3.3 단일육상가옥에 작용하는 지진해일파력의 평가
3.3.2 지진해일파력의 추정
단일육상가옥에작용하는지진해일파력을추정하기위하여식(3.2)과다음의식(3.7)을적용한다.
1
2 (3.7)
여기서, 는 Morison식에의한예측파력으로항력과관성력을동시에고려하는경우이고, 는항력계
수, 은관성력계수, 는흐름방향으로구조물의투영면적으로 의함수, 는구조물의배수체적 으로 의함수, / 는가속도, 는항력, 는관성력이다.
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(a) CASE A (b) CASE B
(c) CASE C (d) CASE D
(e) CASE E
Fig. 3.14. Maximum tsunami forces.
항력계수와관성력계수는예측치와관측치(측정치)와의사이에주어지는다음의관계식(3.8)과같은오차 의자승을최소로하는최소자승법으로부터산정되며, 가속도의시간이력은수치해석으로얻어진유속의시
간이력을 Fourier변환하여산정된다.
(3.8)
여기서, 은수치해석에의한측정파력을나타낸다. 그리고, 최소자승법의최소화과정인 ⁄
0, ⁄ 0으로부터식(3.8)을적용하여항력계수와 관성력계수를 산정하면다음의식과같이주어질 수
있다.
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∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑ ∑ (3.9)
∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑ ∑ (3.10)
이상의식들을적용하기위하여구조물이존재하지 않는경우의침수심과유속을각각의 CASE에대해
측정하였다. 다음의 Fig. 3.15는 전체 CASE 중의 CASE B( / =0.067)에대해호안으로부터의 이격거리의변화 에따른침수심과유속을시간이력으로나타낸것이다. 그림으로부터유속의경우지진해일파가구조물의위 치에도달하는순간최고치에이르는반면, 침수심의경우구조물의위치에도달후약 0.1초이후에최고치에 이르렀다가완만하게감소하는것을알수있다. 이로부터유속과침수심의최대치는동시에나타나지않으며,
어느정도의위상차를가진다는것을확인할수있다. 이러한결과는전체 CASE에서유사하게나타났다.
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Fig. 3.15. Time variation of the computed water levels and velocities at the proposed positions in the absence of the onshore house.
(1) 항력만을 고려한 지진해일파력의 추정
Table 3.1은각 CASE별로식(3.2)에 과 를적용하여산정된항력계수와그평균값을나
타낸 것이다. 또한, Fig. 3.16은 식(3.2)에 의해 추정된 최대지진해일파력 과 FEMA-CCM(2005) 및
Yeh(2006, 2007)가제안하는 =2.0을적용하여추정한결과를수치해석결과 로나누어무차원화한 값
을나타낸것이다. 결과에의하면 CASES A, B 및 D는설계기준에의한최대지진해일파력이다소크게평가하
고있음을확인할수있으나 CASES C과 E의결과에서는추정치가설계기준치와매우유사한값을나타내었
다.
Table 3.1. Average estimated drag coefficients .
/ 1.0 2.0 2.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 Average value
CASE A 1.61 1.27 1.23 1.44 1.32 1.00 0.84 1.37 1.26
CASE B 1.97 0.95 0.92 1.86 1.97 2.03 2.14 2.00 1.73
CASE C 2.60 2.22 1.80 1.78 1.86 1.81 1.69 1.55 2.01
CASE D 1.78 1.66 1.61 1.58 1.57 1.49 1.31 - 1.62
CASE E 2.08 2.20 1.82 1.73 1.69 1.67 1.65 1.62 1.90
(a) CASE A (b) CASE B
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(c) CASE C (d) CASE D
(e) CASE E
Fig. 3.16. 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
다음의 Table 3.2는식(3.5)와 (3.6)을적용하여산정된항력계수와관성력계수및그의평균치를나타낸것
이다. 결과를살펴보면항력계수 는 2.1~1.5의값을, 관성력계수 은약 0.5~0.2의값을나타냄을알수있
다. 여기서, Fujima et al.(2009)은육상가옥의경우항력계수와관성력계수를각각 2.0과 1.0으로제안하고있는
점을감안하면본연구의결과인관성력계수에서 다소 차이가있음을 알수있다. 또한, 항력계수및관성력계 수는 / 가증가할수록작은값을나타냄을알수있다.
Fig. 3.17은 Table 3.2에나타낸각 CASE의평균항력계수와평균관성력계수를적용하여추정된지진해일파
력과수치해석에의한결과치의시계열을대표적인 CASE B의경우에대해서만나타낸것이다. 결과에서관성 력에비해항력이탁월하며, 추정된지진해일파력은수치해석치를잘재현하고있는것으로판단된다.
Fig. 3.18은 전체 CASE에서 추정된 최대지진해일파력 를 수치해석에 의한 최대지진해일파력
로나누어무차원한결과이다. 결과에서 / 는 1.0에근접한값을나타냄을확인할수있으 며, 이로부터추정된지진해일파력이수치해석에의한지진해일파력을잘재현하고있음을알수있다.
다음의 Fig. 3.19는 Figs. 3.16, 3.17 및 3.18의결과를바탕으로추정치와수치해석치의관계로나타낸것이다.
결과를살펴보면 FEMA-CCM(2005) 및 Yeh(2006, 2007)가제안한항력계수로추정된지진해일파력은 / 가
낮은경우전술한바와같이다소크게평가되어있으나 / 가 큰경우항력만을고려하여추정된최대지진 해일파력 와유사한값을보였다. 그리고, 항력만을고려하여추정한지진해일파력보다항력및관성 력을모두고려하여추정된지진해일파력이수치해석의결과를보다잘재현하고있음을알수있다. 이로부 터고정도의지진해일파력의평가를위하여항력만을고려하여추정한방법보다항력과관성력을동시에고
３２ 려하여추정한방법이더적절함을확인할수있다.
Table 3.2. Estimated drag and inertia coefficients.
/
CASE A CASE B CASE C CASE D CASE E
1 2.00 0.05 2.33 0.98 2.38 0.65 2.36 0.27 2.33 0.31
2 1.07 0.42 1.04 0.31 2.07 0.66 2.01 0.35 2.04 0.43
3 1.03 0.20 0.95 0.48 1.89 0.81 1.86 0.34 1.79 0.41
4 2.30 0.36 1.83 0.66 1.80 0.58 1.73 0.34 1.72 0.41
5 2.24 0.89 2.03 0.63 1.76 0.67 1.63 0.39 1.64 0.39
6 1.90 0.48 1.95 0.55 1.79 0.92 1.67 0.40 1.59 0.40
7 2.54 0.28 2.05 0.61 1.71 0.63 1.61 0.35 1.50 0.43
8 2.67 0.26 2.07 0.47 1.62 0.65 - - 1.49 0.42
Average values 2.1 0.4 1.8 0.4 1.7 0.5 1.5 0.2 1.5 0.2
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Fig. 3.17. Time variation of the computed and estimated wave forces in the onshore house.
Fig. 3.18. Comparison between the estimated maximum tsunami forces by Morison eq. considering both drag and inertia forces and the numerical ones.
(a) CASE A (b) CASE B
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(c) CASE C (d) CASE D
(e) CASE E
Fig. 3.19. Comparison of computed and estimated wave forces acting on the onshore house.