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수치해석을 통한 콘크리트 부유구조체 길이에 따른 운동 및 구조성능 검토
Hydrodynamic Motion and Structural Performance of Concrete Floating Structure by Length Using Numerical Analysis 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.25 no.4, 2013년, pp.401 - 409  

이두호 (한국건설기술연구원 인프라구조연구실) ,  유영준 (한국건설기술연구원 인프라구조연구실)

초록
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이 연구에서는 부유구조체의 단면특성은 동일하지만, 길이가 서로 다른 4가지의 대형 콘크리트 부유구조체에 대하여 운동 특성 및 구조성능의 해석적 연구를 수행하였다. 부유구조체 설치해역은 수심이 35 m인 연안을 대상으로 하였으며, 설치해역에서 발생할 수 있는 파랑주기 3초~10초 34개 규칙 파랑하중을 적용하였다. ANSYS-AQWA를 통하여 부유구조체의 동수역학 해석을 수행하였으며, 운동 특성을 검토하였다. 또한, 34개 파랑하중에서 부유구조체에 최대 응답진폭을 나타내는 위험 파랑하중을 선정하였으며, 선정된 위험파랑하중으로 인해 부유구조체에 도입되는 파압을 도출하였다. 위험 파랑하중으로 인해 도출된 파압을 부유구조체에 매핑(mapping)하여 구조성능을 검토하였다. 해석 결과를 종합해볼 때, 부유구조체의 길이가 증가할수록 부유구조체의 운동이 감소하는 것을 알 수 있다. 이것은 부유구조체와 파랑하중의 상호작용의 효과는 파랑주기와 구조물 길이에 지배적인 것으로 사료된다. 또한, 위험 파랑하중으로 인해 부유구조체의 하부슬래브는 인장응력이 발생하며, 부유구조체 길이는 단면력에 영향을 미치지 못하는 것을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the present study, numerical analysis was performed for hydrodynamic motion and structural performance on four different concrete floating structures, which have same cross-section but different length. The hydrodynamic analysis of floating structures is carried out using ANSYS AQWA with the diff...

주제어

#콘크리트 부유구조체   #운동특성   #위험 파랑하중   #구조성능   #단면력  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이 연구에서는 길이가 서로 다른 4개의 부유구조체에 대해서 수심이 35 m 설치해역에서 파랑주기 3초～10초의 34가지 파랑하중에 대한 운동특성을 검토하였으며, 부유구조체의 길이에 따른 영향을 검토하였다. 또한, 다수의 파랑하중을 통해 얻어진 운동 특성 중 부유구조체의 운동에 큰 영향을 미치는 위험 파랑하중을 선정하였다.
  • 이 연구에서는 단면특성은 동일하나 부유구조체의 길이(Ls)가 서로 다른 4가지 대형 콘크리트 부유구조체를 대상으로 동수역학 해석을 수행하였다. 대상 부유구조체의 해석모델 개요는 Fig.
  • 이 연구에서는 부유구조체의 단면강성이 동일하지만 구조물 길이가 서로 다른 4가지의 부유구조체에 대하여 설계과정에서 핵심적 사항인 운동 특성과 구조거동 특성을 수치해석을 통하여 검토하였다. 수치해석 수행방법은 동수역학해석 프로그램인 ANSYS AQWA를 통하여 파랑하중에 대한 부유구조체의 운동 특성을 검토하였으며, 구조물에 도입되는 파압을 도출하였다.
  • 이 연구에서는 부유구조체의 연결부를 고려하지 않았으며, 전 구간이 강체연결 된 하나의 구조물로 보고 해석을 수행하였다. 하지만, 현실에서는 부유구조체의 길이가 길어질수록 접합부가 형성되어야하며, 접합부의 특성으로 인해 부유구조체의 거동도 많은 영향을 받을 것으로 판단된다.

가설 설정

  • 기존 동수역학해석에서는 부유구조체의 거동을 강체 거동으로 가정하여 해석이 수행된다. 하지만, 실제 부유구조체의 경우 특성길이(characteristic length, λc)보다 큰 대형 부유구조체는 강체거동이 아닌 탄성거동을 나타내므로 동수역학해석에 의한 운동 특성과는 많은 차이를 나타내며, 이로 인해 부유구조체에 발생되는 단면력 조차도 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
부유구조체에는 무엇이 있는가? 해상 LNG 터미널, 컨테이너 터미널, 석유생산 및 저장 시설 등과 같은 부유구조체는 파랑으로 인한, 파압 및 충격하중과 같은 험한 해양환경에 지속적으로 노출되어 있다. 이로 인해, 부유구조체는 파랑하중과 같은 해양환경 외력에 걸맞는 설계조건을 만족해야 한다.
부유구조체의 구조적 성능 검토를 위해 요구되는것은 무엇인가? 부유구조체의 구조적 성능 검토를 위해서는 해양환경 외력인 파랑하중 하에서 부유구조체의 운동(hydrodynamic motion) 특성과 구조거동으로 인해 발생하는 단면력 검토가 요구된다. 이와 같은, 부유구조체의 구조적 성능의 해석적 검토 및 평가를 위한 운동 특성은 일반적으로 동수역학(hydrodynamic) 해석프로그램 AQWA, WAMIT 등에 의해 평가된다.
부유구조체가 해양환경 외력에 걸맞는 설계조건을 만족해야하는 이유는 무엇인가? 해상 LNG 터미널, 컨테이너 터미널, 석유생산 및 저장 시설 등과 같은 부유구조체는 파랑으로 인한, 파압 및 충격하중과 같은 험한 해양환경에 지속적으로 노출되어 있다. 이로 인해, 부유구조체는 파랑하중과 같은 해양환경 외력에 걸맞는 설계조건을 만족해야 한다.
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참고문헌 (13)

  1. Link, R. A. and Elwi, A. E. "Composite Concrete-Steel Plate Walls: Analysis and Behavior," Journal of Structural Engineering ASCE, 1995, Vol. 121, pp. 260-271. 

    상세보기 crossref

  2. Lanquetin, B., Collet, P., and Esteve, J., "Structural Integrity Management for a Large Prestressed Concrete Floating Production Unit," 26th International Conference on Offshore, Mechanics and Arctic Engineering, SanDiego, 2007, pp. 1-12. 

  3. Clauss, G. F., Sprenger, F., Testa, D., Hoon, S., and Huhn, R., "Motion Behaviour of a New Offshore LNG Transfer System at Harsh Operational Conditions," 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, Honolulu, USA, 2009, pp. 385-939. 

  4. Cheetham, P., Du, S., May, R., and Smith, S. "Hydrodynamic Analysis of Ship Side by Side in Waves," International Aerospace CFD Conference, Paris, France, 2007. 

  5. Palo, P., "Mobile Offshore Base: Hydrodynamic Adv Ancements and Remaining Challenges," Marine Structures, 2005, pp. 133-147. 

  6. ANSYS AQWA Uer's Manual, ANSYS Inc 2010, 84 pp. 

  7. Thanh, N. H., Noh, H. C., Kim, S. E., and Na, S. W., "Estimation of the Design Member Forces in Very Large Floating Structure due to Wave Loads," Journal of The Korea Society of Civil Engineers, Vol. 29, No. 6A, 2007, pp. 641-650. 

  8. Zi, G. S., Kim, J. G., Lee, S. O., and Lee, P. S., "Development of a Design Chart for the Initial Design Stage of Very Large Floating Structures," Journal of The Korea Society of Civil Engineers, Vol. 30, No. 3B, 2010, pp. 315-324. 

  9. Hong, S. Y., Design Manual for Very Large Floating Structure, KORDI, 2007, 280 pp. 

  10. Kim, K. T., "Hydroelastic Analysis of Three Dimensional Floating Structures," MS. C. Thesis, KAIST, Korea, 2007, 55 pp. 

  11. Allen, E., Dees, D., Hicks, S., Hollibaugh, R., Martin, T., and Starling, T., "Design of Floating Production Storage and Offloading Vessel for Offshore Indonesia," Final Report, Texas A&M University, Texas, 2006, 88 pp. 

  12. Jeong, Y. J., Cho, J. Y., You, Y. J., and Na, S. W., "Stability and Wave-Induced Bending Moment for Design of Offshore Floating Terminal," 9th Pacific Structural Steel Conference, Beijing, 2010, pp. 369-374. 

  13. Korea Institute of Construction Technology, Development of Application Technology for Concrete Floating Structure, Korea, 2010, 457 pp. 

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