초록 ▼

본 연구에서는 해상교량의 방호를 위해 설치되는 파일형 선박충돌방호공의 거동 및 설계에 대한 연구를 수행하였다.
연구의 초기 단계로는 비선형거동을 고려하기 위한 선박과 충돌방호공의 정밀모델을 개발하였다. 이 선박모델은 충돌부위인 선수부분은 정밀모델링을 하고 선박의 질량을 나타내는 선박의 본체는 선형재료를 사용하여 모델링하였다. 방호공의 모델링은 파일형 방호공의 주된 에너지 소산메카니즘인 파일의 소성힌지 발생과 이 때의 에너지흡수능력을 평가하도록 구성되었따. 특히파일이 매입된 주변지반의 모델링과 이에 따른 파일의 거동을 평가한다.

본 연구에서는 해상교량의 방호를 위해 설치되는 파일형 선박충돌방호공의 거동 및 설계에 대한 연구를 수행하였다.
연구의 초기 단계로는 비선형거동을 고려하기 위한 선박과 충돌방호공의 정밀모델을 개발하였다. 이 선박모델은 충돌부위인 선수부분은 정밀모델링을 하고 선박의 질량을 나타내는 선박의 본체는 선형재료를 사용하여 모델링하였다. 방호공의 모델링은 파일형 방호공의 주된 에너지 소산메카니즘인 파일의 소성힌지 발생과 이 때의 에너지흡수능력을 평가하도록 구성되었따. 특히파일이 매입된 주변지반의 모델링과 이에 따른 파일의 거동을 평가한다. 지반의 모델링시에는 비선형스프링모델과 고체요소모델링의 적용성을 평가한다. 또한 지층의 조건에 따른 소성힌지의 발생위치를 평가하였다.
파일형 선박충돌방호공에서 상부슬래브는 군파일을 일체화하며 자체의 관성력으로 충돌에 대한 반력을 제공한다. 그러나 슬래브의 질량이 증가하면 횡변위에 의한 2차모멘트의 증가로 파일의 소성힌지변형에 비보수적인 영향을 준다. 또한 슬래브는 강체가 아니므로 충돌파괴를 일으키며 에너지를 흡수한다. 따라서 슬래브의 질량이나 강도가 충돌거동에 미치는 영향과 에너지흡수능력을 평가한다. 이와 같은 현상을 고려할 수 있는 정밀모델을 구성하고 이로부터 파일형 선박충돌방호공의 해석기법을 확립하고 이와 같은 내용을 정리하여 2편의 학술논문을 게재하였다.
파일에서 발생하는 소성힌지의 에너지 소산효과를 검증하기 위하여 강관파일을 정밀모델링하고 상부에 강제변위를 발생시켜 시스템에 작용하는 외부일을 산정하였다. 이 때 강관의 두께, 철근의 유무, 속채움의 유무등에 의한 에너지소산효과를 산정한다. 이 때 인접지반은 비선형 스프링으로 모델링되었다. 해석방법은 동일한 제원의 강관을 상부의 회전구속유무에 따라 해석하여 두 해석모델에서 소산한 에너지곡선을 이용하여 상하부에 발생하는 소성힌지의 에너지소산 성능을 파악하였다. 충돌시 선수의 비선형거동을 모사하기 위하여 2종류의 구상선수를 모델링하고 강체에 강제변위를 이용한 충돌해석을 수행하여 선수의 변형에 따른 반력곡선을 작성하였다. 이 해석에서는 의사정적해석을 통하여 선체의 동적효과를 상쇄시켰고 무질량강체에 작용하는 반력과 무질량강체의 외부일을 통하여 에너지의 소산량을 산정하였다. 반력은 에너지 변화량에 의한 산정방법과 무질량강체의 반력을 이용하는 두 가지 방법에 의하여 산정하였는데 두 방법 모두 동일한 결과를 주었다.
다양한 정밀해석결과 얻은 비선형거동을 포함하는 간이모델을 개발하기 위하여 운동방정식을 유도하고 이를 해석하는 시스템을 개발하였다. 개발된 해석시스템을 이용하여 충돌선박의 질량, 충돌속도, 방호공의 파일 수에 대해서 매개변수 해석을 수행하고 그 결과를 2편의 학술논문에 정리하여 제출하였다.(심사중)
연구과정에서 얻어진 해석기법을 바탕으로 해중터널의 충돌해석을 수행하고 이 결과를 논문으로 게재하였다. 또한 유체등에 의한 추가적인 에너지소산기구를 고려하기 위하여 ALE를 이용한 유체모델링을 시도하였고 이를 활용하여 유체의 추가적인 에너지소산기구의 거동특성을 파악하였고 이를 2편의 논문으로 정리하여 제출하였다.(심사중)
본 연구의 수행과정에서 얻은 파일형방호공의 최적화 아이디어를 정리하여 파일형 충돌방호공에 대한 특허를 출원하였으며 현재 심사가 진행중이다.