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Fig. 4.5 Wave force acting on circular cylinder in case2.
Fig. 4.6 Wave force acting on circular cylinder in case2.
4.5 3차원불규칙수치파동수조에 의한 고립파의 적용
본절에서는 3D-NIT model의고립파로적용성에대하여검토한다. 고립파와구조물과의상호간섭을
해석하기위하여 Fig. 4.1과같은 3차원수치파동수조를고려한다. 해석영역내에서는수치적으로고립파
를발생시키기위한조파소스(Brorsen & Lasen, 1987; 김 등, 2001)와무반사조파시스템을위한 에너지감쇠
영역이고려되고, 3차원파동장에서고립파의작용하에작용파압을검토하기위하여경사수심을갖는불
투과지반에연직주상구조물이설치된다. 조파소스에서조파강도는다음의식(4.1)로주어진다.
0 20 40 60 80
s(cm)
48 12 16
F(N)
0 2 4 6 8
time(sec)
-5 0 5 10 15 20
F(N)
s=0cm s=40cm s=80cm
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(, ; ) = 2 (4.1)
여기서, 는발생파의수평유속성분을각각나타내며, 본연구에서는조파소스강도로서식(4.2)과
같이 Grimshaw(1971)에의해유도된고립파의 3차근사이론에의한수평방향유속를적용한다(Fenton,
1972).
= ℎ[− − {+ }] (4.2)
여기서, , 및는다음과같이정의된다.
= −1
4+ + 1 +̅
ℎ
3 2−9
4
=19 40+1
5−6
5+ 1 +̅
ℎ
−3
2−15
4 +15 2
= 1 +̅
ℎ
−3
8−45
16+45 16
그리고, ̅는물입자의연직방향평균위치를나타내며, 와는다음의 식과같이정의된다.
=
ℎ (4.3)
= sech (4.4)
여기서, ℎ는수심, 는고립파의입사파고를나타내며, 와는각각다음의식으로 주어진다.
= 3
41 −5
8+ 71
128 (4.5)
=−
ℎ (4.6)
34
여기서, 는고립파의파속으로, 고립파의 3차근사이론에의하면다음의 식과같이표현된다.
= ℎ 1 +1
2− 3
20+ 3
56 (4.7)
Ohyama & Nadaoka(1991)는수치파동수조내에서구조물이설치될경우조파소스의위치에서반사파
의영향을고려하여조파소스지점에서연직적분치가반사파가없는경우와 분포형상이상사되도록다 음의식을고려하고있다.
= 2
+ ℎ
+ ℎ (4.8)
여기서, 와는각각조파소스의위치에서수위변동과조파소스에의해기대되는수위변동이다.
본연구에서는다음의식과같은고립파의 3차근사식을적용하여산정된다(Fenton, 1972).
= ℎ 1 + ̂ + 5
8̂−101
80 ̂ (4.9)
여기서, ̂는다음의식(4.10)과같이주어진다.
̂ = tanh−
ℎ (4.10)
이상의관계식을 3D-NIT model에적용하여고립파를수치조파한다. 전술한결과에서최대파력이작용하는
Fig. 4.1에서이격거리 s=0cm인경우에고립파의파고 Hi =2,3, 4,5, 6cm일때주변파동장의변화양상을
Fig. 4.7(a)~(e)에나타내었다. 결과를 살펴보면, 단주기규칙파에서의 결과와는달리 파고의 증가에도구조물전면
부에서쇄파가발생하지않았다. 이는상대적으로긴파장으로인하여 Ursell수가작아지기때문으로판단된다. 그리고, 구조물전면부에서고립파로인한급격한처오름현상이확인되고연직주상구조물로인한회절현상을 약간확인할수 있지만파장이상대적으로길기때문에회절파라미터가 작아져결과적으로단주기파랑보다회
절현상이 작아진다.
연직주상구조물의 전면부에 작용하는파력분포를 Fig. 4.8에나타내었다. 결과를 살펴보면 모두정수면에서
최대파력이 작용하고, 파고가 증가함에따라 구조물에 작용하는 최대파력이거의 선형적으로 증가하는것을 알 수있다. 이는기본적으로규칙파와달리쇄파가발생하지않고경사수심으로인한고립파의파고변화가크게
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발생하지않은 결과에기여한다. 한편, Fig 4.8에제시하는고립파의 파력분포를谷本(1984)에의해 제시된방파
제에작용하는지진해일파력분포와비교하면연직상의 분포형상이 거의동일하지만연직상으로일정분포를나 타내는谷本의결과와는 약간상이하다. 이것은얕은수심에의한천수효과가谷本의결과에서는 고려되어있
지않기 때문이다.
(a) Hi=2cm
36 (b) Hi=3cm
37 (c) Hi=4cm
38 (d) Hi=5cm
39 (e) Hi =5cm
Fig. 4.7 Free surface evolution according to the change of solitary wave height.
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Fig. 4.8 Wave force acting on circular cylinder according to the change of solitary wave height.
이상의 3차원파동장에 설치된 연직주상구조물에 본 연구에서제안하는 3D-NIT model을 적용하여 규칙파 및
고립파에대해경사수심에서쇄파, 원주구조물로인한회절현상및원주구조물에작용하는 파력을계산함으로
써 불규칙파뿐만아니라규칙파 및 고립파에도본연구에서제안하는 3D-NIT model의 적용성이확인될 수 있
다.
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5 국내현장에 시공된 / 시공예정인 특수방파제에 젹
적용
5.1 개요
특수방파제는 파력에 대해서 중량으로 저항할 수 있는 형식의 것으로, 주로 혼성제의 직립부를 소파성능이 나 내파안정성 등의 면에서 개량한 구조이다.
예전에는 일반적으로 단순한 형태의 직립제, 경사제, 혼성제를 사용하여 외해로부터 파랑을 막아서 항내의 정온을 유지하고 토사의 이동과 토사의 항내 유 ∙ 출입 방지, 항내시설의 보존을 위한 목적으로 설치된 구조물 이었다. 하지만, 최근들어 환경문제와 더불어 친환경적인 워터프론트인프라구축이 대두되고 있다. 따라서, 최근 들어 지금까지의 파랑제어만이 주목적이던 방파제의 개념과 달리 저탄소 녹색성장에 걸맞게 친환경적이고, 보 다 효과적인 파랑제어를 목적으로 복잡한 파랑변형을 유도시켜 반사파를 저감시킴과 동시에 주변환경과의 경 관을 고려한 설계로 시공된 방파제라 할 수 있으며, 방파제의 기존기능은 물론 항내의 해수유통 및 예기치 못한 자연재해에 효과적 대비하기 위해 설치되는 구조물이다. 다음의 Fig. 5.1은 특수방파제의 종류를 나타낸 것이다.
(a) 곡면슬리트케이슨제
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(b) 반원형슬리트케이슨제
(c) 2중원통형오픈슬리트케이슨제
(d) 유선형이중슬리트케이슨제
(e) 군함형돌출슬리트케이슨제
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(f) 전단면소파피복케이슨제
(g) 곡면이중슬리트케이슨제
(h) 곡면돌출형슬리트케이슨제
(i) 벌집형단일슬리트케이슨식
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(j) 요철형단일(이중)슬리트케이슨식
(k) 쌍곡면이중슬리트케이슨식
(l) 파력분산형사면슬리트케이슨
(m) 인인터터록록킹킹연연파파방방지지케케이이슨슨
45 (n) 오륜형케이슨
(o) 해해수수소소통통형형곡곡면면슬슬리리트트케케이이슨슨
(p) 내부원통형장대케이슨
(q) 요철곡면오픈슬리트케이슨 Fig. 5.1 Type of specialized breakwater.
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