 함수로 수립하였다. 파력이 극치분포를 따른다는 가정하에 Goda 식으로부터 산정된 수평파력과 양력에 대한 상대파력의 개념으로 파력의 거동특성을 해석하였다. 이중절단형 정규분포를 이용하는 MCS 기법을 이용하여 축척모수와 형상모수의 불확실성을 고려하였다. 최대설계파고의 초과확률에 따라 상대파력의 평균과 분산을 정량적으로 산정하였다. 해석 결과에 의하면 초과확률이 커짐에 따라 수평파력 및 양력에 대한 상대파력의 평균은 일정하게 감소된다. 특히 양력에 대한 상대 파력은 그 평균값이 수평파력의 평균보다 크고 변동계수는 작게 산정되었다. 이는 동일조건의 초과수준에서 양력에 대한 불확실성이 상대적으로 수평파력의 불확실성보다 작다는 것을 의미한다. 따라서 본 연구의 결과는 파력의 불확실성에 대한 통계적 거동특성을 요구하는 신뢰성 설계 등에서 유용하게 이용될 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A MCS technique is represented to stochastically analyze the uncertainties of wave forces exerted on the upright sections of composite breakwaters. A stochastical models for horizontal and uplift wave forces can be straightforwardly formulated as a function of the probabilistic characteristics of ma...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 이상의 두 가지 원인에 의하여 발생되는 혼성제 케이슨에 작용하는 파력의 불확실성을 해석하고자 한다. 파고와 파력을 임의의 확률분포함수를 따르는 확률변수로 고려하여 설계파고와 파력의 관계를 직접 해석할 수 있는 파력산정모형을 수립하였다.
  • 또한 설계최대파고의 초과확률에 대해서도 확인할 수 있었다. 따라서 본 절에서는 설계최대파고의 초과확률을 이용하여 파력을 산정할 수 있는 모형을 수립하고자 한다. 이는 설계최대파고의 영향이 그대로 파력산정에 전달되기 때문이다.

가설 설정

  • 먼저 ξP의 독립변수인 r과 b의 통계적 특성을 Table 2에 제시하였으나 그 분포함수는 모르기 때문에 본 연구에서는 이들 변수들이 모두 다음 식 (7)의 제약조건을 만족하는 정규분포를 따른다고 가정하였다.
  • 여기서 초과확률 0.1%를 갖는 최대파고를 이용하여 산정된 파력 XG의 초과확률도 0.1%라고 가정한 것이다. 따라서 실험에서 관측한 파력 X0.
  • 설계파고로 최대파고를 사용하는 Goda 파압 산정식을 이용함에도 불구하고 유의파고의 불확실성을 사용한다는 모순점이 있다. 한편 일본 항만 구조물 기준서(2009)에서는 CEM(2006)과 다르게 파력의 불확실성을 직접적으로 고려하고는 있으나, 수평파력과 양력이 동일한 불확실성을 갖는다고 가정하였다. 이와 같이 파력에 대한 불확실성이 각기 서로 다른 방법, 다른 값으로 사용되고 있는 이유는 다음과 같이 두 가지로 생각할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
혼성제의 최적 단면을 설계하기 위해서는 파력을 정확하게 산정하는 것이 중요한 이유는? 혼성제는 해저 사석 마운드로부터 해수면 위까지 거치된 대형 직립 케이슨의 자중으로 파력에 저항하는 항만 외곽 방파 시설물 중 하나이다. 또한 혼성제는 연성체인 경사제와는 달리 강성 구조체이기 때문에 한번 피해가 발생하면 그 피해 규모가 상대적으로 크다. 따라서 혼성제의 최적 단면을 설계하기 위해서는 파력을 정확하게 산정하는 것이 중요하다.
혼성제란? 혼성제는 해저 사석 마운드로부터 해수면 위까지 거치된 대형 직립 케이슨의 자중으로 파력에 저항하는 항만 외곽 방파 시설물 중 하나이다. 또한 혼성제는 연성체인 경사제와는 달리 강성 구조체이기 때문에 한번 피해가 발생하면 그 피해 규모가 상대적으로 크다.
Goda의 파압 산정식은 어디에 사용되고 있나? (1994)은 충격쇄파에 대한 영향을 고려할 수 있는 방법을 제시하였다. 최근까지도 Goda의 파압 산정식은 혼성제 케이슨에 작용하는 파력을 산정하는데 가장 일반적으로 사용되고 있다. 한편 Bruining(1994), Franco et al.
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참고문헌 (13)

  1. Bruining, J. W. (1994). Wave forces on vertical breakwaters, Reliability of design formula. MSc. Thesis, Delft Univ. of Technology. 

  2. Coastal Engineering Research Center. (2006). CEM(Coastal Engineering Manual), US Army Corps Engineers, Washington D.C., USA. 

  3. Franco, C., Van der Meer, J. W. and Franco, L. (1996). Multidirectional wave loads on vertical breakwaters. Proc. 25th. Int. Coast. Engrg. Conf., ASCE, 2008-2021. 

  4. Goda, Y. (1974). New wave pressure formula for composite breakwaters. Proc. 14th. Int. Coast. Engrg. Conf., ASCE, 1702-1720. 

  5. Goda, Y. (2000). Random seas and design of maritime structures. Univ. of Tokyo Press, Tokyo. 

  6. Hiroi, I. (1919). On a method of estimating the force of waves. Memoirs of Engrg. Faculty, Imperial Univ., X(1), 19. 

  7. Minikin, R. R. (1950). Wind, waves and maritime structures. Charles Griffin and Co., Ltd., London, U.K. 

  8. Sainflou, G. (1928). Essai sur les diques maritimes verticales. Annales des Ponts et Chausees, 98(4). 

  9. Sarpkaya, T. and Isaacson, M. (1981). Mechanics of wave forces on offshore structures. Van Nostrand Reinhold Co., NewYork. 

  10. Takahashi, S., Tanimoto, K. and Shimosako, K. (1994). A proposal of impulsive pressure coefficient for the design of composite breakwaters. Proc. Int. Conf. Hydro- Technical Engrg. for Port and Harbor Constr. (Hydro-Port '94) Yokosuka, 489-504. 

  11. Tanimoto, K., Moto, K., Ishizuka, S. and Goda, Y. (1976). An investigation on design wave force formulae of composite-type breakwaters, Proc. 23rd Japanese Conf. Coastal Engrg., 11-16. 

  12. Tanimoto, K., Takahashi, S. and Kitatani, T. (1981). Experimental study of impact breaking wave forces on a vertical-wall caisson of composite breakwaters. Rept. Port and Harbor Res. Inst., 20(2), 3-39. 

  13. The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan. (2009). Technical Standard and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan, Ports and Harbours Bureau, Ministry of Land, Infrastructures, Transport and Tourism(MLIT),Japan. 

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