인공신경망 모델의 가중치와 편의를 이용한 테트라포드의 안정수 계산 방법

이재성(Jae Sung Lee),서경덕(Kyung-Duck Suh) 한국해안해양공학회 2016 한국해안해양공학회 논문집 Vol.28 No.5

테트라포드는 경사식 방파제의 피복재로 가장 많이 사용되는 콘크리트 소파블록이다. 테트라포드의 안정수를 계산하는 것은 테트라포드의 적정 중량을 결정하기 위해 필요한 과정이다. 1950년대의 Hudson 식부터 최근에 Suh and Kang이 제안한 식까지 테트라포드의 안정수를 계산하기 위한 다양한 경험식들이 제안되었다. 이러한 경험식들은 대부분이 식의 형태를 가정하고 실험 자료를 이용하여 식의 계수들을 회귀분석을 통해 결정하였다. 최근에는, 실험 데이터가 많은 경우, software engineering (또는 machine learning) 방법이 도입되고 있다. 예를 들어서, 방파제 피복석의 안정수를 계산하기 위한 인공신경망 모델이 제안된 바 있다. 그러나 이러한 방법들은 기존의 경험식보다 정확도가 크게 뛰어나지 않고 엔지니어들에게 생소하기 때문에 아직까지 설계에 거의 사용되지 않고 있다. 본 연구에서는 인공신경망 모델의 가중치와 편의를 이용하여 테트라포드의 안정수를 계산하는 양해법을 제안한다. 이 방법은 행렬 연산을 할 줄 아는 엔지니어라면 인공신경망에 대한 지식이 없어도 사용할 수 있으며, 기존의 경험식에 비해 정확도도 우수하다. Tetrapod is one of the most widely used concrete armor units for rubble mound breakwaters. The calculation of the stability number of Tetrapods is necessary to determine the optimal weight of Tetrapods. Many empirical formulas have been developed to calculate the stability number of Tetrapods, from the Hudson formula in 1950s to the recent one developed by Suh and Kang. They were developed by using the regression analysis to determine the coefficients of an assumed formula using the experimental data. Recently, software engineering (or machine learning) methods are introduced as a large amount of experimental data becomes available, e.g. artificial neural network (ANN) models for rock armors. However, these methods are seldom used probably because they did not significantly improve the accuracy compared with the empirical formula and/or the engineers are not familiar with them. In this study, we propose an explicit method to calculate the stability number of Tetrapods using the weights and biases of an ANN model. This method can be used by an engineer who has basic knowledge of matrix operation without requiring knowledge of ANN, and it is more accurate than previous empirical formulas.

기존 2층 피복 테트라포드 상부에 추가 거치되는 피복재(테트라포드)의 안정계수: 정적거치 조건

김영택(Young-Taek Kim),이종인(Jong-In Lee) 한국해안해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.6

항만구조물의 노후화가 가속화되면서 상향된 설계파 조건에 대응하기 위한 연구가 필요한 상황이다. 특히 피복재가 거치되는 경사식구조물의 경우, 상향된 설계파고에 안정중량을 확보하기 위해서는 피복재의 중량 증가가 필요하다. 그렇지만 그와 관련된 연구는 진행된 사례가 없다. 본 연구에서는 기존 피복재가 거치된 경사식구조물에 추가 피복재를 거치하는 경우, 추가 피복재의 안정중량 산정을 위한 수리모형실험을 수행하였다. 피복재로는 콘크리트 이형블록인 테트라포드를 적용하였다. 실험결과에 의하면 비월파 조건에서 기존 피복재(테트라포드)가 정적 거치이고 사면경사의 변화가 거의 없는 경우 실험조건 내에서 추가피복재(테트라포드)의 안정계수(Kd)는 일반적인 테트라포드 안정계수(Kd = 8)에 비하여 주기별로 차이가 있으나 최대 10% 증가하는 것으로 나타났다. Since the aging of coastal structures have been increased, the researches about the reinforcements of the existing aged structures are needed. Especially, the existing armor units placed on rubble mound structures should satisfy the stability against the increased design wave conditions. However the researches about these design problems have not been performed. In this study, the hydraulic model tests to investigate the stability number about the additionally placed armor unit were conducted. The main armor unit is a Tetrapod. The test results showed that the stability number (Kd) for additionally placed armor units(Tetrapod) increased up to maximum 10% comparing with that for 2 layers tetrapod (Kd = 8) within these test conditions with the pattern placing for existing armor layers and the stable armor layer slope for the non overtopping condition.

비중 차이에 따른 테트라포드 안정계수 변화에 관한 실험적 연구

이달수(Dal Soo Lee),오상호(Sang-Ho Oh),조봉석(Bong Suk Cho) 한국해안해양공학회 2016 한국해안해양공학회 논문집 Vol.28 No.3

이 연구에서는 수리실험을 통해 비중이 서로 다른 테트라포드의 Hudson식에 의한 안정계수(KD) 변화 특성을 고찰하였다. 수리실험은 사면 경사 1:1.5인 경사식 방파제에 대하여 반복실험 없이 1회 수행되었으며, 본 실험 조건에서는 고비중 테트라포드의 안정계수가 더 크게 나타났다. 이는 테트라포드 안정계수가 비중에 따라서 달라지게 됨을 보여주는 결과이다. 향후 보다 많은 실험을 통해서 테트라포드의 비중이 안정계수에 미치는 영향을 자세히 고찰할 필요가 있다. In this study, a physical experiment was performed to investigate the change in the stability coefficient, defined by Hudson equation, for the tetrapod of different specific densities. The experiment was carried out once (with no repetition) for a rubble mound breakwater with 1:1.5 slope. In this experiment, the stability coefficient for the high-density tetrapod was greater than that for the normal-density tetrapod. This indicates variability of the stability coefficient according to change in the density of tetrapod. Further experiments and detailed analysis are required to investigate the effect of the density on the stability coefficient of tetrapod.

가치공학을 기반으로 한 테트라포드 거푸집 제작의 개선에 관한 연구

김지훈,백상화,조용식 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

테트라포드(Tetrapod)는 입사파의 에너지를 소멸시키는 역할을 수행하는 콘크리트 불록으로 해안 구조물에 폭넓게 사용된다.본 연구에서는 건설 현장에서 테트라포드 제작하여 효율성을 높이는 기술을 제안하였다. 스틸로 만들어진 4개의 거푸집을 등분배하여, 여러 번 걸쳐 설치되고 해체 되어져야 한다. 비록 제안된 기술은 현존하는 기술과 유사한 4개의 파트로 구성된 거푸집을 사용하더라도 기존의 제작 방법과 다른 3개의 작은 분절이 모여 1개의 큰 상부 거푸집이 되며 바닥이 큰 거푸집이 이용된다. 새롭게 제안된 기술은 기존 기술과 비교하여 더 작은 노력과 시간을 들여 테트라포드를 생산할 수 있다.

테트라포드 피복 케이슨 방파제 파압 수치모의를 위한 투수층 경험계수 산정

이건세,오상호,윤성범 한국해안,해양공학회 2019 한국해안해양공학회 논문집 Vol.31 No.6

본 연구에서는 3차원 유동해석 수치모형인 OpenFOAM의 waves2Foam을 사용하여 무공케이슨 방파제의 전면이 피복되지 않은 조건과 테트라포드(TTP)로 피복된 조건에서 직립 케이슨에 작용하는 파압을 수치모의하고 수 리실험 결과와 비교하였다. 파압 수치모의 결과는 수리실험 결과와 상당히 잘 일치하였다. 이를 통해 테트라포드로 피복된 영역을 다공성 매체로 구현할 수 있는 경험식의 최적 파라미터 조합을 제시하였다. In this study, waves2Foam implemented in OpenFOAM is used to simulate numerically the wave pressure on a verical caisson under the condition of with and without the placement of Tetrapods in front of the caisson. The comparisons of the numerical results and the experimental data show fairly good agreement between them. Based on this, it is possible to suggest an optimal combination of coefficients for an empirical formula to represent the protective TTP layer as porous media.

테트라포드로 피복된 사석경사제에서 월파 성능 및 예측모형의 비교

김인철(Kim, In-Chul) 한국해안해양공학회 2010 한국해안해양공학회 논문집 Vol.22 No.6

테트라포드로 피복된 사석경사제를 대상으로 하여 설계파 조건, 피복층 마루폭 그리고 마루 여유고를 변화시켜 수리실험을 수행한 후, 대상 구조물의 월파 성능을 검토하며 그리고 널리 사용되고 있는 월파량 예측모형을 적용하여 수리실험 결과와 비교를 통해 예측모형들의 특성을 파악하였다. 사면경사와 주기는 월파량에 상당히 영향을 미치나, 피복층 마루폭의 변화에 따른 월파량의 차이는 미미한 편이다. Owen(1980)의 예측모형은 계측월파량과 비교하여 과대 예측하는 반면에, Van der Meer et al.(1998)의 예측모형은 비교적 급한 사면(cotα=1.5)에서만 과소 예측하는 경향이 있다. Besley(1999)와 Pedersen(1996)의 예측모형은 보다 폭이 넓은 피복층 마루폭을 가진 사면에서 계측월파량에 비교적 좋은 일치를 보여주나, 모든 실험조건에 대해서는 일반적으로 수정 Pedersen의 예측모형이 계측월파량에 가장 일치하는 결과를 나타낸다. Laboratory tests of wave overtopping rates for a rubble mound breakwaters armoured Tetrapod were carried out, with varying design waves, crest berm widths and crest freeboards. The objective of this study is to investigate overtopping performance and to examine the characteristics of the widely used overtopping prediction models through the results of laboratory tests. Laboratory tests show that structure slope and wave periods have a considerable influence on overtopping rates, but the difference of overtopping rates related to crest berm widths is slight. Owen(1980)'s prediction considerably overestimates compared to the measured valued. Prediction of Van der Meer et al.(1998) underestimates only for steep slope(cotα=1.5). Besley(1999)'s and Pedersen(1996)'s predictions have a relatively good agreement with the measured results for slopes with a broader crest berm width. In general, best agreement between measured and predicted overtopping rates is observed using modified Pedersen(1996)'s formula for all test conditions.

경사식방파제 제두부에 거치된 Tetrapod의 안정중량 및 피복범위에 관한 수리실험: 비쇄파 조건

김영택,이종인 한국해안,해양공학회 2017 한국해안해양공학회 논문집 Vol.29 No.6

The re-analysis on the stable weight of the concrete armor unit (CAU) at the roundhead and the suggestion of the covering range at the roundhead with the increased weight of CAU were conducted. Tetrapods were applied to the tests and the three dimensional hydraulic tests were performed. The test results for the stable weight at the roundhead area were similar to the guides from Korean Design Standard for Harbour and Fishery Port (MOF, 2014) and Coastal Engineering Manual (USACE, 2005). The investigation of covering range at the roundhead of rubble mound structures armoured with Tetrapods was suggested that the length of five times of the design wave height from the tip of the superstructure was needed and appropriate. Both sides of the superstructure should be covered with increasing weighted CAU to satisfy the stability at roundhead area. 본 연구에서는 상치콘크리트가 설치되어 있고, 주피복재로 테트라포드(Tetrapod)가 거치된 제두부 구간에 대하여 피복재 안정중량 재분석 및 피복중량의 할증 범위에 대해 검토하였다. 결과 분석을 위하여 3차원 수리실험을수행하였다. 수리실험 결과에 의하면 항만 및 어항설계기준 · 해설(MOF, 2014), 미국의 CEM(USACE, 2005) 등에제시된 제두부 구간에서의 피복재 할증 중량은 적정한 것으로 검토되었다. 테트라포드가 거치된 경사식구조물 제두부 구간 피복재의 할증중량 피복범위는 제두부 기준선을 중심으로 설계파고의 약 5배 범위를 항내측과 항외측에 피복하는 것이 적정한 것으로 검토되었다.

월파조건에서 경사제 항내측 사면에 거치된 테트라포드의 안정성 실험

김영택(Young-Taek Kim),이종인(Jong-In Lee) 한국해안해양공학회 2021 한국해안해양공학회 논문집 Vol.33 No.6

본 연구에서는 항내측 피복재의 안정성에 대한 단면수리실험을 수행하였다. 국내 항만 및 어항설계기준에서는 항내측 피복재의 중량산정 방법으로 상치콘크리트가 설치되지 않은 조건에 대하여 항내측 일부구간(최저설계 정수면에서 0.5H 깊이까지)을 항외측 피복재와 동일 중량비의 피복재를 사용하도록 설계 도표로 제시하고 있다. 국내에 설계되는 대부분의 경사식 구조물은 상치콘크리트가 설치되어 있으며, 이에 대한 안정중량 산정 방법이 필요하다. van der Meer(1999)가 제시한 안정계수(Nod = 0.5)를 기준으로 피복재(테트라포드)의 안정성을 검토하였으며, 항외측 피복재의 0.8배에 해당하는 중량의 피복재를 항내측에 거치할 경우 안정성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. In this study, hydraulic model tests were performed to investigate the stability of armor units at harbor side slope for rubble mound structures. The Korean design standard for harbor and fishery port suggested the design figures that showed the ratio of the armor weight for each location of rubble mound structures and it could be known that the same weight ratio was needed to the sea side and harbor side (within 0.5H from the minimum design water level) slope of rubble mound structures. The super structures were commonly applied to the design process of rubble mound structures in Korea and the investigation of the effects of super structures would be needed. The stability number (Nod = 0.5) was applied (van der Meer, 1999) and it showed that the armor (tetrapod) weight ratio for harbor side slope of rubble mound structures needed 0.8 times of that for sea side slope.

저 마루높이 구조물의 피복재 안정성 실험: Tetrapod 피복 조건

이종인,배일로,문강일 대한토목학회 2019 대한토목학회논문집 Vol.39 No.6

Low crested coastal structures such as detached breakwaters and submerged breakwaters (artificial reefs) have been commonly used as coastal protection measures. The armour units of these structures are unstable than those in non-overtopped structure cases. The stability of low crested structures armoured by rock has been suggested in existing studies. In this study, the stability of Tetrapods armour units on theses structures has been investigated using two-dimensional hydraulic model tests. The effect of wave steepness and freeboard on the armour stability on crest, front, and the rear slope has been investigated. Armour units were mostly damaged near the upper part of the seaward slope and the crest of the seaward side. From the experimental data, the new empirical formula for the stability coefficients of the Tetrapods was proposed. 이안제와 잠제(인공리프)와 같은 저 마루높이 구조물은 수중구조물은 연안역의 침식 등의 대책으로 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 구조물의 피복재 안정성은 비월파조건의 구조물 보다 낮을 수 있다. 기존 연구에서는 대부분 사석으로 피복된 구조물을 대상으로 안정성을 검토하였다. 본 연구에서는 테트라포드로 피복된 저 마루높이 구조물과 수중구조물을 대상으로 안정성을 검토하기 위해 2차원 수리실험을 수행하였다. 피복재 안정성은 구조물 상부, 전사면 및 후사면을 대상으로 파형경사와 여유고를 변화시키며 검토하였다. 피복재의 주된 피해는 전사면 상부와 바다측 마루부에서 발생하였다. 실험결과를 이용하여 테트라포드의 안정계수를 산정할 수 있는 경험식을 제안하였다.

테트라포드로 피복된 케이슨에 작용하는 파력 계측 수리실험

오상호(Oh, Sang-Ho),이종인(Lee, Jong-In),김영택(Kim, Young-Taek) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10