목표초과확률에 기반한 교량의 지진 취약도 곡선

박성준 울산대학교 일반대학원 2026 국내석사

최근 전 세계적으로 대규모 지진이 잇따라 발생하면서 사회 기반 시설이 심각한 피해를 겪고 있다. 이는 단순한 인명 및 재산 피해를 넘어, 사회·경제 시스템 전체 를 마비시키는 국가적 위기로 이어질 수 있다. 특히, 한국도 더 이상 지진의 안전지대가 아니며, 지진 발생 횟수와 시민들이 직접 체감하는 유감지진의 빈도가 급격히 늘고 있는 추세다. 도로와 철도망의 중추적 역할을 하는 교량은 지진 발생 시 인적· 물적 자원을 신속히 수송하는 생명선(Lifeline) 기능을 한다. 하지만 지진으로 교량 이 파괴되면 구조물 손실뿐만 아니라, 긴급 구호 활동 지연과 사회 기능 마비 같은 2차 피해를 초래하게 된다. 따라서 지진 위험이 갈수록 커지는 상황에서 교량의 내 진성능을 확보하고 향상시키는 것은 국가적으로 매우 중요한 과제이다. 본 논문은 설계 기준에 부합하는 인공합성지진파 100개를 생성하여 입력하고, 지 진 시 RC 부재의 연성도(mu) 값을 로그화 해준 특성을 주기(T)와 강도비(R)에 따라 분석한 R-ln(mu)-T 결과를 제시한다. RC부재의 모델링은 형상비가 5인 원형단면으로 구성되었으며, 연성도의 특성은 Pushover 해석과 비선형 응답이력 해석과 같은 비 선형 해석기법을 활용하여 도출하였고, 이를 통해 도출된 평균값과 표준편차를 분 석하여 Log-normal 분포로 가정하였다. 이 Log-normal 분포의 초과확률을 활용하 여 성능기반 내진설계에 적용하고, 지진력에 따른 취약도 곡선을 산정하는 방안을 모색하였다. 구체적인 성능수준의 초과확률에 대한 목표연성도(mu(target)), 한계연성도 (mu(lim))는 제공하지 않고 있다. 본 연구는 지진 시 발생하는 RC 부재의 R-ln(mu)-T 통계적 특성을 기반으로 각 성능수준에서 초과확률을 변수로 두어 목표연성도와 한계 연성도 값을 제시하고, 목표하고자 하는 초과확률의 지진취약도 곡선을 작성할 수 있는 방법과 특성을 제시하고자 한다.

홍수량-초과확률 함수의 불확실성을 고려한 연피해 기대치 계산에 대한 연구 : 금호강 유역을 중심으로

남우성 연세대학교 대학원 2002 국내석사

본 연구는 홍수 피해의 영향을 나타내는 데 가장 널리 이용되는 지표인 연피해 기대치 산정시 중요한 요소인 홍수량-초과확률 함수의 불확실성을 반영하기 위해 빈도해석과 Monte Carlo 모의 기법을 사용하여 표본분포를 선정하고 이를 불확실성이 고려된 연피해 기대치 계산에 적용하였다. 홍수량-초과확률 함수를 log-Pearson type III 분포로 제한한 것의 한계를 해결하기 위해 금호강 유역 동촌과 성서 지점의 홍수량 자료에 대해 빈도해석을 실시하여 적합한 확률분포형을 선정하였다. 선정된 확률분포형을 바탕으로 Monte Carlo 모의를 수행하여 얻은 각 재현기간별 홍수량 표본에 적합한 표본분포를 선정하였고, 각 홍수량-초과확률 함수의 분포형별로 선정된 표본분포를 적용함으로써 불확실성이 고려된 연피해 기대치를 계산하였다. 두 지점의 불확실성이 고려된 연피해 기대치 계산 결과 불확실성이 고려된 연피해 기대치가 불확실성이 고려되지 않은 연피해 기대치보다 큰 값을 가짐을 확인할 수 있었다. 또한 발생된 자료의 개수의 적을 경우 연피해 기대치 산정의 정도가 떨어짐을 확인할 수 있었다. 두 지점에서의 불확실성이 고려되지 않은 연피해 기대치와 불확실성이 고려된 연피해 기대치의 차이가 크진 않지만 피해규모가 더 큰 유역에 적용될 경우 이 차이는 더욱 중요해지며 불확실성이 고려된 정확한 연피해 기대치 계산의 필요성은 배가된다. In this study, frequency analysis and Monte Carlo simulation are used to determine expected annual damage, which is frequently used as an index of flood damage, including uncertainties of discharge-probability function. Frequency analysis is applied to flood data of two stations, Dongchon and Seongseo in Kumho river and fitted probability distributions functions are found. Samples for each return period of fitted probability distribution functions are generated by Monte Carlo simulation and fitted probability distribution functions for each sample. Expected annual Damages including uncertainties is calculated by applying sampling distributions to discharge-probability functions. Results of calculating expected annual damages of two stations including uncertainties show that expected annual damages including uncertainties are larger than those without uncertainties and that smaller is the number of data, lower is the accuracy of expected annual damages. Although the difference of both expected annual damages including uncertainties and those without uncertainties is small in two stations, it can be larger in case of watersheds more dangerous for flooding. In that case, calculation of expected annual damages including uncertainties of discharge-probability functions is more necessary.

선박의 안전한 접안을 위한 실측 접안속도 분석에 관한 연구

이상원 한국해양대학교 대학원 2019 국내석사

When designing mooring facilities for harbor and dock facilities, the port facility manager should consider the berthing energy of the approaching ship. However, it is difficult to directly estimate the ship’s berthing velocity, which has the greatest effect on the berthing energy. Therefore, it is analyzed statistically based on the measured data. The ‘Brolsma curve’, which is widely referred to worldwide as the data on the berthing velocity, is the data collected in the 1970s. However, it does not correspond to the current situation because it is not reflected in the enlargement of the ship and the development of the mooring ability in the port facility. Therefore, it is necessary to determine the criteria of the new design berthing velocity by analyzing the actually measured ship berthing velocity recently. In this study, I try to derive a new criterion by analyzing the berthing velocity data observed from a tanker terminal in Korea. The comparison and analysis of the domestic and international reference data related to the berthing velocity complements the ‘Port and Fishing Design Standards (2014)’and the improvement plan is prepared. The purpose of this study is to produce basic data that can be referenced in the design of mooring facilities by numerical analysis of the actual data analysis results. The actual data of the berthing velocity used in this study is measured at a tanker terminal operated by three jetties located in Korea for about 17 months and the total number of data is 207. As a result of analyzing the actual data by jetty and ship size, it was confirmed that most of the data are within the design berthing velocity of each jetty. In order to apply the actual data of berthing velocity to the probability distribution function, the frequency of berthing velocity was converted into histogram and compared with the three probability distributions of normal distribution, lognormal distribution and Weibull distribution. To find the most suitable probability distribution function, I conduct the goodness of fit test such as K-S test, A-D test and Q-Q plot. As a result, lognormal distribution was most suitable for the ship which was in laden condition and Weibull ditribution was most suitable in the case of ballast condition. Based on the results, I developed a method to calculate and use the predicted value of berthing velocity derived from the concept of probability of exceedance. The relationship curve between the berthing velocity and the DWT was derived by using the relation between the ship’s specification and ship size. Using the linear regression analysis, the relational expressions corresponding to the confidence intervals of 50, 75, 90, 95, 98, and 99% were derived and rearranged into graphs. This study suggests a method to estimate the proper berthing velocity according to ship size through analysis of actual data. It is necessary to revise old reference paper for berthing velocity that do not correspond to the reality such as the data of 'Harbor and Fishing Design Standards'. However, since the actual data used in this study is limited to domestic tanker terminal, further studies are needed to collect and analyze the data collected from various types of vessels and ports. The ultimate goal is to develop the new relationship curve between the vessel size and the berthing velocity that can replace Brolsma curve. 현재 항만 및 부두 시설을 설계함에 있어 항구에 접근하는 선박의 접안에너지를 고려하고 있다. 하지만 이 접안에너지에 가장 큰 영향을 미치는 선박 접안속도를 직접 추정하기는 어려우므로 실측한 데이터에 근거하여 통계적으로 분석하고 있는 실정이다. 접안속도에 대한 자료로 전 세계적으로 많이 참조하고 있는 ‘Brolsma curve’는 데이터 자체가 1970년대에 수집된 자료로써 선박의 대형화 및 계류시설의 발전에 대한 반영이 되어있지 않기 때문에 현재의 실정에 맞지 않는 상황이다. 따라서 최근에 실제로 측정된 선박 접안속도를 분석하여 새로운 설계 접안속도의 기준을 정하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 국내의 탱커부두에서 실측된 접안속도 데이터를 분석하여 접안속도에 대한 새로운 기준을 도출하고자 한다. 접안속도와 관련한 국내외 참고문헌을 비교, 분석하여 현재 국내의 항만 및 어항 설계기준(2014)에 대한 보완점을 도출하고 개선방안을 마련하고자 하며, 실측 데이터 분석 결과를 수치화 하여 계류 시설의 설계에 참고할 수 있는 기초 자료를 제작하는 데 목적을 둔다. 본 연구에서 활용한 접안속도의 실측데이터는 3개의 Jetty로 구분되어 운영되는 국내의 한 탱커부두에서 약 17개월간 측정한 것으로써 총 데이터 수는 207개이다. 이 실측데이터를 Jetty별, 선박 규모별로 구분하여 분석해 본 결과, 대부분의 데이터가 각 Jetty의 설계접안속도 범주 안에 있는 것을 확인하였다. 하지만 실측데이터의 최댓값은 설계접안속도의 약 2배를 초과하는 것을 확인하였다. 이렇게 실측 접안속도가 설계접안속도를 초과하는 경우, 접안에너지가 과도하게 산출되어 부두가 손상되는 등의 사고로 이어질 수 있기 때문에 그에 대한 대책마련이 필요하다. 또한, 접안속도 실측데이터를 확률분포함수에 적용시키기 위해 접안속도의 빈도수를 Histogram화 하였으며, 이를 정규분포, 대수정규분포, Weibull 분포 세 가지 확률분포도와 비교하였다. 가장 적합한 확률분포함수를 찾기 위해 K-S 검정, A-D 검정, Q-Q Plot 등의 적합도 검정을 시행하였다. 그 결과 만재상태로 접안하였던 선박은 대수정규분포, 경하상태의 경우에는 Weibull 분포가 가장 적합한 것으로 나타났다. 그 결과를 바탕으로 초과확률 개념에서 도출된 접안속도 예측치를 계산하여 활용할 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 또한, 선박의 제원과 선박 규모 간의 관계식을 활용하여 접안속도와 선박 규모와의 관계식을 도출하였다. 선형회귀분석을 활용하여 50, 75, 90, 95, 98, 99 %의 신뢰구간에 해당되는 관계식을 도출하고 이를 그래프로 재정리 하였다. 본 연구에서는 실측 데이터 분석을 통한 선박 규모에 따른 적정 접안속도 값을 산정하는 방법을 제시하여 현재 국내에서 참고 중인‘항만 및 어항설계 기준’의 접안속도 관련 데이터와 같이 현실과 맞지 않는 내용을 개정할 필요가 있음을 확인하였다. 하지만 본 연구에서 사용한 실측 데이터가 국내의 탱커선 부두에 한정되어 있으므로, 다양한 선종 및 부두에서 취합한 데이터를 취합, 분석하는 추가 연구가 필요하며 이를 통해 Brolsma curve를 대체할 수 있는 새로운 선박규모와 접안속도의 관계식을 개발하고자 한다.

갈수량 자료의 초과확률 추정방안 연구

김돈수 연세대학교 산업대학원 2001 국내석사

하천유지유량 설정에 기준이 되는 갈수량을 결정하기 위하여 하천 유량 자료를 검토하고 자연상태의 하천유량을 대표할 수 있는 갈수량을 구축하였다. 확률갈수량은 매개변수적 방법과 비매개변수적 방법을 사용하여 산정하였으며, Monte Carlo 모의실험을 통하여 비교·분석하였다. 한강 유역 13개 지점의 갈수량에 대한 빈도 해석을 실시한 결과, 유역 전체에 대한 확률분포형은 3가지 분포형, 즉 2변수 gamma, 2변수 lognormal, 그리고 2변수 Weibull 분포가 한강 전지점의 주요 분포형으로 나타났다. 모의실험 결과 모집단과 같은 확률분포형인 Weibull-2 분포형의 RBIAS와 RRMSE가 가장 작게 나타났으며, 내삽범위에서 비매개 변수적 방법이 통계적 거동특성(RBIAS와 RRMSE)이 좋은 것으로 나타났다. RRMSE에 있어서 비매개변수적 방법 중에서 PM 기법이 가장 작게 나타났으며, SJ 기법이 비매개변수적 방법 가운데 가장 크게 나타났다. 본 연구에서 유역 전체에 대해 상하류가 균형을 이루는 갈수량을 비교하여 설정함으로써 수계가 일관된 하천유지유량을 산정할 수 있는 기본자료를 제공할 것으로 판단되며, 확률갈수량을 산정하는데 있어 매개변수적 방법뿐 아니라 비매개변수적 방법의 적용성을 확인할 수 있었다. Streamflow data were reviewed and lowflow data which represent streamflow characteristics were established in order to determin especific lowflow which can supply a certain standard of river maintenance flow. Lowflow quantiles were estimated based on parametric and nonparametic methods. And comparative study of the methodologies were performed based on Monte Carlo simulation. As the results of lowflow frequency analysis for 13 sites of Han River Basins, gamma-2, lognormal-2, and Weibull-2 distributions were selected as appropriate ones. By means of the results of simulation study, the RBIASs and RRMSEs of Weibull-2 model as sumed as a population model are smaller than any other models and the statistical properties (RBIASs an d RRMSEs) of nonparametric method produce good results within interpoloation range. Among bandwidth selectors the RRMSEs of PM are the smallest and those of SJ are the largest. Reliable lowflow data with physical meanings for water valance between upstream and downstream will be able to give an important information for estimating rational river maintenance flow. And nonparametric method as well as parametric on e for estimating lowflow quantiles turn out to be aappropriate model.

배수관망에서 측정 지점별 수압변동 특성 및 구역 평균수압 산정 방법 개발

김덕현 단국대학교 대학원 2011 국내박사

근대적인 상수도시설이 도입된 이래 약 100년의 역사를 가진 한국의 상수도는 새로운 21세기의 패러다임으로 고효율 상수도 시스템을 구축하고자 노력하고 있다. 고효율 상수도라 함은 상수도의 3대 목표인 수량의 안정적 공급, 수질의 안정성 확보, 수압의 균등성 확보라는 목표로 최적의 유지관리가 가능한 상수도 시스템을 구축하는 것이다. 상수도의 3대 목표 가운데 수압의 균등성 확보를 위해서 평상시에는 적정한 수압으로 안정적인 공급을 하고 비상시에도 물을 가급적 안정적으로 공급할 수 있도록 정비하는 것이 필요하다. 급수구역은 구역내의 물수요 실태나 지형, 지세에 따라 대응 또는 복수의 배수계통으로 구성되는데, 평상시 안정급수확보 및 비상시의 응급급수대책을 위해서는 급수구역이 자연적으로나 사회적 조건에 맞도록 적절한 배수계통으로 구성된 관망을 형성하고 있어야 하며, 유지관리가 용이하고 또한 관내의 수질을 충분히 유지할 수 있도록 블록시스템(block system), DMA(District Metered Areae)로 정비하여 구축하는 것이 좋다. 이처럼 평균수압의 중요성은 제시되고 있으나, 평균수압 산정에 있어서 측정기간, 측정간격 등에 대한 명확한 제시가 없다. 상수도 시설기준 유지관리편에서 수압 측정간격에 대하여는 배수조정을 위해 수압 및 수량 측정을 이용하여 관망 주요지점에서 항상 측정·기록해서 장래 참고자료로 보존해 두어야 한다고 명시 되어 있다. 그러나 수압 측정간격에 따라서 수압 데이터의 저장능력과 정확한 수압측정의 신뢰도가 떨어 질 수 있기 때문에 수압 측정간격에 대한 연구가 필요하다. 측정기간에 대하여는 상수도관망 기술진단 메뉴얼 개발연구와 유수율 제고사업 추진 메뉴얼에서 ‘배수관망 해석을 위하여 각 측점별 48시간 이상의 수압(㎏f/㎠ 또는 m)의 변동을 측정하여 주간 및 야간의 수압을 조사한다.’고 명시되어 있다. 국외의 경우에는 M. Tabesh는 ‘수압측정기간은 기후변화, 계절, 요일 등이 변화함에 따라 그 산정결과가 달라질 수 있다.’ 이처럼 국내·외의 문헌에서 평균수압 산정시 수압측정기간이 변화함에 따라 그 산정결과가 달라질 수 있다는 점에서 세밀한 기준이 정비되어야 할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 U시 S배수구역의 간접배수시의 겨울철과 여름철 계측자료를 이용하여 1분 단위의 계측자료를 이용하여 간격별 최대오차율을 산정하였고, 1분 단위 측정자료 대비 95% 신뢰성 있는 수압 측정간격에 대하여 연구하였다. 측정기간에 대하여 전체 계측자료의 평균수압을 산정한 후 기간별 평균수압과의 오차율에 대하여 비초과확률 개념의 적용가능성을 검토하고자 한다. 본 연구를 통하여 적정한 수압 측정기간을 산정하고, 배수구역의 평균수압 산정에 있어서 그 측정기간을 단축시킬 수 있는지를 검토하고자 하였다. 또한 관망해석을 실시하여 구역 평균수압 산정방법에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서는 평균수압의 발생특성과 그 산정방법을 비초과확률을 이용하여 나타내었으며, 평균수압을 산정하는 방법으로서 유용한 기초자료가 될 것이라 판단된다. 그러나 관망해석을 이용하여 지점 평균수압과 구역 평균수압을 검토하는 과정에서 추가적으로 많은 절점을 확보하고 C계수의 조합과 관로의 매설년수를 고려하여 구역 평균수압을 산정하는데 오차를 줄이는 연구가 필요할 것으로 판단된다. Since the modern drinking water system has been introduced into Korea a century ago, highly efficient system has been established to meet soaring needs from the 21st century. The Korean water system has evolved to achieve high efficiency throughout assuring stable supply in quantity, low contamination in quality, and uniformity of water pressure in the distribution network. One of outstanding evolution in the water distribution system includes a Block System to attain higher efficiency in both its maintenance and the custody of water quality. The uniformity of hydraulic pressure is critical in the Block System to assure stable water supply in an emergency as well as in ordinary requirements. Therefore, it was recommended to keep pipe pressure data at the major points of network for future reference by the Korean Standard Handbook for Drinking Water Distribution System. As the needs for hydraulic pressure increased, the optimal interval and duration of its measurement became an issue because of the cost for data handling and the reliability of its measurement, depending on diverse factors such as season and time of weekdays. Although the significance of hydraulic pressure was already addressed, there are few researches on the measuring intervals of the average hydraulic pressure. Since a water distribution segments inside “U” city in Korea kept obtaining hydraulic pressure in every minute during summer and winter seasons, their hydraulic pressure data were chosen as relatively error-free reference data to obtain the longest measuring period. Five minutes was shown to be optimal data collection period for summer and winter seasons with 95% confidence level. Extending data collection period from one minute to five minutes could make data-backup interval of the system longer from 43 days to 120 days by reducing the number of data. The duration time for the hydraulic pressure(㎏f/㎠ or m) measurement was suggested to be approximately no less than 2 days including day and night by previous two field manuals named “Technical Manual for Diagnosis of Water Distribution Network” and “Manual for Actions to Improve Rate of Metered Water”. The duration time for data collection was analyzed with the concept of non-exceedance probability. It was shown that more than four days are required to obtain average data with 95% confidence level for summer and winter seasons. DMA-averaged pressure is often used as a representative for a Block System. The DMA-averaged hydraulic pressure was obtained by multiplying weighting factors from consumed water at each node or allocating the fraction of influenced link to the hydraulic pressure at each node predicted by EPANET. The DMA-averaged hydraulic pressure showed 13.15 meter and 0.45 meter difference from hydraulic pressure at a node for block 2 and 3 respectively using weighing factors obtained from the fraction of influenced link to the hydraulic pressure. The difference was caused from the number of calibration points. Block 2 and block 3 has one and three calibration points respectively. When UARL equation was used for four-days-averaged hydraulic pressure at the block 2, unmetered water was 66,899 L/d which was comparable with 58,105 L/d and 57,606 L/d from the methods both multiplying weighting factors by consumed water at each node and allocating the fraction of influenced link to the hydraulic pressure at each node respectively.

증분동적해석에 의한 교량 구조물의 지진취약도 평가

꽁 씨닛 강원대학교 대학원 2025 국내석사

현재 교량과 같은 인프라 구조물들이 지진으로 인해 많은 피해를 받고 있는 것은 사실이다. 교량 구조물은 지진 하중에 대해 복잡한 비선형 거동을 보이기 때문에, 이를 정밀하게 평가하는 해석방법이 필요하다. 본 연구는 교량 구조물의 내진성능을 정량적으로 평가하기 위하여 증분동적해석 또는Incremental Dynamic Analysis (IDA) 방법을 중심으로 지진취약도 곡선을 도출하고, 이를 바탕으로 확률론적 지진요구도 모델인 Probabilistic Seismic Demand Model (PSDM)을 활용하여 결과를 비교·분석하였다. 대상 구조물은 납-고무받침(Lead Rubber Bearing)과 탄성받침(Rubber Bearing)을 사용하는 교량이며, 해석에는 총 40개의 근거리(near-fault) 및 원거리(far-field) 지진의 지반운동이 사용되었다. 주요 응답 변수로는 변위비(교각의 최대변위를 유효높이로 나눈 값)를 사용하였고, 이를 기반으로 네 단계의 손상 상태(Damage States)를 정의하였다. IDA 수행 시, 각 지진기록에 대해 지반 가속도(Peak Ground Acceleration)를 0.01g에서 5.0g까지 단계적으로 증가시키며 비선형 해석을 수행하였으며, 0.01g부터 1.0g까지는 0.01g 간격, 1.0g부터 5.0g까지는 0.05g 간격으로 스케일링하여 정밀한 응답 곡선을 확보하였다. 도출된 응답 데이터를 바탕으로 로그정규분포(lognormal distribution)를 가정한 지진취약도 곡선을 구축하였고, 동일한 해석 조건에서 PSDM 기반 회귀분석을 수행하여 손상 확률을 추정하였다. 비교 결과, 근거리 지진 조건에서는 대부분의 손상 상태에서 PSDM 기반 중앙값이 IDA 결과보다 작거나 유사하게 나타났으며, 반대로 원거리 지진 조건에서는 일부 손상상태에서 PSDM이 IDA보다 큰 중앙값을 보여 손상 확률을 낮게 평가하는 경향도 확인되었다. 본 연구는 다양한 지진 조건에서 IDA 기반의 상세한 취약도 분석 결과를 PSDM과 비교함으로써 구조물의 손상 확률 차이를 정량적으로 분석하였으며, 해석방법에 따른 평가 결과의 변동성을 이해하는 데 기여하고자 하였다.

강우의 재현기간을 고려한 설계강우량의 시간분포 방법 개선에 관한 연구

김희준 연세대학교 공학대학원 2014 국내석사

우리나라는 해마다 발생하는 자연재해로 인하여 사회적 경제적으로 큰 피해가 발생하고 있으며, 특히 전 지구적으로 기후변화로 인해 강우사상과 강도가 변화하여 국지호우사상과 집중호우사상의 증가 및 강우패턴의 변화로 현재 수공구조물의 설계기준에 대한 재검토가 요구되고 있다. 수공구조물의 설계 시 시간분포는 설계강우량을 설계지속시간에 따라 적절하게 분포시키는 방법으로 국내에서는 외국의 시간분포 방법을 사용하고 있으며, 국내의 적용에 관한 연구는 미비한 실정이다. 현재 국내에서 널리 쓰이고 있는 Huff의 4분위법의 경우 기존의 첨두유출량의 과소산정 문제를 내포하고 있기 때문에 본 연구에서는 기각기준을 달리하여 첨두유출량의 과소산정의 문제를 보완하고, 실제 강우의 재현기간을 고려하여 Huff의 시간분포값을 초과확률별로 다르게 적용하였다. 따라서 본 연구의 목적은 기각기준을 높이고, 실제 강우의 재현기간을 고려한 초과확률의 시간분포값을 이용하여 Huff의 4분위법이 가지는 첨두유출량 과소산정의 문제를 보완하며, 이를 통해 기후변화에 대응하는 수공구조물 설계에서 보다 안정성을 높일 것으로 기대한다.

河川施設物 安定性 評價 및 維持管理 改善에 관한 硏究

최동필 서울시립대학교 2005 국내석사

최근 지구촌의 기상이변으로 세계 곳곳에서 홍수, 가뭄 등의 재앙이 빈번히 발생하고 있다. 특히 제방은 유수가 하도 밖으로 넘치는 것을 방지하고 유수의 소통을 원활하게 하기 위하여 하천의 양안에 설치하는 홍수방어를 위한 가장 중요한 구조물로 설계빈도 이상의 호우로 인한 높은 홍수위는 제방 월류, 침식 및 파이핑 등으로 하천제방의 붕괴를 유발하여 짧은 시간에 제내지를 침수시킴으로써 큰 홍수피해를 유발할 수 있다. 제방 설계에 있어서 설계 단면에 대한 안전성을 평가하여 안전 여부를 결정하는 것이 매우 중요하다. 안전성 평가는 설계 대상 구간의 흐름 특성, 기초 및 제체 특성 등을 고려하여 가능하면 모든 항목에 대해서 정확히 이루어져야 할 것이다. 우리나라는 제방 설계 시 홍수에 의한 수리영향인자를 조사하여 제방 법선을 결정하며, 제방 형상은 계획홍수량 규모에 따라 『하천설계기준』에 제시되어 있는 설계기준을 근거하여 결정할 수 있도록 되어 있다 또한 제방단면의 크기를 결정하는 중요한 요소가 비탈경사이다. 동일한 제체 높이와 둑마루폭을 가지고 있다면 비탈경사는 완만할수록 제방의 안전도는 향상된다. 우리나라의 경우 1:2 이하의 비탈경사를 원칙으로 하고 있는 반면 일본은 『하천제방설계지침』에 3할 이하의 완경사를 원칙으로 제시하고 있다. 일본의 경우도 이전에는 우리나라와 같이 1:2의 비탈경사를 원칙으로 하였으나, 수문량과 제체자체의 불확실성을 보완하기 위한 것으로 보인다. 제방의 다짐은 제방의 구조적 안전에 필요한 단위밀도를 증가시키기 위하여 반드시 시행해야 하며, 다짐 밀도기준은 즉 현장건조밀도와 최적함수비 상태의 최대건조밀도의 비는 일반적으로 80%이상 이어야 한다. 여유고는 우리나라와 일본이 동일하게 계획홍수량에 따라서 여유고를 결정하는데 비해 미 공병단에서는 농경지 제방과 도시지역 제방을 구분하여 여유고에 차이를 두고 있다. 지금까지의 제방 여유고는 계획홍수량을 안정하게 소통시키기 위하여 하천에서 발생할 수 있는 여러 가지 불확실한 요소들에 대한 안전값으로 주어지는 여분의 제방 높이로 홍수량에 따라 일률적으로 적용되어 왔으나 효과적인 제방고의 산정 및 안정성 평가를 위해서는 피해예상지역에서 첨두유량의 초과확률에 대해 불확실성을 포함하는 확률분포가 제방 신뢰도 분석의 일부분으로서 결정되어야 한다. 제방 및 호안, 둔치, 저수호안 및 비탈멈춤공, 보 및 낙차공, 수제, 저수로 등 하천시설물이 제 기능을 유지하기 위해서는 정기적인 점검 등을 통해 사전에 유해요인을 제거하고, 손상된 부분을 보수·보강하여 당초 건설된 상태를 유지함과 동시에 경과시간에 따라 요구되는 시설물의 개량과 추가시설 즉 유지관리를 잘 해야 한다. 이러한 하천시설물에 대한 유지관리를 효율적으로 하여 재난재해의 방지와 함께 투자재원 효율성 증대하는 차원에서 이에 대한 정기적인 점검은 대단히 중요하다. 유지관리 업무개선과 관련하여 특별히 고려하여야 할 사항은 예산의 증가, 기획, 일정계획, 재정과 작업관리체계, 범위와 기준, 사용재료와 공법, 그리고 담당 부서 간의 협조 등이다. Recently disasters such as flood or any caused by severely dried seasons have happened over the world due to the unpredictable variation of weather. Besides, because such levees are the structures who prevent water in the rivers from overflowing into them, to maintain flow of rivers to keep steady, so high level of floods may cause disasters like demolition of embankments caused by rapidly flooded. It is important to make a decision of stability of section designed in levee design phase. Estimation of stability in the levee design should contain most items and satisfy them perfectly, considering the variations such as characteristics of flow, and of foundation of levee. When designing rivers, Korea standard code implies according to the amount of flood planned, and the shape of the levee is decided by the amount of floods, based on 『River Design Code』. And the slope of the levee would be one of the significant factors which decide the size of the section of the rivers, either. The slope of the levee is safe and has same height and width of levee, if it is gradual. For example, Korea code uses slope of levee which is below 1:2, but in case of Japan does below 1:3, which would be gradual, according to 『guidelines for embankments』. The code of Japan has tried to fulfill the default of the levee. Compaction of levee must be done to increase Unit density of the levee needed for structural safety of levee. Generally compaction density called 'maximum dried density' which contains site dried density and optimum saturation must be the over 80%. Korean codes prescribe the clearance according to planned-floods as well Japan. On the other hand, American Army of the States shows different codes in comparison with those of Korea and Japan, separately to suburb areas. It is generally admitted that clearance prescribed by the code has been chosen and simultaneously applicated by the amount of the floods and the height of the levee added to safety values, but such probability including surplus probability of the peak flow must be decided as reliability analysis of levees, being calculated by the effective height of the levee and Estimation of stability, whcih might compensate for the lack of the uncertain factors. Furthermore, riverside structures such as levee, waterfronts, river-shore protections, and reservoirs should be remended, impoved after regularly checks, observations, and most defaults which might be harmful to levees should be also repaired, reinforced, and well managed, to satisfy or to meet the original condition at the construction time. Consequently, it is advised that regular check for safety of levee and effective managing of the structrues is very important. It not only prevents such disasters from collapsing but also improves effectiveness of financial investment for the project.

대형 컨테이너 선박의 유탄성 실선 계측 데이터 분석

김병훈 인하대학교 대학원 2017 국내석사

선박의 대형화와 고속화가 진행되어 감에 따라 스프링잉, 휘핑과 같은 유탄성 응답의 중요성이 부각되고 있다. 유탄성 응답하는 선박의 동적 특성을 파악하기 위해선 모드 형상, 고유주파수, 감쇠비와 같은 동적 모달 변수의 추정이 매우 중요하다. 동적 모달 변수들은 선험적 미지수이기 때문에 진동하는 선체의 응답으로부터 직접 구할 필요가 있다. 본 논문에서는 대형 컨테이너 선박인 Rigoletto로부터 계측한 가속도, 변형률 데이터를 신호처리하여 동적 모달 변수를 추출하였다. POD 기법을 이용하여 진동하는 선체의 모드 형상을 식별하였으며, 이를 기반으로 진동 응답을 모드 분해하여 모드 별 고유주파수를 도출하였다. 또한, RDT 기법을 통해 진동하는 선체의 자유감쇠신호를 얻고 이로부터 감쇠비를 추정하였다. 계측된 변형률 신호들 간의 상관관계를 분석해 선체 진동 응답이 수직 굽힘 하중과 비틀림 하중 중 어느 것에 기인한 것인지를 식별하였으며, 가속도의 모드 분해 신호(Modal magnitude)와 변형률과의 상관관계 분석을 수행하였다. 계측된 변형률 데이터로부터 응력의 시계열을 도출하여 peak stress의 초과 확률 분포를 구하였고, Palmgren-Miner rule을 적용하여 유탄성 진동 응답의 유무에 따른 시간대 별 피로손상도와 전체 측정 기간에 대한 피로손상도를 계산하였다. 이를 바탕으로 장기 피로손상도를 추정하였다.

Comparative study of design methods for sliding of perforated wall caisson breakwater

김남훈 서울대학교 대학원 2014 국내석사

케이슨 방파제를 설계함에 있어서 방파제의 주요 파괴 모드인 활동에 대하여 안전율을 이용하는 결정론적 설계법이 사용되어 왔다. 하지만 구조물에 작용하는 하중과 구조물의 저항력 등에 대한 불확실성을 안전율이라는 간단하지만 경험적인 상수를 대신하기 때문에 활동량에 대한 정량적, 상대적인 평가가 어려워 구조물을 과대 혹은 과소 설계할 가능성을 내포하고 있다. 이러한 설계변수의 불확실성을 확률적 개념으로 고려하여 케이슨의 활동량을 계산하는 성능 설계법이 제안되고 있다. 무공케이슨 방파제의 성능 설계법은 과거 여러 연구자들에 의해 연구가 진행되어 왔으며, 현재 그 틀이 거의 잡혀져 있다 해도 과언이 아니다. 반면, 유공케이슨 방파제의 경우 전면의 유공벽 구조에 의한 파력 감쇄에 따라 구조물의 안정성이 증대되는 효과가 있음에도 불구하고 이와 관련된 연구는 국내∙외적으로 아직 많이 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 기존의 무공케이슨 방파제의 성능 설계법 이론을 유공케이슨 방파제에 확장, 적용하여 이론의 적용 가능성 여부를 판단한다. 또한 결정론적 설계법의 결과와 비교 분석하여 합리적인 설계법을 결정 한다. 이는 유공케이슨 방파제의 성능 설계법에 대한 기준을 제시하기 위해 수행되는 기초 연구이다. 따라서 향후 유공케이슨 방파제의 성능 설계에 매우 중요한 지표가 될 것으로 예상된다. In the design of a caisson breakwater against sliding, the deterministic design method has been used with consideration of certain margin of safety factor. However, it is difficult to quantitatively and comparatively evaluate the sliding distance using the safety factor because of the uncertainty of the design variables. It may cause the over- or under-design of the structure. Therefore, it is required to develop probabilistic design methods (e.g., performance-based design method) to consider the uncertainties of the design variables by computing the sliding distance of the caisson. The performance-based design method of a solid-wall caisson breakwater has been investigated by many researchers and its framework is almost completed. On the other hand, researches on a perforated-wall caisson breakwater have been scarcely made despite the fact that it has greater structural safety due to decreased impulsive wave force at the perforated-wall. In this study, the conventional performance-based design method of the solid-wall caisson breakwater has been expanded and applied to the perforated-wall caisson breakwater in order to examine the feasibility of its application. In addition, a comparative analysis is made between the deterministic design method and performance-based design method. It will serve as a basic research to standardize the criteria of the performance-based design method of a perforated-wall caisson breakwater. Moreover, it is expected to be an important and useful tool in designing a stable perforated-wall caisson breakwater in the future.