본 연구에서는 사석, cube및 tetrapod를 대상으로 불규칙파를 적용하여 경사식방파제의 피복재 안정성에 대한 2차원 실험을 수행하였다. 파복재 중량산정식으로는 Hudson식과 van der Meer식을 대상으로 하였으며, Hudson식은 규칙파, van der Meer식은 불규칙파를 적용한 실험으로부터 얻어진 식이다. 본 연구의 목적은 실험결과를 이용하여 Hudson식과 van der Meer식을 비교 검토하는 것이다
방파제 피복석의 중량 산정을 위하여 여러 가지 경험식들이 개발되어져 왔다 Hudson 식은 많은 결함이 있음에도 불구하고, 형태가 간결하기 때문에 가장 널리 사용되고 있다. van der Meer 식은 가끔 크로스체크 용으로 사용되고 있지만, 식의 복잡성과 관련 변수들의 불확실성 때문에 아주 널리 사용되지는 않고 있다 한편 최근에 유(2003)는 'action slope'라는 새로운 무차원수를 사용하여 형태가 간결한 식을(이후 Yoo 식이라고 부름) 제안하였다. 본 연구에서는, 해안공학 기술자들에게 이 공식들의 사용에 대한 판단 기준을 제공하기 위하여, van der Meer가 1987년과 1988년에 보고한 실험 자료와 비교하여 이들의 정밀도를 평가하였다. 검토 결과, van der Meer 식이 가장 높은 정밀도를 보였으며, Hudson 식은 정밀도가 매우 낮아서 사용에 신중을 기해야 하는 것으로 나타났다. 한편, van der Meer 식보다 정밀도가 약간 낮기는 하지만 형태가 간결한 Yoo 식은 안전율을 약간 높게 잡으면 실무에 사용해도 무방한 것으로 판단된다.
본 논문에서는 경사형 방파제 설계시 최소 중량으로 외부 조건에 충분히 견딜 수 있는 사석 크기를 결정하는 방법을 제시한다. 기존의 방파제 설계에 있어 사석 중량 산정에 이용된 Iribarren, Hudson, Van der Meer 식 등은 단지 차원 해석에 의하여 파력이 중력과 파고의 곱에 비례하는 관계를 이용하였는데, 이번 연구에서는 파력이 파입자의 수표면 최대 속도와 밀접한 관계가 있음을 이용하였다. 또한 파고가 사석 중량 산정에 중요 요소인 것은 여러 논문을 통해서도 알 수 있는데, 이번 연구에서는 선형파 이론을 이용하여 새로운 매개 변수를 추출하였다. 이렇게 구한 경험식을 van der Meer 관측자료에 적용하여 경험계수 산정식을 결정하였다.
파활동경사라는 새로운 무차원 수를 도입하여 소파제의 중량 산정식을 개발하였다. van der Meer(1987)는 Iribarren 수를 도입하여 중량 산정식을 개발하였는데 조건에 따라 전혀 다른 분포경향을 보였다. 반면에 파활동경사를 도입한 산정식은 조건에 관계없이 동일한 분포경향을 보였으며, 비례상수를 Iribarren 수의 함수로 취하였을 때 매우 높은 정밀도를 갖는 경험식을 도출하였다.
본 논문에서는 세 가지 모형(Owen 모형, Van der Meer & Janssen 모형, Hedges & Reis 모형)을 적용하여 월파의 확률적 평가를 수행하였다. 건설중인 부산 신항 방파제의 월파 확률 예측 값을 도출하는 데에 있어서 Hedges & Reis 모형이 월파에 의한 방파제 파괴 확률분석과 Level II와 Level III 신뢰성 해석을 이용하는 것으로 적합하여 건설비용의 절감을 위하여 파괴가능성이 낮은 월파의 천단고를 제안하였다.
파랑의 처오름높이는 항만 및 호안구조물의 마루높이 산정에 있어 주요한 설계요소이다. 본 연구에서는 TTP로 피복된 경사식구조물을 대상으로 2차원 수리실험을 수행하였으며, 실험에 적용된 실험파는 불규칙파로서 구조물 toe 위치에서 비쇄파, 쇄파 및 쇄파된 파의 조건을 포함한다. 본 실험결과를 이용하여 사면경사 1:1.5인 경사식구조물의 처오름높이를 산정할 수 있는 경험식을 쇄파 유사성 매개변수를 이용하여 제안하였다. 그리고 본 실험결과는 기존 연구결과인 van der Meer and Stam(1992)의 결과와 비교하였다.
한국해안해양공학회 2002년도 한국해안해양공학발표논문집 Proceedings of Coastal and Ocean Engineering in Korea
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pp.82-91
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2002
방파제에 대한 신뢰성 설계 방법은 유럽과 일본을 중심으로1980년대 중반 이후로 발전되어 왔다. 유럽에서는 van der Meer(1988a)가 방파제 피복재의 설계에 확률론적인 방법을 도입하였고, Burcharth(1991)는 사석방파제에 대하여 부분안전계수(partial safety factor)를 이용한 신뢰성 설계 방법을 제시하였다 최근 Burcharth and Sørensen(1999)은 PIANC (Permanent International Association of Navigation Congress) Working Groups의 결과를 요약하여 사석방파제와 직립방파제에 대한 부분안전계수들을 확립하였다. (중략)
사석방파제 등의 해안구조물 설계에 규칙파를 대상으로 한 다수의 설계식이 제안되어 왔다(예를 들면 Hudson, 1959; C.E.R.C., 1984 등). 또한 최근에는 불규칙파를 대상으로 한 설계식이 제안되었고, 이에는 Ryu and Sawaragi(1986), Van der meer(1987)등의 식이 있다. 이들 설계식은 모두 결정론적 안정성 평가에 주안을 두고 있다.(중략)
사석구조물의 안정성에 관한 많은 연구성과가 보고되어 왔지만 안정성 변화의 주요 원인에 대한 정량적인 평가는 아직도 미흡한 실정이다. 특히 불규칙 해파의 통계적 특성과 파군 및 고파의 지속시간 등의 외력특성에 대한 영향은 Ryu and Sawaragi (1986)나 Van der meer(1986) 등에 의해 검토된바 있지만 종합적으로 평가한 예는 찾아보기 힘들다. 또한 구조물의 건설장소, 구조물의 제원 및 시공방법 등에 따라 안정성은 크게 변화하므로 이들의 영향을 보다 체계적으로 평가할 수 있는 설계algorithm이 요구되고 있다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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