2.6 교량에 작용하는 지진해일파력의 평가
2.6.2 지진해일파력의 추정
연안교량에작용하는지진해일파력을추정하기위하여구조물이존재하지않을때구조물의위치에 서수위변동및유속을측정하였다. 지진해일파력추정은 CASE 1을제외한 CASE 2, 3 및 4에대해서실 시하였으며, 각 CASE 의수위변동, 수평및연직유속을 Fig. 2.20에나타내었다. Fig. 2.20에대한전체적 인경향은 수위변동및유속모두지진해일파가구조물에도달하는순간최대값을나타내며, 이후완만 하게감소함을알수있다. ⁄ℎ가커질수록수위는약간커지나유속의 차이는거의없는것으로나 타났으며, ⁄ℎ의차이에따른수위및유속의형상에서차이가거의없는유사한시간파형을 나타냄 을알수있다. 또한, 연직유속은 수평유속에비해그값은매우미소함을알수있다. 본연구에서는교 량에대한지진해일파력의추정은수평파력만을대상으로하였다.
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(a) CASE 1 (b) CASE 2
(c) CASE 3
Fig. 2.20. Time variation of the computed water levels and velocities at the proposed positions in the absence of the bridge.
(1) 항력만을 고려한 지진해일파력의 추정
항력만을고려한지진해일파력의추정에 육상저유탱크및가옥과마찬가지로식(2.31)을이용하였다.
또한, 다음의식(2.38)은교량에대한항력계수를나타내는설계기준치(Japan road association, 1996)이며, 본
연구의모형교량에서는식(2.38)을통하여= 1.56이라는값이산정된다. 그리고, 수평파력을대상으 로적용된다.
= 2.1 − 0.1(/) 1 ≤ / ≤ 8
1.3 8 ≤ / (2.36)
여기서, B는교량의폭, T는거더를 포함한교량의전체높이이다.
다음의 Fig. 2.21은 과ℎ 를식(2.31)에적용하여산정된항력계수와침수율의
관계를나타낸것이다. 여기서, 침수율은교량의위치에서의 침수심고와바닥에서모형교량까지의거리 h의비이며가로축을나타내며, 세로축은항력계수를나타낸다. Fig. 2.21에서침수율이커질수록항력
계수는감소하는것을알수있다. 또한, 산정된은 CASE 2, 3 및 4 각각 1.40, 1.05, 1.02로그의평균
값은 1.16이며, ⁄ℎ의값에따라다소차이가있음을확인하였다. 그리고, Fig. 2.22은본연구에서산
정된를적용하여추정된최대지진해일파력 와수치해석치를비교하여나타낸것이며, 설
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계기준에의해추정된 를병기한다. 그결과, CASE 2를제외한 CASE 3, 4에서산정된에
의해추정된 는수치해석치를잘재현하고있는것으로판단되며, CASE 2의경우설계기준에
의해추정된 가수치해석치와더일치함을알수있다.
Fig. 2.21. Estimated drag coefficients.
Fig. 2.22. Comparison between the estimated maximum tsunami forces by Morison eq.
considering drag force only and the numerical ones.
(2) 항력 및 관성력을 동시에 고려한 지진해일파력의 추정
수치해석에의해측정된수평파력과침수심및유속을식(2.32)에적용하여식(2.34), (2.35)의과정을 통하여추정된항력계수와관성력계수를 Table. 2.5에나타내었다. 전체 CASE에대한평균항력계수및 평균관성력계수는각각 0.44, 0.17이다. 이는전술한육상저유탱크와가옥에비해다소작은값을나타냄 을알수있다. 그리고 Fig. 2.23에나타낸추정파력과수치해석에 의한파력의시간이력을통해추정파 력이수치해석의형상을잘재현하는것으로판단된다.
51 Table 2.5. Estimated drag and inertia coefficients.
, ,
CASE 2 0.46 0.16 CASE 3 0.41 0.14
CASE 4 0.45 0.22 Average 0.44 0.17
Fig. 2.23. Time variation of the computed and estimated wave forces in the bridge.
다음의 Fig. 2.24은 Fig. 2.22와 2.23에서추정된최대지진해일파력을나타낸것으로, 각각의추정법과설
계기준및수치해석치를동시에비교ㆍ검토한다. Fig. 2.24를통하여 CASE 2를제외한나머지결과에서 설계기준= 1.56에의해추정된 지진해일파력에비해항력만을고려한추정법이더수치해석치 에가까우며, 그리고, 항력만을고려한 방법에비해항력과관성력을동시에고려한 추정법이수치해석 치에더가까운 것을알수있다. 여기서, 각방법에의한결과의차이는미소하나지진해일파력의추정 에항력과 관성력을동시에 고려한추정법이가장적합함을확인하였다.
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Fig. 2.24. Comparison of computed and estimated wave forces acting on the bridge.