초록 ▼

I. 제 목 이어도 종합해양과학기지 구축 II. 연구개발의 목적 및 필요성 국토 선단인 이어도에 헬기 이 착륙장을 갖춘 약 400평 규모의 Jacket 구조로 다 목적 해양과학기지를 건설하여 해양 및 기상을 실시간으로 모니터링함으로써 해양 예보, 기상예보, 어장예보의 적중률을 높이고, 지구환경 문제, 해상교통 안전, 해난 재해 방지에 필요한 핵심자료를 제공하는데 최종목표를 둔다. 아울러 해당 지역의 해저자원 발굴과 개발의 기지화 건설과 나아가 해양영역 확대 와 이 지역에 대한 장래 권리 확보를 위한 사전 포석이라는 의미도 내

I. 제 목 이어도 종합해양과학기지 구축 II. 연구개발의 목적 및 필요성 국토 선단인 이어도에 헬기 이 착륙장을 갖춘 약 400평 규모의 Jacket 구조로 다 목적 해양과학기지를 건설하여 해양 및 기상을 실시간으로 모니터링함으로써 해양 예보, 기상예보, 어장예보의 적중률을 높이고, 지구환경 문제, 해상교통 안전, 해난 재해 방지에 필요한 핵심자료를 제공하는데 최종목표를 둔다. 아울러 해당 지역의 해저자원 발굴과 개발의 기지화 건설과 나아가 해양영역 확대 와 이 지역에 대한 장래 권리 확보를 위한 사전 포석이라는 의미도 내포되어 있다. 선정된 관측 및 계측 장비를 현실에 맞게 재검토하고, 설치 위치, 관측 및 계측 방법, 원격 관측/제어 시스템 등에 대한 기본설계된 내용과 지금까지 확정된 조건을 바탕으 로 그 타당성과 효율성을 검토하고, 쇄파유도류에 대한 수리모형실험과 풍동실험 결 과를 반영하여 상세설계를 수행하는 한편, 이에 대한 설계감리를 수행할 필요가 있다. 그리고 상세설계된 해양구조물이 제작, 운송 및 설치 등의 단계에서 구조물의 구조적 적합성을 확인하는 것이 필요하며, 제작 단계에서의 제작 공법 또한 각 단계들에서 확정된 공법에 대해 해석적으로 그 적합성 검토 및 확인하는 절차가 필요하다. 아울러 과학기지에 설치 될 각 종 장비를 최종 확정하고 그 기능을 지속적으로 충 분히 발휘시키기 위한 구체적인 방안 등의 수립도 필요한 일이다. III. 연구개발의 내용 및 범위 이어도 종합해양과학기지의 구조물의 기본설계에 대해 변경된 사항을 반영한 상세 설계 및 감리 수행. 헬기장 규모 변경에 따른 해양구조물의 정역학적 안정성 해석 및 검토 수행. 이어도 해양구조물의 상세설계을 위한 설계조건(파랑, 바람, 해수면, 조류, 지진, 부식방지 등) 및 작업조건 설정. 해양과학기지에 설치될 공급설비(전원 및 전기설비, 오 폐수처리 설비, 화재진압 설비, 배관설비, 등대, HVAC, 각종 저장탱크 등)의 상세설계. 이어도 해양구조물의 안전성을 확보하기 위하여 다음과 같은 구조해석, 상세 설계 수행 및 설계감리 실시. - 자켓의 정역학적 안정성 해석, - 지진 해석 - 피로 해석, - 자켓 및 상부구조의 선적 해석 - 자켓 및 상부구조의 운송 해석, - 자켓의 직립해석 - 파일 항타 해석, - 상부구조 정역학적 안정성 해석 - 상부구조 설치해석, - Helideck 정역학적 안정성 해석 - 보트랜딩 구조해석, - 자켓 및 덱크의 부속물 설계 - 자켓 설치 해석, - 방식(Anode 선정) 설계 풍동실험을 통하여 설계풍속에 의해 과학기지에 작용하는 풍력하중 산정 및 main deck, solar panel, heli-deck의 외장재 설계용 풍하중 산정과 또한 heli- deck이 기 본설계보다 커짐에 따라 heli-deck설계 구조설계용 풍하중 산정. 과학기지에서 상시 풍속계측을 하는 부분(5개)에 대한 접근류에 대한 풍속증감비 산 정과 옥사의 기상관측타워 부분에서의 3차원 풍속 계측하여 풍향풍속의 증감비 산출. 이어도 해양과학기지의 설계바람에 의해 발생하는 위험도를 파악하고 과학기지에 접근하는 바람의 구조물에 의한 영향을 평가하기 위하여 주요 풍속별, 풍향별로 22개 케이스에 대한 수치해석 수행. 수치해석의 정확성을 검증하기 위하여 풍동실험모형과 같은 크기의 1/80 축소모 형에 대하여 풍동실험과 같은 유동조건에서 수치해석을 수행. 풍동실험 결과와 비교가 용이한 공기력 계수를 대상으로 수치해의 정확성 검증. Heli- deck에 대한 풍동실험의 결과(외장재 설계용 풍하중)를 설계조건으로 입력 하여 Heli- Deck 구조물의 안정성 평가를 수행. 구조물이 주위 유동장에 미치는 영향을 파악하여 적절한 관측 시스템의 위치를 결정하고, 구조물 자체에서 발생할 수 있는 오차를 가시적으로 알아보기 위해 풍 향에 따른 속도분포도(velocity contour)제시. 이어도 종합해양과학기지와 육상기지인 한국해양연구원 사이의 위성통신(무궁화 위성, 글로벌스타)을 이용한 모의구현 및 시험(데이? 갖춘 약 400평 규모의 jacket 구조로 결정하였고, 세계 각국에 설치된 해양관측탑의 외관 형식을 조사하여 이어도 에 설치될 해양구조물을 자켓구조로 캔틸레버형식으로 최종 선정하였다. 안정성, 내구성, 경제성, 사용성, 시공성, 미관성을 고려하여 2층 자켓구조의 400평 규모로 결정하였으며, 해양과학기지의 주요 시설은 아래와 같다. - 헬기 이 착륙장(EL(+)35.9m, 21.0m 26.0m ; 150평) : 헬기유도등, 하부에 모노레일(2EA). - 옥상(EL(+)33.5m, 19.0m 26.6m ; 139.1평) : 등대, 기상(보조 포함)관측탑, 통신 탑,태양광 및 풍력 발전기, 식수탱크, HVAC(공기 응축기, 2EA), 디젤보조 탱크, 식 수탱크, 화재진압시설, 헬기전원공급시설, 디젤 공급펌프 및 저장소, 전기시설 유지 보수 창고, 일반창고, 수하물 하역시설, 각종관측장비, 국기게양기 등. - Main deck(EL(+)29.0m, 21.0m 19.7m ; 130.6평) : dry lab, wet lab, 침실(2 개), 회의실, 밧데리실, 스위치기어룸, 부엌, 창고(2), 세탁실, 화장실(2), 구명정, 태양열 전지, HVAC(에어컨(2EA)) 등. - Cellar deck(EL(+)24.0m, 17.8m 17.6m ; 96.5평) : 디젤발전기, 화재진압시설, 오폐수처리 시설, 모노레일, 디젤탱크, 우수 저장탱크, 자동 사다리, 자동사다리 조 절기 등. - Intermediate deck (EL(+)16.0m, 12.0m 12.0m ; 31.2평) : 모노레일, CC-TV, 관측장비 등. - Work-way deck(EL(+)8.0m, 12.0m 12.0m ; 30.4평) : 관측장비 등. - 하부구조 : 보트랜딩(12m), 사다리. 해양구조물을 설계하기 위해선 설계환경조건을 우선 결정해야 하는데, 그 설계값 들을 기본설계시 적용한 자료와 거의 동일하며 상세설계를 위해 다음과 같이 결정 하여 사용하였다. - 바람 : 30m/sec(operating condition), 50m/sec(storm condition) - 파랑 : 16m-12sec(operating condition), 24.6m- 15sec(storm condition) - 유속 : 4.5knot - 조위 : 3.7m - 지진 : 0.1g(기능수행 수준) / 0.14g(붕괴방지 수준) - 해수침범지역 : EL.(-)3.0m (+)7.65m(구조물 강도 해석시),EL.(- )3.0m (+)9.0m (도장 적용시) - 부식방지 : 부식허용(10mm) 희생 anode system 도장 과학기지에 설치될 각종 저장탱크와 설비를 설계조건에 맞게 용량과 개수를 다음 과 같이 결정하여 설계하였다. - 디젤 저장탱크 : 30일 연료를 공급할 수 있는 15m3의 주탱크, 5일 용량의 2.5m3의 보조탱크와 디젤 공급펌프(4m3/hr) - 식수 저장탱크 : 우수를 집수하여 저장할 수 있는 25m3의 주탱크(cellar deck)와 1.5m3의 보조탱크(옥상)로 구성. 화재감지 시스템은 열 감지기(부엌 등), 연기 감지기(밀폐장소, 거주구 등), 가스 감지기(밧데리실), 경보장치(전구역) 등으로 구성되며, 화재진압 시스템은 화학분말 skid 및 휴대용 소화기 등으로 이루어진다. 전원 시스템은 디젤 발전기(85kw 2대), 태양광 발전시스템(17.9kw), 풍력 발전시스템 (7.5kw)으로 구성된복합발전시스템으로설계하였고, 부조일수를 3일로 하여 전력 저장 용 축전지(2,200AH 2조)를 결정하였으며, 평상시는 주 전원 장치인 태양광 및 풍력 발전 시스템으로 전력을 공급하고, 전력이 부족하거나 비상시는 보조 전원 장치인 디젤 발전기로 밧데리를 충전시켜 전력을 공급한다. 해상플랫폼의 말뚝 기초설계에 필요한 공학적 특성자료를 얻기 위하여 수심 40m 인 해양과학기지 설치지점에서 1개의 보링공에서 해저면 51.4m까지 보링 및 시료 채취하였다. 그리고 해상조사에서 육안에 의한 토질 분류, 점토질 흙의 전단강도 측정을, 실내실험에서 함수비, 단위중량, Atterberg limit, 입도분석을 실시하였으 며, 흙비압밀 비배수 삼축시험 (UU-Test), 시질토에 대해선 직접전단시험(direct shear test)을 하였다. 이어도 지반이 암반으로 추정되었으나 해양보링조사 결과 표층하 1.5m만 응회암 이고, 그 이하의 지층은 모래, 실트, 점토로 구성되어 있었다. 이에 자켓기초를 4개 의 주말뚝(main pile)을 사용하는 안과 4개의 주말뚝에 보조말뚝(skirt pile) 4개를 추가하는 안에 대하여 장 단점, 사업기간, 안전성, 공사비, 시공성 및 문제점 등을 종합적으로 비교 분석하였다. 구조물의 안전성 확보와 공사비 절감을 위해 주말뚝 (f 60 )과 함께 보조말뚝(f 72 )을 사용하는 것이 합당함에 따라 설계시에는 무 리말뚝영향(pile group effects) 해석을 추가하였다. 말뚝의 관입깊이는 흙의 극한지지력이 자켓의 정역학적 해석으로부터 구한 설계극 한반력보다 클 때의 깊이이다. 계산 결과 주말뚝과 보조말뚝이 공이 51.0m로 관입 깊이가 결정되었고, 항타햄머는 VUL-360, VUL-560, MRBS-4600을 지반상태, 관 입깊이 및 말뚝의 크기에 따라 선택하여 사용하는 것으로 설계하였다. 구조물 형상도와 상부구조의 배치도가 정해지면 정역학적 안정성해석을 수행하였으 며, 이 때 자켓뿐만 아니라 상부구조, 말뚝 등이 SACS 프로그램을 이용하여 함께 해석되어야 하며, 그 다음으로 load-out, transportation, lifting, upending, 지진해석, 피로해석 등과 같은 제작 및 설치 시에 발생하는 stress를 검토하였다. 각 항 목에 대해서 해석을 수행한 결과, 모두 안전한 것으로 나타났다. 이어도 종합해양 과학기지의 자켓는 1/8의 battered 형태이다. 상부구조물은 helideck [EL.(+)35900], 옥상 [EL.(+)33500], main deck [EL.(+)29000] 그리고 cellar deck [EL.(+)24000]으로 구성되어 있으며, cellar deck 하부 EL(+)16000에 intermediate deck, EL(+)8000에 walkway deck가 있다. 이어도 해양과학기지를 건설하는데 소요되는 총예산은 약 212억원으로 추정되었으 며, 2002년 3월부터 제작에 착수하여 9월 초에 load- out하여 10말까지 설치를 완 료하고, 11월에 시운전 등을 수행하여 11월 말에 완공할 예정임. 그리고 무게는 상부구조 850톤, 자켓 1,250톤, 파일 1,215톤 등 합계 3,315톤이고, 장비는 8,000톤, 11,000 톤급의 운반 barge와 2,500ton급의 derrick crane barge 등이 필요한 것으 로 추정되었다. 이어도 해양과학기지의 풍동실험(축척=1/80)한 결과, 설계풍속에 의한 실제 구조 물에 작용하는 풍력측정실험 결과는 다음과 같다. - Fx : 133,650 kgf - Fy : 131,667 kgf - Mx : 3,041,307 kgf m - My : 4,798,877 kgf m - Mz : 281,321 kgf m 풍동실험을 통한 얻은 이어도 해양과학기지의 외장재 설계용 풍하중(실하중)은 다 음과 같다. - Main Deck : 정압 = 493.78 kgf/m2, 부압 = -222.20 kgf/m2 - Solar Panel : 정압 = 222.20 kgf/m2, 부압 = -275.69 kgf/m2 - Heli Deck : 정압 = 144.02 kgf/m2, 부압 = -333.30 kgf/m2 풍동실험을 통한 얻은 구조설계용 풍하중(실하중)은 다음과 같다. - Heli Deck : 정압 = 100.17 kgf/m2, 부압 = -231.82 kgf/m2 이어도 과학기지로 접근하는 바람에 대한 구조물의 영향을 평가하기 위하여 5개 개지점에서는 5(3m/s, 6m/s, 9m/s, 12m/s. 15m/s)개 종류의 풍속만, 기상관측타워 위치에서는 풍속과 풍향을 10도 간격 측정하여 풍속증감비 및 풍향왜곡도를 제시. 수치적으로 계산된 helideck에서의 평균힘을 제시하고, helideck에 발생하는 양력 의 원인을 가시적으로 나타내기 위한 압력분포도(pressure contour) 제시. 풍동실험에서 얻어진 가장 위험한 방향의 바람에 대하여 풍동실험과 같은 크기의 1/80 축소모형에서 수치해석을 수행하여 위험방향 제시. 구조물이 주위 유동장에 미치는 영향을 파악하여 적절한 바람 관측 시스템의 위 치를 결정하고, 구조물 자체에서 발생할 수 있는 오차를 가시적으로 알아보기 위 해 풍향에 따른 속도분포도(velocity contour)제시. 이어도 종합해양과학기지와 안산해양연구원에서 동시에 관측 및 제어할 수 있는 시스템을 설치하며, 이어도 종합해양과학기지의 위치상 위성통신을 사용하는 것으 로 설계하였다. 주위성 통신(무궁화 위성) 불가시 보조 위성(글로벌스타 혹은 오브컴)을 통하여 계 속적인 관측이 가능하도록 Redundant 통신 구조로 설계하였으며, 비상시 또는 연 구 목적을 위하여 주위성 통신시 음성 통신이 가능하도록 설계하였다. 음성은 통 신 비용 절감을 위하여 최신 기술인 VoIP 방식을 사용하도록 설계하였다. 원격 관측/제어 시스템은 이중화로 구성하여 시스템 이상으로 인한 관측 및 제어 중단이 없도록 설계하였으며, 과학기지의 전원 소비를 최소화하기 위하여 소비전 력이 적은 제품을 사용하도록 설계하였다. 침입자 감시 시스템을 도입하여 관측 장비의 도난 및 화재 등으로 인한 재난을 조기에 감지 및 대응 할 수 있도록 설계하였다. 이어도 종합해양과학기지와 육상기지인 한국해양연구원 사이의 위성통신시스템을 구현하기 위한 사전 준비작업으로서 위성망과 연구원의 ATM망을 직접 연계시킬 수 있는 방안을 도출하였으며 모의시스템을 구성하여 데이터 통신, 음성 통신, e- mail, 화상통신을 이용한 메시지 통신 등을 시험하였다. 이번의 모의 위성통신시스템 구현 및 테스트는 무궁화위성과 Globalstar 위성을 대상으로 실시하였으며, 그 결과는 성공적이었다. 위성통신은 안정적이었으며 성 능도 기대에 부응할 정도로 평가된다. V. 연구개발 결과의 활용계획 가장안전하고, 효율적인이어도해양과학기지가건설될수있도록실시설계내용을활용. 사업을 수행하는 과정에서 얻은 지식과 경험을 향후 독도를 비롯하여 국가 선단해양 과학기지 건설, 주요 연안 및 대규모 공사현장에서 필요한 해양관측타워 건설에 활용. 우리나라에 건설될 최초의 해양구조물을 산 학 연 협력으로 국내 기술진이 설계 함으로서 해양공학 기술발전에 기여. 우리나라의 효율적인 실시간 해양 모니터링 시스템을 계획 및 구축에 일조하고, 또한 관측장비의 국산화에도 기술과 경험 제공. 해양, 기상 관측 시스템은 이어도 종합해양과학기지의 기능을 최대한 활용할 수 있도록 운영 방안을 결정하는데 활용. 구조물 계측시스템은 과학기지에 치명적인 피해가 발생하기 전에 적절한 대책이 가능하도록 신속하게 피해상황을 파악하는데 활용. 기존 설계에서 미진한 부분을 상세설계에서 충분히 반영함으로서 해양과학기지를 효과적으로 건설하는데 활용. 이어도 종합해양과학기지에 탑재될 관측장비 및 원격 관측/제어/통신 시스템 개발 및 적용은 앞으로 설치될 해양과학기지에 활용.

Abstract ▼

I. Title of the Study Construction of Ieodo Ocean Research Station II. Research Needs and Objectives The Korean government decided to construct an ocean research station near the Ieodo Rock located in the middle of East China Sea for the routine monitoring of various marine and atmospheric parame

I. Title of the Study Construction of Ieodo Ocean Research Station II. Research Needs and Objectives The Korean government decided to construct an ocean research station near the Ieodo Rock located in the middle of East China Sea for the routine monitoring of various marine and atmospheric parameters and special research observation of the earth environments. This station would be used not only for the marine and atmospheric monitoring observatory but also for various other purposes such as navigation light tower, search and rescue base etc. Since the station is located on the track of major typhoons affecting to the Korean peninsular and located far offshore about 160km away from Jeju Island, special attention should be made in designing the structure and maintenance of the station to be able to meet the requirement of the station as well as to secure the safety of the structure. The overall objectives of this year"s study are to review the validity and efficiency of the selected observatory equipments, the locations and measuring methods based on the improved conditions and to evaluate the characteristics of vertical soil structure and various other aspects to guarantee the safety of the Ieodo offshore structure as well as proper function of the station. To meet these objectives, more specific programs are established and executed. The first study is to re-analyze the size, quantity and arrangement of the observatory equipments and to make up the their control system. The second, study is to evaluate the global and local structural stability check, for which two types of experimental analysis(mathematical model test and wind tunnel test) are accomplished. The results of experimental analysis are incorporated in detail design. The detail design of the structure is achieved to guarantee the stability and safety of the Ieodo offshore structure. Taking into account the importance of the Ieodo offshore structure and having the suitability of the basic design, structural detail design and related, some experimental analysis is required. In view of this two model test are accomplished. A mathematical model test is performed to acquire the environmental(wave) loading and wind tunnel test is executed to evaluate the wind force and to verify stability of Ieodo Ocean Research Station. Results of the experimental analysis are incorporated in detail design to check more specific structural stability. III. Scope and Contents Detail design as a incorporated in modification conditions of the structure for the Ieodo Ocean Research Station. Heli-deck in-place analysis based on the revised deck size and condition. Design criteria of the Ieodo offshore structure such as wave, wind, sea water level, current, earthquake, corrosion protection, etc. Detail design of facilities of Ieodo Ocean Research Station Survey of the characteristics of vertical soil structure for designing of the file foundation. Detailed design of the structure to guarantee the stability and safety of the Ieodo offshore structure based on the results of the following analysis: - In- place analysis, - Earthquake analysis - Fatigue analysis, - Load- out(Jacket & Deck) analysis - Transportation(Jacket & Deck) analysis - Upending & flotation analysis, - In- place analysis of super-structure - Pile driving analysis - Installation analysis of super-structure - In- place analysis for helideck - In- place analysis for boat landing - Jacket installation analysis - Appurtenance design for jacket and deck - Anode design Monitoring of dynamic wave pressure due to breaking waves. Maintenance plan of the Ieodo Ocean Research Station. Detail design for the transmitting/receiving method of data measured at Ieodo Ocean Research Station. Wind force of Research Station Cladding design wind loads of Main Deck, Solar Panel and Heli Deck Structural design wind loads of Heli- deck Wind speed ratio between local and undisturbed modulus Wind speed ratio, the horizontal and vertical deviation in upper Deck Construction of the grid system for numerical analysis to determine the risk caused by wind and to find the appropriate location of the observation system in the Ieodo Ocean Research Stadium. Proper selection of governing equations, boundary conditions and convergence conditions to obtain the exact numerical solution. Restudy of the given conditions. Numerical analysis of the 1/80 wind tunnel test model to validate the accuracy of the numerical solution by comparing the average wind force coefficients. Computation of the wind components on the real sized model under the operating condition(30m/s wind velocity at the altitude of 10m). Presentation of the velocity contours showing the effect of the structure on measurement and the appropriate position of the observation system. Presentation of the velocity contours and the average wind forces in the case of 15m/s wind velocity at the altitude of 10m. Pre- examination about necessary items to operate Ocean Research Station and Examination of the considering items at the stage of detailed designing. In- place analysis for Heli-deck incorporated in the condition as a result of the wind tunnel test.. Simulation and testing of the satellite communication system between Ieodo multi-purpose ocean research station and KORDI IV. Results Ieodo Ocean Research Station has been decided as a template structure, which is generally called as a jacket type which has a 400-pyung(1,322.3m2) in space equiped with a heli- deck. Cantilever type with heli-deck were chosen for futher examination. In consideration of aesthetic appearance, the efficiency of equipment layout, living quarter and safty of take- off & landing of helicopter, the cantilever type of helideck separated from living quarter was finally selected Considering the important parameters of safety, durability, efficiency cost, serviceability, workability, and aesthetics, Ieodo Ocean Research Station was chosen as two-story supper-structure. Principal modules and facilities are as follows; - Helideck (21.0m 26.0m ; 150-pyung): helicopter guide light, monorail beneath the helideck. - Accommodation roof (19.0m 26.6m ; 139.1- pyung) : beacon, observation and communication tower, solar power generator, wind power generator, HVAC, diesel storage tank, potable water storage tanks, fire-fighting system(chemical powder skid), helicopter power supply system, diesel supply pump and storage area, electrical maintenance shop, general storage, luggage un-lift system, vast and etc. - Main deck (21.0m 19.7m ; 130.6- pyung) : dry laboratory, wet laboratory, bedroom(2EA), conference room, battery room, switch-gear room, kitchen, storage room(2EA), laundry room, wash room(2EA), davit boat, solar power generator, HVAC(air conditioner) and etc. - Cellar deck (17.8m 17.6m ; 96.5- pyung) : diesel generator, air compressor, fire-fighting system, water maker, sewage treatment system, monorail, rain water storage tank, diesel supply pump, automatic stair and etc. - Intermediate deck (EL(+)16.0m; 31.2- pyung) : monorail, CC- TV, observatory system and etc. - Work-way deck (EL(+)8.0m, 12.0m 12.0m;30.4-pyung) : obserbatory system and etc. - Appurtenances of jacket : boat landing, ladder The environmental criteria for designing the offshore structure were determined by evaluations of analyzed data. The employed parameters for offshore structure design are ; - Wind speed : 30m/sec(operating condition), 50m/sec (storm condition) - Wave height : 16.0m, period : 12sec(operating condition) - Wave height : 24.6m, period : 15sec(storm condition) - Current velocity : 4.5knots - Tidal variation : 3.7m - Peak acceleration of earthquake: 0.1g (for the level of operating state) - Peak acceleration of earthquake: 0.14g (for the anti- collapse state) - Splash zone : EL.(-)3.0m EL.(+) 7.65m (for structural strength check) - Splash zone : EL.(-)3.0m EL.(+) 9.00m (for coating with painting) - Corrosion protection has consisted of as follows : corrosion allowance of 10mm, sacrificial anode system, painting Capacity and number of storage tanks and equipments to be installed on the Ieodo Ocean Research Station which are conformed to design conditions; - Diesel storage tank : main tank having 30 days capacity of 15m3, sub-tank having 5 days capacity of 2.5m3, diesel supply pump of 4m3/hr. - Water storage tank : overhead tank(cellar deck) for potable water supply having 25m3 capacity and , aux. storage tank having 1.5m3 capacity(roof). Fire- detecting system consists of heat detector, smoke detector and gas detector, alram. Each of them is installed in the kitchen, shut- down area and living quarter, and battery room, respectively. Fire-fighting system is composed of chemical powder skid, and portable fire extinguisher. Electric power system consists of two(2) diesel generator of 85kW, a solar power generator of 17.9kW, a wind power generator of 7.5kW and battery bank for three(3) day use having 3000AH/day. Electric power is obtained from diesel generator during residential period, while electric power come from solar power generator and wind power generator during non- residential period. In the non-residential period, diesel power generator begins to start to compensate electric power shortage when power is not sufficient for operating instruments and facilities. To acquire engineering soil characteristics for design of pile foundation at the site where Ocean Research Station would be installed in water depth of 40m, soil sample was taken from a boring hole of which depth is 51.4m below the seabed. In- situ tests such as visual soil classification and shear strength test especially for clay were performed. Laboratory tests such as water content ratio, unit weight, Atterberg limit, soil particle size distribution, unconsolidated-undrained triaxial test (UU test) only for clay and direct shear test only for sand were performed. Soil stratum of Ieodo had been predicted as rock. But offshore boring showed that only 1.5m thick layer below the seabed is made up of weathered siltstone and whereas the rest strata are composed of sand, silt, and clay. So we compared and analyzed the merit and demerit of two schemes in view of construction cost and period, safety, workability, and other required factors. One of the schemes is to use only 4(four) big main piles as foundations of structure and the other scheme is the use of 4 main piles & 4 skirt piles. For the purpose of safety and reduction of construction cost, we chose the latter (60" main piles and 72" skirt piles) incorporated with the pile group effect analysis. Penetration depth of pile is determined when ultimate bearing capacity of soil is greater than design ultimate reaction derived from static analysis on structure. As the result of analysis, penetration depth was determined as 51.0m for main piles and skirt piles. Based on the driveability analysis, driving hammers of VUL- 360, VUL-560 and MRBS-4600 depending on soil condition, penetration depth and piles size are to be employed. Static in- place analysis was performed after structural geometry and layout of super-structure had been selected. At that time, jacket as well as deck and pile was analyzed by using "SACS" program. And then earthquake analysis, fatigue analysis and installation analysis such as loadout, transportation, lifting and upending are performed. As result of structural stress check through above processes, the safety factors of whole structures was confirmed. The jacket feature of Ieodo Ocean Research Station is of battered type a 1/8. Super-structure consists of helideck at elevation (+) 35900, accommodation roof at elevation (+) 33500, main deck at elevation (+) 29000 and cellar deck at elevation (+) 24000. And there are intermediate deck at elevation (+)16000 and work-way deck at elevation at(+) 8000. Except instruments and equipments for observation, communication, laboratory and residential facilities, construction cost of Ieodo Ocean Research Station is estimated approximately as 21.1 billion won. On the other hand, fabrication of deck and jacket is started in the middle of March, load-out is performed at September, and offshore installation period is about end of October of 2002. The total structure weight is 3,315 ton(super-structure 850 ton, jacket 1,250 ton, pile 1,215 ton etc). And it is estimated that a transportation barge of DWT 11,000 ton for jacket(pile, boat landing) and DWT 8,000 ton for deck. And a derrick crane barge of the 2,500 ton lifting capacity are to be needed. For the Ieodo ocean tower structure, Stress Concentration Factor(SCF) is proved to be the most important element in the fatigue strength calculations. As parametric analysis results, it is found that the increase of chord thickness is the most preferable one for the betterment of the fatigue life of K-type joint as well as T joint. However, the change of the diameters of the chord and brace in K-joint is thought to be less influential to the fatigue strength of the member. Numerical methods for calculating the dynamic response of a vertically located cylindrical pile are developed. In addition, in order to get more detailed information of breaking wave forces, breaking wave pressures are measured selecting a vertical pile in real field which is easily subjected to plunging breakers in time of typhoons. Based on the results, it is recommended that the possibility of plunging breaker incidence on the Ieodo ocean research station should be eagerly investigated and the dynamic analysis should be performed if necessary. It is recommended that normal inspection for routine observation at ocean research station should be performed by every three(3) months and special observation to be taken every six(6) months. The most effective management system will be the one that KORDI takes the chief roll in operational management under the supervision of government. For main transportation to ocean research station by helicopter provided from National Maritime Police Agency. Moreover, it is advisable that specialized company should repair the damaged facilities when KORDI cannot solve the programs. Total management cost for Ieodo Ocean Research Station is estimated approximately as 480 million won per year. As a result of wind tunnel test, force balance data are as follows; - Fx : 133,650 kgf - Fy : 131,667 kgf - Mx : 3,041,307 kgf m - My : 4,798,877 kgf m - Mz : 281,321 kgf m Cladding design wind loads are as follows; - Main Deck : positive = 493.78 kgf/m2, negative = - 222.20 kgf/m2 - Solar Panel : positive = 222.20 kgf/m2, negative = - 275.69 kgf/m2 - Heli Deck : positive = 144.02 kgf/m2, negative = - 333.30 kgf/m2 Structural design wind loads - Heli Deck : positive = 100.17 kgf/m2, negative = - 231.82 kgf/m2 Wind speed ratio - See Table 4.2 4.7. Study of the risk at the helideck under the storm condition (50m/s wind velocity at the altitude of 10m). Confirmation of the most dangerous direction from the result of wind tunnel test. Installation of the system that can simultaneously investigate and control at Ieodo Ocean Research Station and Ansan Ocean Research Institute. And design using the satellite communication link in considering of location of Ieodo Ocean Research Station. Design the system as the redundant communication scheme which is able to investigate continuously via an auxiliary satellite link when a main link is failed. Design the system that can perform a voice communication through a main satellite link for the emergency situation or researching object. Design the voice communication using the VoIP for cut down communication cost. Configuring & designing of remote- investigation/control system in redundancy for the continuous operation. Configuring with the low power consumption products to minimize the amount of a electricity consumption at IORS. By introducing the invader detection system, it was designed for detection & coping with disaster early caused by the burglar & fire of measuring equipments. Methodologies for connecting satellite network directly to KORDI ATM network were established as a preparatory study and simulation system was also set up. Data and voice communication, e- mail were tested using the system. Implementation and testing of the simulation system were carried out using MooGoongHwa and Globalstar satellites, and the results were successful. The satellite communication systems were reliable and communication performances were more powerful than expected. V. Application and Recommendations The results of this study will be utilized in constructing the Ieodo Ocean Research Station in the East China Sea to monitor marine and atmospheric environments and to meet many other purposes. The knowledge and experience obtained in this project can be used in designing other offshore observatories such as Dokdo ocean observatory station. The experiences in designing the offshore platform in severe marine environment by domestic engineers in incorporation with industry and research institute would contribute to the further development of domestic offshore engineering. The numerical results of wind tunnel test on the model structure are used in evaluating stability over wind and determining the exterior of main deck, solar panel, helideck, etc. These results also used in designing the supports of helideck. The analysis of flow characteristics around the structure can be aid for determining the proper location of observation instruments. Utilizing of Ocean & weather investigation system to decide management plan for making the utmost use of the performance of IORS. Using of structure measurement system for rapid understanding of the state of damage to make it be possible to take the adequate counter solution before the occurrence of a fatal damage at IORS. Applying to effective building of Ocean Research Station by sufficient reflecting about unsatisfying portions at the stage of detailed designing. The selected and installed observatory system on IORS and remote control system incorporated in observation/control/communication will be used as a basic example model.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...63
  제 2 장 구조물 외관 형식 및 설계기준서...67
  제 1 절 심해파랑자료 분석...67
  1.1 해상풍 추산자료 분석...67
  1.2 심해파랑 추산자료 분석...82
  제 2 절 해양구조물 외관형식...99
  제 3 절 해양구조물 설계 기준서...101
  3.1 해양구조물 개요...101
  3.2 적용 시방서 및 규격서...101
  3.3 환경 조건(Environmental Condition)...102
  3.4 일반적인 설계조건(General Design Requirement)...125
  3.5 설계하중(Design Loadings)...129
  3.6 무리말뚝영향(Pile Group Effects)...130
  제 3 장 과학기지 공급설비의 기본설계...132
  제 1 절 디젤저장 및 공급설비의 설계조건...132
  1.1 공정 기본설계 코드 및 표준...132
  1.2 주 저장탱크 용량...133
  1.3 디젤 보조 저장탱크 용량...134
  제 2 절 우수 저장과 공급설비의 설계조건...134
  2.1 우수 Storage 탱크의 용량...135
  제 3 절 식수저장과 공급설비의 설계조건...135
  제 4 절 오수처리 설비의 설계조건...136
  제 5 절 개∙폐식 폐수처리 설비의 설계조건...136
  제 6 절 화재 및 안전 시스템...137
  6.1 화재감지 시스템...137
  6.2 화재진압 시스템...137
  제 7 절 전기 설계...138
  7.1 설 계...138
  7.2 설치장소 및 환경조건...139
  7.3 지역 분류...140
  7.4 전원 시스템...141
  7.5 전력공급 개요...143
  7.6 전기 시스템...143
  7.7 사용 전압...150
  7.8 허용 가능한 전압강하와 케이블 크기...150
  7.9 전기부하계산 및 용량결정...152
  7.10 항로표지 시스템...158
  제 8 절 계장 설계...163
  8.1 설 계...163
  8.2 설치 장소 및 환경 조건...164
  8.3 계장 시스템...164
  제 9 절 배관 기본설계...165
  9.1 개 요...165
  9.2 주배관 기본설계...165
  제 10 절 HVAC 기본설계...170
  10.1 목 적...170
  10.2 외기 조건...170
  10.3 기기 구성 및 설계조건...170
  10.4 System 설계 및 기본 설계사항...171
  제 4 장 해양지질조사...173
  제 1 절 해양지질조사 현황(Introduction)...173
  1.1 개요(Project Description)...173
  1.2 목적 및 업무영역(Objectives and Scope)...173
  1.3 해양조사 참여인원(Participant Staff)...174
  1.4 시추선의 정착 및 설치(Anchoring and Positioning)...174
  1.5 동원선박(Offshore Vessel)...174
  제 2 절 해양지질조사...179
  2.1 현장조사일정(Site Activity Report)...179
  2.2 해저바닥면의 깊이 측정(Water Depth Measurement)...180
  2.3 보링 및 시료채취(Boring and Sampling)...181
  제 3 절 실내조사(Laboratory Investigation)...182
  3.1 개요(General)...182
  3.2 해상조사(Offshore Investigation)...185
  3.3 육상조사(Onshore Investigation)...185
  제 4 절 일반적인 토질조건(General Soil Conditions)...186
  4.1 개요(General)...186
  4.2 토질조건(Soil Conditions)...187
  제 5 절 토질특성의 해석...187
  5.1 개요(General)...187
  5.2 아터버그 한계(Atterberg Limits)...189
  5.3 입도분석(Grain Size Distribution)...189
  5.4 수중단위중량(Submerged Unit Weight)...190
  5.5 전단강도(Shear Strength)...190
  5.6 토질변형특성(Soil Deformation Characteristics)...195
  제 6 절 말뚝설계 및 해석(Pile Design and Analysis)...195
  6.1 말뚝의 축방향지지력(Axial Pile Capacity)...195
  6.2 축하중 전이자료(Axial Load Transfer Data)...199
  6.3 횡방향 말뚝설계(Lateral Pile Design Data)...199
  6.4 쇄굴의 영향(Scour Potential)...204
  6.5 토질관입저항(Soil Resistance To Driving)...205
  6.6 말뚝설치(Pile Installation)...206
  제 7 절 무리말뚝영향(Pile Group Effects)...206
  7.1 개요(General)...206
  7.2 주말뚝(Main Pile)과 보조말뚝(Skirt Pile)의 종합적 비교분석...207
  7.3 주말뚝(Case 3)과 보조말뚝(Case 4)의 공사비 비교...207
  7.4 무리말뚝영향 해석의 필요성...207
  7.5 무리말뚝영향 해석의 개요...209
  7.6 수직력에 대한 무리말뚝영향...210
  7.7 무리말뚝의 수평변위...213
  제 5 장 자켓 설계...220
  제 1 절 자켓 설계 일반...220
  제 2 절 정역학적 안전성해석...223
  2.1 설계 개념...223
  2.2 구조물 형상...227
  2.3 PSI(Pile Structure Interaction)...228
  2.4 구조물의 사하중...228
  2.5 환경 하중(Environmental Load)...230
  2.6 플랫폼의 하중조건...233
  2.7 해석 결과의 요약...236
  2.8 PSI(Pile Structure Interaction) 해석 결과...240
  2.9 선박 충격하중 검토...240
  제 3 절 지진해석(Earthquake Analysis)...241
  3.1 지진해석의 개념...241
  3.2 응답 스펙트럼...243
  3.3 질 량(Mass)...244
  3.4 말뚝 기초...245
  3.5 고유치 해석...246
  3.6 응답 스펙트럼 해석...246
  제 4 절 피로해석(Fatigue Analysis)...251
  4.1 피로해석의 개념...251
  4.2 파랑의 반복하중...251
  4.3 해석절차(Analysis Procedure)...252
  4.4 S-N Curves...252
  4.5 해석결과의 검토...254
  제 5 절 선적해석(Loadout Analysis)...254
  5.1 개요(General)...254
  5.2 입력자료의 수정(Input Data Modification)...255
  5.3 구조물 형상(Structural Geometry)...257
  5.4 선적 계획(Loadout Scheme)...257
  5.5 설계하중 및 하중조합(Design Loads and Load Combination)...260
  5.6 해석결과의 검토(Analysis Result Check)...261
  제 6 절 해상운송해석(Transportation Analysis)...264
  6.1 해상운송해석의 개요(General)...264
  6.2 해상운송시 작용하중(Applied Load for Transportation)...265
  6.3 해상운송시 선체운동기준(Barge Motion Criteria)...265
  6.4 운송해석의 흐름도(Flow Chart for Transportation Analysis)...266
  6.5 구조물 형상(Structural Geometry)...266
  6.6 설계하중(Design Loads)...266
  6.7 운송해석의 설계기준(Design Criteria for Transportation)...269
  6.8 해석결과의 검토(Analysis Result Check)...276
  제 7 절 설치 해석(Installation Analysis)...276
  7.1 설치해석 개요(General)...276
  7.2 하역해석(Lifting Analysis)...277
  7.3 자켓 직립해석(Floatation and Upending Analysis)...282
  제 6 장 말뚝의 설계 및 항타해석...292
  제 1 절 개 요(General)...292
  1.1 말뚝의 설계(Pile Design)...292
  1.2 말뚝의 항타해석(Pile Driving Analysis)...292
  1.3 세부항목 설계(Detail Design)...292
  제 2 절 말뚝의 설계(Pile Design)...293
  2.1 말뚝의 극한지지력(Ultimate Pile Capacity)...293
  2.2 자켓의 말뚝머리 반력(Pile Head Force of Jacket)...294
  2.3 말뚝관입깊이의 산정(Pile Penetration Depth Design)...295
  제 3 절 말뚝의 항타해석(Pile Driving Analysis)...298
  3.1 항타해석 개요(General)...298
  3.2 설계기준(Design Criteria)...302
  3.3 SRD의 산정(Soil Resistance to Driving)...304
  3.4 항타설계정수(Driving Design Parameter)...309
  3.5 주말뚝의 항타해석(Driving Analysis for Main Pile)...312
  3.6 보조말뚝의 항타해석(Driving Analysis for Skirt Pile)...319
  3.7 결 론...326
  3.8 세부항목설계(Detail Design)...330
  제 7 장 상부 구조(Deck & Helideck)설계...342
  제 1 절 상부 구조(Deck & Helideck) 구성 및 설계 일반...342
  제 2 절 정역학적 안정해석...346
  2.1 설계일반...346
  2.2 구조물 형상...346
  2.3 설계하중(Design Load)...347
  2.4 하중조합...358
  2.5 정역학적 안전성해석 결과...358
  제 3 절 선적해석(Loadout Analysis)...362
  3.1 선적해석 일반...362
  3.2 덱크의 선적계획...362
  3.3 하중조합...364
  3.4 선적해석 결과...364
  제 4 절 운송해석(Transportation Analysis)...366
  4.1 운송해석 일반...366
  4.2 해상 운송시 작용하중...366
  4.3 해상 운송시 선체운동기준(Barge Motion Criteria)...367
  4.4 운송해석의 흐름도...368
  4.5 구조물의 형상...369
  4.6 운송 배치도 및 구속조건...369
  4.7 운송 해석 결과...372
  제 5 절 하역해석(Lifting Analysis)...373
  5.1 하역해석 일반...373
  5.2 하역계획...373
  5.3 구속조건...374
  5.4 하중조합...375
  5.5 해석결과의 요약...376
  제 6 절 헬리덱크 설계...377
  6.1 헬리덱크 설계일반...377
  6.2 헬리콥터의 제원...378
  6.3 해양헬기장의 구조물 형상...378
  6.4 설계하중...378
  6.5 하중조합...381
  6.6 해석결과...383
  제 7 절 건축 설계...384
  7.1 서 론...384
  7.2 코드 및 표준...384
  7.3 실 배치계획(Room Layout)...385
  7.4 Room의 크기...385
  7.5 자재사용...386
  제 8 장 보트랜딩(Boat Landing) 설계...388
  제 1 절 개요(General)...388
  제 2 절 구조물 형상(Structural Geometry)...388
  제 3 절 구속조건(Boundary Condition)...390
  제 4 절 설계하중(Design Loads)...391
  4.1 사하중(Dead Loads)...391
  4.2 활하중(Live Load)...391
  4.3 환경하중(Environmental Conditions)...392
  4.4 충격하중(Berthing Load)...394
  제 5 절 하중조합(Load Combinations)...395
  5.1 기본하중 조건(Basic Load Condition)...395
  5.2 하중 조합 (Load Combinations)...397
  제 6 절 해석 결과의 요약...400
  6.1 변위검토(Deflection Check)...400
  6.2 부재의 응력 검토(Member Stress Check)...400
  6.3 부재접합부 검토 (JOINT CAN CHECK)...401
  제 9 장 이어도해양과학기지 안전성 제고를 위한 풍동실험...402
  제 1 절 내풍안정성 평가...402
  1.1 풍동실험의 목적...402
  1.2 설계풍속...402
  1.3 상사법칙...405
  제 2 절 풍력측정실험(Force Balance Test)...406
  2.1 개 요...406
  2.2 풍동내의 기류특성...406
  2.3 풍동실험...406
  2.4 실험결과의 해석...417
  2.5 풍력측정 실험 결론...418
  제 3 절 풍압측정실험(Pressure Test)...428
  3.1 다점풍압계...428
  3.2 풍동내의 기류특성...428
  3.3 풍동실험...428
  3.4 실험결과의 해석...435
  3.5 풍압측정실험 결론...436
  제 4 절 풍속계측실험(Wind Speed Test)...445
  4.1 풍속비 계측의 목적...445
  4.2 풍동내의 기류특성...445
  4.3 풍동실험...446
  4.4 실험결과...448
  제 5절풍동실험 결과에 대한 상세 설계 반영사항 검토...484
  5.1 풍동실험에 대한 상세 설계...484
  5.2 Solar Panel에 작용하는 풍압 검토...484
  5.3 헬리덱크 단위 플