• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.105-115
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• 2024

호안을 포함한 해안구조물의 설계 시 월파량 평가는 주로 수리모형실험에 의존하며, 이를 기반으로 월파량 예측을 위한 많은 경험식이 제안되었다. 일반적으로 월파방지를 위한 호안구조물의 경우 설계조위에 설계파의 최대 수면진폭을 고려하여 마루높이가 결정되므로 입사파고에 비해 상대적으로 높은 여유마루고를 갖는다. 그러나, 월파를 원천적으로 차단하기 위해서는 비경제적인 구조물의 마루높이가 요구되기 때문에 호안구조물의 설계 시 월파량을 허용 가능한 수준으로 제한하는 허용월파량의 개념을 도입하고 있다. 따라서, 실해역에서는 입사파고에 비해 상대적으로 낮은 여유마루고를 갖는 호안구조물들이 존재한다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통해 상대적으로 낮은 여유마루고를 갖는 사석경사제의 월파량에 관해 검토하였다. 또한, 월파량의 실험결과를 이용하여 기존 월파량 산정을 위한 경험식의 예측성능을 상호 비교·분석하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.23-32
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• 2023

혼성제 사석 기초 마운드 상에 거치되는 피복재의 소요중량을 산정하기 위한 결정론적 해석과 더불어 신뢰성 해석을 수행하였다. 사석 기초 마운드 경사, 피해율 그리고 입사파수를 고려할 수 있도록 안정수 산정을 위한 기존의 경험식을 수정하였다. 수정된 산정식은 기존 경험식을 개발하는 과정에 사용했던 것과 동일 조건에서 수학적으로 일치한다. 먼저 결정론적 설계법으로 임의의 대표단면에 대하여 여러 가지 조건을 변화시키면서 사석 기초 마운드 보호에 필요한 피복재의 소요중량을 산정하였다. 사석 기초 마운드 경사가 급할수록, 입사파수가 증가할수록 기존의 경험식으로 부터 산정된 피복재의 소요 중량보다 더 큰 피복재의 소요중량이 필요함을 확인하였다. 그러나 허용 피해율을 크게 부여하면 반대 경향이 나타난다. 한편, 본 연구에서 처음으로 사석 기초 마운드 피복재에 대한 신뢰성 해석이 수행되었는데, 이는 결정론적 설계법으로 산정된 피복재가 얼마나 안정한지를 정량적으로 확인하고, 파괴에 미치는 각 확률변수들의 불확실성에 따른 영향의 정도를 살펴보기 위함이다. 신뢰성 해석 결과에 의하면 기존 경험식이 만족하는 조건에서 산정된 피복재의 소요중량은 재현기간 50년 설계파 조건에서 단위 년에 1%의 피해가 발생할 확률 1.2%를 갖는다. 또한 영향계수 산정 결과에 의하면 입사각에 따라 약간 다르지만 전반적으로 안정계수, 파고 그리고 사석 기초 마운드상의 수심 순으로 파괴에 미치는 영향이 큼을 확인할 수 있었다. 마지막으로 안정수 산정식에 음함수적으로 포함되어 그 영향이 쉽게 확인되지 않는 확률변수의 변화에 따른 민감도 분석이 수행되었다. 해석 결과에 의하면 사석 기초 마운드의 수심이 깊어 질수록 파괴확률이 급격하게 감소하였다. 그러나 반대로 사석 기초 마운드의 폭이 커질수록, 입사 파랑의 주기가 짧을수록 파괴확률은 커지는 것으로 확인되었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제14권2호
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• pp.95-107
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• 2002

신뢰성설계법의 적용성을 확대하기 위하여 혼성제 직립 케이슨의 활동에 대한 신뢰성 해석이 수행되었다. 충격쇄파 효과를 고려한 결정론적 설계법에 의하여 단면의 안전성이 자세히 해석되었으며, 특히 신뢰성 해석의 결과를 직접 결정론적 설계법의 결과와 연결시키기 위한 연구가 시도되었다. 해석 결과에 의하면 현재의 결정론적 설계 법에서 적용되고 있는 안전율은 약간 안전 측에 속한다. 또한 동일한 입사조건과 안전율에 대하여 수심이 증가함에 따라 신뢰지수는 감소하는 경향을 보이고 있다. 한편 방파제가 그 기능을 수행하는데 지장이 없을 것으로 예상되는 목표 파괴확률을 설정하고 그 목표 범위내에서 가장 최적의 파괴 확률을 산정하였는데, 입사조건에 따라 약간 씩 다른 최적의 안전율이 추정되었다. 마지막으로 혼성제 케이슨의 단면 결정에 영향을 주는 변수들의 변화에 따른 민감도 분석이 수행되었다. 해석 결과에 의하면 입사각, 주기의 영향이 크게 나타났으며 하상의 경사나 마운드의 두께에 대한 영향의 정도는 상대적으로 낮게 평가되었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제18권2호
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• pp.137-146
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• 2006

본 논문은 동해항 방파제를 대상으로 신뢰성 설계법을 비교하는 한 쌍의 논문의 두 번째 부분이다. 제 2부인 본 논문에서는 케이슨의 활동을 다룬다. 사석 마운드 위에 케이슨을 거치한 직립방파제의 파괴모드는 케이슨의 활동 및 전도, 그리고 사석 마운드 또는 지반의 파괴 등이 있는데, 그 중 케이슨의 활동에 의한 파괴가 가장 많이 발생한다. 케이슨 활동 파괴에 대한 기존의 결정론적 설계법은 저항이 하중보다 일정 배수(예를 들어 1.2배) 커야 한다는 안전율 개념으로 접근한다. 그러나 안전율의 개념으로는 구조물의 안정성을 정량적으로 평가할 수 없다. 한편 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 신뢰성 설계법은 구조물의 파괴확률을 산정함으로써 안정성에 대한 정량적인 평가를 가능케 한다. 신뢰성 설계법은 사용되는 확률적 개념의 정도에 따라 Level 1, 2 및 3의 세가지로 분류된다. 본 연구에서는 기존의 결정론적 방법으로 설계, 시공된 후 1987년 피해를 입었던 동해항 방파제의 케이슨 활동에 대하여 피해 전과 보강 후의 단면에 대해서 각각 신뢰성 해석을 수행하였다. 그 결과 피해 전 단면의 파괴확률은 허용파괴확률을 크게 초과하여 케이슨이 과소 설계되었음을 나타내는 반면, 보강 후 단면의 파괴확률은 허용파괴확률과 비슷한 값을 보임으로써 보강 후 안정한 구조물이 되었음을 나타냈다. 한편, 서로 다른 세 가지 신뢰성 설계법의 결과가 대체로 잘 일치하는 것을 보임으로써 각 방법을 이용한 해석 결과 사이에는 큰 차이가 없음을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.158-169
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• 2019

추계학적 확률과정의 하나인 감마 확률과정을 이용하여 구조물의 잔류유효수명을 확률론적으로 예측할 수 있는 수학적 모형을 수립하였다. 수립된 모형은 과거부터 현재 시점까지 관측된 피해자료와 관련된 표본의 불확실성과 장래 시간 진행에 따른 누적피해의 불확실성을 올바로 고려할 수 있다. 또한 최소자승법과 모멘트법을 함께 사용하여 경사제의 재령, 운용환경 그리고 피해이력을 고려할 수 있는 모수 추정법을 제시하였다. 먼저 현재 재령의 단일 피해 자료를 갖는 임의의 조건에서 모수에 대한 민감도 분석을 수행하여, 잔류유효수명과 관련된 여러가지 거동 특성들을 분석하였다. 또한 잔류유효수명 예측모형을 경사제에 적용하였다. 경사제 피복재의 피해 이력에 대한 실험자료를 이용하여 감마 확률과정의 모수를 추정하였는데 실험자료와 매우 잘 일치하였다. 해석 결과에 의하면 현재 시점으로부터 상당히 오랜 시간이 경과하면 파괴한계를 초과할 확률이 일정한 값으로 수렴해야 하는 제약 조건을 잘 만족하였다. 한편 기대 잔류유효수명은 피해 이력의 거동 특성에 따라 각기 다르게 산정되었다. 특히 피해의 변동계수가 크면 추계학적으로 산정된 기대 잔류유효수명은 결정론적 회기모형의 해석 결과와 큰 차이를 보인다. 이는 해석과정에 포함된 불확실성의 영향으로 판단된다. 변동계수가 크면 파괴한계에 도달하는 시간의 분포가 넓게 퍼지기 때문이다. 따라서 본 연구에서 수립된 추계학적 잔류유효수명 예측모형은 현재 재령에서 경사제의 피해에 대한 확률적 평가를 수행할 수 있을 뿐만 아니라 장래 시간의 진행에 따른 누적피해의 불확실성을 올바로 고려할 수 있다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제6권4호
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• pp.800-812
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• 2014

The paper provides some results of a new procedure to analyze the hydrodynamic aspects of the interactions between maritime emerged breakwaters and waves by integrating CAD and CFD. The structure is modeled in the numerical domain by overlapping individual three-dimensional elements (Tetrapods), very much like the real world or physical laboratory testing. Flow of the fluid within the interstices among concrete blocks is evaluated by integrating the RANS equations. The aim is to investigate the reliability of this approach as a design tool. Therefore, for the results' validation, the numerical run-up and reflection effects on virtual breakwater were compared with some empirical formulae and some similar laboratory tests. Here are presented the results of a first simple validation procedure. The validation shows that, at present, this innovative approach can be used in the breakwater design phase for comparison between several design solutions with a significant minor cost.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.287-292
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• 2021

하중·저항계수 설계는 일관된 시스템적 설계해를 제공하는 효율적인 설계 방식이다. 이 연구는 확률론적 프레임워크 내에서 방파제의 지반기초(foundation) 설계에 필요한 하중계수 및 저항계수를 결정하는 것을 목표로 하여 한국형 방파제의 대표적인 4가지 유형인 경사식 방파제, 무공케이슨 혼성식방파제, 유공케이슨 혼성식방파제, 소파블록 피복제를 대상으로 조사하였다. 파랑하중조건에서 방파제 기초의 지지력을 면밀히 조사하였다. 100,000회 샘플에 의한 Monte Carlo 시뮬레이션을 사용하여, 목표신뢰도지수(RI) 2.5와 3.0의 두 가지 수준을 선택하여 하중·저항계수의 보정을 수행하였다. 예상대로 더 높은 RI에 대해 정규화된 저항계수는 더 낮은 값을 갖는 것으로 확인되었다. 그 범위는 목표 RI 2.5의 경우 0.668~0.687이며, 목표 RI 3.0의 경우 0.576~0.634이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.317-324
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• 2020

본 논문의 목적은 육상구조물과 비교하여 특수한 설치환경 및 목적을 가지고 있는 항만 외곽시설에 대한 보다 현실적인 침하 평가기준을 제안하는데 있다. 최근 신항만 개발 사업으로 축조된 외곽시설 특히 방파제는 먼 바다의 연약 지반에 설치되는 경우가 많다. 외곽시설은 자중으로 파랑 등의 외력에 직접 저항하는 구조물로 그 중량이 상당하여 연약 지반 위에 설치되는 경우에는 침하가 쉽게 발생하지만 구조물의 안정성 또는 기능성에 큰 영향을 주지 않는다. 하지만 현행의 안전점검 세부지침은 이러한 외곽시설의 특성을 고려하지 않은 침하 평가기준을 제시하고 있다. 이에 보다 현실적으로 외곽시설의 침하를 평가할 수 있는 간편식을 제안하였다. 간편식은 설계에서 고려한 허용잔류침하량과 침하 안정성평가 결과를 적용하여 최대 침하량을 선정하도록 하였다. 제안된 간편식의 적정성을 검증하기 위하여 최근 실시한 방파제 6개소의 측량 평가결과와 제안된 간편식 적용결과를 비교하였다. 간편식을 적용하였을 때, 기존 평가결과보다 침하 평가등급이 상향되었으며, 안정성평가 결과 적용 시에는 실제 측량결과와 거의 유사한 결과가 얻어짐을 확인할 수 있었다. 본 간편식을 활용하여 침하평가를 실시할 경우, 구조물에 안정성 및 기능수행 여부와는 무관하게 낮게 평가되는 기존의 침하평가를 보다 현실적으로 실시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.345-356
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• 2009

국내 항만의 경사제 피복재는 대부분 Tetrapod이다. Hudson 공식은 국내 항만의 방파제 피복블록의 설계에 가장 많이 사용되는 식이다. 본 연구에서는 Tetrapod에 대한 Hudson 공식의 하중과 저항의 부분안전계수를 산정하였다. 국내 무역항 12곳과 연안항 8곳의 대표단면을 채택하여 하중과 저항의 부분안전계수의 평균과 표준 편차를 산정하였다. 또한 부분안전계수의 평균을 US Army(2006)에서 제안한 부분안전계수와 비교하였다. US Army의 결과와 비교해 볼 때, 하중의 부분안전계수는 비교적 작게 산정되었고 저항의 부분안전계수는 약간 크게 산정되었다. 하지만, 하중과 저항의 부분안전계수를 곱한 전체안전계수는 US Army의 결과와 비슷하다. 연구 결과는 향후 국내 항만의 방파제 피복블록에 대한 최종적인 부분안전계수를 제안하는 기초 자료로 사용될 수 있을 것이다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제25권3호
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• pp.138-146
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• 2013

Tetrapod는 국내외에서 널리 사용되는 경사식 방파제의 대표적인 피복재이다. Tetrapod의 소요중량을 산정하기 위해 많은 연구자들이 다양한 안정식을 제안하였다. 기존 안정식은 수리실험자료를 곡선맞춤하여 산정하기 때문에 많은 불확실성을 포함하고 있다. 대표적인 불확실성은 실험자료의 불확실성, 안정식 산정방법의 불확실성, 그리고 확률변수의 불확실성이다. 본 연구에서는 안정식 산정 방법의 불확실성을 낮추기 위해 M5' model tree를 사용하여 Tetrapod의 안정식을 개발하였다. 개발된 안정식의 예측능력을 평가하기 위해 일치지수를 사용하였으며, 새 안정식은 여러 가지 모델에서 기존 안정식보다 약 0.1 정도 큰 일치지수를 보였다. 또한 기존 안정식은 안정수 3.0 이상에서 예측능력이 현격히 감소하는데 반해 새 안정식은 안정수의 크기에 관계없이 일정한 예측능력을 보였다. 결과적으로 새로 개발된 안정식은 예측능력이 우수할 뿐 아니라 기존 안정식과 유사하게 명시적인 공식으로 표현된다.