해저지반 내 매립된 구조물의 앵커 충돌 시나리오에 따른 위험성 분석 및 추가 보호를 위한 락범 설계기준에 관한 연구

Abstract

본 연구는 해저에 설치되는 구조물들에 대해 주요 위해요소인 선박용 앵커를 이용하여 투묘 및 주묘에 의한 위험성 분석을 실시하였다. 먼저 투묘에 의한 충돌 시나리오는 투하된 앵커가 수직낙하하여 해저에 설치된 파이프에 충돌하는 조건을 선택했다. 종단속도를 산정하기 위해 전산유체해석 프로그램인 FLUENT의 MDM(Moving Deforming Mesh)기법을 사용하였고, ABAQUS/CAE 프로그램을 이용하여 해저지반 성질 및 파이프라인의 매설깊이에 따른 충돌해석을 실시하여 투묘에 의한 위험성 분석이 수행되었다. 다음으로, 주묘에 의한 충돌 시나리오는 보수적인 설정으로 앵커 끌림 해석을 실시하기 위해 초기 앵커 침투깊이와 앵커 끌림 속도 및 각도, 그리고 앵커와 락범의 이격거리를 결정하기 위한 선행 시뮬레이션을 수행하였다. 선행 시뮬레이션 결과를 바탕으로, ABAQUS/CAE 프로그램의 CEL(Coupled Eulerian Lagrangian)기법을 이용하여 해저지반 성질에 따른 앵커 침투깊이를 산정하여 주묘에 의한 위험성을 분석하였다. 마지막으로 앵커 투묘 및 주묘에 의한 위험성 분석을 기반으로 추가 보호를 위한 락범을 설계하였고, 락범 검증을 위한 투묘 및 주묘의 추가 해석을 실시하였다. 추가 해석 결과를 바탕으로 해저지반 성질 및 파이프라인의 매설깊이에 따른 락범 설계 기준을 정리하여 제시하였다.|In this study risk analysis of subsea pipeline was carried out by dropping and dragging of ship anchors, which are major risk factors for structures installed on the seabed. Firstly, impact scenario of a ship anchor dropped vertically and impacted an installed subsea pipeline was considered to calculate the impact force through terminal velocity. For that a computational fluid dynamic program, FLUENT, and MDM (Moving Deforming Mesh) technique were applied. Then, impact analysis of subsea pipeline was carried out using the dynamic finite element program, ABAQUS/CAE, considering seabed soil properties and pipeline buried depths in the seabed. Then, preliminary simulations were performed to determine the initial anchor penetration depth, anchor drag velocity, drag angle, and the distance between the anchor and the rock-berm before simulating dragging of anchor. Based on the preceding simulation results, risk analysis of dragging anchor was carried out to calculate the anchor dragging penetration depth according to the seabed soil properties using CEL(Coupled Eulerian Lagrangian) technique of the ABAQUS/CAE program. Lastly, based on the risk analysis of subsea pipeline, Rock-Berm was designed for additional protection, and risk analysis were carried out through the dropping and dragging of anchor for verification of safety. Based on the results of the additional simulation, the design criteria of Rock-Berm considering the seabed soil properties and pipeline burial depths in the seabed was suggested.