적용성 검토에 이용되는 구조물은 직립벽과 혼성제를 대상으로 하였으며, 검토하고 자 하는 기존 이론식은 미소 선형중복파 조건인 Horikawa(2001) 이론과 쇄파 조건인 Goda(1985)의 이론식을 선정하여 비교하였다.
3.3.2 검증이론
CADMAS-SURF의 검증에 이용되는 Horikawa(2001)와 Goda(1985)의 이론에 대 해서 간략하게 기술한다.
첫째로, Horikawa식은 Horikawa가 미소 진폭 중복파의 개념에서 정립하였으며, 이 에 대한 특성은 파고가 작을 경우에 적용이 가능하다. 직립벽에서 완전 반사가 될 것 으로 가정하여 중복파 파형
및 속도포텐셜
는 다음 식 3.23, 식 3.24와 같다. cos cos
coscos
(3.23)
sinh
cosh
sin sin
sinh
cosh
cossin
(3.24)
여기서,
tanh
위의 세가지 식을 사용하여 Horikawa(2001)는 자유표면에서
이 되도록 근사 정도를 높인 식 3.25를 제안하였다.
cosh
cosh
cosh
cosh
(3.25)여기서,
: 정수면이 원점인 연직상의좌표
: 수심식 3.25는 파봉의 위치에 있을 때의 식이다. 여기서의 검토는 정수압을 제외한 동
수압 항으로 검토하였다.
둘째로, Goda 이론의 개념에 대해서 기술한다. 파고는 최대파고 (max)를 사용하고 그 값은 유의파고의 1.8배 또는 대상지점에서 유의파고의 5배의 거리만큼 외해로 떨어 진 지점의 쇄파 한계파고 중에 작은 값을 택한다. 주기는 유의파 주기를 사용한다.
파압공식은 Fig. 3.4과 같이 정수면에서 최대값 을 취하며, 정수면상
max의 높이에서 0, 해저에서 , 그 사이에서는 직선으로 변화한다. 정수면 에서 파압강도는 식 3.26과 같다.Fig. 3.4 혼성방파제에서의 파압분포도
max
cos
(3.26) 여기서,
sinh
(3.27)
min
max
max (3.28)
여기서,
: 파의 입사각해저의 파압강도는 식 3.29이고,
cosh
(3.29)
근고블럭 또는 피복석으로 덮인 부분에서도 파압이 감소한다고 생각하지 않으므로 직립부 하단의 파압강도는 식 3.30과 같다.
(3.30)
′
cosh
(3.31)3.3.3 검토 제원
상기 개요에서 언급한 바와 같이, 비교 검증의대상 구조물 형식은 직립제 및 직립 식 혼성제로 하였다. Horikawa식을 비교 검토한 직립식 케이슨은 바닥 저면에 바로 직립식 구조물이 위치하는 형태이며, Goda식을 비교 검토한 혼성식 케이슨은 2.0m정 도의 바닥 상단에 직립식 구조물을 둔 형태이다.
3.3.4. 검토 결과
검토시 입력조건은 Table 3.1과 같으며, 적용단면은 Fig. 3.5와 같다. Fig. 3.6a에 서 보는 바와 같이 CADMAS-SURF로 수치 해석한 결과와 Horikawa이론식을 계산한 결과와의 비교 결과는 상당히 일치함을 볼 수 있었다. 또한 Fig. 3.6b에서 Goda의 이 론식 계산결과와 비교에서는 비교적 일치함을 볼 수가 있었으나, Goda의 이론식 계산 결과가 정수면 상⋅하에서 다소 크게 나타났다. 본 결과에서는 최대 1.1배 정도로의 차이로CADMAS-SURF의 수치해석 결과와 상기 두 가지 이론식으로 계산결과와 유사 한 경향을 얻을 수 있었으며, 이에 본 CADMAS-SURF의 수치해석 이론에 대한 적용 성 검토가 어느 정도 이루어진 것으로 판단된다(성상봉 등, 2003a)
Table 3.1 구조물 및 파랑 제원
구분 구조물 제원
Horikawa Goda
수심(m) 12.0 12.0
입사파고(m) 1.0 5.0
주기(s) 10.0 10.0
건현(m) 8.0 8.0
제체높이(m) 20.0 18.0
사석마운드(m) - 2.0
Fig. 3.5 비교단면도(성상봉 등 2003a)
Fig. 3.6 Horikawa 및 Goda식과 CADMAS-SURF 결과치의구조물 전면 파압분포 비교
(성상봉 등, 2003a)