R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C077573-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 이상고파랑 대비 방파제의 안정성 및 공사비 10% 절감이 가능한 회절 고려 파력식 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-07-11 ~ 2016-07-10 | |||||
| 연구책임자 | 이창훈 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
7명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 200,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 200,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 400,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 세종대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001513-01 | |||||
| ISBN | 979-11-951950-4-6 | |||||
| 주요 내용 |
최근 태풍의 대형화 추세와 더불어 이상 고파랑으로 방파제가 유실되고, 연안지역에 인명 및 침수 피해가 발생하고 있다. 태풍의 진로가 서해안으로 진출하기도 하여 그 피해가 가중되고 있다. 태풍의 길목에 있는 제주도, 거가도 및 고파랑이 내습하는 동해안의 방파제에 피해가 증가하고 있는 실정이다. 방파제에 피해를 주는 파력을 정확히 이해하여 파력 감소요인을 규명하면 10% 이상 공사비를 줄일 수 있을 것이다. 경사 입사 시 방파제에 작용하는 파력의 감소 요인이 파랑의 공간적인 위상차뿐만 아니라 파랑의 회절임을 이론, 해석해, 수치해를 사용하여 밝히고, 파력산정 안내서를 작성한다. 또한 장대구조물에 작용하는 파력 감소율을 제시하여 10% 이상의 공사비 절감이 가능한 설계법을 제시한다. [최종목표] 방파제에 작용하는 파력에 대해 기존의 연구와는 달리 회절의 효과를 포함하여 연구한다. 특히 기존 연구에서 명확히 밝히지 못했던 부분, 즉 입사각에 따른 방파제에 작용하는 파력 감소율의 공간적 분포를 해석해와 수치해를 이용하여 제시한다. 또한 입사파 및 반사파의 회절을 고려하여 장대구조물에 작용하는 파력 감소율을 제시하여 10% 이상의 공사비 절감이 가능한 설계법을 제시한다. 방파제에 작용하는 파력산정 지침서를 작성하여 실무자들이 현업에 적용할 수 있도록 하여 국내 항만기술력 발전에 기여한다. [연구내용 및 범위] 본 과제의 기술적 성숙도는 실험실 환경에서 구성시스템의 성능평가 및 신뢰성 시험 단계로, 기본원리를 발견 및 실용화를 위한 초기 단계이다. 파력식은 일반구조물과 장대구조물에 작용하는 파력식을 제시한다. 장대구조물을 해안구조물에 적용할 경우 파력의 평활화 효과에 의해 구조물의 폭을 10% 이상 감소시킬 수 있다. 따라서, 해안구조물을 장대화 하게 되면 구조물의 규모가 10% 이상 축소되면서, 공사비 10% 절감이 가능하다. 또한, 회절을 고려하여 파력을 산정할 경우 구조물의 위치에 따라 파력이 변하게 된다. 현재 실무에서 적용하는 파력식은 구조물의 위치에 따른 파력을 동일하게 산정한다. 따라서, 본 과제에서 제시하는 위치에 따른 파력변화특성을 반영할 경우, 회절에 따른 국부적인 파력감소효과를 이용하여 구조물의 규모를 감소시킬 수 있다. 개발된 이론식의 검증을 위해 수치해석 및 수리모형실험 연구를 수행한 후 후속연구로 실해역 실증을 추진하는 것이 합리적인 연구추진체계로 판단된다. 본 연구는 기초이론 정립에 1년, 수치해석 및 수리모형실험을 통한 이론 검증에 1년이 소요되어 총 2년의 연구를 계획하였다. 연구비용은 수리모형실험을 위한 모형제작에 따른 직접비용을 감안하여 2년간 4억4천만원의 연구예산을 계획하였다. 본 연구의 연구책임자인 세종대학교 이창훈 교수는 파랑 수치해석 관련 전문가로써, 주관연구기관인 세종대학교에서 기초이론 정립과 수치해석 연구를 수행한다. 농어촌연구원의 정재상은 해안구조물 설계 관련 업무를 8년 동안 수행하였으며, 장대구조물 및 파력 관련 많은 수의 논문을 발표하였고, “해양구조물의 장대화 방안”에 관한 특허의 발명자이다. 현재는 수리모형실험 업무를 담당하고 있으므로 이론식의 검증을 위한 수리모형실험 연구를 수행하는 것으로 계획하였다. 주요 연구내용을 요약하면 아래와 같다. - 경사 입사 시 방파제에 작용하는 파력의 감소 요인이 기존에 알고 있는 파랑의 공간적인 위상차뿐만 아니라 본 연구에서 최초로 밝힌 파랑의 회절임을 이론으로 밝힌다. - 규칙파 및 다방향 불규칙파의 경우에 대해 모두 고려한다. - 반무한방파제와 이안제에 작용하는 파력을 각각 구한다. - 해석해와 완경사방정식의 수치해를 써서 선형파의 파력을 구한다. - Boussinesq 방정식과 FLOW-3D의 수치해를 써서 비선형파의 파력을 구한다. - 3차원 수리모형실험을 수행하여 해석해와 수치해의 정확성을 검증한다. |
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| 색인어 | 한글 | 파력 | 회절 | 장대구조물 | 해석해, 수치해 | 수리모형실험 |
| 영문 | wave force | diffraction | long structure | analytical and numerical solutions | hydraulic experiment | |
| 최종보고서 | 최종보고서_세종대학교 이창훈(배포용).pdf | |||||