공진장치에 의한 단주기파랑, 장주기파랑 및 고립파의 통합제어에 관한 연구

Abstract

2011년 3월 일본 동북지방에서 발생한 동일본지진에 의한 지진해일 등 최근 세계적으로 빈번히 발생하고 있는 지진 및 지진해일에 의해 막대한 재산 및 인명피해가 발생되고 있다. 우리나라의 경우 일본의 근해에서 발생한 1983년 동해중부지진해일로 인하여 피해를 입었으며, 향후 일본의 지진공백역에서 발생가능한 지진해일에 의한 큰 피해가 예상되고 있다. 또한, 외해로부터 항구를 통하여 입사하는 장주기파의 주기가 항만의 고유진동주기와 같거나 비슷할 때 공진현상을 유발시켜 비정상적인 파랑진폭을 나타내게 되며, 부진동(secondary undulation)을 발생시킨다. 이러한 부진동현상으로 인하여 항만가동율에 크게 영향을 주기도 하며, 하역&#8226

적하작업의 중단이나 최악의 경우에는 계류삭의 절단으로 많은 피해가 발생되기도 한다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 단주기파랑을 포함하여 부진동을 발생시키는 장주기파랑 및 지진해일파(고립파)를 동시에 제어할 수 있는 방안으로 기존의 연구에서 제안된 공진장치부착공법을 모색한다.

먼저, 단주기파랑과 고립파(지진해일파)의 저감을 위해 기설의 방파제와 항만의 개구부에 공진장치를 부착하여 3차원수리모형실험과 수치해석을 수행하여 공진장치의 제어능을 검토하였다. 수치해석에 있어서 단주기파랑에 대해서는 연직선Green함수에 기초한 특이점분포법과 3차원불규칙수치파동수조를 이용하는 3D-NIT법을, 고립파(지진해일파)에 대해서는 3차원수치파동수조를 이용하는 3차원혼상류해석법의 TWOPM-3D를 각각 적용하였고, 수리실험결과와 수치해석결과를 비교&#8226

분석하여 본 수치해석법의 타당성을 검증하였다. 이로부터 공진장치가 부착되지 않은 경우와 대비&#8226

검토하여 단주기파랑 및 고립파의 제어에 대한 공진장치의 제어능을 다각도로 검토하여 그의 유효성을 충분히 확인할 수 있었다.

다음으로, 장주기파에 의한 부진동의 저감을 위해 동일한 공진장치를 기설의 항에 부착하여 그의 제어능을 수치적으로 검토하였다. 수치해석에 2차원타원형완경사방정식을 기초로 한 유한요소모델인 상용소프트웨어 SMS(Surface water Modeling System)의 CGWAVE MODULE을 적용하였고, 직사각형의 모델항만에 대한 Ippen & Goda(1963)의 선형파해석해, Ippen & Goda(1963) 및 Lee(1969)의 실험치와 비교&#8226

분석하여 부진동해석에 대한 SMS의 타당성과 유효성 및 적용한 마찰계수값의 타당성을 검증하였다. 이로부터 직사각형항만에 공진장치를 부착한 경우와 공진장치가 부착되지 않은 경우의 결과를 비교하여 부진동에 대한 공진장치의 제어능을 확인하였다. 그리고, 포항신항에서 발생될 수 있는 부진동에 의한 계류선박의 장주기동요를 감쇠시키기 위하여 여러 크기의 공진장치를 적용하여 선박 공진주기의 회피와 부진동의 감쇠효과를 확인할 수 있었다.