초록 ▼

Ⅱ. 연구목적
최근 국내에서도 해양공간의 이용, 해양풍력발전, 해양자원 개발 등과 관련하여 많은 해양 구조물의 건설이 추진되고 있으며, 대수심 연약지반에 경제적이고 효율적으로 시공이 가능한 석션기초의 활용이 늘고 있다. 일반적으로 석션기초는 상단부는 밀폐되고 하단부는 열린 컵을 엎어놓은 형상을 하고 있으며, 포화된 지반에 파일을 거치하고 파일 내부에 존재하는 물이나 공기를 외부로 배출(suction)함으로써 발생하는 파일 내.외부의 압력차와 파일의 자중을 이용해서 파일을 지반에 설치하는 대구경 기초 구조물이다. 석션기초란 명칭

Ⅱ. 연구목적
최근 국내에서도 해양공간의 이용, 해양풍력발전, 해양자원 개발 등과 관련하여 많은 해양 구조물의 건설이 추진되고 있으며, 대수심 연약지반에 경제적이고 효율적으로 시공이 가능한 석션기초의 활용이 늘고 있다. 일반적으로 석션기초는 상단부는 밀폐되고 하단부는 열린 컵을 엎어놓은 형상을 하고 있으며, 포화된 지반에 파일을 거치하고 파일 내부에 존재하는 물이나 공기를 외부로 배출(suction)함으로써 발생하는 파일 내.외부의 압력차와 파일의 자중을 이용해서 파일을 지반에 설치하는 대구경 기초 구조물이다. 석션기초란 명칭도 이처럼 독특한 설치 방법에서 기인한 것이다. 석션기초의 설치를 위한 관입력은 파일 내.외부의 압력차와 파일 단면적 즉 직경의 제곱에 비례하지만 파일의 관입을 방해하는 관입 저항력은 파일의 직경에 비례하므로 파일의 직경이 클수록 작은 압력차로도 파일의 설치가 가능하게 된다. 이러한 이유로 현재까지 석션기초는 점점 대구경화되어 왔으며, 시공된 석션기초 중 규모가 큰 것은 직경과 길이가 32m와 37m에 달하며 수심이 300m인 해저면에 시공되어 석유시추선의 기초로 사용되었다. 하지만 석션기초의 직경이 커짐에 따라 석션기초 자체 제작비는 물론 설치를 위한 장비비도 크게 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 기존의 대구경 단일형 석션기초 대신에 경제적이고 효율적인 중구경 그룹형 석션기초의 형식을 제안하고 이에 대한 설계 및 시공 기준을 제시하고자 한다. 중구경 그룹형 석션기초는 공강에서 기성품으로 제작되는 말뚝을 사용함으로써 제작비를 줄일 수 있으며, 모듈화가 가능하여 현장의 지반조건이나 수리조건에 맞게 능동적으로 적용이 가능한 장점이 있다. 또한 그룹형 석션기초 상부에 있는 파일캡(pile cap)이 석션기초의 회전을 제한하기 때문에 석션기초의 횡방향 지지력 증가효과도 기대된다. 그리고 본 연구에서는 일반적으로 석션기초의 재료로 사용되는 강재나 철근콘크리트 비해 해수에 대한 내구성이 뛰어나고 친환경적인 유리섬유복합관(CFRP)의 적용 가능성을 평가하고 유리섬유복합관 석션기초의 효율적인 시공법을 제시함으로써 콘크리트 부유구조체의 안정적인 기초시스템으로 활용하고자 한다.
Ⅲ. 연구의 배경
최근 세계적으로 산업규모 거대화에 의한 지상공간 고갈, 환경보호 강조 및 민원발생에 따른 육상공간의 활용 제한으로 대안공간의 필요성이 증대되면서 거대한 성장 잠재력을 갖고 있는 미개척지인(BlueOcean) 해상공간의 경제적.친환경적 창출 필요성이 증대되고 있다. 특히 국내의 경우‘제4차 국토종합개발계획(2006-2020)’의 “약동하는 통합국토 구조의 구축”의 일환으로 동북아 물류중심국가의 역할을 수행하기 위한 로드맵으로 해상 또는 해안시설 확충이 제시되었고, 해당수산부의 ‘해양개발기본계획’의 8대 주요시책에 부유식 구조물의 개발을 통한 해양공간의 이용 및 개발이 포함되어 있다. 우리나라의 경우 산악지형의 좁은 국토와 삼면이 바다에 접해있어 현재 지자체를 중심으로 부유구조체 적용성을 검토하고 있으며 향후 수백조의 해상인프라 건설 수요가 형성될 것으로 예측되고 있다.

Abstract ▼

Ⅱ. OBJECTIVES
Recently, there are many worldwide offshore construction projects, such as offshore wind power plants, marine resource developments, and others. The demand of suction foundations, which are cost-effective and construction-efficient for anchor type foundations in the deep sea, is sha

Ⅱ. OBJECTIVES
Recently, there are many worldwide offshore construction projects, such as offshore wind power plants, marine resource developments, and others. The demand of suction foundations, which are cost-effective and construction-efficient for anchor type foundations in the deep sea, is sharply increasing. In general, a suction foundation has an upside down cup(e.g. bell shape) feature. When the suction foundation is initially installed on the seafloor by its self-weight, the water and air trapped inside the suction caisson are pumped out by imposing negative pressure inside the caisson. Then, the pressure difference between the caisson shell inserts the caisson into the seabed. The driving force increases proportionally with an increasing cross-section area. However, the skin frictional resistance mobilized against caisson penetration also increases with an increasing cross-section area. Thus, for suction caisson having a large cross-section area, only small amount of pressure difference enables a successful caisson penetration.
From previous case histories of suction foundation constructions over various soil conditions(i.e. from weak clays to frictional soils), it is reported that their embedded depths, sea water depths, and diameters of suction foundations were within ranges of 4~36 m, 11~350 m, and 15~37 m, respectively. However, as the size of suction foundation increases, its production cost also increases. Therefore, this study introduces a new suction foundation type(i.e. group of small suction foundations) which is more economical to replace the usage of ordinary large scale mono-suction caissons.
The newly suggested hybrid suction foundation type is cheep and modularized because it uses ready-made pipes as single suction caissons. Moreover, the mat-type pile cap increases confinement as well as lateral earth resistance.
The material used in this study is glass fiber reinforced plastic(GFRP) which has higher durability and environmentally-friendliness compared to those of ordinary cement. Therefore, the new hybrid suction foundation type is strongly recommended to be used as mooring foundations of floating structures.
Ⅱ. BACKGROUND
Nowadays, the use of offshore spaces becomes attractive due to the shortage of onshore areas, diverse civil complaints against onshore constructions, and environmental issues resulting from enlargement of industrial scale. The potential economic savings and environmental friendliness of undeveloped blue ocean area increase the interests of its development. Especially, domestically, one of the major objectives(construction of integrated national structures) of the 4th plan of comprehensive national land development aims our nation to be a logistics hub of Northeast Asia countries. In this regard, development of offshore or near shore has been suggested; therefore, the Minister of land, transportation, and maritime affairs declared that the use and development of offshore areas and development of floating structure as one of the eight major categories of ocean development plan. The land of our nation is limited and mostly consists of mountainous area. Nevertheless, the fact that the land is facing three sides by the sea increases the potentials of offshore developments, which economic effects may be tremendous.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 3
• Summary ... 9
• 목차 ... 15
• 표목차 ... 19
• 그림목차 ... 20
• Contents ... 24
• List of Tables ... 29
• List of Figures ... 30
• Ⅰ. 연구계획 ... 34
• 제1장 연구의 필요성 ... 35
• 제2장 연구목표 및 내용 ... 38
• 1. 연구목표 ... 38
• 2. 연구내용 및 범위 ... 39
• 2.1 총괄 연구내용 ... 39
• 2.2 연차별 세부 연구내용 ... 39
• 2.3 당해연도 세부 연구 추진 일정 ... 42
• 2.4 연구 추진 체계 ... 44
• 3. 사업과의 연계성 ... 45
• 3.1 기술지도(Technology Road Map) ... 45
• 3.1.1 거시 TRM ... 45
• 3.1.2 미시 TRM ... 45
• 3.1.2 세부기술간 상관도(Technology Flow) ... 46
• 4. 연구성과 활용방안 및 기대효과 ... 46
• 4.1 연구성과 활용방안 ... 46
• 4.2 기대효과 ... 47
• 제3장 국내외 기술동향 ... 49
• 1. 국외 기술동향 ... 49
• 2. 국내 기술동향 ... 52
• 제4장 석션기초 실내 모형실험을 위한 대형 토조 시스템 구축 ... 56
• 1. 개요 ... 56
• 2. 말뚝 수평인발 실험을 위한 장비 ... 58
• 2.1 대형 토조 장치 ... 58
• 2.2 진동다짐을 이용한 토조지반 조성 장치 ... 61
• 2.3 횡방향 하중 재하를 위한 인발장치 ... 63
• 2.4 계측 및 DAQ(Data Acquisition) 장비 ... 65
• 2.5 기타장비 ... 67
• 3. 모형 지반 조성 방법 ... 68
• 3.1 지반 조성 재료 ... 68
• 3.2 지반 조성 방법 ... 69
• 4. 단말뚝(Mono-pile) 모형 실험 ... 71
• 4.1 개요 ... 71
• 4.2 단말뚝의 횡방향 인발에 대한 하중-변위 거동 ... 72
• 4.3 와이어-도르래 하중 인발 시스템의 하중 전달율 ... 74
• 5. 하이브리드 석션기초 모형실험 계획 ... 76
• 6. 소결론 ... 79
• 제5장 석션기초 지중 관입 해석을 위한 정밀 유한요소해석 기법 개발 ... 80
• 1. 개요 ... 80
• 2. 해석 기법 연구 ... 81
• 2.1 Adaptive Remeshing 기법 ... 81
• 2.1.1 개요 ... 81
• 2.1.2 해석 단면 ... 82
• 2.1.3 입력 조건 ... 83
• 2.1.4 해석 방법 ... 83
• 2.1.5 해석 결과 ... 85
• 2.2 Cohesive interaction 기법 ... 88
• 2.2.1 개요 ... 88
• 2.2.2 해석 단면 ... 88
• 2.2.3 입력 조건 ... 89
• 2.2.4 해석 방법 ... 90
• 2.2.5 해석 결과 ... 91
• 2.3 ALE adaptive meshing 기법 ... 93
• 2.3.1 개요 ... 93
• 2.3.2 해석 단면 ... 93
• 2.3.3 입력 조건 ... 94
• 2.3.4 해석 방법 ... 95
• 2.3.5 해석 결과 ... 96
• 3. 석션기초의 지중 관입 모델 개발 ... 97
• 3.1 탄성 모델 개발 ... 97
• 3.1.1 해석 단면 ... 97
• 3.1.2 입력 조건 ... 99
• 3.1.3 해석 방법 ... 99
• 3.1.4 해석 결과 및 분석 ... 100
• 3.2 소성 모델 개발 ... 106
• 3.2.1 해석 단면 ... 106
• 3.2.2 입력 조건 ... 108
• 3.2.3 해석 방법 ... 108
• 3.2.4 소성 모델의 관입량 비교 ... 110
• 4. 소결론 ... 113
• 제6장 하이브리드 석션 기초 최적 시공법 개발 ... 116
• 1. 개요 ... 116
• 2. 석션기초의 시공과정 ... 117
• 2.1 시공계획 ... 117
• 2.2 운반 및 설치 ... 119
• 2.2.1 운반 ... 119
• 2.2.2 설치 ... 120
• 2.3 석션압 산정 ... 121
• 2.3.1 석션기초의 침설원리 ... 121
• 2.3.2 설계석션압의 산정순서 ... 123
• 2.3.3 지침량의 산정 ... 126
• 3. GFRP 석션기초 관입성능 평가 ... 127
• 3.1 개요 ... 127
• 3.2 해석방법 ... 127
• 3.2.1 해석 프로그램 ... 127
• 3.2.2 해석 조건 ... 129
• 3.3 해석 결과 ... 130
• 4. 현장 시험설치 ... 131
• 4.1 시험체 제작 ... 131
• 4.2 시험위치 및 지반조건 ... 135
• 4.2.1 시험위치 ... 135
• 4.2.2 지반조건 ... 136
• 4.3 실험방법 ... 137
• 4.3.1 개요 ... 137
• 4.3.2 실험장비 ... 138
• 4.3.3 실험방법 ... 140
• 4.4 실험결과 ... 142
• 5. 소결론 ... 145
• 참고문헌 ... 148
• 부록 ... 152
• [부록-1] 석션기초의 지중 관입-탄성 모델 해석결과 ... 153
• [부록-2] 석션기초의 지중 관입-소성 모델 해석결과 ... 161
• 서지자료 ... 177
• 끝페이지 ... 179