지진해일에 의해 건축물에 작용하는 하중은 물의 흐름 및 부유물에 따라 정수역학에 의한 하중, 부력에 의한 하중, 유체역학에 의한 하중, 충격에 의한 하중 등으로 구분된다. 정수역학에 의한 하중(정수압)은 유속이 느리고 정체되어있을 때의 침수단계에서의 건축물에 작용하는 삼각형 분포의 하중, 부력에 의한 하중은 건축물 내부에 공기층이 형성되어 수직으로 작용하는 하중, 유체역학에 의한 하중은 해일이 내습하는 초기단계에서의 유속에 의해 작용하는 하중(동수압)으로 유속에 따라 파력의 크기가 달라진다. 충격에 의한 하중은 해일 내습시 부유물이 건축물에 충돌할 때 발생하는 하중으로 부유물의 무게 및 크기에 따라 달라진다. 이상과 같이 건축물에 영향을 미치는 해일하중은 유속 및 침수심 깊이, 하중을 받는 건축물의 입면면적 및 형태에 따라 달라진다. 그러나 해일 내습시의 유속은 계측이 불가능하므로 일반적으로 건축물에 작용하는 해일하중 산정시에는 동수압을 침수심계수를 사용하여 정수압으로 환산하여 산정한다. 본 연구에서는 이상과 같이 건축물에 작용하는 해일하중 평가시 중요한 척도가 되는 침수심 계수의 산정방법 및 크기에 따라 건축물에 작용하는 하중의 변화량에 대해서 검토하고자 한다.

본 연구에서는 지진해일에 의한 국내 연안구조물의 피해 정도를 예측하기 위한 기초연구로서 고립파가 구조물에 미치는 파압과 관련한 전산유체해석을 수행하였다. 우리나라에서는 일본에서 발생하는 지진에 따른 동해안의 지진해일 내습과 관련하여, 전파속도와 내습시의 침수심, 범람영역 등과 관련한 연구가 다양하게 진행되어 왔다. 그러나 지진해일이 육지에 내습하여 연안 구조물에 미치는 직접적인 피해와 관한 연구는 거의 없으며, 지진해일에 따른 연안 구조물의 피해정도나 그 규모에 대한 예측이 미비한 상황이다. 지진해일을 대표하는 고립파를 사용하여 연안 구조물에 미치는 파압과 관련하여 전산유체해석S/W인 Flow-3D를 이용하여 고립파의 파고에 따른 구조물에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 수치수조 내에 고립파를 조파하여 단순 구조물에 미치는 파압을 분석하였으며, 구조물의 형상 및 개구부 유무에 따른 구조물 항력의 차이를 비교하였다.

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.