• 대한토목학회논문집
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• 제26권5B호
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• pp.563-572
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• 2006

현재 해안구조물의 설계시에는 현지관측을 토대로 한 Goda식(Goda, 1974)과 같은 경험식이나 2차원적인 수리수치모형실험을 통한 파력값을 많이 사용하고 있다. 하지만, 이러한 2차원 해석결과들은 실해역에 설치된 구조물의 평면배치형상에 따라 변화하는 작용파력의 3차원 구조를 재현하기에는 무리가 있는 듯 하다. 특히, 혼성방파제와 같은 대형구조물의 항외측과 항내측에서 위상차가 발생하는 경우에는 구조물의 단면별로 파력이 각기 다르게 작용할 것으로 판단된다. 본 연구에서는, 해안구조물에 작용하는 파력의 3차원구조를 명확히 하기 위하여, 투과성구조물 및 쇄파현상에도 적용이 가능한 기존의 수치해석기법(Hur and Mizutani, 2003)에 Large Eddy Simulation(LES)기법을 도입한 새로운 3차원 수치해석기법을 제안하였으며, 이 기법을 이용하여 얻어진 잠제상 구조물에서의 작용파력 계산치를 기존의 수리모형실험치와 비교한 결과, 좋은 일치성을 확인하였다. 또한, 대형해안구조물 중 혼성방파제를 본 연구의 대상구조물로하여, 사석마운드로의 투과 및 개구부로의 회절의 영향으로 인해 발생하는 위상차를 고려한 3차원 파력구조에 관해 논의하였으며, 2차원 해석으로는 규명할 수 없었던 3차원적인 동적 파력특성을 파악할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제6권2호
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• pp.263-275
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• 2002

국내 항만시설의 방파제 또는 호안구조물 등의 안정성 평가시 사석의 지반물성치는 일본의 경험치를 사용하여 설계하는 것이 관행이었다. 그러나 본 연구에서는 2001년 국내 최초로 한국수자원공사에 도입된 대형삼축압축시험기(공시체 직경 30cm, 공시체 높이 60cm)를 이용하여 사석의 지반물성치(점착력, 내부마찰각 등)를 직접 산정함으로써 관행적으로 적용하던 지반물성치와 비교 검증하고자 한다. 즉 기존의 해양구조물 설계시에는 사석의 물성치 산정시 실내실험이나 현장조사등의 지반조사 없이 일본에서 관행적으로 사용되어오는 경험치를 적용하였으나 본 연구에서는 실내시험을 통해 사석의 물성치를 산정함으로써 관행적으로 적용하던 지반물성치와 비교하여 합리적인 지반물성치를 적용하고 사석의 전단특성을 파악하는데 의의가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.219-219
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• 2022

지구 온난화와 함께 발생하는 해수면 상승은 한반도의 해안지역을 비롯하여 울릉도 등 도서지역 전반에 걸쳐 진행 중이다. 또한 해수면의 온도 상승으로 인한 열대저기압의 생성 시 에너지 공급이 증가하며 연안으로 내습하는 파랑 내습 에너지가 커지게 된다. 경상북도 울릉군에 위치한 남양항은 최근 2019년 태풍 다나스 및 2020년 태풍 마이삭 등에 의해 고파랑 혹은 침수 피해가 발생하여 항 내에서는 물양장과 선박이 파괴되고 방파제가 전도되는 등의 피해가 속출하였다. 동해안의 태풍 내습, 지구 온난화와 저기압 발달에 의한 수위 상승 등과 같은 다양한 해양기후를 고려한 연안 구조물의 파랑 영향을 검토하는 것이 중요할 것으로 판단되었다. 기상청 태풍센터에서 제공하는 1979년부터 2020년까지 한반도 해역에 내습한 태풍 중 울릉도에 영향을 미친 태풍은 18개로 울릉도 인근에 영향을 준 내습 태풍을 10년 단위로 분석해 보면, 1980년대 3개, 1990년대 2개, 2000년대 8개, 2010년대 3개, 2020년 2개로 2000년대에 울릉도 영향권에 들어간 태풍이 가장 많았으며, 심해파 추산 기간 이후 2020년 1년 동안 울릉도 인근으로 마이삭, 하이선과 같은 2개의 태풍이 연속적으로 영향을 주었다. 울릉도에 영향을 미친 18개 태풍을 대상으로 일본 기상청(JMA)에서 제공하는 1시간 바람장을 이용하여 파랑 후측 수치 모의를 수행하였으며, 해양수산부와 기상청 관측 부이를 이용하여 파랑에 대한 정확도를 확보하였다. 고파랑 내습 시 연안에 조우하는 수위 조건은 파랑 에너지의 증가를 결정하게 되며, 항만 구조물의 설계에 적용되고 있는 약최고고조위 이상(4대분조의 최대 조위)의 최극조위 조건에서 해안 구조물에 월파 및 침수 피해를 주는 요인으로 작용할 수 있다. 이를 바탕으로 울릉도 남양항에서 폭풍 시 내습한 최극고조위(0.65m)와 IPCC 5차 보고서에 제시한 최악의 시나리오(RCP 8.5) 조건에서 울릉도에서 확인된 0.79 cm 상승고를 반영하여 범람위험평가를 광역에서의 계산 결과를 입력자료로 하여 준 3차원 비 정수압 파랑 변형 수치 모형인 MIKE 3 Wave를 사용하여 실험하였다. 해수면 상승에 의한 수위 상승고는 연안 파랑 증가에 영향을 주었으며 연안 구조물의 침수 피해에 영향을 줄 것으로 판단되었다. 월파 차단, 파랑 차폐의 목적으로 건설되는 구조물의 규모 및 천단고 등을 설정하는데 설계 수위의 선정은 중요하다. 수치 실험 결과를 바탕으로 방파제 및 호안의 범람 위험 평가를 수행하고 구조물 설계 시 이러한 해수면 상승고가 반영된 설계가 중요하다는 것을 위험 평가를 통해 확인할 수 있다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제12권3호
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• pp.139-148
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• 2000

본 연구에서는 유체가 채워진 착저식 유연막 구조물과 파와의 상호작용 문제를 유탄성 이론을 사용하여 살펴보았다. 먼저 동역학적 문제를 풀기에 앞서 유체로 채워진 유연막 내부에 일정한 압력이 작용하였을 때, 유연막의 형상과 막에 작용하는 초기장력을 정역학문제를 풀어 구한다. 동역학적 문제를 풀기 위하여 유체영역을 내부영역과 외부영역으로 나누어, 내부영역을 유연막을 경계로 영역 1과 영역 2로 다시 나눈다. 내부영역에서는 경계요소법을 사용하여 파동장을 풀고, 외부영역에서는 고유함수전개법을 사용하여 해를 구한다. 두 영역이 만나는 정합면에서 이미 구한 해를 정합시켜 완전한 해를 구한다. 유연막의 거동은 원주 좌표계를 사용하여 유도된 선형화된 막방정식을 사용하여 이때 외력은 영역 1과 영역 2의 압력차로 주어지므로 영역 1과 영역 2의 해는 막방정식을 통하여 연성된다. 유체가 채워진 착저식 유연막 방파제의 성능에 미치는 중요한 변수로는 유연막의 형상(폭, 높이)과 유연막 내부압력, 유체의 밀도이다. 설계변수들을 바꿔가면서 유연막에 의한 파랑제어 효과를 투과율을 통하여 살펴보았다. 또한 파의 입사각도에 따른 파랑제어 효과를 함께 고찰하였다. 수치계산결과는 Ohyama의 실험결과와 비교하였고 두 결과는 정량적인 값 차이가 나지만 정성적으로 일치하고 있음을 확인하였다. 적절히 설계된 유연막은 소형어항 보호용이나 레저용 방파제로 활용할 수 있는 가능성을 발견하였다.

• 어항어장
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• 통권2호
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• pp.86-127
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• 1988

버트리스 푸팅 케슨(Buttress footing caisson) 및 상형 푸팅 케슨의 역학특성을 해명하고 구조설계법을 검토할 목적으로 재하실험을 실시했다. 재하실험에는 배근의 제약등을 고려해서 실구조물의 1/4정도의 대형모형공시체를 사용해서 푸팅부를 중심으로 해석하기위해 푸팅에 선분포하중을 재하했다. 유한요소법에 따른 선형구조해석을 실시하여 변위, 단면력과 한계상황설계법에서의 산정식에서 얻어진 단면내력과를 비교하여 동설계법의 케슨구조물에 대한 적용성에 관하여 고찰했다. 이 보고로써 얻어진 주요한 결론은 아래와 같다. (1) 재하실험에 의하면 버트리스 푸팅공시체의 파괴형식은 버트리스부의 철근에 연한 부착할열파괴였다. 또 상형푸팅공시체에서는 푸팅부의 내면전단파괴였다. 양구조물을 설계할 때는 종래의 면외력만의 검토뿐아니라 면내력도 적절히 평가할 필요가 있다. (2) 양공시체 함께 푸팅 케슨본체와의 접합부 및 푸팅과 상자옆쪽의 벽과의 접합부에 변형이 일어나 종래의 판구조설계에서 가정하고 있는 판주변의 고정조건이 만족되지 않았다. 따라서 케슨구조물의 구조해석에서 구조전체계를 취급할 필요가 있고 부재단위에서는 단면력을 과대 또는 과소로 산정할 우려가 있다. (3) 철근강복시정도까지는 구조전체계를 모델화한 유한요소법에 의한 선형구조해석결과와 실험결과가 잘 일치했다. (4) 한계상태설계법에서의 굽음내력, 전단내력 및 구열폭의 산정식은 실험결과와 비교해서 어느쪽이나 안전측의 치를 부여했다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.129-145
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• 2019

해안 항만구조물을 대표하는 혼성방파제의 설계에서 파랑하중에 의한 사석마운드 및 해저지반의 내부에서 과잉간극수압의 거동과 그에 따른 구조물의 파괴가 논의되어 왔고, 이를 수치시뮬레이션기법으로 규명하려는 시도가 있어왔다. 수치시뮬레이션에 관한 대부분의 연구에서는 선형 및 비선형의 해석법이 적용되었지만, LES 법에 의한 난류모델과 VOF 법에 의한 쇄파현상을 고려한 강비선형혼상류해석법이 적용된 사례는 거의 없었다. 본 연구의 선행 연구에서는 규칙파 작용하 혼성방파제-해저지반의 비선형상호작용해석에 혼상류해석법인 olaFlow 모델을 적용하였다. 본 연구도 동일한 해석법을 사용하여 불규칙파 작용하 혼성방파제-해저지반의 비선형상호작용해석을 수행하며, 이로부터 혼성방파제의 케이슨과 사석마운드 및 해저지반 근방에서 유의파고와 유의주기의 변화에 따른 수평파압, 과잉간극수압(시간변동 및 주파수스펙트럼), 평균유속, 평균와도 및 평균난류운동에너지 등을 검토하였다. 이로부터 케이슨 전면 사석마운드 수평부상에서는 최대무차원과잉간극수압, 평균난류운동에너지 및 평균와도가 동일하게 커지고, 또한 케이슨 전면의 정수면 근방에서는 항내측으로, 해저면 근방에서는 항외측으로 향하는 순환류가 형성되는 등의 중요한 결과를 알 수 있었다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2013년도 추계학술대회
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• pp.395-397
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• 2013

항로표지는 해상에서 선박의 안전한 항행에 필수적인 요소이며, 현재는 LED를 광원으로 사용하는 등명기를 개발 및 사용하고 있다. LED 멀티롤 랜턴을 개발하여 항로표지의 표체조명, 교량표지, 방파제 표시등 등으로 개발하고하는 연구가 진행되고 있다. 이를 위하여 LED 멀티롤 랜턴의 내부 LED 배치에 따른 배광특성을 분석하였다. 본 논문에서 멀티롤 랜턴은 아크릴 환봉과 설치를 위한 금속재로 구성하였으며, 내부에 LED를 2열로 배치하였다. 최적의 설계를 위하여 아크릴 환봉을 투명한 것과 유백색인 것으로 구분하고 2열의 LED 모듈에 집광렌즈($45^{\circ}$, $60^{\circ}$, 미설치)에 따른 배광특성을 분석하였다. $60^{\circ}$ 집광렌즈를 사용한 경우의 시인효과가 우수하여 이를 바탕으로 LED 멀티롤 랜턴을 최종적으로 설계하였다. 투명 아크릴 환봉에 2열의 LED를 배치하고, $60^{\circ}$ 집광렌즈를 사용한 평판형 및 v형의 2종과 집광렌즈를 사용하지 않은 v형 1종으로 선정하고, 녹색과 홍색으로 제작하여 LED의 배열에 따른 배광특성을 본석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.163-163
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• 2016

선박의 대형화 등으로 인한 세계적인 항만들이 하역능력의 제고를 위하여 선박의 대형화, 고속화, 전용선화에 있어 큰 움직임을 보이고 있다. 또한 항만의 연간 작업가능일수 확보를 위하여 신항만 건설시 항 내 정온도 향상을 위하여 최적의 방파제 배치 및 최선의 소파기술에 대한 연구지원을 아끼지 않고 있다. 이뿐 아니라 최근 파랑 수치모형의 정확성이 향상되고 계산시간이 단축됨으로써 각 격자 상에 입력된 수심정보와 입사경계에서의 입사정보 경계면에서의 경계(반사율) 정보로부터 손쉽게 천해파랑 정보를 산출할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 스펙트럼을 통해 각각의 파고와 주기를 추출하였으며, 쌍곡선형 완경사 방정식을 수치 해석하여 불규칙파의 설계파를 산정하였다. 또한 Matlab을 사용하여 전 프로그램이 toolbox화 됨으로써 운영하는데 편리하고 특히 다양한 지형의 적용에 용이하게 되었다. Matlab은 다른 언어와 달리 전 프로그램이 vectorizing 되어 계산시간이 상당히 단축되었다. 본 연구를 통해 실무자들이 항만이나 어항 등 연안해역 개발시 유의파고를 사전에 예측하여 연안해역 개발하는 데 큰 도움이 되리라 기대한다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.265-275
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• 2011

방파제 등 항만 외곽시설의 설계에 있어서 파랑은 구조물의 단면을 결정하는 가장 중요한 요소이다. 본 연구에서는 Holland(1980)의 파라미터 모델을 이용하여 태풍시의 해상풍을 구축하고, WAM 모형을 이용하여 태풍에 의한 파랑을 수치 계산하였다. 남해안의 부산, 목포, 여수, 서귀포 지역에 영향을 미친 태풍을 선정하고 가상의 태풍을 추가하여 training set을 구성하고, 남향 계열의 7개 파향에 대해서 경험모의기법을 적용하여 재현기간별 설계 파고를 산정하였다. 또한, 이를 POT 방법과 한국해양연구원(2005)의 결과와 비교, 분석하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.508-517
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• 2009

해상방파제 축조공사 시공 중 내습파랑에 노출하여 거치된 케이슨의 실제 거동상황을 계측하였다. 계측결과 설계하중대로 선행재하를 실시함에 따라 더는 침하가 발생하지 않을 것으로 예측하였으나, 이후 평상시는 별다른 거동이 없다가 태풍영향권 파랑이 내습 시에 갑작스런 이상침하가 전체구간에서 현저하게 발생한 것이 계측되었다. 이러한 원인을 규명하고자 같은 시각 내습한 파랑자료로 연구지점의 파고를 재현하여 케이슨에 작용하는 등가파압을 구하고 하부기초지반에 미치는 영향을 수치해석으로 검토하였다. 현장 계측 치와 수치해석 값이 상호 양호한 일치성을 보이는 것으로 나타났다.