작용파력과 시·공간분포

Fig. 3.13은 모델교량에 작용하는 단파에 의한 수평 및 연직파력의 시계열을 나타내며, Fig. 3.14는 시계열 중에서 수평 및 연직파력의 최대치를 나타낸다. 전술한 수위변동에서 언급된 바와 같이 상·하류측 수심이 깊을수록 단파의 전파속도가 빠르기 때문에 파력의 감지시간이 빨리 나타나며, 모델교량으로 불연속면의 급격한 타격으로 불연속면의 도달 시간에 파력의 급격한 상승이 발생된다. 특히, 불연속면의 전후에서 수위가 큰 Figs.

3.13(d)와 3.13(e)와 같은 경우에는 전술한 Fig. 3.8에서와 같이 충격적인 타격으로 인한 충격파력이 나타나고, 이후에 급격하게 감소되는 현상을 알 수 있다. 여기서, 전술한 Fig. 3.8의 경우와 비교하면 수평파력의 최대치는 유사한 경향으로 수심의 증가에 따른 상승을 나타내지만 전반적인 변화율은 보다 작다(얕은 수심에서 큰 값을, 깊은 수심에서 는 작은 값을 나타낸다)는 것을 알 수 있다.

연직파력의 시계열을 살펴보면 시간의 경과에 따라 초기에는 Uplift의 연직파력이, 다 음에는 Downward의 연직파력이, 이후에는 교차적으로 나타지만 수심이 깊을수록 >2s 의 시간대에서 Uplift의 연직파력이 점차로 증가하는 경향을 나타낸다. 또한, 수심이 깊 을수록 Uplift의 연직파력이 Downward의 연직파력의 크기보다 커지는 것이 일반적인 경 향으로 판단된다. 그리고, 불연속면 전후에서 수심이 깊을수록 Uplift의 최대연직파력의 발생시간과 최대수평파력의 발생시간이 일치되고, 그의 값도 크게 되므로 교량의 안정 성에서는 불리한 측면으로 된다. 전술한 Fig. 3.8의 경우와 비교하면 전체적으로 Downward의 연직파력에서 그의 지속시간이 짧고(Fig. 3.13(e)에서는 Downward의 연직파 력이 거의 나타나지 않는다), 또한 최대치가 작다는 특성을 갖는다. 수평 및 연직파력에 서 주어진 이러한 특징으로부터 하류측 수심이 파력의 특성에 미치는 영향이 크며, 특 히 연직파력에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 3.14을 살펴보면 최대수평파력은 수심이 깊을수록 증가하고, 최대 Uplift파력도 _

=10~16cm까지는 수심이 깊어질수록 증가하며, _=18cm에서 감소한다. 반면, 최대 Downward파력은 수심의 변화에 일정한 경향의 변화를 나타내지 않지만 최대 Uplift파력 과 최대 Downward파력의 차이는 수심의 증가에 비례하여 증가하는 경향을 나타낸다.

이러한 최대연직파력의 변화양상은 전술한 Fig. 3.9(b)와는 큰 차이를 나타낸다는 것을 알 수 있다.

(a) _=10cm, _=1cm (b) _=12cm, _=3cm

(c) _=14cm, _=5cm (d) _=16cm, _=7cm

(e) _=18cm, _=9cm

Fig. 3.13. Profiles of horizontal and vertical forces.

(a) Maximum horizontal force (b) Maximum vertical force(Uplift force and Downward force)

Fig. 3.14. Comparison of maximum horizontal and vertical forces.

Figs. 3.15와 3.16은 각각 _=16cm, _=7cm; _=18cm, _=9cm일 때 단파에 의한 최대 파력이 모델교량에 작용되는 순간에 포착된 교량 주변에서 수위변동과 공기를 포함한 유체내에서 유속분포 등을 나타낸 결과로, 각 그림에서 (a)가 최대 Uplift력이, (b)가 최 대 Downward파력이, 그리고 (c)가 이후의 월류 상황에 대한 시·공간분포이다. 최대 Uplift파력의 경우를 보면 _=16cm, _=7cm의 경우보다 _=18cm, _=9cm에서는 모델교 량 전면에 유속벡터의 수평성분이 상대적으로 강하게 나타나지만(따라서, 최대수평파력 이 상대적으로 크게 나타난다) _=18cm, _=9cm에서는 Girder의 저면에 작용하는 상향 의 연직파력(최대 Uplift파력)이 공기의 연행으로 작게 나타나는 것(특히, 두 번째 Girder 저면에서)으로 판단된다. 반면, 최대 Downward파력이 작용될 때의 두 경우를 비교·검토 하면 _=16cm, _=7cm의 경우가 월류된 유량이 Deck의 상부면 전체에 분포하고, 월류 된 유량이 Deck의 상부면 일부에 분포하는 _=18cm, _=9cm에 비해 하향으로 작용하 는 Downward파력이 상대적으로 크게 된다. 다음으로, 이후의 월파 상황을 살펴보면 _

=18cm, _=9cm의 경우가 Deck의 상부면에서 더 높은 수위를 가지고 월류되는 것을 파 악할 수 있다.

(a) The moment when maximum uplift force occurs

(b) The moment when maximum downward force occurs

(c) The moment after overtopping

Fig. 3.15. Snapshots of the tsunami bore impacting the bridge model (_=16cm, _=7cm).

(a) The moment when maximum uplift force occurs

(b) The moment when maximum downward force occurs

(c) The moment after overtopping

Fig. 3.16. Snapshots of the tsunami bore impacting the bridge model (_=18cm, _=9cm).