The recent increase in earthquake activities has highlighted the importance of seismic performance evaluation for civil infrastructures. In particular, the container crane essential to maintaining the national logistics system with port operation requires an exact evaluation of its seismic response. Thus, this study aims to assess the seismic vulnerability of container cranes considering their seismic characteristics. The seismic response of the container crane should account for the structural members’ yielding and buckling, as well as the crane wheel’s uplifting derailment in operation. The crane’s yielding and buckling limit states were defined using the stress of crane members based on the load and displacement curve obtained from nonlinear static analysis. The derailment limit state was based on the height of the rail, and nonlinear dynamic analysis was performed to obtain the seismic fragility curves considering defined limit states and seismic characteristics. The yield and derailment probabilities of the crane in the near-fault ground motion were approximately 1.5 to 4.7 and 2.8 to 6.8 times higher, respectively, than those in the far-fault ground motion.

본 논문은 갠트리 크레인의 설계를 위해 컨테이너 하역작업 시 특정하중 조건하의 RTGC(Rubber Tired Gantry Crane)의 동적거동과 그에 따른 윤하중을 분석한 내용을 기술하고 있다. 먼저 RTGC의 동적거동을 살펴보기 위해 거대 구조물인 크레인의 유한요소 모델을 개발하고 고유진동수와 고유모드의 모달시험결과를 이용하여 유한요소모델을 검증하였다. RTGC의 기타 부속품은 3차원 CAD모델링을 통해 다물체 동역학해석 소프트웨어인 ADAMS에서 강체로 모델링하였다. 본 연구에서 하중 조건은 일반적인 컨테이너의 이송조건(OP1)과 외부부하조건 없이 단순히 트롤리를 이용하여 컨테이너를 하역하는 2가지 경우로 고려하였다. 해석 결과 RTGC의 컨테이너 작업 시 발생하는 크레인의 진동은 거대 구조물의 강성과 변형에 주로 기인함을 확인하였으며 이러한 크레인의 진동은 RTGC의 움직임을 발생시켜 컨테이너 하역작업 불능 등의 거동을 발생시킬 수 있음을 분석할 수 있었다.

This study was carried out to analyze the effect of wind load on the structural stability of a container crane loading/unloading a container on a vessel. The overturning moment of a container crane under wind load at 75m/s velocity was estimated by analyzing reaction forces at each supporting point. And variations of reaction forces at each supporting point of a container crane were analyzed according to the wind load direction and boom shape.

컨테이너 크레인에 대한 풍하중 분포를 조사하기 위하여 대기경계층풍동에서 풍압실험이 수행 되었다. 본 풍압실험의 목적은 크게 두 가지로서 (1) 구조해석을 위한 입력 풍하중 데이터, (2) 전산유동 해석을 위한 표면압력분포 데이터를 확보하기 위한 것이다. 1/70으로 축소된 모형에 464개의 압력공을 설치하여 표면 압력 분포를 구하였다. 국부적인 지점의 압력값 으로부터 표면위의 평균 풍하중을 산정하기 위하여 직육면체의 모형을 제작하여 면의 경사도에 따른 압력값과 하중값의 비를 실험적으로 구하였다. 크레인형상의 특성과 관련하여 레이놀즈수의 영향, 압력튜브시스템의 설계 등에 관하여 논의한다.

Uplift phenomenon of container cranes occurred during the past earthquakes. Therefore, the evaluation of the potential uplift of the container cranes is an important task when the demand for trade is increasing. The objective of this study is to investigate the probability of the uplift occurrence of the container crane subjected to a wide range of earthquake intensity. The uplift results are then fitted to the log-normal cumulative distribution function (CDF).

The dynamic behaviour of container crane under seismic loading is a complex issue, especially for assessing uplift. The pin support is commonly used to model the contact between crane’s legs and the ground/rails in low seismicity area. However, the behaviour of the structure is quite different under high seismic intensity because the crane’s wheels are not fixed to the rails in operation. In this study, therefore, a 3-D finite element (FE) model was simulated with gap elements to consider the uplift behavior. In addition, the vertical reaction of the crane’s legs were investigated as well.

이적작업은 자동화 컨테이너 터미널에서 하역작업의 생산성을 높이는 운영 전략으로 연구되고 있다. 이는 장치장 블록 내 컨테이너들의 재배치 작업을 의미한다. 이적작업의 크레인 작업할당 문제는 작업가능시간에 대한 제약을 고려하여 이적작업의 효과를 최대화하기 위해 가능한 이적작업 중에서 효율적인 이적작업을 선정하고 이들의 작업순서를 정하는 것이다. 본 연구는 혼합정수계획법을 활용하여 장치장 크레인의 작업할당 문제에 대한 최적화 수리모형을 개발하고 이의 예를 제시하였다. 그러나 수리모형은 계산시간이 많이 소요되어 현장에서 사용되기 어렵다. 따라서 현실 적용을 위해 대표적인 5개의 작업할당 규칙을 비교 평가하였다. 수치실험에서 maximum weight ratio(MR) 규칙이 전반적으로 뛰어난 성능을 보였다.

자동화 컨테이너 터미널에서 자동화 장치장 크레인(ASC)은 장치장 블록 내에서의 컨테이너 운송을 담당한다. 본 논문에서는 크기와 사양이 동일한 두 대의 ASC의 작업 할당 문제를 해결하기 위한 다중 평가 기준 전략을 제안한다. 제안 방안은 컨테이너 터미널의 상황을 다각적으로 고려하기 위하여 여러 평가 요소를 통해 후보 작업을 평가하고, 결과를 가중합함으로써 가장 높은 점수를 얻은 작업을 크레인에 할당하는 방식을 취한다. 본 논문에서는 작업 할당을 위한 평가 기준을 고안하고, 평가 결과를 취합하기 위한 가중치를 유전 알고리즘을 이용하여 최적화하는 방안을 제안한다. 실험 결과를 통하여 제안 방안이 낮은 계산 비용으로 실시간 터미널에 적합함을 보이고, 다양한 평가 기준을 통한 작업 할당이 컨테이너 터미널의 효율을 개선시킴을 확인하였다.

자동화 컨테이너 터미널의 장치장 재정돈이란 장치장의 컨테이너를 장치장 크레인의 유휴시간을 이용해 적하 작업 효율을 높일 수 있는 위치로 재배치하는 작업을 의미한다. 이때 재정돈에 사용할 수 있는 크레인의 유휴시간이 제한적이므로, 본 논문에서는 전체 컨테이너 중 일부를 재정돈 대상 컨테이너로 선택하여 재정돈 계획을 수립하는 방안을 제안한다. 재정돈 컨테이너 선택 시 사용된 선택 기준과 한 번에 선택하는 컨테이너의 범위에 따라 네 가지 재정돈 대상 컨테이너 선택 방안을 제시하였으며, 선택된 재정돈 컨테이너를 대상으로 휴리스틱 알고리즘을 이용해 크레인의 작업 계획을 수립하였다. 시뮬레이션 시스템을 이용한 실험 결과 유휴시간이 제한되어 있는 경우 재정돈 대상 컨테이너를 선택 후 재정돈 계획을 수립하는 방안이 전체 컨테이너를 대상으로 재정돈 계획을 수립 후 주어진 유휴시간 동안 해당 계획에 따라 재정 돈을 수행하는 방안보다 더 좋은 적하 작업 효율을 보임을 확인하였다.

컨테이너 크레인은 컨테이너터미널에서 사용되는 주요 장비면서 컨테이너 크레인의 효율은 컨테이너터미널의 생산성을 결정한다. 컨테이너 크레인의 전형적인 유형은 싱글 트롤리를 가지고 있으며 진보된 유형들 중의 하나가 듀얼 트롤리형이다. 본 논문의 목적은 컨테이너 터미널에서 듀얼 트를리형 컨테이너 크레인의 버퍼 사이즈를 분석하는 것이다. 듀얼 트롤리형 컨테이너 크레인의 버퍼 공간을 분석하기 위한 시뮬레이션 모델을 소개한다. 버퍼 공간은 해측의 메인 트롤리와 야드측의 세컨 트롤리 사이에 위치한다. 요구 생산성을 추정하기 위해 다양한 시뮬레이션 실험을 수행하여 버퍼 사이즈를 분석한다.

컨테이너 크레인은 강풍으로부터 보호를 받기 위한 차폐물이 없는 곳에 존재하기 때문에 이상 기후 조건에 취약성이 있는 구조물이다. 본 연구에서는 붐 각도의 변화에 따라 풍동실험과 전산유동 해석을 사용하여 컨테이너 크레인의 구조물에 대한 풍하중의 영향을 수행하였다. 그리고 75m/s의 풍속을 컨테이너 크레인에 적용하였다고 가정하였을 때 컨테이너 크레인의 풍력 내구성 설계에 사용되는 데이터를 컨테이너 크레인 설계자에게 제공하고자 한다. 본 연구에서는 건축물 하중기준의 풍하중 설계기준에 따라 풍하중을 적용하였으며 풍향에 따른 영향을 분석하기 위해서 유동장을 10˚ 간격으로 분할하였다. 이를 바탕으로 풍동실험과 전산 유동해석을 수행하였으며 얻어진 결과들을 비교 연구함으로써 컨테이너 크레인의 구조설계에 필요한 풍하중을 분석하였다.

대규모 컨테이너항만의 건설과 함께 컨테이너 크레인의 생산성 향상으로 선박 체항시간을 단축시켜 항만의 서비스 수준을 높이려는 노력이 가속화되고 있다. 컨테이너 크레인 시스템에 가해지는 입력에 대하여 바람직한 성능을 보이도록 설계사양을 고려한 상태 퍼드백 제어시스템을 사용한다. 컨테이너 크레인에서 측정이 까다롭거나 측정 잡음이 클 것으로 예상되는 상태 변수를 추정하는 방법으로 상태 관측기를 설계하고자 한다. 기존의 연구에서는 상태 피드백 제어시스템의 피드백 이득행렬과 상태 관측기 이득행렬을 분리하여 구하였다. 그러나 본 연구에서는 피드백 이득행렬과 상태 관측기 이득행렬을 선정함에 있어 최근 강인한 탐색법으로 많이 사용되는 REGAs를 사용해 설계사양을 만족하도록 동시에 구하고자 한다.

최근 컨테이너터미널 간의 경쟁이 심화되면서 생산성 측면뿐 만 아니라 비용경제성 측면에도 관심이 부각되고 있다. 특히, 에너지 소모량 및 장비투입 규모가 큰 트랜스퍼 크레인 부문에 대한 비효율적인 작업요소가 컨테이너터미널 경쟁력 제고에 있어서 걸림돌이 되고 있으며 이에 대한 개선은 인적, 물적 운영비용의 절감과 함께 생산성의 향상에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 현재 국토해양부 주관으로 진행 중인 'RFID를 활용한 RTLS 기반 항만물류효율화 사업'을 통하여 제공 가능한 컨테이너터미널 반 출입 대상 컨테이너의 시간적 가시성을 토대의 트랜스퍼 크레인의 배정 및 이동경로에 대한 클러스터링 기반 최적화모델을 제안하고 시뮬레이션 기법을 통하여 기대효과수준을 확인하였다.

컨테이너 크레인의 수학적 모델 정확도는 모델 내부 파라미터 값의 정확도에 의해 결정되나, 기술적 혹은 환경적인 문제로 내부 파라미터의 정확한 값을 알지 못하는 경우가 발생하기도 한다. 이 경우에는 시스템의 입 출력 데이터에 근거하여 모델의 파라미터를 추정해야 하는데, 본 논문에서는 입 출력 데이터와 RCGA가 결합된 모델조정기법을 이용하여 모형 컨테이너 크레인 선형모델의 파라미터를 추정하는 방법을 보인다. 또한, 이렇게 추정한 모델에 또 다른 RCGA를 적용하여 제어에 필요한 이득행렬을 탐색한다. 제안하는 파라미터 추정법과 제어기법은 컨테이너 크레인의 모형실험장치에 적용하고, 실험을 실시하여 그 유효성을 검증한다.

컨테이너 크레인은 강풍으로부터 보호를 받기 위한 차폐물이 없는 곳에 존재하기 때문에 이상 기후 조건에 취약성이 있는 구조물이다. 본 연구에서는 풍향변화에 따라 컨테이너 크레인에 작용되는 풍하중을 분석하기 위하여 수행되었다. 사용된 모델은 61톤 급 컨테이너 크레인으로 현재 항만시설에 많이 사용되는 모델이다. 유동장은 원통으로 모델링하였으며, 직경 500m, 높이 200m로 설정하였다. 본 연구에서는 건축물 하중기준의 풍하중 설계기준에 따라 풍하중을 적용하였으며 풍향에 따른 영향을 분석하기 위해서 유동장을 10˚ 간격으로 분할하였다. 이를 바탕으로 CFX-10을 사용하여 전산유동해석을 수행하고 이를 통하여 얻어진 결과와 풍력실험 결과를 비교 연구함으로써, 컨테이너 크레인의 구조설계에 필요한 풍하중을 분석하였다.

컨테이너 크레인의 설계 시 적용되는 하중 조건 중에서 풍하중이 가장 중요하게 고려되어지는바, 본 연구는 75m/s의 풍하중이 컨테이너 크레인에 작용 할 때 컨테이너 크레인의 구조적 안정성에 미치는 영향을 보다 정확하게 예측하기 위하여 유동-구조 연성해석을 실시하였다. 컨테이너 크레인에 작용하는 실제 유동현상을 고려하기 위하여 먼저 전산유동해석을 실시하였으며, 이를 통해서 얻어진 풍하중을 구조해석의 하중조건으로 적용하는 유동-구조 연성해석을 통하여 컨테이너 크레인 각 지지점에서의 반력을 도출하고 그 결과를 분석하였다. 사용된 모델은 주변 환경으로 인하여 컨테이너 크레인의 최대 고도가 제한 될 경우 사용되는 관절형 컨테이너 크레인이며 전산유동해석 및 유동-구조 연성해석 프로그램으로는 ANSYS ICEM CFD 10.0과 ANSYS CFX 10.0을 사용하였다.

In order to become a mega hub port, major ports all over the world are making every effort to enhance their productivity through efficiency of internal operation. Accordingly, in order to enhance the competitiveness of a container terminal, an automated container terminal is considered as the best alternative. An automated container terminal is using such automated handling equipment as AGV(Automated Guided Vehicles) and ATC(Automated Transfer Crane). The efficient equipment operation plays a critical role in enhancing the productivity of an automated container terminal. In an automated container terminal, the most important equipments are AGV and ATC. Each block of containers with a vertical layout is generally operating two ATCs. The two ATCs can be crossed or not at each block. In the case of operating crossover ATC, it has an advantage of high flexibility that ATC work is possible at both TP(Transfer Point) of each block. But it has also a disadvantage that the yard has to be operated at a low storage level of containers in the terminal yard. Recently, for automated container terminals, which are being prepared for opening in Korea, they plan to use uncrossed twin ATC in order to make the storage level of their yards high at a low cost. Therefore, studies have to be made in order to increase the efficiency of twin ATC system based on the flexibility that the crossover ATC system has. This research aims to suggest an operation strategy to improve efficiency of twin ATC at each storage block in a yard.

컨테이너 화물의 복합운송시스템 중에서 체화현상은 항만에서 가장 심각하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 해상과 육상의 경계선에서 체선체화 문제를 발생시키는 컨테이너 크레인의 직업효율을 향상시키는 방법을 생각할 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 가능한 범위에서 트롤리를 목표지점까지 빠르게 이동시키는 동시에 목표위치에서의 흔들림도 짧은 시간 내에 제어하는 문제를 다루고 있다. 제어 전략으로 설계된 구간에서 최적의 성능과 강인성이 보장되는 LQ 제어와 제약조건에서 최적화가 가능한 실수코딩 유전알고리즘을 결합한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 제어기가 설정한 설계사양을 완벽하게 만족하는 것을 보임으로 그 유효성을 증명한다.

항만의 하역 향상성을 위해 그동안 컨테이너 크레인의 작업효율을 높이는 연구가 진행되어 왔다. 특히 화물이 목표치에 도달했을 때 흔들림을 단시간에 제어하는 데 초점이 맞추어져 왔다. 일반적으로 컨테이너 크레인을 제어하기 위해서 PID 제어나 LQ제어가 주로 사용되었는데, 이는 제어기 설계가 용이하고, 주어진 제어 환경 하에서 우수한 제어성능을 발휘하기 때문이다. 본 연구에서는 LQ 제어의 관점에서 실수코딩 유전알고리즘을 이용한 상태 피드백 제어기의 설계 방법을 제안한다. 즉, 실수코딩 유전알고리즘을 이용하여 상태 피드백 이득을 탐색하는 방법이다. 실수코딩 유전알고리즘은 주어진 목적함수가 최소가 되도록 상태 피드백 이득을 최적으로 탐색한다 컴퓨터 시뮬레이션은 이렇게 탐색한 상태 피드백 이득을 컨테이너 크레인의 선형 및 비선형 모델에 적용하여 그 유효성을 확인한다.

본 연구에서는 풍하중 설계 기준에 따른 50톤급 컨테이너 크레인의 안정성을 비교·분석하였다. '항만시설장비기준 /크레인강 구조부분 설계 기준(KS A 1627)'과 건설교통부의 '건축물하중기준'에 의거한 풍하중이 산정되었으며, 이리한 풍하중이 컨테이너 크레인에 작용할때, 컨테이너 크레인의 각 지지점에서 발생돠는 반력을 분석함으로써 구조적 안정성을 비교·평가하였다. 연구결과. 컨테이너 크레인의 설계 풍하중 산정 시 설계풍속의 명확한 정의가 필요하고, 컨테이너 크레인의 구조 안정성 분석을 위하여 인장력 평가와 지반 안정성을 고려하기 위한 최대 압축력 검토의 필요성을 확인하였다.