폰툰형 초대형 부체구조물은 해양공간의 활용에 있어서 가장 많이 고려되고 또한 적극적으로 연구되어지는 분야이다. 폰툰형 부체구조물의 해상에서의 유탄성 변형은 입사하는 파와 접하는 풍상측에서 가장 큰 값을 나타내고 있다. 본 연구에서는 폰툰형 부유체에 작용하는 파랑강제력을 감소시키고자 개발된 부유식 수평 몰수평판의 효과를 수치해석적인 방법에 의하여 그 특성을 파악하고자 한다. 유한차분법을 토대로 한 수치계산법을 적용하고, 적용된 수치계산법을 실험값과 비교함으로서 프로그램의 신뢰성을 확인한다. 검증된 수치계산법을 이용하여 본 연구에서 실시하고자 하는 폰툰형 부유체에 작용하는 파랑강제력의 계산을 수행하고 그 결과에 대하여 논의한다.

유체-구조물 상호작용 효과를 고려하여, 실린더형 수중 구조물의 유한요소 모델을 상용 전산코드를 사용하여 작성하고 동적하중에 대한 응답해석을 수행하였다. 구조 유한요소에 부착되는 유체 유한요소로 인하여 발생하는 요소행렬의 비대칭성으로 인하여, 일반적으로 사용되는 유한요소 해석 전산코드로 유체-구조물 상호작용 모델에 대한 응답스펙트럼해석을 수행하는 것은 불가능하다. 이 문제의 해결을 위하여, 등가 비 유체-구조물 상호작용 모델을 구성하고, 등가비 유체-구조물 상호작용 모델에 대한 응답스펙트럼 해석 및 조화가진 응답해석 결과를 이용하여 유체-구조물 상호작용 모델의 스펙트럼 가진에 대한 동적 응답을 계산할 수 있는 효율적인 방법을 제시하였다.

수중구조물은 구조물 마루가 수면 위로 드러나지 않아 자연경관을 해치지 않으며 해수소통이 원활하게 이루어지는 장점을 가지고 있어 1990년대부터 유럽과 일본을 중심으로 다양한 연구가 이루어졌고, 현장에 적용되고 있다. 현재 우리나라에서도 연안침식 저감 등을 목적으로 수중구조물의 설치사례가 증가하고 있는 실정이다. 그러나 우리나라는 수중구조물에 대한 연구가 상대적으로 미흡하여 해외자료를 이용하여 설계를 수행하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 수중구조물의 기하학적 제원 및 제체 구성재료 등에 따른 해안수리특성에 대한 검토를 수행함과 동시에 수중구조물 피복재의 안정성을 실험적으로 검토하였다. 수중구조물 설계시, 피복재의 안정중량 산정에는 방파제에 적용되는 피복재 안정중량 산정식을 황요하고 있는 실정으로 수중구조물의 안정중량 산정식은 부재한 실정이다. 따라서 본연구에서는 콘크리트블록과 Tetrapod를 적용한 피복재의 안정성을 실험적으로 검토하였다. 또한 콘크리트블록의 거치방법에 따른 안정성도 비교 평가하였다. 수리실험은 2차원 수로에서 진행되었으며, 불규칙파를 적용하였다. 향후 입사각에 따른 피복재 안정성 및 제두부구간의 안정성 검토를 위한 3차원 실험과 해안수리특성 실험도 진행예정이다.

잠제(수중구조물)는 천단부분이 수면 위로 드러나지 않아 자연경관을 해치지 않으며 해수소통이 원활하게 이루어지는 장점을 가지고 있어 1990년대부터 유럽과 일본을 중심으로 다양한 연구가 이루어지고 있다. 그러나 우리나라는 이에 대한 자료가 부족하여 일본의“인공리프 리프 가이드 북”을 활용하여 설계하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 사석마운드와 콘크리트 블록으로 피복된 불투과성 잠제에 대해 기하학적 형상별 전달특성을 수리실험을 통해 검토하였다. 실험조건은 d0=0.3m, 0.4m, 0.5m; Rc=0.1m, 0.2m; W=0.25m, 0.5m, 1.0m, 2.0m, 3.0m; T1/3=1.0sec~3.0sec (ΔT1/3=0.2sec); H1/3=0.06m~0.22m (ΔH1/3=0.02m)이며, 파고전달율은 Kt=f(Rc/H1/3, B/L1/3, H1/3/L1/3, Rc/d0)의 함수로 제시된다. 실험결과에 의하면 상대 상단수심에 따라 파고전달율의 차이를 확인할 수 있었으며, 동일한 상대여유고 및 파형경사 조건의 경우에도 상대상단수심이 큰 경우에 파고전달율이 크게 산정되었다.

초대형 부체구조물은 파랑중 유탄성 변형이 심하게 발생하기 때문에 수평식 몰수평판과 같은 파랑에너지 흡수장치의 부가적인 개발이 요구된다. 본 연구에서는 몰수평판에 의해 야기되는 유체력 간섭현상이 폰툰형 부체구조물에 작용하는 라디에이션 유체력에 어떠한 영향을 미치는지 수치적인 해석을 통하여 그 특성을 파악하고자 한다. 폰툰형 부체구조물과 몰수평판의 상하운동에 의해 발생하는 라디에이션 유체력을 계산하기 위해 고정격자계와 이동격자계로 구성되는 중합격자법을 토대로 한 수치계산법을 개발한다. 또한 쇄파현상과 같은 비선형성이 강한 자유표면 문제를 해결하기 위하여 유한차분법을 적용하여 시뮬레이션을 실시하고 그 결과를 실험데이터와 비교함으로서 수치계산법의 신뢰성을 확인한다. 몰수평판에 의해 발생하는 유체력 간섭 영향의 특성을 분석하여 부체구조물의 파랑중 유탄성 변형에 미치는 그 효과에 대하여 논의한다.

근래 국내 산업의 고도화와 수출입 증가에 따른 경제력의 상승과 함께 도로, 교량 및 항만시설의 확충과 각종 호안 및 해상구조물의 건설요구가 급증하고 있다. 해양수산부는 9대 신항만의 건설과 기존어항의 재개발을 추진하고 있다 이들 구조물의 대부분은 교각기초, 안벽, 돌핀, 안벽, 돌제 등은 강재나 콘크리트 파일로 새롭게 건설되고 있다. 이들 기초, 지지격벽 및 파일은 건설 후에 수면아래에 있게 되므로 구조물의 상태를 파악하기가 어렵고, 그 구조물의 보수나 보강이 충분하지 못한 상태이다. 더구나 매년 이러한 유지 보수작업은 구조물의 부식을 방지하기 위한 불완전한 보수와 수중공사로 인한 장기작업으로 고비용 때문에 정부의 예산을 소진하게 된다. 이와 같은 정부예산의 지출을 절감하기 위해서는 기존 구조물의 내구연한을 연장시킬 필요가 있는 것이다. 그러므로, 부유식 케이슨으로 건식작업환경을 제공함으로써 평균해수면 수중구조물의 유지를 위한 새로운 기법을 개발하였다. DCPM은 작업구간을 쉽게 이동하고 취급이 용이한 것으로 나타났다. 또한 DCPM은 유지보수비용 및 방식작업 시간을 현저하게 줄였다. DCPM은 해안 및 수중구조물의 유지와 건설비용을 줄이는 이정표가 될 것으로 본다.

To design a coastal structure in the nearshore region, engineers must have means to estimate wave climate. Waves, approaching the surf zone from offshore, experience changes caused by combined effects of bathymetric variations, interference of man-made structure, and nonlinear interactions among wave trains. This paper has attempted to find out the effects of two of the more subtle phenomena involving nonlinear shallow water waves, amplitude dispersion and secondary wave generation. Boussinesq-type equations can be used to model the nonlinear transformation of surface waves in shallow water due to effects of shoaling, refraction, diffraction, and reflection. In this paper, generalized Boussinesq equations under the complex bottom condition is derived using the depth averaged velocity with the series expansion of the velocity potential as a product of powers of the depth of flow. A time stepping finite difference method is used to solve the derived equation. Numerical results are compared to hydraulic model results. The result with the non-linear dispersive wave equation can describe an interesting transformation a sinusoidal wave to one with a cnoidal aspect of a rapid degradation into modulated high frequency waves and transient secondary waves in an intermediate region. The amplitude dispersion of the primary wave crest results in a convex wave front after passing through the shoal and the secondary waves generated by the shoal diffracted in a radial manner into surrounding waters.

2차의 섭동법과 경계요소법에 기초한 시간영역해석법은 불규칙파의 파동장에 있어서 파-구조물의 비선형간섭을 해석할 수 있는 해석법이지만. 파와 구조물의 운동이 정상상태에 도달하기까지 시간스텝으로 계산을 수행하여야 하므로 계산시간이 매우 길어지고, 각 성분파와 그에 의한 운동요소를 평가하는 것이 어렵다. 반면에 주파수영역해석법은 계산시간이 짧고, 각 성분요소들의 변화특성을 쉽게 판단할 수 있지만, 불규칙파동장으로의 적용이 현실적으로 어렵다는 단점을 가진다. 본 연구에서는 잠제 등에 대해서 전개되어 있는 주파수영역해석법을 임의형상의 부체 구조물에 대해 새롭게 수식의 전개를 수행하고, 압축공기주입 부체구조물에 적용하여 실험 및 이론해석결과로부터 그의 타당성을 확인한다. 이 때 압축공기의 거동은 Boyle법칙을 사용하여 평가한다.

The present paper discusses the nonlinear wave deformation due to a submerged coastal structure. Theory is based on the frequency-domain method using the third order perturbation and boundary integral method. Theoretical development to the second order perturbation and boundary integral method. Theoretical development to the second order Stokes wave for a bottom-seated submerged breakwater to the sea floor is newly expanded to the third order for a submerged coastal structure shown in Figure 1. Validity is demonstrated by comparing numerical results with the experimental ones of a rectangular air chamber structure, which has the same dimensions as that of this study. Nonlinear waves become larger and larger with wave propagation above the crown of the structure, and are transmitted to the onshore side of the structure. These characteristics are shown greatly as the increment of Ursell number on the structure. The total water profile depends largely on the phase lag among the first, second and third order component waves.