4.2 육상저유탱크에 작용하는 지진해일파력
4.2.2 지진해일파력의 추정
지진해일파력의추정에제3장의식(3.2)과 (3.7)을적용하기위하여침수심과유속을산정할필요가있다. 따라서, 본연구에서는수치해석으로부터모든 CASE에대해저유탱크가존재하지않을때저유탱크의중앙 점위치에서침수심과유속을측정하였다. Fig 4.4는 CASE 1의경우에호안과의이격거리에따른침수심과유 속의경시변화를나타낸일례이다. 결과를살펴보면유속과침수심은육상부에도달하면서급격하게증가하는
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경향을보이며, 가멀어질수록유체분리현상에의해비정상흐름이발달하게되고, 복잡한수면형을나 타내는것을알수있다. 또한, 최대침수심과최대유속이나타나는시간은동일하지않으며, 위상차가존재한 다는것을알수있다.
Fig. 4.3. Time evolution of the computed water level fluctuation in the CASE 1.
(1) 항력만을 고려한 지진해일파력의 추정
먼저, 식(3.2)에수치해석으로부터추정된 와 Fig. 4.4로부터산정되는 을적용하여각
CASE에서항력계수를산정하였으며, 각 CASE에서 의변화에따른항력계수와그평균값을 Table 4.1 에나타내었다. 산정된평균항력계수는 CASE 1의경우 1.05, CASES 2~5에서각각 0.96, 0.79, 0.97 및 0.90로전체 적으로 1.0에 근접한 값을 나타내었으며, 이는 FEMA-CCM(2005) 및 Yeh(2006, 2007)가 제안한 항력계수
=1.2보다약간작은값을나타냄을알수있다.
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Fig. 4.4. Time variation of the computed water levels and velocities at the proposed positions in the absence of the onshore oil storage tank.
Table 4.1. Estimated drag coefficients .
/ 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 2.0 2.5 4.0 Average value
CASE 1 1.08 1.17 1.35 1.23 0.89 0.89 0.90 0.86 1.05
CASE 2 1.25 0.95 0.95 0.94 0.89 0.88 0.89 0.85 0.96
CASE 3 0.96 0.80 0.78 0.72 0.73 0.77 0.70 0.78 0.79
CASE 4 0.96 1.04 1.10 1.03 0.88 0.83 0.80 0.99 0.97
CASE 5 - 1.08 0.76 0.79 0.90 0.90 - 0.89 0.90
다음으로, Fig. 4.5는 Table 4.1로부터산정된평균항력계수를적용하여각 CASE에대한육상구조물에작용
하는 최대지진해일파력 을 수치해석치 로 나누어 무차원화한 결과이다. 여기서, FEMA-
CCM(2005) 및 Yeh(2006, 2007)에의해제안된원주구조물에대한항력계수 =1.2를적용하여추정된최대지
진해일파력도병기·비교한다. 이로부터설계기준치보다본연구에서산정한항력계수에의해추정된최대지 진해일파력 이 를더 잘재현하는 것을 알 수있고, 따라서 설계기준에서 제안한 항력계수
=1.2를적용하여추정한최대지진해일파력이 를크게평가하고있음을확인할수있다.
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(a) CASE 1 (b) CASE 2
(c) CASE 3 (d) CASE 4
(e) CASE 5
Fig. 4.5. 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
육상저유탱크의全面에서측정된지진해일파압의적분으로부터산정되는지진해일파력과침수심및유속 의시간이력으로부터항력및관성력을동시에고려한지진해일파력을각각평가하였다. 항력계수와관성력계 수및지진해일파력을추정하기위하여식(3.7)을적용하였으며, 항력계수와관성력계수는 식(3.9)와 (3.10)으로 부터추정되었다.
Table 4.2는각 CASE의산정된항력계수와관성력계수와그의평균치를나타낸것이다. 결과를살펴보면
각각의 CASE에서 / 가증가함에따른항력계수와관성력계수의차이는미소하며, 대체적으로일정한값을
나타냄을알수있다. 여기서, CASE 1의경우추정된평균항력계수와평균관성력계수는각각 2.1과 0.4이며,
⁄ 가커질수록각 CASE의평균치는 점차 감소하는경향을 나타내지만각 CASE에서 큰차이가없는비슷
한값이산정되었다.
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Table 4.2. Estimated drag and inertia coefficients.
/ CASE 1 CASE 2 CASE 3 CASE 4 CASE 5
0.5 2.06 0.56 2.00 0.52 1.93 0.41 2.04 0.28 - -
1.0 1.97 0.22 1.79 0.45 1.86 0.50 1.71 0.17 1.75 0.20
1.5 2.12 0.34 1.78 0.42 1.73 0.51 1.62 0.16 1.56 0.23
2.0 2.13 0.44 1.74 0.43 1.66 0.52 1.51 0.18 1.51 0.23
2.5 1.96 0.60 1.82 0.37 1.62 0.57 1.45 0.23 1.45 0.22
3.0 2.11 0.37 1.81 0.40 1.63 0.46 1.45 0.17 1.42 0.22
3.5 2.32 0.25 1.75 0.35 1.64 0.40 1.20 0.12 - -
4.0 2.28 0.29 1.90 0.22 1.68 0.41 1.43 0.14 1.34 0.23
Average values 2.1 0.4 1.8 0.4 1.7 0.5 1.5 0.2 1.5 0.2
Table 4.2에나타낸평균항력계수와평균관성력계수로부터지진해일파력을추정하였으며, 다음의 Fig. 4.6은
전 CASE에서대표적인예로 CASE 2에서추정된지진해일파력과수치해석에의한결과치의시간이력을나타
낸것이다. 추정파력과수치해석치의변화양상및두최대지진해일파력이매우일치함을알수있다. 이러한
추정치와 Fig. 4.4의결과를비교하면추정치는관성력에비해항력이지배적인것을확인할수있다. 파가구
조물에부딪히는순간에는가속도가크게나타나므로관성력이다소큰값을나타낼수있지만시간이경과함 에따라전체적으로는항력이지배적인적으로판단되고, 특히관성력계수가항력계수보다작은값을나타내 는것으로부터알수있을것이다. 또한, / 가증가함에따라추정된지진해일파력에서쌍봉형의파력분포 가나타나는것을확인할수있으며, 이와같은분포는육상에서의전파거리가긴경우에지반과의상호간섭 등에의한유체분리현상에의한결과로판단된다. 그리고, 이러한파력분포는 / 가높아질수록감소하는경 향을나타내었다.
다음의 Fig. 4.7은 全 CASE에서 추정된 최대지진해일파력 를 수치해석치의 최대지진해일파력
으로나누어무차원한결과이며, / 가 1.0에근접할수록추정치는수치해석치에근접한다
는것을의미한다. Fig. 4.7를통하여全 CASE에서추정치가수치해석치를잘재현하고있음을알수있다.
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Fig. 4.6. Time variation of the computed and estimated wave forces in onshore oil storage tank.
Fig. 4.7. Comparison between the estimated maximum tsunami forces by Morison eq. considering both drag and inertia forces and the numerical ones.
이상의 Figs. 4.5, 4.6 및 4.7에나타낸결과를추정치 와수치해석 의관계를 Fig. 4.8에나타내
었다. 전술한바와같이설계기준에의해추정된지진해일파력은전체적으로수치해석치에비해다소큰값을 나타냄을확인할수있으며, 추정방법에대해항력만을고려한방법과항력과관성력을동시에고려한방법에 의한차이는미소하나보다정도높은지진해일파력의추정을위해서는항력및관성력을동시에고려한추정
４６ 법이더적합한것으로판단된다.
(a) CASE 1 (b) CASE 2
(c) CASE 3 (d) CASE 4
４７ (e) CASE 5
Fig. 4.8. Comparison of computed and estimated maximum tsunami forces for onshore oil storage tank.