• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.251-251
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• 2021

최근 기후변화로 인한 집중호우의 영향으로 홍수 시 댐으로의 유입량이 설계 당시보다 증가하여 댐의 안전성 확보가 필요하다(감사원, 2003). 이에 건설교통부(2003)는 기후변화와 댐 노후화에 대비하여 치수능력증대사업을 추진하여 댐의 홍수배제능력을 확보하였고, 환경부(2020)에서는 40년 이상 경과된 댐을 대상으로 스마트 안전관리체계 구축을 통한 선제적 보수보강, 성능개선 및 자산관리로 댐의 장수명화를 목적으로 댐의 국가안전대진단을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 댐 시설(여수로)의 노후도 평가 시 활용 될 수 있는 여수로 표면손상 원인규명에 대하여 3차원 수치모형(FLOW-3D 및 COMSOL Multiphysics)을 통해 검토하고자 한다. 연구대상 댐은 𐩒𐩒댐으로 지형 및 여수로를 구축하였으며, 계획방류량(200년 빈도) 및 최대방류량(PMF) 조건에서 모의를 수행하였다. 수치모의 계산의 정확도 검토를 위하여 Baffle의 설치를 통하여 시간에 따른 유량의 변화를 설계 값과 비교하였고 오차가 1.0% 이내를 만족하는 것을 확인하였다. 여수로 표면손상의 다양한 원인 중 기존연구(USBR, 2019)를 통하여 공동침식(Cavitation Erosion) 및 수력잭킹(Hydraulic Jacking)에 초점을 두었으며 방류조건 별 공동지수(Cavitation Index)산정을 통하여 공동침식 위험 구간을 확인하였다. 이음부의 균열 및 공동으로 인한 표층부 콘크리트의 탈락현상을 가속화시키는 수력잭킹 검토를 위하여 국부모형을 구축하였고 음압력(Negative Pressure), 정체압력(Stagnation Pressure), 양압력(Uplift Pressure)의 분포를 확인하였다. 최종적으로 COMSOL Multiphysics를 통하여 압력분포에 따른 구조해석을 수행하여 폰 미세스(Von Mises) 등가응력 및 변위를 검토하여 콘크리트의 탈락가능성을 확인하였다. 본 연구는 여수로 공동부 및 균열부에서의 손상메커니즘을 확인할 수 있는 기초적인 연구이지만 향후에는 다양한 지형조건 및 흐름조건에서의 압력분포 분석 및 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행한다면 구조물 노후도 및 잔존수명 평가에 필요한 손상한계함수 도출이 가능할 것으로 기대된다.

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.14 no.4
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• pp.47-60
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• 2021

Recently, as the occurrence frequency of sudden floods due to climate variability increased, the damage of aging chuteway slabs of spillway are on the rise. Accordingly, a wide array of field survey, hydraulic experiment and numerical simulation have been conducted to find the cause of damage on chuteway slabs. However, these studies generally reviewed the flow characteristics and distribution of pressure on chuteway slabs. Therefore the derivation of damage on chuteway slabs was relatively insufficient in the literature. In this study, the cavitation erosion and hydraulic jacking were assumed to be the causes of damage on chuteway slabs, and the phenomena were reproduced using 3D numerical models, FLOW-3D and COMSOL Multiphysics. In addition, the cavitation index was calculated and the von Mises stress by uplift pressure distribution was compared with tensile and bending strength of concrete to evaluate the possibility of cavitation erosion and hydraulic jacking. As a result of numerical simulation on cavitation erosion and hydraulic jacking under various flow conditions with complete opening gate, the cavitation index in the downstream of spillway was less than 0.3, and the von Mises stress on concrete was 4.6 to 5.0 MPa. When von Mises stress was compared with tensile and bending strength of concrete, the fatigue failure caused by continuous pressure fluctuation occurred on chuteway slabs. Therefore, the cavitation erosion and hydraulic jacking caused by high speed flow were one of the main causes of damage to the chuteway slabs in spillway. However, this study has limitations in that the various shape conditions of damage(cavity and crack) and flow conditions were not considered and Fluid-Structure Interaction (FSI) was not simulated. If these limitations are supplemented and reviewed, it is expected to derive more efficient utilization of the maintenance plan on spillway in the future.