연안교량에 작용하는 단파 및 고립파에 의한 파력에 관한 수치시뮬레이션

Abstract

근래, 세계적으로 지진의 발생빈도가 급증함에 따라 지진에 의한 피해가 다수 보고되고 있다. 대표적인 예로 2004년 12월 26일 발생한 규모 9.1의 지진에 의한 인도양지진해일과 2010년 2월 27일 칠레에서 발생한 규모 8.8의 지진에 의한 지진해일, 가장 최근의 예로 2011년 3월 11일 일본에서 발생한 규모 9.0의 동일본대지진에 의한 지진해일 등을 들 수 있다. 이러한 지진해일은 연안으로 내습시 엄청난 인명피해 뿐만 아니라 연안역에 엄청난 피해를 초래한다. 여기서, 연안역에서 도로와 철도의 일부 구간은 교량으로 구성된 경우가 많고, 인도양지진해일과 동일본지진해일시에 해안가와 하천에 가설된 연안교량들이 유실된 수 많은 사례가 보고되어 있다. 지금까지 지진해일에 의한 연안교량의 피해상황으로부터 지진해일로 인하여 연안교량이 유실되거나 파괴되는 명확한 원인을 규명하기 위해서는 연안교량에 작용하는 지진해일파력을 파악하는 것이 매우 중요한 요소라고 판단된다.

본 연구에서는 단파 및 고립파와 연안교량과의 상호작용해석에 수치해석적인 방법으로 접근되며, 이 때 수치파동수로에서 단파는 상·하류측의 수위차로부터 조파되고, 고립파는 수치조파된다. 수치해석법에는 Navier-Stokes solver에 기초한 3차원혼상류해석법인 TWOPM-3D를 적용하며, 본 수치해석결과와 기존의 실험결과와의 비교·분석으로부터 작용파력의 타당성을 충분히 확인할 수 있었다. 이로부터 단파의 경우에는 단파강도, 수심 및 Girder 수 등을 변화시키고 고립파의 경우에는 고립파의 파고, 연안교량의 형상 및 Girder 수 등을 변화시켜, 이에 따른 수위변화와 유속변화를 포함하여 수평파력과 연직파력(Uplift파력과 Downward파력)의 변동특성을 면밀히 검토하였으며, 흐름에 의해 유체중에 연행되는 공기가 연직파력에 큰 영향을 미치는 것 등을 알 수 있었다.