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문제 정의
- 4과 같이 깊이에 따라 선형적으로 증가하는 경향을 보인다. 그러나 실제로 비배수 전단 강도의 증가에 따른 영향이 극한지지력에 미치는 영향을 검토하여 보았다. 이때 적용한 비배수 전단 강도는 Fig.
- 본 연구에서는 동일한 매니폴드 및 프레임 구조를 지지할 수 있는 석션 버켓에 관한 연구를 수행하고자 한다. 기존 연구에서 제시된 극한 지지력은 근입비 1.0 이하에서 도출된 경우가 대부분이어서, 본 연구에서는 근입비를 1.0 이상으로 변화시키며 극한 지지력을 평가하고자 한다. 이를 위하여 매니폴드가 설치될 가상의 대상 해역을 선정하고 선정된 해역에 대한 토질 조사 결과를 반영하고자 한다.
- 수평 지지력 또한 두 개의 결과가 잘 일치하는 것이 확인 가능하다. 따라서 본 연구에서 적용한 수치 해석 기법은 비교적 타당한 것으로 사료되어, 매니폴드 기초용 석션 버켓의 설계에 동일한 수치 해석법을 적용하고자 한다.
- 본 논문은 석션 버켓의 설치 하중을 고려하지 않고, 매니폴드 운용중 석션 버켓에 작용하는 하중만을 고려하여 석션 버켓의 사양을 결정하고자 한다. 수심 3,000 m에서 어업 활동에 의한 어망 하중이나, 낙하체 충돌 등으로 인한 충격 하중도 본 연구에서 고려하지 않았다.
- 본 연구에서 고려한 심해 원유 생산용 매니폴드는 특정 프로젝트에 사용될 목적이 아니고, 매니폴드에 관련한 핵심 기술을 개발하는 것이 주요 목적이다. 따라서 설치 해역은 미정이며, 멕시코 만(Gulf of Mexico, GOM)을 가정하여 이 해역의 지반 특성을 검토하고자 한다.
- Hung and Kim (2012)은 고체 요소를 이용하여 점토를 표현하고 수직 및 수평 하중에 대한 수치 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 극한 지지력 산정을 위한 3차원 유한 요소 해석법의 타당성을 검증하기 위하여 Hung and Kim (2012)이 수행한 석션버켓과 점토의 수치 해석을 재현하였다. 이를 위하여 사용한 소프트웨어는 Abaqus/Standard 이다 (Simulia, 2008).
- (2017)에 의하여 수행된바 있다. 본 연구에서는 동일한 매니폴드 및 프레임 구조를 지지할 수 있는 석션 버켓에 관한 연구를 수행하고자 한다. 기존 연구에서 제시된 극한 지지력은 근입비 1.
- 본 연구에서는 수심 3,000 m의 심해에서 SIL 3 안전도 수준에서 운용이 가능한 매니폴드 기초용 석션 버켓의 설계를 위한 내용을 다루었다. 석션 버켓의 수치 해석법 검증을 위하여 Hung and Kim (2012)이 수행한 석션 버켓 해석을 재현하였다.
- 본 연구에서는 수심 3,000 m의 심해에서 하루 200,000 배럴의 원유를 생산하고 SIL 3(Safety Integrity Level 3)의 안전 신뢰도를 가지는 매니폴드 기초 석션 버켓의 기본 설계를 목표 한다. 매니폴드 프레임에 관한 기본 설계는 Park and Choung(2015)에 의하여 수행되었다.
- 이를 위하여 매니폴드가 설치될 가상의 대상 해역을 선정하고 선정된 해역에 대한 토질 조사 결과를 반영하고자 한다. 석션 버켓이 비선형 특성을 보이는 점토에 설치될 때의 비선형 특성을 수치 해석을 통하여 구현하고자 한다. 일차적인 결과물은 석션 버켓의 수직 및 수평 방향 지지력-변위 곡선이고, 이를 토대로 석션 버켓의 극한지지력을 산정하며, 매니폴드에 작용하는 외력을 산정하여 극한지지력과 비교함으로써 근입비에 따라 설계된 석션 버켓의 특성을 검증하고자 한다.
- 0 이상으로 변화시키며 극한 지지력을 평가하고자 한다. 이를 위하여 매니폴드가 설치될 가상의 대상 해역을 선정하고 선정된 해역에 대한 토질 조사 결과를 반영하고자 한다. 석션 버켓이 비선형 특성을 보이는 점토에 설치될 때의 비선형 특성을 수치 해석을 통하여 구현하고자 한다.
가설 설정
- 따라서 본 연구에서는 Fig. 5(b)에 보인 바와 같이 지름 3.0 m의 석션 버켓을 가정하였다.
- 본 연구에서 고려한 심해 원유 생산용 매니폴드는 특정 프로젝트에 사용될 목적이 아니고, 매니폴드에 관련한 핵심 기술을 개발하는 것이 주요 목적이다. 따라서 설치 해역은 미정이며, 멕시코 만(Gulf of Mexico, GOM)을 가정하여 이 해역의 지반 특성을 검토하고자 한다.
- 매니폴드 석션 버켓 설계를 위하여 설치 해역을 GOM으로 가정하여 지반의 물성을 조사하였다. GOM 해저 지역은 부드러운 점토질로서 8 kPa의 비배수 전단 강도를 적용하였다.
- 00 kgf/m3를 적용하였다. 보수적인 항력 산정을 위하여 매니폴드의 넓은 면이 막혔다고 가정하여 입사 조류 투영 면적 Am을 산정하였으며, 그 결과 산정된 수평 하중의 크기는 약 6.22 kN이었다. 실제 매니폴드 운용 중 매니폴드와 연결된 파이프라인 자중의 영향으로 석션 버켓에 수직 하중과 모멘트 하중을 야기할 것으로 예상되나 매니폴드와의 연결될 파이프라인의 배치와 형상이 결정되지 않아서 이에 대한 고려를 하지 못하였다.
- 4과 같이 깊이에 따라 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서는 근입비에 따른 정규화된 극한 지지력 산정을 위하여 깊이에 따라 비배수 전단 강도가 일정하다고 가정하였다. 대략 해저 지반 깊이 3m에서 예측한 비배수 전단 강도는 8 kPa이었으며, 이를 해석을 위한 데이터로 적용하였다.
- 008D이었다 (Bang & Smith, 1998). 본 연구에서는 두께를 0.005D(15 mm)로 가정하여 연구를 진행하였다.
- 0034D 이상이면 좌굴이 발생하지 않음을 보였다. 본 연구에서도 좌굴 안전도를 직접 평가하기보다, 좌굴이 발생하지 않는 석션 버켓 두께를 사용한다고 가정하였다. GOM에 설치된 석션 버켓의 실제 시공 사례에 대한 조사 결과는 석션 버켓의 두께가 0.
- 석션 버켓의 높이를 결정하기 위하여 초기 근입비를 3.0으로 가정하였다. 이는 최근 GOM 석션 버켓 시공 사례를 조사한 결과를 반영한 것이다.
- , 2010). 수심 3,000 m에서 조류 속도가 이와 큰 차이가 없다는 가정하에 0.4 m/s의 조류 속도 uw를 이용하여 항력을 산정하였다.
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