가. 기본가정
➀ 인터로킹된 케이슨은 법선방향 움직임에 대해 서로 구속된 것으로 본다.
➁ 각 케이슨에 작용하는 단위폭당 최대 작용파압 분포는 항만 및 어항 설계기준에 서 적용하고 있는 Goda 파압식을 따르는 것으로 한다.
➂ 방파제 기준선 방향 작용 파압의 위상차는 선형파 이론에 따르는 것으로 하며, 일방향 불규칙 및 다방향 불규칙 파는 선형조합으로 나타낼 수 있는 것으로 한다.
➃ 방파제 안정성은 미끌림, 전도 및 연직축 중심 회전에 대해서 독립적으로 평가 하는 것으로 한다.
그림 3.2.16 직립제의 설계파압 분포, Goda 파압식
그림 3.2.17 경사 입사시 기준선 방향 동시 파압분포 예
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
105
그림 3.2.18 인터로킹 케이슨 방파제 예: 오픈 셀 케이슨 적용한 경우
나. 설계지침서(안)
○ 인터로킹 케이슨에 의해 장대화된 방파제의 안정성평가에 관한 설계기준(안)
[항만 및 어항설계 기준 내 수정방안(안)]
(1) 중력식 인터로킹 케이슨 방파제 직립부의 안정성 검토는 파괴 안전율에 근거한 설계법을 표준으로 한다.
(2) 파괴 안전율에 근거한 설계법을 사용할 경우, 직립부의 안정성 검토는 다음에 열거한 ①～⑤에 따르는 것을 표준으로 한다.
① 활동에 대한 안정성의 검토는 다음 식에 의하여 행한다. 이 경우, 안전율은 구조물의 특성에 따라 적절한 값을 취한다.
≦
⋅
(2-1)
여기서, , , , , 및 는 각각 다음과 정의된다.
: 직립부의 활동에 대한 안전율 : 직립부와 기초사석부의 마찰 계수 : 직립부의 중량 (kN/m)
: 직립부에 작용하는 부력(kN/m)
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
106 : 직립부에 작용하는 수평파력 (kN/m)
: 직립부에 작용하는 양(+)방향 수직파력 (kN/m)
: 인터로킹된 케이슨에 의해 체결된 방파제에 작용하는 파압의 길이방향 위상차를 고려한 미끌림 방향 최대파력 저감계수 (해설 (3) 참조)
② 전도에 대한 안정성의 검토는 다음 식에 의하여 행한다. 이 경우에 있어서 안전율은 구조물의 특성에 따라 적절한 값을 취한다.
≦
⋅
⋅⋅
(2-2)
여기서, , , , , 및 각각 다음과 같이 정의된다.
: 직립부의 전도에 대한 안전율
: 직립부의 중력의 작용점으로부터 직립부 제체의 후미하단 (전도지지점) 까지의 거리 (m)
: 직립부에 작용하는 부력 작용점으로부터 직립부 제체 후미하단 까지의 거리(m)
: 수평파력에 의한 직립부의 후미하단 주위의 회전모멘트 (kN·m/m) : 수직파력에 의한 직립부의 후미하단 주위의 회전모멘트 (kN·m/m) : 인터로킹된 케이슨에 의해 체결된 방파제에 작용하는 파압의 길이방향
위상차를 고려한 전도방향 최대회전모멘트 저감계수 (해설 (4) 참조)
③ 연직축방향에 대한 안정성의 검토는 다음 식에 의하여 행한다. 이 경우에 있어서 안전율은 구조물의 특성에 따라 적절한 값을 취한다.
≦ min
(2-3)여기서, , 및 는 각각 다음과 정의된다.
: 직립부의 연직축방향 회전에 대한 안전율
: 양압력이 고려된 방파제에 작용하는 수평파력 (kN)
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
107 [해 설]
(1) 파력을 계산할 때는 제2편 4-10-2 직립벽에 작용하는 파력을 참조하고 안전율은
①～⑤를 참고하여 적절하게 설정한다.
① 활동에 대한 안전율은 설계파압 작용시를 기준으로 1.2 이상이 되도록 한다.
단, 모형실험에 의하여 제체의 안정성을 확인한 경우에는 안전율이 1.2 이하로 설계할 수 있으나 1.0 이하로 되어서는 안 된다.
② 전도에 대한 안전율은 파압에 대하여 1.2 이상, 지진에 대하여 1.1 이상으로 하는 것을 표준으로 한다.
③ 인접 케이슨과 인터로킹 효과를 고려하지 않은 독립된 케이슨의 활동 및 전도 안전율은 1.0이상이 되도록 한다. 단, 모형실험 등을 통해 방파제가 충분한 안 전성이 확보된 것이 확인되면 1.0이하로 할 수도 있다.
④ 지지력에 대한 안전율은 파압에 대하여 1.0 이상으로 하는 것을 표준으로 한다.
⑤ 지반의 활동에 대한 안전율은 설계파압 작용 시 원호활동 1.3, 마운드 직선활 : 수평파력 작용 위치에서의 회전이 생길 때의 임계편심하중 (kN)
(해설 (5) 참조)
min⋅ : 괄호안 값의 최소치
④ 직립부 바닥면의 기초지반 지지력에 대한 안정성 검토는 제4편 제2장 2-4 편심ㆍ경사하중에 대한 지지력에 따라 행한다. 이 경우, 작용파력에 의한 편심ㆍ경사하중은 방파제 기준선방향으로의 작용파압 위상차 효과를 고려하여 산정하되 케이슨 한 함에 작용이 예상되는 최대치를 적용한다.
⑤ 지반의 활동에 대한 검토는 지반의 특성 및 구조특성을 고려하여 파괴가능한 모든 활동면에 대하여 검토해야 한다. 이에 대해서는 제4편 제6장 사면의 안정에 따라 행한다. 이 경우, 방파제 기준선방향으로의 작용파압 위상차 효과를 고려한다.
⑥ 침하에 대한 검토는 지반의 특성 및 구조특성을 적절히 고려하여 침하검토를 시행해야 한다. 이에 대해서는 제4편 제5장 기초의 침하에 따라 행한다. 이 경우, 직립부에 작용하는 파력고려시 방파제 기준선방향으로의 작용파압 위상차 효과를 고려하여 산정하되 케이슨 한 함에 작용이 예상되는 최대치를 적용한다.
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
108
동 1.2, 편심ㆍ경사하중에 대한 지지력 1.0 이상으로 하는 것을 표준으로 한다.
(2) 직립부와 기초사석상부의 마찰계수를 증대시키기 위하여 직립부 저면에 마찰증 대용 매트를 부설하는 등 마찰력 증대를 위한 대책을 강구할 경우는 제2편 제 13장 마찰계수를 참조한다.
(3) 미끌림 방향 최대파력 저감계수, 는 다음의 식으로 산정한다.
▪ 규칙파의 경우,
sin
sin
sin
해설 (2-1)
▪ 일방향 불규칙파의 경우,
∞
tanh
cosh
∞
tanh
cosh
해설 (2-2)
▪ 다방향 불규칙파의 경우,
∞
tanh
cosh
∞
tanh
cosh
해설 (2-3)
여기서,
sin
sin
sin
해설 (2-4)
: 입사파의 파수(=
) (1/m)
: 입사파의 파장
: 방파제 수심 (m)
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
109
: 인터로킹된 방파제 길이 (m)
: 방파제 설치 지점에서의 불규칙 설계파 스펙트럼
: 방파제 설치 지점에서의 다방향 불규칙 설계파 스펙트럼
(4) 전도 방향 최대회전모멘트 저감계수, 는 다음의 식으로 산정한다.
▪ 규칙파의 경우,
sin
sin
sin
해설 (2-5)
▪ 일방향 불규칙파의 경우,
∞
tanh cosh cosh
∞
tanh cosh cosh
해설 (2-6)
▪ 다방향 불규칙파의 경우,
∞
tanh cosh cosh
∞
tanh cosh cosh
해설
(2-7)
(5) 수평파력 작용 위치()에서의 회전이 생길 때의 임계편심하중, 는 다음의 식으로부터 산정한다(그림 해설 2-1 참조).
⋅ 해설 (2-8)
해설 (2-9)오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
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해설 (2-10)
식 해설 (2-9)와 (2-10)으로부터 하중 작용 위치 에서의 임계편심하중 를 결정할 수 있다.
a) 집중하중시 저항력 분포 b) 임계편심하중시 저항력 분포
<그림 해설 A-1 > 방파제 회전에 대한 저항력과 임계하중
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
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