이 논문에서는 파랑 하중을 받는 부유식 구조체의 운동 해석에 있어서 시스템 식별 방법을 이용한 상태공간방정식 모델을 수립하 고 해석하는 방법을 제안하였다. 상태공간방정식 모델의 수립 방법으로는 주파수영역에서 하중-변위 입출력 관계에 대한 목표 전달 함수를 구하고 이에 가장 근접하는 상태공간방정식을 구하는 절차를 제시하였다. 전통적으로 부유식 구조체 운동의 시간영역 해석은 지연함수의 합성곱적분을 포함하는 Cummins 방정식을 시간적분하여 이루어진다. 상태공간방정식 모델은 이러한 시간영역해석을 효과적으로 수행하기 위한 방법의 하나로서 연구되어 왔다. 제안하는 방법에서는 시스템 식별방법인 N4SID 와 전달함수의 분모 및 분자 다항식의 계수를 설계변수로 하는 최적화방법을 사용하여 목표 전달함수에 상응하는 상태공간방정식을 구한다. 제안하는 방법 의 적용성을 보이는 예제로서 단자유도 수치모델 및 6자유도 바지의 운동을 해석하였다. 제시하는 상태공간방정식 모델은 주파수영 역 및 시간영역에서 모두 기존의 해석결과와 잘 일치하고 시간영역해석에서는 계산의 정확도를 확보하면서 계산 시간을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

해양 부유식 구조물의 계류시설에 대한 연구는 다양한 계류 시스템의 개발과 그 효율성에 대해 지 속적으로 연구되어 왔다. 계류 시스템은 구조물의 안전성, 내구성, 그리고 환경적인 책임을 모두 고려 해야하는 복합적인 설계 요소이다. 기존 계류바익은 해저지반의 특성에 크게 의존하며, 넓은 점유 면 적으로 인해 해양환경과 활동에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 기존 계류시스템의 한계와 문제 점에 대응하기 위해, 본 연구에서는 새로운 계류시스템을 제안하고자 한다. 제안된 계류시스템은 계류 선이 해저지반에 고정되지 않고 중력식 기초 구조물을 거쳐 중간부력재에 연결된다. 중간 부력재는 상 시 과잉 부력상태로 상향력이 작용하며, 이로인해 계류선에 초기장력이 유도되며 전체 시스템에 강성 을 도입한다. 전체적으로 Semi-taut과 유사한 방식으로 계류 장력 변화에 따른 상단 플랫폼의 운동 제어와, 중간 부력재와의 상호연계 거동효과로 추가적인 동적 응답 저감이 기대된다. 본 연구에서는 제안된 신형식 계류시스템의 역학적 거동특성을 수치해석적으로 구현하고 파랑에 대한 Catenary system 대비 운동 저감 성능을 검증하였다.

국내에서 일어난 해양사고 발생 현황을 보면 평균적으로 약 8.5% 정도 사고 발생건수가 증가하는 추세를 보이고 있으며, 부선, 예인선, 유·도선 및 부유식해상구조물에서도 동일한 경향을 나타내고 있다. 본 연구에서는 국내 부유식해상구조물을 종류에 따라 분류하 고, 선박안전법, 어선법, 낚시 관리 및 육성법 등 관련 국내법을 참고하여 부유식 구조물의 종류에 따른 기준체계와 적용 범위를 검토하고 자 하였다. 아울러 해상 환경을 고려하여 국내 규정을 적용함에 있어 구조적으로 취약한 부분과 안전상의 사각지대에 놓인 위험 요소를 조기 발굴하고, 발굴된 위험 요소에 대해서 효과적인 개선 방안을 도출하고자 하였다.

Floating PV generation system, renewable energy power plant, is able to overcome the disadvantages of ground PV generation system and improve generating efficiency. The frame structural system is an established technology among a diversity of structural technologies which has been developed for related fields. In this paper, the both structural safety and characteristics of floating PV generation structures depend on the different placement angle of solar module are investigated to improve the commercial viability, the structural safety, and characteristics of floating PV generation structures. In addition, for the estimation of structural safety, FE analyses are conducted. From the results, the lower placement angle of solar module improves the structural safety of floating PV generation system.

본 연구는 다양한 기상변화에 따른 안전을 확보하기 위한 해상에서의 플로팅 플랫폼의 연결에 대하여 연구하였다. 본 연구의 목적은 다양한 해상변화가 일어나는 연안역에 설치되는 플로팅 구조물에 관한 문헌 조사를 실시한 후, 콘크리트 구조물 연결하는 모델을 제시하는 것이다. 본 연구에서는 플로팅 구조의 개념, 기존의 모델, 설계적 평가를 포함한 콘크리트 구조물 기반 플로팅 플랫폼을 기술하였고, Rigid Pontoon Connector를 국내 연안역에 적합한 모델로 제안하였다. 연구의 결과로서, 리기드 폰툰 커넥터 디자인은 (Rigid Pontoon Connector) 안정적으로 플로팅 플랫폼의 연결을 구축할 수 있는 매우 효율적이고 실용적인 솔루션으로 분석되었다.

부유구조물은 해양에서 다양한 외력을 경험하게 되며 특히, 파랑하중은 구조물의 설계에 결정적인 지배인자로 간주되고 있다. 이런 구조물은 파장과 크기의 상대적 관계로 소형구조물, 대형구조물 등으로 구분될 수 있으며 전통적으로 소형구조물은 회절발생이 없는 것으로 가정하며 대형구조물은 회절 작용에 따른 관성력만을 고려하여 파랑하중을 산출한다. 따라서 이 연구에서는 해양과 강, 호수 등에서 주로 사용되고 있는 정사각형 부유구조물을 이용하여 동유체력과 구조응답의 상관관계를 파악하여 장방형 부유구조물의 안전성에 대한 영향을 검토하였다.

A large floating structure is attracting great attention in recent years from the view of ocean space utilization. Its huge scale in the horizontal directions compared with the wavelength and relatively shallow depth make this type of floating structure flexible and its wave-induced motion be characterized by the elastic deformation. In this paper, a boundary integral equation method is proposed to predict the wave-induced dynamic response mat-like floating offshore structure. The structure is modeled as an elastic plate and its elastic deformation is expressed as a superposition of free-vibration modes in air. This makes it straightforward to expand the well-established boundary integral technique for rigid floating bodies to include the hydroelastic effects. In order to validate the theoretical analysis, we compare with the experimental result of reduced model test. Satisfactory agreement is found between theory and experiment.

This study developed the Anti-Floating Method using PHC Pile adapting to the Underground Structures. This Method fixed the wedges on the P.C. strands of the PHC Pile to reinforce the adhesion strength in the concrete foundation. Pullout test result showed 2~3 times better than the present method, so the developed method can be used as the Anti-Floating Method of underground structures.

In this Study, the performance of the connection of Transfer-beam system suggested in the previous study was evaluated by the quasi-static test. The test model was applied to Top and Seat Angle Connection and modified SAC Protocol. The performance of the connection obtained by quasi-static test was shown in P-Δ and M-θ curve graph.

이 연구에서는 전단하중을 받는 부유식 콘크리트 구조물 모듈 접합부의 구조거동 실험연구를 수행하였다. 모듈 접합부 전단키의 균열 양상, 전단거동 및 전단강도를 파악하였다. 전단강도의 영향을 파악하기 위해 전단키의 경사각도, 횡방향 구속응력 및 콘크리트의 압축강도 등을 실험변수로 고려하였다. 전단키의 경사각도가 증가함에 따라 접합부의 전단강도가 증가하였다. 또한, 구속응력이 증가함에 따라 전단키의 전단강도가 증가하였다. 실험변수에 따른 전단거동 실험결과를 토대로 접합부의 전단강도 평가식을 제안하였으며, 제안식에 의한 전단강도 예측값은 실험값에 근접하는 것으로 나타났다.

프리캐스트 콘크리트 모듈 단위로 시공되는 플로팅 구조물의 거동은 콘크리트 모듈 접합부의 거동과 밀접한 연관성을 갖는다. 극한하중조건에서의 플로팅 구조물의 구조적 거동을 정확히 예측하기 위해서 모듈 접합부의 구조거동 실험연구를 수행하였다. 모듈 접합부 전단키의 전단거동, 전단강도 및 균열 패턴을 파악하였다. 실험결과는 전단키의 경사각도가 증가함에 따라 전단강도가 증가하는 것을 나타낸다. 또한, 구속응력이 증가함에 따라 전단키의 전단강도가 증가한다. 실험결과와 AASHTO 제안식에 의한 예측값을 비교하였으며, AASHTO 제안식은 실험값을 과소평가하고 있다.

플로팅 상부구조물은 일반 건축물과 형태는 같지만 기초가 땅이 아닌 하부 부체에 지지되는 구조물로 파랑하중에 의한 영향을 크게 받으며, 파랑하중에 의한 하부구조물의 변형이 접합부에 영향을 미쳐 상부구조물의 이용자에게 사용성 및 안전성의 문제를 발생시키게 된다. 이에 따라 본 논문에서는 3차원 플로팅 구조물의 상부구조물과 하부구조물을 일체화한 전해석을 통하여 강접합과 반강접 접합에 대해 탄성 해석을 실시하였다. 구조물의 전해석과 하부구조물을 제외한 분리해석을 비교 분석 하였으며 탄성 해석을 통해 파랑하중의 CASE를 나누어 파랑하중의 변화에 따른 구조물의 모멘트 및 변위를 접합부에 따라 분류하고 비교하였다.

수상구조물을 물위에서 직접 시공하는 것은 공기 및 비용 측면에서 거의 불가능하다. 일반적으로 지상 제작장에서 구조체와 부유체를 제작한 뒤 물위에 진수하는 것이 가장 효과적이다. 물 위에 구조물을 진수하는 가장 일반적인 공법은 제작장에 도크를 만들고 부유체를 제작한 후 물을 채워 부유시킨 뒤 바지선을 이용해 해당위치로 끌고나가는 드라이도크공법이다. 이 도크공법은 굴토를 하고 도크를 만들어야 되기 때문에 건설비용이 증가할 뿐만 아니라 수변 주위에 환경적인 문제를 발생시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 에어백을 이용해 지상에서 조립된 구조체를 물위에 진수공법을 고안하였다. 에어백은 특수 고무재료의 공기튜브로서 부유체 하부에 설치되어 조립된 구조물을 부양시켜 굴러가게 하는 역할을 한다. 부양된 구조물은 윈치를 이용해 수변 경사로로 이동되고 자중에 의해 활강함으로써 물위에 진수된다. 이러한 이동과 진수과정에서 구조물에 충격하중과 부가적인 변형이 발생하게 되므로 고급 구조해석 시뮬레이션 기술을 이용해 진수 중 발생 가능한 상황을 예측하고 이에 대한 대비를 수행하였다. 또한 이동과정에서 구조체에서 발생하는 충격과 이에 따른 변형을 인공지능을 이용한 실시간 구조안정성 평가 시스템을 통하여 모니터링함으로써 사전에 계획된 시나리오대로 진수과정이 진행되고 있는지 확인하고, 진수 중 돌발상황에 대한 신속한 판단이 이루어져 즉각적인 대처가 가능하도록 계측관리 시스템을 구축하였다. 개발된 인공지능 실시간 계측관리 시스템을 이용한 에어백 진수 공법은 한강 플로팅 아일랜드 진수에 적용되었다.

최근 건설구조물의 하자보수기간은 5년에서 10년으로 연장되었고 건설품질 및 유지관리에 대한 인식의 변화에 따라 교량, 댐, 항만 구조물의 수중부 은폐된 부분에 대한 유지관리를 위해 반영구적인 공법의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 지금까지 대형 강관 및 교각의 수중시공에서는 잠수부들의 기술능력부족과 수중에서의 작업조건의 까다로움 등으로 임시적인 작업이 되었던 현 실정을 고려하여 수중구조물 유지관리에 실용화 될 수 있는 공법으로 부체식 섹터케이슨을 제안하였다. 특히, 상부구조물이 수면에 가까운 경우 및 구조물간 간격이 좁은 경우 보수구간의 접근성과 교각과 같은 대형 수중구조물 유지 보수 시 드는 고비용의 문제 등으로 전체 구조체를 설치하는 대신 섹터케이슨을 개발하여 도입함으로써 비상시 이동과 장래 신속한 작업수행 및 작업수준 향상에 획기적인 역할이 기대 된다.

초대형 부유식 구조물의 초기 설계단계에서 부체구조물과 상부구조물을 분리하여 해석하는 것이 일반적이며, 부체의 탄성응답해석의 변형모드를 이용하여 상부구조물의 주각부에 강제수직변위를 입력하여 파랑하중에 의한 영향을 고려한다. 하지만 이와 같은 해석법의 경우 각 지점에 변위하중을 입력하는데 어려움이 있다. 본 논문에서는 파랑하중을 지점변위하중으로 직접 입력하지 않고 고정하중과 적재하중에 의한 강도설계 결과를 이용하여 파랑하중의 영향을 증폭계수의 형태로 도출하는 근사 실용정적해석법을 제안한다. 이 연구에서는 4경간 3층 구조물을 예제로 하여 파랑하중의 진폭과 주기, 보 경간을 매개변수로 한 증폭계수의 추이를 분석하였으며 보 모멘트의 증폭계수는 특정회귀방정식으로 나타내었다.

전세계적인 인구증가와 산업화로 인하여 육지면적의 부족, 육상자원의 고갈 등의 문제로 해양의 이용 및 개발의 관심이 늘어나고 있으며, 환경친화적인 해양공간을 확보하기 위하여 초대형 부유식 해상구조물에 대한 기술개발이 요구되고 있다. 본 논문에서는 초대형 부유식 구조물의 상부구조물에 대한 시간이력해석법에 대하여 소개하고 파랑하중에 의한 부체변형을 이용한 시간변위이력 산정 방법을 제안한다. 또한 주기 및 진폭의 변화에 따른 상부구조물의 동적 시간이력응답 결과를 분석하고 초대형 부유식 상부구조물 시설계안의 동적구조안전성을 평가한다.