파력 등 설계외력 결정방법 개발 - 오픈 셀 케이슨 설계기술 개발

가. 정현파형에 기초하는 파력의 평활화 효과

○ 장대형 케이슨에서 파력의 평활화 효과는 케이슨 기준선 방향의 각 위치에서의 최대 단위 폭 당 파력(이하 “단위 파력”이라 함)이 위상차를 갖고 작용하기 때문에 발생함. 아래 그림에서는 5개의 케이슨을 일체화시킨 경우이며, 이때 케 이슨을 일체화시켜 장대화하는 대신 케이슨 한 함의 길이를 증가시키더라도 동 일한 파력의 평활화 효과가 발생함.

(a) 방파제와 입사파 (b) 단위 파력의 위상차 (c) 파력 평활화 효과 그림 3.2.1 장대형 케이슨에 작용하는 파력

○ 케이슨의 길이를 _, 파의 입사각을 , 파장을 로 나타내면 파향 방향에 대한 케이슨의 투영길이와 파장의 비(_ sin)가 클수록 파력의 평활화 효과가 커 짐. 파압의 시간변화가 정현파적인 경우 파력의 평활화 계수 _는 최대 단위 파력이 케이슨 전면에 동시 작용하는 경우의 합력(__max)과 단위 파력의 분포 를 고려한 합력을 이용하여 구할 수 있고, 최종적인 결과는 케이슨의 상대길이 (_sin)에 의해 다음 식과 같이 표현됨(Takahashi and Shimosako, 1990).

_ __max



_{ }



_

_maxcos sin

 _sin sin_sin

, _sin≦ 

○ 여기서, _max는 케이슨 전면에 작용하는 단위 파력 중 최대 단위 파력을 의미 하고, 과 는 각각 입사파의 파장과 입사각을 나타내며, _는 케이슨 한 함의 길이 또는 인터로킹에 의하여 일체화된 케이슨의 길이를 의미함. 아래의 그림

제3장 연구개발개행 내용 및 결과

3.2.3은 케이슨의 상대길이에 따른 파력 평활화 계수(_)를 정리한 것으로, 그래 프의 위쪽에는 입사각이 각각 =15°, 30°, 45°인 경우의 케이슨 길이와 파 장의 비 _를 함께 나타냄. 다만 이 그래프에서 식(2-1)을 나타낸 것은

  인 경우임. 이 그래프를 통하여 20% 수준의 파력 평활화 효과를 기대하기 위해서는 입사각이 30°인 경우 설계파 파장의 0.7배 정도 길이의 장대형 케이 슨이 필요하며, 입사각이 15°, 45°인 경우에는 각각 설계파 파장의 1.4배, 0.5 배 정도의 장대형 케이슨이 필요한 것을 쉽게 알 수 있음.

나. 식에 기초하는 파력의 평활화 효과

○ 혼성제 케이슨에 작용하는 파력의 경우 파의 유한진폭성에 의해 쌍봉형의 파력 형태를 가지게 됨. 또한, 마운드가 높은 경우와 파고가 큰 경우에는 최대 파력 부분이 가파르게 솟은 형태의 충격적인 파력이 작용하게 된다.『항만 및 어항 설계기준·해설(2014)』에서는 직립벽에 작용하는 파력을 구하는 경우, 동 기준 의 제2편 설계조건 식(4-2)에서와 같이 파압이 0이 되는 높이 및 최대 파압 _ 이 작용하는 정수면, _ 파압이 작용하는 해저면에서의 파압을 직선분포로 고 려하여 파력을 구하게 됨. 이때 정수면에서의 파압 _는 파압보정계수를 1로 고려할 때, 다음 식과 같이 나타낼 수 있음.

_   cos_ _cos^ _

○ 여기서 는 입사각으로 항만 및 어항 설계기준·해설(2014)의 제2편 설계조건 식(4-2)의 주방향 각도를 보정한 와 동일한 값임. 한편 Goda 식에서는 파압의 시간적인 변화를 별도로 제시하고 있지 않으나, Goda식의 파력에 기초하여 보 다 현실에 가까운 파형을 다음의 그림 23과 같이 고려할 수 있음(Takahashi and Shimosako, 1990). 즉 _항만을 정현파로 하고, _항은 작용시간이 주기 T 의 1/20인 삼각파로서 충격파를 모사할 수 있고, 이러한 조건에서 전항과 동일 하게 파력 평활화 효과를 평가할 수 있음. 이와 같은 파형을 고려하면 파력의 평활화 계수는 케이슨의 상대길이뿐만 아니라 _와 _의 비에 따라 다르게 결 정되며, 이때 _, _ 항의 파력 평활화 계수를 각각 _

, _

으로 하면 전체 파 력의 평활화 계수 _는 다음 식과 같이 표현할 수 있음.

오픈 셀 케이슨 설계기술 개발

_ _

 _

  

○ 여기서, _

과 _

, 는 다음과 같다.

_

  _sin sin_sin

_

 



^^{}^sin  for _sin≧ 

  _sin for _sin 

  _cos^_

그림 3.2.2 Goda식을 적용한 단위 파력의 시간변화

○ 그림 3.2.3은 이와 같은 조건에서 구한 _의 값임. 전술한 바와 같이   인 경우는 정현파형으로 고려한 경우와 같음. 한편 이 그래프를 통하여 _가 큰 충격적인 파가 작용할 때일수록 케이슨 길이가 비교적 짧아도 파력의 평활화 효과가 큰 것을 알 수 있음. 예를 들어 _sin이 0.1인 경우   에서

_ 가 되어   일 때보다 상당히 작아지며, 이는 곧 파력의 평활화 효 과가 커짐을 의미함.

제3장 연구개발개행 내용 및 결과

그림 3.2.3 충격파의 상대적 크기에 따른 파력 평활화 효과

Dalam dokumen 오픈 셀 케이슨 설계기술 개발 (Halaman 110-113)