Transcript I. 설계기준 개선

해기협 토목분과 연구회
항만 및 해안 설계기술의 발전방향에 대한 소고
(R&D 연구과제를 중심으로)
2014. 09. 04.
이 종 인 / 전남대학교
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발표순서
Ⅰ. 설계기준 개선
Ⅱ. 보강설계 지침
Ⅲ. 실대형 실험인프라
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I. 설계기준 개선 (1/9)
미국 – SPM & CEM
영국 – BS6349 & CIRIA
• Shore Protection Manual (1984)
• BS 6349 – Maritime Structure (1984)
- 미육군공병단 해안공학연구센터
- British Standard 중 항만 부분
- 경사제, 잔교 설계의 기본서
- 토목 설계를 위한 방대한 기준서
- 설계파 산정, 해안지형변동 등
- 중동, 동남아, 남미 등에서 대부분 채택
• Coastal Engineering Manual (2004)
• CIRIA & CUR SP (2001)
- SPM의 개정판 / 최신 연구결과 및
- 영국과 네덜란드의 연구결과 반영
신뢰성 설계 중 부분안전계수법 수록 등
유럽 – EAU & PIANC
• EAU 1990 6th Edition (1992)
- 친수시설, 항만, 수로의 독일 Standard
- Sheet pile, Quay, Pile Structure,
Embankment, Dolphin 등의 설계
• PIANC & IAPH (1997)
- Access Channel Design
• EURO Code, DIN, DNV 등
- 경사제와 해안지형 변동 및 시공
한국과 일본
• 한국 : 항만 및 어항 설계기준·해설 (2014)
- 일본의 ‘항만의 시설의 기술상의
기준∙동해설 (2007)’의 번역 수준
- 일본 설계기준은 SPM, CIRIA 등의 기준
채택과 자국의 많은 연구 결과 수록
- 성능기반설계로의 전환
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I. 설계기준 개선 (2/9)
개선항목


수요조사 : 161 항목 (항만 69%, 구조 12%, 지반 16%, 기타 3%)
분야별 항목 : 항만분야 (51), 구조분야 (14), 지반분야 (14), 기타 (1)

항목별 중요성, 시급성 / 연구과제, 정책적
3%
69%
16%
12%
항만
구조
지반
기타(마리나)
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I. 설계기준 개선 (3/9)
기후변화대응 항만설계기준 개선연구(항만분야 개선 요구 항목)
01
월파량 산정방법 및 허용월파량 기준
02
SLIT케이슨의 제원결정을 위한 기준
03
곡면부/제두부 피복재 중량 산정 기준
04
혼성제 근고부 피복재/근고블록 제원 기준
05
잠제(인공리프)의 설계 지침
06
상치콘크리트에 작용하는 파압
07
반파공 제원결정을 위한 기준
08
제간부 피복재 중량 산정 기준
09
배면 피복재 규격 결정 기준
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부유식구조물에 작용하는 파력
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파의 처오름 높이 산정방법
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세굴심도 산정 및 세굴방지공 기준
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Morison식의 항력계수 및 파압적용
기후변화 대응
항만설계기준
개선방안 연구
(1단계)
(‘11~’17)
지속적인
연구 필요
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I. 설계기준 개선 (4/9)
월파량 산정
 미국 : CEM (2004)
 유럽 : EurOtop (2007)
다양한 연구성과(구조형식별) 수록
 Owen 식
 Bradbury & Allsop 식
 Aminti & Franco 식
 van der Meer & Janssen 식
 Pedersen & Burcharth 식
 Franco & Franco 식
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I. 설계기준 개선 (5/9)
월파량 산정

필요성
⇒ 2가지 단순 형상만 고려
⇒ 설계동향에 부합되는 기준 미흡
⇒ 타 기준/연구에 비해 과소 평가
(CEM, 2004; EurOtop, 2007)

개선내용
⇒ 구조형식/형상별 월파/전달 산정
⇒ 입사각에 따른 월파량 저감계수
⇒ 오목부/볼록부구간의 월파/전달
⇒ 해외 기준 및 연구와 연계
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I. 설계기준 개선 (6/9)
곡면부(오목부/볼록부) 피복재 중량/피복 구간

필요성
⇒ 태풍 내습으로 경사식구조물 곡면부구간 피해가 다수 발생
⇒ 일반적으로 제간부구간과 동일한 단면으로 설계
⇒ 곡면부구간에 대한 설계기준은 국내외적으로 미흡

개선내용
⇒ 곡면부 피복재 중량/피복 구간
⇒ 평면배치/입사각 등의 영향
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I. 설계기준 개선 (7/9)
곡면부 피해사례
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I. 설계기준 개선
(8/9)
잠제(인공리프) 설계

필요성
⇒ 연안침식 저감 등을 위해 적용사례 증가
⇒ 피복재 중량의 경우, 일반적인 항만구조물 기준 적용
⇒ 기본적인 제원 결정에 대한 설계지침 미흡
⇒ 기존 항만구조물의 보강 방안

개선내용
⇒ 잠제(수중구조물)의 제원/투과성 등에 대한 특성
⇒ 피복재 중량 산정 기준
⇒ 잠제 설치에 따른 배후구조물의 안정성
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I. 설계기준 개선
(9/9)
항만설계기준 개선 관련 기존 연구
 첨단항만건설기술개발 사업
- 경사식방파제 최적설계기술개발 (2000~2003)
- 항만구조물 신뢰성설계법 개발 (2006~2011)
- 해일예측 기반구축 및 설계해면 추산 (2006~2011)
경사식방파제 최적설계기술개발
 경사식방파제에 작용하는 파력 등에 관한 연구
항만구조물 신뢰성설계법 개발
 항만구조물(방파제 및 호안 등)의 확률론적 설계법에 대한 연구
해일예측 기반구축 및 설계해면 추산
 폭풍해일, 지진해일, 천해설계파 산정 등 해면추산에 대한 연구
설계기준과 관련된 연구가 R&D에 해당하는가?
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II. 보강설계 지침
(1/5)
피해사례
 2012년 공공시설 피해액 : 약 6,400억원
 2012년 항만 및 어항시설물 피해액 : 약 1,250억원 (약 19.5%)
 대표사례
가거도항 방파제 피해 (2011년 태풍 무이파) : 복구 설계가 약 2,400억원
서귀포항 방파제 피해 (2012년 태풍 볼라벤) : 복구 설계가 약 777억원
체계적인 피해원인 분석/대책수립 필요 !
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II. 보강설계 지침
(2/5)
적정 보강설계 지침
 “기후변화에 따른 항만구역내 재해취약지구 정비계획”
(아라미르 프로젝트) (국토해양부, 2012)
 현재까지 보강 사업비 (약 3,500억원, 설계가 기준)
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홍도항 방파제 보강공사 : 약 192억원
어청도항 방파제 보강공사 : 약 490억원
부산항 조도방파제 보강공사 : 약 1,100억원
부산항 오륙도방파제 보강공사 : 약 1,450억원
성산포항 방파제 보강공사 : 약 346억원
제주권역 5개항 외곽시설 보강설계 진행중
 아라미르 : 기존 외곽시설 보강 예산 (약 1조 3,517억원)
 무역항 15개항 35개 시설 : 1조 464억원
 연안항 17개항 36개 시설 : 3,053억원
 아라미르 : 항만내 재해취약 지역 방지대책 예산 (약 1조 1,882억원)
 무역항 15개항 : 1조 867억원
 연안항 7개항 : 1,015억원
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II. 보강설계 지침
(3/5)
보강 요소기술 확보
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II. 보강설계 지침
(4/5)
보강 요소기술 확보 (처오름 높이)
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II. 보강설계 지침 (5/5)
보강 요소기술 확보 (처오름 높이)
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III. 실대형 실험인프라
(1/6)
실험/실증 인프라 구축
시대별 인프라 수준의 변화
안전성 + 경제성
(실용화 기술)
대형 실험시설 /
실증 테스트베드
기술수준
1990년
2010년
2020년
| 요소수준
| 성능수준
| 실증수준 도약 단계
최적설계기술
Ⅱ
Ⅰ건설기술력
확보 곤란
선진국 대비
비용절감
ⅢSOC
가능 수준
공공성을 가지는 항만분야 특성상
정부 주도가 필수
R&D 성과
Ⅳ 해안·항만
실용화 및 선진화 도모
최종 기술수요자인 정부의
Needs에 맞는 기술개발을 위해
실험·실증 인프라 지원 필요
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III. 실대형 실험인프라
(2/6)
항만공항기술연구소(일본)


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
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
PARI(Port and Airport Research Institute, www.pari.go.jp)
1946년 설립, 독립행정법인
2011년 예산규모 : 350억원
2011년 인력현황 : 임원 4명, 관리직 18명, 연구직 79명
조직 : 7개 연구부서(조직) 및 3개 연구센터
주요 인프라 현황
- 실해역 관측센터(Hazaki oceanographic research center)
- 105m wave channel : 105m(L) x 3m(W) x 2.5m(D)
- Environmental intelligent basin : 29m(L) x 36m(W) x 1.3m(D)
- Large hydro geo flume : 185m(L) x 3.5m(W) x 12m(D)
- 35m wave flume : 35m(L) x 0.6m(W) x 1.3m(D)
- Coastal disaster channel : 50m(L) x 10m(W) x 4.5m(D)
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III. 실대형 실험인프라
(3/6)
O.H. Hinsdale Wave Research Lab.(미국)
 Oregon State University(OSU)
 1972년 구축
 실험 인프라
- 단면수로 : 104m(L) x 3.7m(W) x 4.6m(D)
- 평면수조 : 48m(L) x 26.5m(W) x 2.1m(D)
 실험분야 연평균 예산규모 : 20억원
 실험분야 운영인력 : 연구직 2명, 기술직 1명
 NEES, Network for Earthquake Engineering Simulation
(http://nees.org)
- 미국 과학재단 지원사업
- 미국내 14개 대학이 사업지원을 받아 지진 및 지진해일 관련
대형 실험 수행
- OSU의 경우, NEES 사업을 통해 운영예산(약 $100만) 지원
(실험실 유지관리비로 활용)
- 사업지원을 받은 타 연구자와 공동연구 수행
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III. 실대형 실험인프라
(4/6)
Deltares(Netherlands, Delft Hydraulics)
 1927년 설립, 독립컨설팅 및 전문연구기관
 주요 인프라 구축현황
(1) Atlantic Basin : 75m(L) x 8.7m(W) x 1.3m(H), 흐름(3CMS) 및 다방향 파랑 재현(2009년 구축)
(2) Delta Basin : 50m(L) x 50m(W) x 1m(D), 다방향 불규칙파 재현
(3) Delta flume : 240m(L) x 5m(W) x 7m(D)
(4) Scheldt flume : 110m(L) x 1m(W) x 1.2m(D)
(5) Pacific basin : 30m(L) x 22.5m(W) x 1.5m(D) : 구조물 안정성 검토 전용 수조
 Hydralab
- 미국의 NEES 프로그램과 같은 성격의 연구인프라 조직
- 1997년도에 시작. 현재 유럽내 15개 국가 30개 연구소 및 대학으로 구성
- Large wave flume/Special purpose wave flume/Basin for coastal & offshore research 등 7개 분야
- 연구인프라, 실험기법, 연구결과의 공유 및 공동연구 수행
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
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III. 실대형 실험인프라
(5/6)
Large Wave Flume, GWK(독일)
 실험인프라 현황
- GWK : 309m(L) x 5m(W) x 7m(H)
- 불규칙파, 고립파(Solitary wave) 재현
 조파성능
- 최대파고 : 규칙파 기준 2m
- 재현주기 : 1sec~12sec
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III. 실대형 실험인프라
(6/6)
제안 실험인프라 시설 및 규모
2차원 대형수로
 수로제원 : 270m (길이) x 5m (폭) x 10m (깊이)
 최대파고 : 규칙파 기준 3.0m (유효파고 2.4m) 이상
※ 고립파 1.5m 이상 재현 가능 규모
 파랑-흐름 복합수로 : 유속 1.5m/sec 이상
3차원 대형수조
 수조제원 : 70m (길이) x 40m (폭) x 4.5m (깊이)
 최대파고 : 규칙파 기준 1.5m (유효파고 1.2m) 이상
※ 고립파 0.5m 이상 재현 가능 규모
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해외설계(애로사항)
해외사업 설계시 애로사항
 진출 대상국의 정보 부재
 입찰정보 부족
 기업 규모의 한계
 해외 선진업체의 시장 선점
 진출 대상국 설계기준 및 법에 대한 이해 부족
 국제 설계기준의 이해 부족
 현지 업체 기술 및 관리 능력 부족
 해외 발주처와의 기술적 해결능력 부족
 언어 및 문화장벽
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제안사항
I. 설계기준 개선
II. 보강설계지침 정립
 체계적/지속적인 연구개발
 국제 기준(BS, CEM 등) 접목
 설계기준서의 영문화
 피해사례 원인분석 및 대책수립
 보강설계 요소기술 확보
 구조형식별 표준 보강지침 구축
해양수산부
“엔지니어링 경쟁력 강화”
III. 실대형 실험인프라 구축
IV. 상설조직 운영
 실해역 실증수준의 인프라 구축
 해안항만/연안침식 실증
 해양에너지 실증
 국제 기준/연구성과 지속 분석
 설계지침/설계사례집 작성
 기술자(설계자 등) 교육
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감사합니다
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