부유구조체 하면에 작용하는 파압에 대한 실험적 연구

정연주(Jeong Youn-Ju),유영준(You Young-Jun),이두호(Lee Du-Ho) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.6A

본 연구에서는 파랑하중에 의해 부유구조체 하면에서 발생하는 파압 현상을 규명하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 서로 다른 측면 형상과 하면 형상을 갖는 4개의 폰툰형 시험체를 제작하여 5 종류 파랑하중에 대한 수리모형실험을 실시하였다. 시험체의 하면에는 6개의 파압센서를 설치하였으며 수리모형실험 동안 시험체 하면에 작용하는 파압을 측정하였다. 측정 된 파압을 분석한 결과 와플형의 하면 형상은 부유구조체 하면에 작용하는 파압에 거의 영향을 미치지 않으며 하이브리드형의 측면 형상은 파압에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이것은 하이브리드형의 측면에 형성된 에어캡(Airgap)이 부유구조체에 작용하는 파랑의 충격 에너지를 일부 흡수하여 파압을 저감시키는데 기여하는 것으로 판단된다. 기존의 상자형 폰툰과 비교하였을 때 하이브리드형의 파압은 선수부에서 약 83% 중간부에서 약 74% 및 선미부에서 약 53% 수준인 것으로 나타났다. In this study in order to investigate the wave-induced buoyancy effects experimental studies were conducted on pontoon type floating structures. A series of small-scale tests with various wave cases were performed on the pontoon models. A total of four small-scale pontoon models with different lateral shapes and bottom details were fabricated and tested under the five different wave cases. Six hydraulic pressure gauges were attached to the bottom surfaces of the pontoon models and the wave-induced hydraulic pressure was measured during the tests. Finally hydraulic pressures subjected to the bottoms of the pontoon models were compared with each other. As the results of this study it was found that whereas the waffled bottom shape hardly influenced the wave-induced hydraulic pressure the hybrid lateral shape significantly influenced the wave-induced hydraulic pressure subjected on the bottoms of floating structures. The air gap effects of the hybrid shape contribute to decreasing the wave-induced hydraulic pressure due to absorption of wave impact energy. Compared with box type the hydraulic pressures of the hybrid type were about 83% at the bow 74% at the middle and 53% at the stern.

파일지지식 소파방파제의 파압특성 분석

고광오,백승우,박창범,이종인,Ko, Kwangoh,Pack, Seungwoo,Park, Changbeom,Lee, Jong-In 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.1

본 연구에서는 파일지지식 소파방파제의 파압특성을 2차원 수리모형실험을 통해 분석하였다. 단일 유공벽 및 이중 유공벽을 가진 모형체를 통해 실험을 수행하였으며, 측정된 파압결과는 Goda 파압과 비교분석하였다. 단일 유수실의 경우, 측정된 최대파압이 Goda 파압과 비교하여 전면벽의 경우 25%, 후면벽의 경우 30%가 감소하였다. 이중 유수실의 경우에는 최대파압이 Goda 파압대비 전면벽 27%, 중간벽 53%, 후면벽 64% 감소한 것을 알 수 있다. 이로부터 이중 유공벽을 가진 소파방파제가 단일 유공벽의 경우와 비교하여 파압이 현저히 감소하는 것을 알 수 있었으며, 이는 유공 1실과 2실의 횡슬릿의 유공벽을 통과하면서 발생하는 파랑에너지의 소산으로 인해 후면벽에 작용하는 파압의 크기가 작아졌기 때문으로 판단된다. This study investigates the wave pressure characteristics of the pile-supported breakwater with single or double perforated walls through 2-D hydraulic experiments and the measured wave pressures are compared to those of wave pressures by Goda's formula. For single chamber, the measured wave pressures in the front wall and rear wall decreased to about 25% and 30%, respectively, compared to those of wave pressures by Goda's formula. Also, the decrease in the wave pressures for double chamber were about 27%, 53%, and 64% in the front wall, middle wall, and rear wall, respectively. It was found that the pile-supported breakwater with double perforated walls was more efficient than the single chamber due to wave dissipation effects of double slit walls with horizontal slits.

유수실 상부 덮개가 있는 케이슨 방파제의 유공률에 따른 전면벽 작용 파압 비교

오상호,지창환,오영민,장세철,Oh, Sang-Ho,Ji, Chang-Hwan,Oh, Young Min,Jang, Se-Chul 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.2

본 연구에서는 유수실 상부 덮개가 있는 케이슨 방파제의 전면벽 유공률 변화에 따라서 전면벽 파압 분포가 어떻게 달라지는지 실험적으로 고찰하였다. 우선 전면벽 유공률이 0인 무공 케이슨에 대해서 파압을 측정하여 이를 Goda(1974)의 파압 분포와 비교하였다. 분석 결과, 계측된 파압분포는 Goda의 파압 공식과 대체로 잘 일치하였으며, 이를 통해서 본 실험에서 파압이 정확하게 측정되었음을 확인하였다. 한편, 유공 케이슨의 경우 전면벽 유공률을 0.2, 0.25, 0.3으로 변화시키면서 실험을 수행하였다. 대부분의 실험 조건에서는 유공률에 따른 전면벽 파압 분포에 차이가 거의 없었던 반면, 비교적 파고 및 주기가 큰 일부 실험파의 경우에는 유공률이 클수록 파압이 근소하게 증가하는 경향이 나타났다. 그러나 전면벽 총파력은 대체로 유공률에 따른 차이가 미미하였다. This study experimentally investigated the change in distribution of wave pressure on the front wall according to the variation of the front wall porosity of the caisson breakwater having the cap of wave chamber. First, the wave pressure for the non-porous caissson corresponding to zero porosity was measured and compared with the pressure formula suggested by Goda(1974). The analysis showed that the measured pressure distribution fairly well agreed with the Goda formula, which confirmed the accurate measurement of wave pressure in the present experiment. In case of the porous caisson, meanwhile, the experiment was performed by varying the front wall porosity as 0.2, 0.25, and 0.3. The wave pressure distribution at the front wall showed little difference according to the porosity for most of the test wave conditions, whereas the pressure slightly increased with the porosity for some test waves whose wave heights and periods were relatively large. However, the difference according to the porsosity was insignificant for the wave force at the front wall.

연직구조물에 작용하는 고립파 파압 분석

한세종,조용식 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

내륙으로 범람한 지진해일은 구조물의 전도, 붕괴, 유실 등 다양한 피해를 발생시킨다. 2011년 발생한 동일본 지진해일 피해사례에 의해 다양한 연구들이 내륙으로 범람한 지진해일과 구조물의 상호작용 관계에 대해 분석하는 방향으로 연구가 집중되고 있고, 정확한 지진해일 하중산정을 통해 구조물의 피해를 최소화하기 위해 노력하고 있다. 이에, 본 연구에서는 지진해일의 특성을 잘 나타내는 고립파를 이용하여 연직구조물에 작용하는 파압을 2차원 수리실험을 통해 제시한다. 2차원 수리실험은 총 길이 32m의 고립파 발생이 가능한 피스톤 서보타입의 조파기가 설치된 2차원 조파수조에서 수행하였다. 일반적으로 먼 바다로부터 전파된 고립파는 쇄파가 발생하지 않기 때문에 쇄파가 발행하지 않는 조건인 상대파고() 0.1∼0.2로 하였고, 조파기로부터 발생된 고립파가 구조물에 도달하기 전까지 바닥마찰에 의해 발생하는 파고감소 영향을 최소화하기 위하여 구조물 전면에 파고계를 설치하여 파고를 분석하였다. 구조물에 작용하는 파압을 측정하기 위하여 아크릴로 제작된 구조물에 파압계를 연직으로 설치하여 파고변화에 따라 발생하는 파압분포를 동시에 측정하였으며, 발생한 최대 파압으로 파압분포도를 나타내었다. 2011년 동일본 지진해일 피해사례에 의하면 다수의 구조물이 유실 또는 전파되었으나 일반적으로 큰 창문과 문 또는 피로티 형식으로 된 구조물은 잔존한 것으로 보고되었다. 이에, 실험 구조물에 추가적으로 개구부가 존재하는 형태의 구조물을 이용하여 단순한 형태의 연직 구조물과 개구부가 존재하는 구조물에 발생하는 파압을 비교하여 개구부의 크기가 파압감소에 미치는 영향을 수리실험을 통해 도시하였다. 본 연구를 통해 직사각기둥에 발생하는 고립파의 연직파압을 측정하여 구조물에 작용하는 파력 산정하여 지진해일과 구조물에 상호작용관계를 분석하였으며, 정면에 개구부의 크기를 변화시켜 개구부가 파압을 감소시키는 영향에 대해 실험을 통해 제시하였다. 이를 통해, 지진해일 발생시 구조물에 작용하는 파력을 추산하여 연안 구조물에 발생이 가능한 피해규모를 예측 할 수 있도록 하였다.

규칙파 조건에서 케이슨 상치구조물의 설치위치에 따른 파압 특성

전재형(Jae-Hyung Jun),이석찬(Suk-Chan Lee),김도삼(Do-Sam Kim),이광호(Kwang-Ho Lee) 한국해안해양공학회 2022 한국해안해양공학회 논문집 Vol.34 No.3

최근 들어 건설되는 해안•항만구조물의 경우 구조물 마루에 상치구조물 설치를 통해 월파의 발생을 방지하거나 친수공간을 확보하려는 시도가 증가하고 있다. 일반적으로 설계단계에서 상치구조물에 작용하는 파압 산정은 설계파의 처오름을 고려하여 구조물의 전면에 작용하는 Goda 파압식을 적용하고 있다. 하지만, 내습파랑이 구조물의 마루를 월파하는 경우 상치구조물의 설치위치에 따라 Goda 파압을 상회하는 파압이 작용할 수 있다. 본 연구에서는 직립 케이슨을 대상으로 수리모형실험 및 수치모의를 통해 상치구조물에 작용하는 파압산정에 대한 Goda 파압식의 적용성을 분석함과 동시에 상세한 수치모델결과를 기반으로 상치구조물에 작용하는 파압의 크기를 고찰하였다. 그 결과, 상치구조물에 작용하는 파압은 정수면에 작용하는 최대파압에 비해 최대 120%까지 발생함을 확인하였다. 또한, 이러한 상치구조물의 작용파압은 구조물 마루에서 월파수심에 따른 Froude number에 지수함수적으로 증가함을 확인하였으며 Froude number에 기반한 파압의 예측을 위한 경험식을 제안하였다. In recent years, coastal and port structures have attempted to prevent wave-overtopping or provide waterfront areas by installing superstructures on the structural crowns. In general, in the design stage, the Goda formula acting on the front the structure is applied to calculate the wave pressure acting on the superstructure in consideration of the wave-runup of the design wave. However, the wave pressure exceeding the Goda wave pressure could generate depending on the installation location of the superstructure where the wave-overtopping occurs. This study analyzed the applicability of the Goda formula to the wave pressure calculation for the superstructure of the vertical structures through hydraulic model experiments and numerical simulations. Furthermore, this study investigated the magnitude of the wave pressure acting on the superstructure based on detailed numerical results. As a result, the wave pressure acting on the superstructure was up to 120% higher than the maximum wave pressure on the still water surface. In addition, the wave pressure increases exponentially with the Froude number computed by the overtopping water depth at the crown of the structure, and we proposed an empirical formula for predicting the wave pressure based on the Froude number.

곡면 방파제에 작용하는 파압에 관한 실험적 연구

장대정 청운대학교 건설환경연구소 2012 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.7 No.1

The purpose of this paper is to investigate wave pressure in front of breakwaters by the experimental model test. The vertical and curved breakwaters were set up in the 2-D irregular wave tank to investigate the influence of water depth and submerged breakwaters into wave pressure in front of breakwaters. The study concluded the wave pressure characteristics by water depth that wave pressure of the curved breakwaters were found to be less than those experienced in the vertical breakwaters, because of wave dissipation on the curved breakwaters shape and wave reflection. Wave pressure characteristics by existence or without existence of submerged breakwaters made a conclusion that wave pressure of existence of submerged breakwaters were found to be less than those experienced in without existence of submerged breakwaters, because of wave reflection by submerged breakwaters. 본 연구의 목적은 2차원 불규칙 조파수조에 연직 및 곡면 방파제를 설치하고 잠제의 유․무 및 수심의 변화에 따른 방파제 전면에서의 파압을 추정하기 위하여 수리 모형실험을 수행하였다. 수심의 영향을 고려한 파압의 수리 모형실험 결과 곡면 방파제의 형상으로 인한 파고감쇠와 파의 반사로 인하여 연직 방파제보다 파압의 감소효과가 우수한 것으로 판단된다. 잠제의 유․무에 따른 파압 특성은 잠제에 의한 파의 반사로 인하여 잠제가 설치된 경우 파압의 감소효과는 우수한 것으로 나타났다.

육상의 직립구조물에 미치는 지진 해일에 의한 수평 파력 및 파압에 대한 수리모형실험

박형수,Daniel Cox,신성원 한국해안,해양공학회 2017 한국해안해양공학회 논문집 Vol.29 No.6

지진해일은 그 파랑이 연안 도시로 범람하여 육상 구조물에 피해를 주게 된다. 육상 구조물에 미치는 파압 및 파력에 대한 연구는 육상 구조물의 안정성 설계의 중요한 요인 중 하나이다. 본 연구에서는 단순화한 박스구조물에 미치는 지진 해일의 수평 파력 및 파압에 대한 2차원 단면 수리모형실험을 수행하였다. 시간에 따른 수평 파압의 수직 분포와 파력을 파압계와 파력계를 사용하여 계측하여 상호 비교하였다. 또한, 쇄파의 형태도 다양하게 고려하여 계측하였다. 쇄파된 파랑이 입사하는 경우 구조물에 미치는 수평 파력이 최대가 되는 순간에는 수평 파압이 수직적으로 균일하였고, 그 외의 경우에는 육상 저면에 가까울수록 수평 파압이 커지는 분포를 보였다. 최대 수평 파력을 다양한 입사파랑 조건에 대한 함수로 표현하기 위해 쇄파상사계수를 사용하여 수평 파력과의 관계식을 산출하였다. 그 결과 무차원화한 수평 파력은 쇄파상사계수가 증가함에 따라 지수적으로 감소하는 경향을 있음을 보였다. The tsunami flood the coastal cities and damage the land structures. The study on wave pressure and force on land structures is one of the important factors in designing the stability of inland structures. In this study, two - dimensional wave flume tests on the horizontal wave force and pressure of tsunamis on a simplified box-type structure was conducted. Vertical distribution and wave power of horizontal wave pressure over time were measured by pressure sensors and force transducer. Also, those were measured from the different wave breaking types. The vertical distribution of horizontal wave pressure was uniform at the moment when the horizontal wave force to the structure was maximum under the breaking wave condition. A surf similarity parameter was employed in order to figure out the relationship between the maximum horizontal wave force on the structure as a function of various incident wave conditions. As a result, the non - dimensionalized horizontal wave force tends to decrease exponentially as the surf similarity parameter increases.

유수실 상부 덮개가 유공 케이슨 방파제의 전면벽 및 후면벽 파압에 미치는 영향

오상호,지창환,오영민,장세철,Oh, Sang-Ho,Ji, Chang-Hwan,Oh, Young-Min,Jang, Se-Chul 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.6

이 연구에서는 수리모형실험을 통해 유수실 상부 덮개가 유공 케이슨 방파제 전면벽 및 후면벽에서의 파압에 미치는 영향을 고찰하였다. 수리모형실험은 유공 케이슨의 유수실 상부 덮개가 있는 경우 및 없는 경우에 대해서 전면벽 유공률을 변화시키면서 이루어졌다. 유수실 상부가 덮개로 막혀 있을 때에는 모든 실험 조건에서 유의미하게 더 큰 파압이 취득되었으며 따라서 유수실 상부 덮개 존재에 따른 두 벽에서의 계측 파압 차이는 매우 뚜렷하게 나타났다. 그 결과 계측 파압을 적분하여 계산된 전파력의 크기 역시 상부 덮개가 있는 케이슨 방파제의 경우가 더 컸으며, 이 경우 잘 알려진 Takahashi의 파압식에 근거한 파력값을 상회하였다. 한편, 전면벽 유공률에 따라서는 방파제 전면벽 및 후면벽에서 모두 유공률이 클수록 더 큰 파압이 계측되었다. In this study, the effect of wave chamber slab on wave pressure along the first and second wall of the perforated caisson breakwater was investigated by performing physical experiment. The experiment was performed without and with the wave chamber slab of the perforated caisson by varying the front wall porosity. The discrepancy in magnitudes of the measured wave pressure along the both walls of the perforated caisson was apparent according to the existence of the wave chamber slab as significantly greater pressures were acquired for all the test cases when the wave chamber was closed upward by the slab. As a result, the magnitudes of the total wave force calculated by integration of the measured wave pressure also were much larger for the caisson breakwater having the wave chamber slab, exceeding the value based on the well known Takahashi's formula (Takahashi and Shimosako, 1994). With respect to the porosity of the front wall, meanwhile, higher pressures were obtained with a larger porosity, at both the first and second wall of the breakwater.

Modelling of Wind Wave Pressure and Free-surface Elevation using System Identification

Cieslikiewicz, Witold(위톨드 키에스키윅즈),Badur, Jordan(요르단 바두르) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.6

해수면과 해저파압을 연계하는 모수 모형을 개발하기 위한 시스템 식별법을 제시하였다. 비선형 고정변수를 포함한 선형 시불변 모형 구조를 가정하고 추가적인 입력자료를 갖는 자기회귀모형 (ARX)을 이용하여 해저파압 시계열자료로부터 해수면 시계열자료를 또는 해수면 시계열자료로부터 해저파압 시계열자료를 추출하는 방법을 제시하였다. 임의로 선정된 해수면과 해저 파압 자료를 이용하여 모형을 검증하였으며, 유사한 해저수심의 파압자료와 다른 해상 기상조건으로 생성된 해수면 스펙트럼 자료를 통해 재검증하였다. 시스템 식별법을 이용한 방법이 전통적인 선형파 이론을 이용한 선형전송함수(LTF) 방법보다 전반적으로 더 정확하게 수행됨을 확인하였다. 또한 본 논문에서 제시된 방법으로 추정된 해저 파압 시계열모의는 수정 선형전송함수(corrected LTF)에 의한 결과와 유사함을 확인하였다. A System Identification method to develop parametric models linking free surface elevation and wave pressure is presented and two models are built allowing for either wave pressure or free surface elevation simulation. Linear, time invariant model structures with static nonlinearities are assumed and solutions are sought in a form of autoregressive model with extra input (ARX). An arbitrary chosen free-surface elevation and wave pressure dataset is used for estimation of the models, which are subsequently verified against datasets with similar pressure gauge depth but different free-surface elevation spectra due to different meteorological conditions. It is shown that free-surface simulation using System Identification methods can perform better than traditional linear transfer function derived from linear wave theory (LTF), while wave pressure simulation quality using presented methods is generally similar to that obtained with corrected LTF.

경사식방파제의 상치콘크리트에 작용하는 수평파압: 비쇄파조건

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

경사식방파제 상치콘크리트에는 경제적인 이유와 월파의 효과적인 저감을 위해 파라펫이 설치되기도 하지만, 파라펫 설치로 인해 상치콘크리트에는 증가된 파압이 작용하게 된다. 일반적으로 상치콘크리트에 작용하는 파압은 수리실험을 통해 검토되며, 상치콘크리트 설계를 위해서는 파압이 산정되어야 하지만 여전히 불명확한 부분이 있다. 본 연구에서는 상치콘크리트에 작용하는 수평파압 산정을 위해 경사식구조물 형상과 다양한 파랑조건을 적용한 수리실험을 수행하였다. 실험결과를 이용하여 Goda(1974, 2010)의 파압산정식에 적용되는 파압저감계수를 제안하였으며, 테트라포드가 피복된 경사식방파제 상치콘크리트 설계에 실무적으로 적용 가능 할 것으로 기대된다. The crown wall with parapet on top of the rubble mound breakwater represents a relatively economic and efficient solution to reduce the wave overtopping discharge. However, the inclusion of parapet leads to increased wave pressure on the crown wall. The wave pressure on the crown wall is investigated by physical model test. To design the crown wall the wave loads should be available, and the horizontal wave pressure is still unclear. Regarding to the horizontal wave pressure on the crown wall, a series of experiments were conducted by changing the rubble mound type structure and the wave conditions. Based on these results, pressure modification factors of Goda’s (1974, 2010) formula have been suggested, which can be applicable for the practical design of the crown wall of the rubble-mound breakwater covered by tetrapods.