• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.325-331
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• 2016

본 연구에서는 홍수 시 부유물의 충돌하중을 고려하여 교량의 홍수 취약도 곡선을 도출하였다. 자연재해에 의해 불가피하게 발생하는 사회기반시설물의 손상 또는 기능 손실은 심각한 인명피해 뿐만 아니라 국가적으로 사회적, 경제적 손실을 불러올 수 있다. 따라서 국가주요시설물을 재난으로부터 효과적으로 유지관리하기 위해 취약도 곡선은 중요한 도구로 사용되고 있다. 특히 한국은 산지 지형이 많이 형성되어 있고 하절기에 강수량의 2/3이상이 집중되어, 홍수 피해 가능성이 매우 높다. 홍수 시 교량 파괴의 주원인으로는 부유물의 충돌과 하상세굴이 있는데, 부유물의 충돌은 여러 가지 불확실성으로 인하여 상대적으로 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 FERUM-ABAQUS 기반의 취약도 해석 시스템을 도입하여, 홍수시 부유물의 충돌에 대한 교량의 취약성을 평가하였다. 교량의 취약도 해석을 효과적으로 수행하기 위하여 한계상태함수, 손상도 지수, 확률변수, 유한요소모델, 취약도 해석 소프트웨어 시스템을 주로 고려하였으며, 가속도 및 변위 응답해석을 통하여 모델 상태를 확인하였다. 다음으로는 홍수 시 부유물 충돌에 발생 가능한 다양한 파라미터를 기반으로 교량의 취약도 곡선을 성공적으로 도출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.698-702
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• 2009

본 연구는 강원도 영서지방의 지방하천을 중심으로 수리특성 및 교각제원 등을 조사하여 기존 세굴심 산정식의 산정 값과 모형실험 산정 값을 비교 검토 하였으며, 또한 교각의 세굴에 영향을 주는 인자에 대하여 통계학적 방법인 민감도 분석을 하였다. 이에 따른 분석결과 기존 세굴심 산정식의 경우 전체 적으로 교각 크기가 커지면서 산정 값과 모형실험 산정 값간의 편차가 $1.09%{\sim}63.98%$ 를 보이고 있어, 강원도 하천의 경우 기존 세굴심 산정식을 적용하여 산정하기에는 적합하지 않은 것으로 판단되었으며, 기존 세굴심 산정식 중 교각크기만으로 형성된 산정식의 경우 세굴심산정이 간편하기는 하나, 수리특성을 충분히 반영하지 못한 산정식의 경우 민감도가 크게 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다. 모형실험 산정 값과 세굴심에 대한 민감도 분석결과, 교각크기 64%, 수심 36% 순으로 세굴심 발생에 유의적인 영향을 미쳤으며, 모형실험의 세굴심 값을 토대로 회귀분석을 통하여 강원도 하천에 적합한 세굴심 산정식을 제안 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.378-382
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• 2007

본 연구는 교각의 국부 세굴심 추정 공식들의 정확성과 적용성을 분석하고, 현장 상황에 적합한 공식을 선정하기 위한 연구이다. 이를 위해 비교적 널리 알려진 26개의 세굴심 추정 공식들을 선정하였다. 이들 선정된 공식들을 미 지질조사국에서 작성한 교각 세굴 데이터베이스(BSDMS)에 수록된 493개 교각 세굴 측정값들 중에 246개의 측정값들에 적용하여 각 공식들의 우열을 검토하였다. 각 공식들을 이용하여 계산한 세굴심과 측정 세굴심을 비교하여 각 자료별 불일치율을 계산하였다. 계산된 불일치율을 통계 처리하여 불일치율의 기하 평균과 기하 표준편차를 구하여, 각 공식의 우수성과 적용성을 검토하였다. 또한, 각 공식들을 구성하는 주요 변수들을 분석하고, 각 변수의 변화에 따라 세굴심 추정치가 어떻게 변화하는가를 분석하였다. 분석 결과, 모든 공식들의 불일치율의 기하 평균이 1보다 상당히 큰 것을 보여주고 있다. 즉, 모든 공식들이 실측치보다 세굴심을 과대 추정한다는 의미이다. 정확성의 면에서 보면 불일치율의 기하 평균이 1에 가깝고 기하 표준편차가 작은 공식들이 우수한 공식들이다. 이런 점에서 CSU (HEC-18) 공식, Chitale 공식과 Larras 공식, Hancu 공식 등이 차례로 우수한 공식으로 들 수 있다. 연구 결과는 또한 기존의 여러 연구에서 좋은 결과를 보인 Froeclich 공식이 세굴심을 대체적으로 과소 추정하는 경향이 있음을 보여 주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1701-1705
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• 2007

국부세굴은 수공구조물 주변에서의 국부적인 흐름변화가 그 원인이라 할 수 있으며 이러한 변화는 교각 또는 교대의 하상재료를 굴착하여 이동시키는 침식작용의 결과이다. 이러한 교량의 교각 또는 교대, 그리고 교각을 지지하는 구조물에서 발생하는 국부세굴은 교량의 수명과 안정성에 좋지 않은 영향을 미쳐 재산상의 피해를 줄뿐만 아니라 교량 붕괴 사태 등으로 인한 대형 인명사고를 초래하는 원인이 될 수도 있다. 따라서 국부세굴의 경향을 예측하고 분석하는 것은 교량 구조물이나 수중 구조물의 설계에 있어서 매우 중요한 과업이다. 이러한 국부세굴을 예측하고 분석하는데 있어서 국내에서는 일정한 흐름조건에 대한 최종세굴심을 예측하는데 초점이 맞추어져 있다. 하지만 국부세굴은 하상재료에 따라 세굴이 진행되는 속도가 다르며 세굴의 진행은 시간 의존적인데 반해 국내에서의 국부세굴의 예측과 분석은 최종세굴심 산정에 초점이 맞추어져 있다. 이에 본 연구에서는 보다 실질적이고 경제적인 국부세굴 경향을 예측할 수 있도록 다양한 하상재료에 대한 시간에 따른 세굴 변화의 특성을 파악하고 분석하였다. 이를 위해 하상재료에 따라 수리실험을 실시하였고, 이를 통해 하상재료에 따른 세굴심의 시간적 변화 곡선을 구하였다. 이렇게 구한 하상재료에 따른 세굴심의 시간적 변화 곡선을 통해 하상재료별 평형세굴심 산정하였고, 산정한 평형세굴심과 기존 세굴심 산정공식을 이용하여 입자별 세굴심을 산정하여 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.583-587
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• 2006

국부세굴의 발생은 일반적으로 흐름조건, 구조물 조건과 하상재료 세 가지의 주 원인으로 구분할 수 있다. 흐름조건의 경우 구조물 영향으로 발생되는 3차원적인 와류가 주요원인이며 하상재료의 경우 여러 요인이 있겠지만 비중이 같은 입자라 가정할 경우 입자의 크기를 주요 변수로 정할 수 있다. 교각 국부세굴에 관한 연구는 1960년대 이후 연구자들에 의해 매우 다양하게 수행되어 졌으며 많은 산정공식도 제시되었다. 하지만 기존 연구는 최대세굴심 조건으로 다양한 하상재료와 시간에 대한 세굴변동(홍수사상 등)에 대한 영향을 고려하는데 어려움이 있다. 특히 국내의 경우 다양한 하상재료와 홍수빈도를 고려할 때 이에 대한 세굴적용은 매우 중요한 인자라 할 수 있다. 따라서 교각세굴에 대한 궁극적인 목적은 다양한 하상재료와 홍수빈도를 고려할 수 있는 세굴평가를 제안하는데 있다. 이를 위해 본 연구에서는 우선적인 연구로 입자의 다양성과 이미지 기법을 이용한 실시간 측정을 통해 보완하여 입자에 따른 시간적 변화를 분석하였다. 현재 4가지의 하상재료의 입경차이에 따른 국부세굴의 시간적 변화와 초기세굴 발생의 수리적 조건을 파악하고 기존연구와 비교분석하였으며, 이를 기초자료로 세굴심$(S,\;S_{max})$, 교량주변 전단력$({\tau}_p,\;{\tau}_{pc})$, 접근수로부 전단력$({\tau}_a)$와 입자한계전단력$({\tau}_c)$에 대한 시간분석 (time effect)을 통해 다양한 하상재료와 홍수빈도를 해석을 위한 초기분석을 수행하는데 목적이 있다. 수리모형실험에 사용된 가변경사수로의 제원은 $0.6m(W){\times}20m(L){\times}2m(H)$이며 모형구조물은 투명한 아크릴로 제작하였다. 실험방법은 교각 내부에 CC카메라를 전 후면 및 상측면에 설치하여 세굴 발생을 실시간으로 촬영한 후 이미지 분석을 통해 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.43-50
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• 2002

본 연구에서는 지반말뚝, 말뚝-말뚝캡, 그리고 말뚝-유체간의 상호작용 해석을 수행하여 교각세굴을 고려한 말뚝기초의 거동을 해석하였다. 지반-말뚝의 상호작용은 비선형 하중전이곡선(p-y, t-z, 그리고 q-z 곡선)을, 말뚝-말뚝캡의 상호작용에서는 군말뚝의 배열과 말뚝-말뚝캡 사이의 구속조건을 고려하였다. 말뚝유체의 상호작용은 세굴에 의한 지반의 강성 저하를 고려하여 지반-말뚝의 상호작용에 포함하여 해석하였다. 그 결과 세굴심이 깊어질수록 말뚝에 발생하는 최대 휨모멘트의 값이 증가함을 알 수 있었으며, 이를 바탕으로 세굴에 따른 군말뚝의 안정성 평가에서는 지반-말뚝 및 말뚝-말뚝캡의 상호작용을 고려한 해석을 수행하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6B호
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• pp.589-598
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• 2010

하천단면의 형상이 복잡하고 교량이나 보등과 같은 수리구조물이 짧은 구간에 연속해서 설치되어 있는 경우, 흐름특성이나 하상변동 양상에 대한 분석이 매우 중요하다. 울산광역시를 관통하는 태화강의 삼호교 부근 약 250 m 구간에는 3개의 교량이 설치되어 있고, 상 하류에 각 1개씩의 지천이 유입되고 있어 홍수시 수위변화와 세굴 등에 의한 단면 변화가 크게 나타난다. 그럼에도 불구하고 태화강이 삼호교(구)를 기준으로 국가하천과 지방하천으로 나뉘는 구간이라는 이유로 상 하류 구간을 1차원 모형을 통해 따로 구분하여 분석하고 있다. 본 연구에서는 1차원 HEC-RAS 모형과 2차원 SMS 모형의 RMA2 모형을 이용하여 교량밀집과 지천유입에 따른 흐름특성을 상 하류 연계하여 비교 분석하였으며, SMS 모형의 SED2D 모형을 이용하여 같은 구간에 대한 하상변동 양상을 분석하였다. 그 결과 연속된 3개 교량에 대한 HEC-RAS 모형 과 RMA2 모형의 수위차는 0.87 m였고, SED2D 모형에 의한 하상변동 모의결과는 교각간격이 좁고 중간에 위치한 삼호교(문화재)에서 최대 0.231 m가 세굴되는 것으로 나타났다. 그러므로 하천기본계획시 교량밀집 지역이나 단면 및 흐름 변화가 심한 구간에 대해서는 2차원 모형에 의한 홍수위 산정과 교각의 세굴에 대한 대책이 필요하고, 국가하천 및 지방하천에 대한 통합적인 분석이 필요하다. 어지는 경우도 있었다. GQPM에 대한 10일강우예측은 첨두강수와 강수총량에 있어서 다소 과소한 모의값을 보이고 있으며, 강수보정효과도 RDAPS에 비하여 저조한 수준이었다. 이 부분은 강수예측의 사후보정으로는 한계가 있는 것으로 보여지며 원시예측모형의 안정화를 통하여 개선할 수 있는 부분으로 판단된다.