R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C133019-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 유입조건에 따른 압력변이로 인한 하천횡단구조물 하류 물받이공 및 바닥보호공 설계인자 도출 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-06-30 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 이승오 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 206,000,000 원 기업 : 73,000,000 원 계 : 279,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 130,000,000 원 계 : 500,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 홍익대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
국내 하천 횡단 구조물은 2009년 기준 약 20,000개가 있다. 2013년부터 시행중인 4대강 외 국가 및 지방하천 정비계획에서 약 100여개의 횡단구조물에 대한 이설 및 개량 계획이 수립되었다. 4대강 살리기 사업에서 설치된 다기능 보의 경우, 준공 이후 하류 바닥보호공 세굴에 대한 논란이 지속되고 있다. 거의 매년 중소하천의 횡단 구조물 피해사례가 발생하고 있는 실정이며 바닥보호공 및 물받이공의 피해가 큰 비중을 자치하고 있다. 이는 국내에 국한된 현상뿐만 아니라 일본, 미국 등 주요 하천 선진국에서도 발생하는 현상이다. 현재의 하천설계기준에 의해 설계된 하천 횡단구조물 하류부 바닥구조물의 파괴는 기준에 의해 설계되었음에도 파괴되고 있다. 구조물 파괴에 대한 새로운 접근이 필요한 시점이며, 이에 본 연구에서는 압력의 난류 성분을 기반으로 구조물 파괴의 한계조건을 도출하고자 한다. [최종목표] 하천횡단구조물이 하천설계기준(2009)대로 설계되었음에도 불구하고, 하류부에서 물받이공 및 바닥보호공의 피해가 발생하여, 구조물 본체에 대한 안전성이 현저하게 낮아지고 있는 실정이다. 하천설계기준이 상류부의 수리특성을 반영하였다고 하나 하류부의 수리특성인 유속의 변동 성분 또는 압력의 변동성분까지 고려하고 있지는 않다. 현재 많은 선행연구에서 이러한 난류적 특성이 구조물에 미치는 영향에 대해 제시하고 있는 실정이며, 국내 하천에서의 피해 또한 이와 깊이 관련이 있다고 판단된다. 이에 본 연구에서는 난류성분 특히 압력의 변동성분이 물받이공과 바닥보호공에 미치는 영향을 정량적으로 분석하여, 하천 횡단구조물의 치수 안전성 증대에 기여하고자 한다. [연구내용 및 범위] 물받이공과 바닥보호공에 미치는 압력의 변동성분(pressure fluctuation) 영향을 분석하기 위해 크게 3가지로 연구내용을 분류하였다. 첫 번째는 압력의 변동으로 순간적인 음압구배(adversed pressure gradient)가 발생할 경우 바닥보호공의 사석 및 블록이 이탈하는 것이다. 이를 확인하기 위해 정밀한 압력 측정장치를 통해 압력변이를 측정하여, 사석의 이탈 가능성을 검토할 것이며, 최종적으로 이탈에 대한 한계조건을 도출할 것이다. 두 번째는 압력의 변동이 물받이공의 진동을 유발시켜 이를 지지하고 있는 지반에 다짐효과를 가져와 물받이공과 지반사이에 공극이 발생하는 경우이다. 이러한 공극으로 물받이공은 자중 및 물의 압력을 받게 되어, 결국 휨에 의한 파괴가 발생할 가능성이 있게 된다. 본 연구에서는 실험을 통하여 압력의 변동과 물받이공의 진동을 동시에 측정하여, 진동이 발생하지 않을 최소 두께를 제시할 것이다. 세 번째는 압력변이로 인한 물받이공의 진동이 피로파괴로 연결되는 경우이다. 이 현상 또한 수리실험을 통해 압력변이-피로파괴의 관계를 정량적으로 분석하여, 한계 조건을 제시할 것이다. 본 연구는 국내 보 및 낙차공에서 발생하는 다양한 Jet의 특성을 수리실험으로 재현해야 하며, 이를 위해 평면 Jet 분사기(plane Jet injector)를 고안/제작하여, 효율적인 수리실험을 수행할 것이다. 또한 3차원 수치해석을 통해 실제 스케일에 적용함으로써 연구결과의 활용도 및 적용성을 높이고자 한다. 본 연구에서는 각 연구내용 별 한계조건을 정량적으로 제시하고자 한다. 실무에 적용성을 극대화 하기 위해 수치해석으로 이를 검증할 것이며, 간편한 계산 프로그램을 개발할 것이다. 바닥보호공의 이탈에 대한 조건은 Jet의 특성, 즉 상류부 수리특성 및 제반여건에 대한 한계조건을 제시할 것이며, 물받이공 진동에 대한 파괴에 대해서는 파괴되지 않을 최소 두께를 제시하여, 경제성 및 안전성 증진에 이바지 하고자 한다. 본 연구에서는 각 연구내용 별 한계조건을 정량적으로 제시하고자 한다. 실무에 적용성을 극대화 하기 위해 수치해석으로 이를 검증할 것이며, 간편한 계산 프로그램을 개발할 것이다. 바닥보호공의 이탈에 대한 조건은 Jet의 특성, 즉 상류부 수리특성 및 제반여건에 대한 한계조건을 제시할 것이며, 물받이공 진동에 대한 파괴에 대해서는 파괴되지 않을 최소 두께를 제시하여, 경제성 및 안전성 증진에 이바지 하고자 한다. |
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| 색인어 | 한글 | 압력변이 | 물받이공 | 바닥보호공 | 난류 | 진동 |
| 영문 | Pressure fluctuation | Apron | Bed protection | Turbulence | Vibration | |
| 최종보고서 | 2.최종보고서.pdf 2_최종보고서.pdf | |||||