초록 ▼

교량교각주위 국부세굴은 교량붕괴의 주 원인이다. 붕괴에 대한대책은 최대세굴심이하로 기초를 하는 심층기초 또는 암반까지 내리는 것이다. 국부세굴은 교각전면에서 발생하는 하강류와 이로 인한 말굽형와 및 후류와에 의하여 일어난다.만약 하강류를 차단, 약화시키면 세굴을 감소시키는 것이 가능하다. 이와 같은 교각주위세굴의 감소, 방지는 심층기초의 대안이 될 수 있다. 세굴의 감소, 방지는 하강류를 차단하고 와류의 발생을 방지, 약화시키는 것이고 이는 교각주위 사석보호공과 기초에 의하여가능하다. 하강류와 말굽

교량교각주위 국부세굴은 교량붕괴의 주 원인이다. 붕괴에 대한대책은 최대세굴심이하로 기초를 하는 심층기초 또는 암반까지 내리는 것이다. 국부세굴은 교각전면에서 발생하는 하강류와 이로 인한 말굽형와 및 후류와에 의하여 일어난다.만약 하강류를 차단, 약화시키면 세굴을 감소시키는 것이 가능하다. 이와 같은 교각주위세굴의 감소, 방지는 심층기초의 대안이 될 수 있다. 세굴의 감소, 방지는 하강류를 차단하고 와류의 발생을 방지, 약화시키는 것이고 이는 교각주위 사석보호공과 기초에 의하여가능하다. 하강류와 말굽형와는 흐름조건, 교각의 기하학적 특성 및 하상물질과 같은 매개변수의 함수이므로 본 연구의 목적은 이들 매개변수의 항으로 사석보호공과 기초의 적정크기를 결정하는 도구를 제공하는 것이다.교각주위 세굴은 그 과정이 매우 복잡하고 많은 변수가 관계되어 해석적 해가 불가능하므로 수리모형실험을 통해서 해석된다. 세굴방지의 이론적인 근거는 교각전면의 하강류를 차단하고 와류의 발생을 억제하는 것이다. 실험은 2개의 수로(0.45×0.6×10m 수로와0.9×0.4×20m수로)에서 수행되었다. 하상은 정지상(clear water) 상태이고 흐름은 한계상태가 유지되었다. 사석에는 8종류의 상이한 크기가 사용되고 기초에는 다양한 높이와 폭이 사용되었다.기존의 식은 Isbash식에 근거하고 하나 또는 두 개의 변수만을 포함하여 지나치게 과대설계인 반면 본연구에서 유도된 설계식은 모든 주요변수를 포함하여 실측치와 완전한 상관을 나타낸다. 푸팅의 경우 상류바닥에 연장판을 설치함으로써 세굴심을 최대 45%까지감소 가능하고, 기초 상단이 하상부근에 위치하는 낮은 경우에는 세굴심 감소가 가능함이조사되었다. 교각과 기초로 구성되는 불균일단면교각의 단일대표치수로는 등가폭과 지배인자임이 밝혀졌다. 등가폭은 길이를 가중인자로 하는 가중평균폭이고 지배인자의 경우기초상단 높이가 기초폭의 1.25배 이상이면 기초의 폭을, 그 이하이면 교각의 폭을 세굴심계산에 사용한다. 본 연구의 결과는 세굴감소를 위한 사석보호공과 푸팅의 크기 결정에 활용될 수 있다.

Abstract ▼

A local scour around a bridge pier is a major cause of bridgefailures. The failure can be prevented by deep footing below the expected maximumscour depth or by extending the footing to the bed rock. The local scour is caused bya downflow generated at the front face of the pier and a horseshoe

A local scour around a bridge pier is a major cause of bridgefailures. The failure can be prevented by deep footing below the expected maximumscour depth or by extending the footing to the bed rock. The local scour is caused bya downflow generated at the front face of the pier and a horseshoe vortex caused by it,and a wake vortex behind the pier. If the downflow is blocked or weakened, it ispossible to reduce the scour depth. Such a device that reduces or prevents the scourdepth around bridge piers can be an alternative to a deep footing. Preventing orreducing the scour depth is to block the downflow and to prevent weaken thegeneration of the vortices, and it is possible by placing riprap around the pier andfooting.The downflow and a horseshoe various depend on channel flow characteristics,geometries of pier and properties of bed material. Hence the purpose of this study isto provide tools which enables the determination of porper dimensions of riprap andfooting in terms of the relevant parameters.Since the mechanism of scour around a bridge pier is very complex and a numberof variables are involved, an analytical solution is not possible and it is analyzed byhydraulic experiments. The theoretical basis of scour reduction is to block thedownflow at the front of a pier and to control the generation of horseshoe vortices.The experiments are carried out in two flumes(0.45×0.6×10m and 0.9×0.4×20m). Thebed was in the state of clear water and the flow was maintained in a critical state.Different sizes of ripraps and footing were used.The existing formulas for the determination of riprap sizes are based on isbashformula. And they are formulated by using only one or two variables and are turnedout as extremely overestimated. The design formula derived in this study isformulated by all the relevant variables, and it found that the formula shows a perfectagreement with the measurments. By extending a bottom plate at the upstream offooting it is possible to reduce the scour depth up to 45%, and it is observed that thescour depth is reduceable if the top elevation of footing is near bed. A representativedimension of nonuniform pier consisted of pier and footing are found to be an equivalentwidth and a dominant component. The equivalent width is an weighted average withthe length as a weight factor. For the dominant component, if the top elevation offooting is greater than 1.25bf(bf is the width of footing), footing width is used fordetermining of scour depth and otherwise pier width is used. The results of this studycan be used for sizing of the riprap and footing for scour reduction around bridge piers.

목차 Contents

• 1차년도...7
• 1. 서론...7
• 2. 연구방법 및 이론...8
• 2.1 실험장치...8
• 2.2 실험방법...9
• 2.3 제반 수리변수의 영향...9
• 3. 결과...11
• 3.1 사석직경 결정식 도출...11
• 3.2 정확성 검증...14
• 4. 고찰(기존 경험식과의 비교검토)...16
• 5. 결론 및 향후 연구계획...21
• 6. 인용문헌...22
• 2차년도...23
• 1. 서론...23
• 2. 연구내용 및 이론...24
• 2.1 실험장치...24
• 2.2 실험조건...24
• 2.3 기초에 의한 세굴감소와 불균일 단면 교각...27
• 3. 결과...31
• 3.1 기초상류연장에 의한 세굴심 감소...31
• 3.2 푸팅에 의한 세굴심 감소...31
• 3.3 불균일 단면교각에 의한 세굴심...32
• 4. 고찰...34
• 4.1 지배인자...34
• 4.2 등가높이(Z$_e$)를 적용한 세굴심...36
• 4.3 등가폭(b$_e$)를 적용한 세굴심...36
• 5. 결론...39
• 6. 인용문헌...40
• 연구수행관련 논문발표 목록서...41
• 자체평가서...44