기후변화에 따른 설계파고를 초과하는 이상파랑의 내습 가능성이 커지면서 항만구조물의 안정성 확보가 시급한 실정이다. 이러한 변화에 능동적으로 대응하기 위하여 기존 방파제에 대한 평가기준과 신설 장대형 방파제의 설계기준이 점차 강화되면서 인터로킹 케이슨 방파제에 대한 관심이 대두되고 있다. 하지만 현재까지는 항만 및 어항 설계기준 해설[부록] 개정안에 장대형 케이슨에 발생하는 파력평활화 효과가 제시되어있을 뿐 인터로킹 케이슨 방파제의 안정성을 평가하기 위한 방법이 별도로 제시되어 있지 않다. 이에, 본 연구에서는 선형파 이론에 기초하여 경사 입사하는 파랑의 작용 위치별 위상차의 효과를 고려하고, 최대 파력분포는 설계기준의 Goda 파압식을 적용하여, 규칙파, 불규칙파 및 다방향 불규칙파에 대한 인터로킹 케이슨 방파제의 미끌림 안정성 평가식을 제안하였다.
기후변화에 따른 설계파고를 초과하는 이상파랑의 내습 가능성이 커지면서 항만구조물의 안정성 확보가 시급한 실정이다. 이러한 변화에 능동적으로 대응하기 위하여 기존 방파제에 대한 평가기준과 신설 장대형 방파제의 설계기준이 점차 강화되면서 인터로킹 케이슨 방파제에 대한 관심이 대두되고 있다. 하지만 현재까지는 항만 및 어항 설계기준 해설[부록] 개정안에 장대형 케이슨에 발생하는 파력 평활화 효과가 제시되어있을 뿐 인터로킹 케이슨 방파제의 안정성을 평가하기 위한 방법이 별도로 제시되어 있지 않다. 이에, 본 연구에서는 선형파 이론에 기초하여 경사 입사하는 파랑의 작용 위치별 위상차의 효과를 고려하고, 최대 파력분포는 설계기준의 Goda 파압식을 적용하여, 규칙파, 불규칙파 및 다방향 불규칙파에 대한 인터로킹 케이슨 방파제의 미끌림 안정성 평가식을 제안하였다.
Recently, the possibility of abnormal waves of which height is greater than design wave height have been increased due to the climate change, and therefore it has been urgent to secure the stability for harbor structures. As a countermeasure for improving the stability of conventional caisson breakw...
Recently, the possibility of abnormal waves of which height is greater than design wave height have been increased due to the climate change, and therefore it has been urgent to secure the stability for harbor structures. As a countermeasure for improving the stability of conventional caisson breakwaters, a method has been proposed in which adjacent caissons are interlocked with each other to consecutively resist the abnormal wave forces. In order to reflect this research trend, the reduction effect of the maximum wave force resulted from introducing a long caisson has been presented in the revision to the design criteria for ports and fishing harbors and commentary. However, no method has been proposed to evaluate the stability of interlocking caisson breakwater. In this study, we consider the effect of the phase difference of the oblique incidence of the wave based on the linear wave theory and apply the Goda pressure formula for considering design wave pressure distribution in the vertical direction. Sliding stability assessment formula of an interlocking caisson breakwater is proposed for regular, irregular, and multi-directional irregular wave conditions.
Recently, the possibility of abnormal waves of which height is greater than design wave height have been increased due to the climate change, and therefore it has been urgent to secure the stability for harbor structures. As a countermeasure for improving the stability of conventional caisson breakwaters, a method has been proposed in which adjacent caissons are interlocked with each other to consecutively resist the abnormal wave forces. In order to reflect this research trend, the reduction effect of the maximum wave force resulted from introducing a long caisson has been presented in the revision to the design criteria for ports and fishing harbors and commentary. However, no method has been proposed to evaluate the stability of interlocking caisson breakwater. In this study, we consider the effect of the phase difference of the oblique incidence of the wave based on the linear wave theory and apply the Goda pressure formula for considering design wave pressure distribution in the vertical direction. Sliding stability assessment formula of an interlocking caisson breakwater is proposed for regular, irregular, and multi-directional irregular wave conditions.
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문제 정의
특히, 설계파 작용 시 해상상태를 실제와 가장 유사한 다방향 불규칙파로 정의하는 경우에는 현재 제시된 식으로는 파력 평활화 효과를 고려할 수 없다. 따라서, 본 연구에서는 다방향 불규칙파 조건에서의 파력 평활화 효과를 고려하여 케이슨 인터로킹에 의해 장대화된 방파제의 안정성을 기존 안정성평가 개념 범위 안에서 용이하게 평가할 수 있는 방법에 대해서 연구하였다.
본 연구에서는 인터로킹된 케이슨에 의한 장대형 방파제의 미끌림에 대한 안정성 평가식에 대해서 연구하였다. 선형파이론에 기초하여 경사 입사하는 파랑의 작용 위치별 위상차의 효과를 고려하였으며, 최대 연직파력분포는 설계기준의 Goda 파압식을 적용하였다.
)를 방파제 유효자중에 의한 마찰저항력과 파에 의한 수평 및 수직 파력에 의한 작용파력의 비로 정의하고, Goda 파압식에 의한 수평 및 연직파력과 파압 위상차에 기인한 작용파력 평활화계수로 표현하였다. 작용파력 평활화계수를 규칙파, 불규칙파 및 다방향 불규칙 조건에 대하여 각각 제시함으로써 모든 설계파에 대해서 적용 가능하도록 하였다.
제안 방법
Fig. 4와 같이 파고가 H, 진동수가 ω인 규칙파가 수심이 h인 해역에 설치된 LB 길이를 가지는 방파제에 경사각 θ로 입사하는 입사파에 의한 파압 및 파력을 산정하기 위하여, 무한 방파제에 경사로 입사하는 선형파에 대한 해석해를 이용하였다.
식(2)와 (4)는 선형파 이론에 기초한 파력으로, 파고가 높아 비선형성이 큰 설계파와는 차이를 보일 수 있다. 따라서, 설계에 적용하기 위해서 현행 설계기준에서 제시하고 있는Goda 파압식을 이용하여 설계파력을 재정의하였다. 즉, 식(2)와 (4)에서 작용파력 부분(γd 이전까지의 항)을 Goda 파압을 적용한 파력으로 대체하여 다음과 같이 정의하였다.
설계파를 다방향 불규칙파로 할 때의 설계파력분포는 일방향 불규칙파의 경우와 같이 다방향 불규칙파에 대한 평활화 계수, γXm와 γZm를 도입하여 다음과 같이 정의하였다.
안전율(SF)를 방파제 유효자중에 의한 마찰저항력과 파에 의한 수평 및 수직 파력에 의한 작용파력의 비로 정의하고, Goda 파압식에 의한 수평 및 연직파력과 파압 위상차에 기인한 작용파력 평활화계수로 표현하였다. 작용파력 평활화계수를 규칙파, 불규칙파 및 다방향 불규칙 조건에 대하여 각각 제시함으로써 모든 설계파에 대해서 적용 가능하도록 하였다.
이론/모형
방파제에 경사 입사하는 파의 위상차는 선형 중복파 이론에 기초하여 고려하였으며, 설계파의 비선형성을 적절히 고려하기 위하여 파압의 연직방향 및 바닥면에 대한 단위 폭당 파압 분포를 설계기준에서 적용하고 있는 Goda 파압식(Goda, 2010)에 따르는 것으로 하였다. 이러한 가정을 바탕으로 방파제 전체가 일체 거동하는 것으로 보고, 방파제 법선 방향 미끌림에 대한 안정성 평가식을 유도하였다.
본 연구에서는 인터로킹된 케이슨에 의한 장대형 방파제의 미끌림에 대한 안정성 평가식에 대해서 연구하였다. 선형파이론에 기초하여 경사 입사하는 파랑의 작용 위치별 위상차의 효과를 고려하였으며, 최대 연직파력분포는 설계기준의 Goda 파압식을 적용하였다.
후속연구
삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라는 파랑으로부터 국가 기반시설인 항만 내 시설물을 보호하는 역할을 담당하고 있는 방파제에 대해 극한 기후변화에 대한 선제적 대응이 필요하게 되었고, 그 일환으로 부산 감천항 방파제가 2013년에 보강되었으며, 포항 영일만 북방파제와 부산항 조도·오륙도 방파제 보강이 확정되어 추진되고 있다. 그러나, 이러한 보강은 2005년 심해 설계파에 기초하여 이루어지고 있어, 향후 심해 설계파가 개정이 되면(2018년 예상), 추진되고 있는 보강계획 및 기 보강된 방파제의 안정성에 대한 전면적인 재검토도 필요하게 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
인접 케이슨을 서로 인터로킹시킬 시 장점은?
인접 케이슨을 서로 인터로킹시키면 작용 최대파력을 저감할 수 있어 인터로킹되지 않은 경우에 비하여 안정성이 크게 향상된다. Seo et al.
항만 및 어항 설계기준 및 해설 부록 개정안에 7편 장대형 케이슨에 발생하는 파력 평활화 효과이 추가된 이유는?
인접 케이슨을 서로 인터로킹시키면 작용 최대파력을 저감할 수 있어 인터로킹되지 않은 경우에 비하여 안정성이 크게 향상된다. Seo et al.(2015)은 단순화된 정적 선형모델을 이용하여 인터로킹 케이슨 방파제에 대한 파력분산특성에 대해서 연구한 바 있으며, 위상차 효과로 방파제에 작용하는 최대 파력이 하나의 케이슨에 작용하는 최대파력 보다 감소함을 살펴본 바 있다. 또한 설계파고 보다 큰 이상파랑 작용 시비선형 거동에 대해서 Park et al.(2015)이 해석한 바 있다. 해양수산부에서는 이러한 추세를 반영하기 위하여 연구용역을 수행하고(MOF, 2015), 이를 근거로 2016년 4월 항만 및 어항 설계기준·해설[부록] 개정안에 “7편 장대형 케이슨에 발생하는 파력 평활화 효과”를 추가한 바 있다. 케이슨 인터로킹에 의한 방파제 장대화에 따른 파력 평활화 효과가 제시되기는 했지만, 현재, 설계기준에 제시된 안정성 평가식으로는 장대 방파제의 안정성을 충분히 평가하기는 어렵다.
인터로킹 방법들은 무엇들이 있는가?
, 2011). 현재까지 제안되어 연구되고 있는 인터로킹 방법으로는 요철형, 키블록형, 케이블형, 채움재형 등이 있다(Fig. 3).
참고문헌 (12)
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