가. 세굴실험의 목적
○ 오픈 셀 케이슨 운용 시 기초마운드 세굴에 대한 대응 성능평가
나. 세굴실험 개요 ○ 제원
- 총 5함 케이슨 기초부 세굴 모의 (H: 52 cm B: 56 cm L: 48 cm) - 케이슨 모형 무게 : 200~210kg (속채움 완료)
· 케이슨을 그림 3.1.10과 같이 설치하였으며, 케이슨 내부에는 케이슨의 무게 를 맞추기 위해서 사석을 이용하여 채움.
· 기초 마운드를 10cm 높이로 설정하여 실제 케이슨과 유사하게 모의 설치함.
· 오픈 셀 부분에 사석을 채움
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
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그림 3.1.12 세굴실험 케이슨 방파제 모형
○ 실험방법 ‣ 변수
- 오픈 셀 외벽길이 : 셀 길이의 50%, 25%
- 세굴위치
A) 인터 셀 부분만 세굴 : 인터 셀부분의 기초 마운드 사석 부분제거
B) 인터 셀 + 케이슨 부분 모두 세굴 : 인터 셀과 케이슨 기초 마운드 사석 부분 제거
C) 제두부 부분 세굴 : 제두부 케이슨 기초 마운드 사석 부분 제거
‣ 실험케이스
변수
외벽길이 50% (12 cm) 25% (6 cm)
세굴위치
CASE 1-A CASE 2-A CASE 1-B CASE 2-B
- CASE 2-C
표 3.1.2 실험케이스
- 각 케이슨의 인터 셀 외부전단벽은 내부 셀의 50%인 12 cm과 25%인 6 cm로 설정함.
- 세굴의 위치를 각 실험체 케이스 마다 수행하였으며, 제두부의 세굴은 CASE 2만 수행하였음
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
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CASE 1 CASE 2
그림 3.1.13 실험 변수
‣ 실험계측
- 세굴모의 반대측에 케이슨의 변형을 측정하기 위하여 LVDT 변위계 설치 - 동영상 및 사진 촬영
그림 3.1.14 변위계 설치
다. 세굴실험 결과
○ CASE 1 결과
‣ CASE 1-A : 인터 셀 부분만 세굴된 경우를 모의하였으며, 이 때 케이슨의 최 대변위는 0.01 mm로 거의 미동하지 않음. 세굴된 부분을 인터 셀 내부에 있는 사석이 채워주어 변형이 발생하지 않음.
‣ CASE B-1 : 본 실험케이스는 케이슨 전체에 세굴이 발생하는 것을 가정한 것으로 현장에서는 거의 발생하지 않는 최악의 조건임. 아래의 그림과 같이 인터 셀과 케이슨 부분 모두 세굴된 경우를 모의 하였으며, 세굴의 정도는 케이슨 모형 폭(B)의 약 64%에 해당하
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
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는 36 cm임. 이 때 케이슨의 최대변위는 케이슨 길이방향으로 4.91 mm로 케이슨 길이의 약 8%의 변형이 발생함. 수직방향 변 형은 10 mm, 13 mm로서 케이슨의 높이의 19%의 변형이 발생 함.
기본세팅 CASE 1-A CASE 1-B
CASE 1-A CASE 1-B
그림 3.1.15 CASE 1 결과
- 본 세굴 실험은 최악의 세굴 조건을 고려하여 실험을 수행하였음. 공통적으로, 세굴을 모의하는 동안, 인터 셀 내 사석이 세굴된 마운드 부분으로 침하되어 케이슨의 안정성이 확보되는 것으로 나타났음. 이는 부분적으로 세굴이 발생 하여도 오픈 셀의 인터로킹 효과로 인하여 그 성능이 유지되는 것으로 나타 남. 인터 셀에 채워진 사석이 세굴에 의한 구조물 안정성 확보에 좋은 것으로 나타남.
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
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- 실험초기에는 사석이 부분 제거 되었을 때는 인터 셀 부분의 사석이 채워서 변형을 방지하였으나 케이슨 중간부분의 사석에 많이 제거 될수록 변형이 크 게 발생한 것으로 나타남.
○ CASE 2 결과
기본세팅 CASE 2-A
CASE 2-B CASE 2-C
CASE 2-B 그림 3.1.16 CASE 2 결과
‣ CASE A-2 : 인터 셀 부분만 세굴된 경우를 모의하였으며, 이 때 케이 슨의 최대변위는 0.00mm로 미동하지 않음. CASE 1의 실
제3장 연구개발개행 내용 및 결과
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험모델과 동일하게 인터 셀 부분 세굴이 발생할 경우 인 터 셀 내부의 채움재가 채워주는 것으로 나타남.
‣ CASE B-2 : 인터 셀과 케이슨 부분 모두 세굴된 경우를 모의하였으며, 세굴의 정도는 케이슨 모형 폭(B)의 약 63%에 해당하는 35.2 cm임. 이 때 케이슨의 수평 최대변위는 5.35 mm로 케이슨 길이의 9%의 변형이 발생함. 실험초기에는 사석이 부분 제거 되었을 때는 인터 셀부분의 사석이 채워서 변 형을 방지하였으나 케이슨 중간부분의 사석에 많이 제거 될수록 변형이 크게 발생한 것으로 나타남.
‣ CASE C-2 : 본 실험케이스는 제두부에 집중적으로 세굴이 발생하였을 경우를 모의 한 경우로서 순차적으로 세굴의 정도를 증가 시켰음. 세굴의 정도는 케이슨 모형 길이(L)의 약 50%에 해당하는 22 cm까지 증가 시켰음. 실험초기에는 변형이 발생하지 않았으나 세굴이 깊이가 점점 깊어질수록 케이 슨이 지지할 수가 없어지기 때문에 그림 18과 같이 변형 이 발생한 것으로 나타남.
○ 결론
- 본 실험은 오픈 셀 케이슨 운용 시 기초마운드 세굴에 대한 대응 성능 평가를 목적으로 모의 실험을 수행하였음.
- 인터 셀에 집중적으로 세굴이 발생되었을 경우에는 셀 내부의 사석이 세굴된 부분에 채워지기 때문에 케이슨 전체계의 안정성 확보에 큰 효 과를 발휘하는 것으로 나타남.
- 한 케이슨 전체에 세굴이 발생될 경우에 기존의 케이슨들의 경우에는 세굴이 발생된 위치에서 수평 변형이 크게 발생할 것이나 본 오픈 셀 케이슨의 경우에는 케이슨들이 인터로킹되어 있어 과도한 수평 변형이 발생하지 않는 것으로 나타났음.
- 오픈 셀 케이슨이 운용중 세굴이 발생하였을 경우에 인터 셀 내부의 사 석 및 인터로킹 효과로 인하여 세굴에 대한 안정성 확보가 되는 것으로 나타났음.
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