교각전면부 하상재료의 입도분표에 따른 전단응력 산정에 관한 실험적 연구 = Experimental Estimation of Shear Stresses at Pier-Front with Material Size Distribution

국문 초록 (Abstract)

세굴에 영향을 미치는 요소는 여러 연구자들에 의하여 크게 수리·수문량, 구조물 형태, 하상재료로 나눌 수 있다. 또한 세굴은 복잡한 3차원 난류경계면, 부정류, 세굴공(Scour hole)에서의 유사거동 및 접근 유속, 접근수심, 교각 폭, 하상토의 크기 등의 영향을 받는다. 하지만, 이 모든 영향요소를 한번에 고려하여 교각 주위 세굴심을 산정한다는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서, 적절하고 합리적인 세굴심을 예측하려면 세굴공에서의 하상입자 특성에 대한 전단응력을 결정하는 것이 필요하다.
본 연구에서는 이러한 전단응력을 수리실험에 의하여 실제 측정하였으며 그때의 세굴현상을 고찰하였다. 본 실험은 비점착성 재료인 모래와 모형사를 이용하였으며 정적세굴 조건하에서 실시하였다. 그 결과 세굴은 유속비가 에서 발생하였고, 유속비가 증가할수록 세굴심은 선형적으로 증가함을 알 수 있었다. 또한, 원형과 사각형 교각을 포함한 모든 실험 데이터에대해 세굴심이 발생하지 않은 즉, 0 세굴심에서의 전단응력비(평균값이 7 내외로 나타났으며, 같은 하상입자의 경우에 원형 교각보다 사각형 교각에서의 전단응력비 값이 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이는 교각 앞의 복잡한 흐름에 의하여 그 값을 정량화하기 어려운 전단응력을 간접적으로 산정함으로써 추후, 교각 주변의 하상재료에서 세굴을 규명하기 위한 연구에 기초적 자료가 될 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

According to researchers, the influential factors of scouring are generally divided into three factors: the flow conditions, the type and position of structures, and the characteristics of bed materials. In addition, scouring is affected by the 3-dimensional turbulent boundaries, the unsteady flow, movement of sediment in the scour-hole areas, the approach flow velocity and depth, the width of the bridge foundation/pier, and the particle size of bed materials. However, it is difficult to estimate the scour depth near bridge piers when all conditions are factored in at once.
Therefore, for reasonably accurate estimates of scour depth, it is essential to consider sufficiently the flow force and resisting force for scour. That is, to determine the shear stress concerning the bed material distribution is needed.
In this study, the experiments were performed under the condition of a steady state of flow. As a result, scouring occurred at velocity ratios of V/V_c=0.476, and the scour depth was increased linearly as the velocity ratio increased. In addition, the average values of shear sress ratio at zero scouring depth in both rectangular and circular piers were approximately 7(tau_c/tau_approach), and in the case for same size bed particle materials, the shear stress ratio of rectangular piers were higher than circular piers. The results of this study can be used for the fundamental material for estimating the scour depth of bed materials.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅰ
• 그림목차 = ⅲ
• 표목차 = ⅴ
• 국문요약 = ⅵ
• Abstract = ⅶ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구의 필요성 및 목적 = 1
• 1.2 연구의 내용 = 2
• 1.3 연구동향 = 3
• 제2장 세굴의 이론과 세굴심 산정공식 = 8
• 2.1 세굴의 이론적 배경 = 8
• 2.1.1 장기하상변동 = 9
• 2.1.2 수축세굴 = 10
• 2.1.3 국부세굴 = 13
• 2.2 국부 세굴심 산정공식 = 18
• 제3장 수리모형실험 = 27
• 3.1 실험장치 = 27
• 3.2 실험 하상 재료 = 29
• 3.3 한계이동유속(Vc)의 측정 = 33
• 3.4 국부 세굴심 산정 = 36
• 제4장 세굴실험 및 전단응력 산정 = 40
• 4.1 개요 = 40
• 4.2 한계전단응력(Critical Shear Stress) = 40
• 4.3 접근전단응력(Approach Shaear Stress) = 43
• 4.4 실험결과 분석 = 45
• 4.4.1 유속비( V_(c)/V)와 무차원 세굴심(y_(s)/b )의 관계 = 45
• 4.4.2 전단응력비 (T_(c)/T_(a))와 무차원 세굴심(y_(s)/b)의 관계 = 50
• 제5장 결론 및 향후과제 = 55
• 참고문헌 = 57
• 감사의 글 = 63