• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.209-215
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• 2009

케이슨식 방파제의 신뢰성해석 시 파고와 조위의 확률변동성을 고려하기 위한 하중면 이용방법을 제안하였다. 케이슨식 방파제 전면에 전달되는 수평파력과 양력을 전면조위와 파고의 일차함수로 추정하였으며 추정한 하중면을 일계신뢰도법을 이용한 신뢰성 해석에 적용하였다. 수치해석에서 하중면을 이용한 케이슨식 방파제의 활동 및 전도 파괴확률을 산정하였으며 몬테카를로 모사법의 결과와 비교하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제18권2호
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• pp.137-146
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• 2006

본 논문은 동해항 방파제를 대상으로 신뢰성 설계법을 비교하는 한 쌍의 논문의 두 번째 부분이다. 제 2부인 본 논문에서는 케이슨의 활동을 다룬다. 사석 마운드 위에 케이슨을 거치한 직립방파제의 파괴모드는 케이슨의 활동 및 전도, 그리고 사석 마운드 또는 지반의 파괴 등이 있는데, 그 중 케이슨의 활동에 의한 파괴가 가장 많이 발생한다. 케이슨 활동 파괴에 대한 기존의 결정론적 설계법은 저항이 하중보다 일정 배수(예를 들어 1.2배) 커야 한다는 안전율 개념으로 접근한다. 그러나 안전율의 개념으로는 구조물의 안정성을 정량적으로 평가할 수 없다. 한편 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 신뢰성 설계법은 구조물의 파괴확률을 산정함으로써 안정성에 대한 정량적인 평가를 가능케 한다. 신뢰성 설계법은 사용되는 확률적 개념의 정도에 따라 Level 1, 2 및 3의 세가지로 분류된다. 본 연구에서는 기존의 결정론적 방법으로 설계, 시공된 후 1987년 피해를 입었던 동해항 방파제의 케이슨 활동에 대하여 피해 전과 보강 후의 단면에 대해서 각각 신뢰성 해석을 수행하였다. 그 결과 피해 전 단면의 파괴확률은 허용파괴확률을 크게 초과하여 케이슨이 과소 설계되었음을 나타내는 반면, 보강 후 단면의 파괴확률은 허용파괴확률과 비슷한 값을 보임으로써 보강 후 안정한 구조물이 되었음을 나타냈다. 한편, 서로 다른 세 가지 신뢰성 설계법의 결과가 대체로 잘 일치하는 것을 보임으로써 각 방법을 이용한 해석 결과 사이에는 큰 차이가 없음을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.215-225
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• 2011

케이슨 방파제의 설계는 구조물의 기능을 유지하면서 일정 피해를 허용하는 성능설계를 권장한다. 하지만 기존 성능설계 방법은 기후변화로 변화된 해양 환경을 설계에 반영하기 어려워 구조물의 수명 동안에 안정성을 보장할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 기후변화 효과인 해수면 상승과 파고의 증가를 고려한 시간 의존 성능설계를 수행하여 케이슨의 기대활동량과 파괴확률을 산정하였다. 특히, 해수면 상승과 파고의 증가가 시간의 함수로 표현되어 케이슨 활동에 대해 시간 의존 파괴확률을 계산하였다. 개발된 방법을 일본 동해안에 위치한 Hitachinaka항 동방파제에 적용하였다. 해수면 상승보다 파고의 증가가 구조물의 안정성에 훨씬 큰 영향을 주는 것으로 분석되었는데, 이는 해수면 상승 폭이 구조물 전면 수심에 비해 상대적으로 아주 작기 때문이다. 또한 설계자들의 실제적인 관심사인 기후변화에 의한 케이슨 단면 폭의 변화를 산정하였다. 구조물의 설계수명이 커질수록 단면 폭의 증가가 컸으며, 현재 폭이 약 22 m인 Hitachinaka 방파제 케이슨은 기후변화 효과인 파고의 선형 및 포물선 증가에 의해 단면 폭이 각각 0.5m와 1.5m 내외로 증가된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.495-507
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• 2009

케이슨 방파제의 사용년수 동안의 기대활동량은 방파제의 안정성 평가 기준으로서 한계점이 있다. 기대활동량은 사용년수 동안의 모의 활동량의 평균으로 계산되기 때문에 실제 활동량은 평균을 초과할 가능성이 있다. 이를 극복하기 위해 허용활동량에 대한 초과확률을 산정하여 안정성을 평가하였다. 초과확률을 산정하기 위해 Latin Hypercube sampling과 Crude Monte Carlo simulation을 사용하였다. 또한 확률변수의 분포함수로 정규 분포가 가지는 단점을 해결하기 위해 이중절단정규분포를 사용하였다. 정규분포를 사용한 경우의 모든 한계상태에서 옥계항, 화순항, 동해 NI의 보강 전 단면은 불안정한 것으로 평가되었다. 한편, 이중절단정규분포를 적용한 경우에서 보수가능 한계상태의 화순항과 모든 한계상태의 동해 NI의 보강 전 단면만 불안정한 것으로 해석되었다. 결론적으로 안정성 평가 기준으로 기대활동량이 가지는 단점을 발견하였고 허용활동량에 대한 초과확률을 이용하여 국내 케이슨 방파제의 활동에 대한 안정성을 합리적으로 평가하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.195-201
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• 2019

장대케이슨은 1함당 작용하는 평균파력이 감소하는 파력의 평활화 효과로 인해 케이슨의 활동파괴에 대한 구조안정성을 향상시킬 수 있으나, 장대케이슨은 제작 및 시공상의 이유로 사용하는데 어려움이 있다. 이에 대한 대안으로 개별 케이슨을 인접한 케이슨과 서로 인터로킹시켜 파력을 분산시키는 인터로킹 케이슨에 대한 연구가 되고 있다. 본 연구에서는 케이슨의 장대화가 가능한 전단키형 인터로킹 케이슨을 제안하고, 해석적 방법을 통해 전단키에 의한 파력분산효과를 평가하였다. 해석결과, (1) 전단키형 인터로킹 케이슨은 좌우비대칭 형상으로 인해 구조물 거동 및 파력분산효과 또한 좌우비대칭으로 나타난다. (2) 파력분산효과는 전단키의 전단경사각, 높이, 전단길이비 등 전단키의 형상보다는 각 케이슨에 작용하는 파력 분포 및 특성에 더 큰 영향을 받는다. (3) 장대화된 인터로킹 케이슨 방파제는 완전일체형 방파제와 거의 유사한 거동 및 파력분산효과를 나타낸다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.193-204
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• 2019

본 연구에서는 국내 16개의 무공케이슨 방파제 설계자료를 이용하여 원호활동에 대한 신뢰성분석을 통하여 신뢰성 수준을 분석하였다. 신뢰성 분석을 위하여 지반의 강도 및 단위중량, 피복재와 상치구조물의 단위중량, 상치구조물 상부에 재하되는 하중의 불확실성을 결정하였다. 해석변수의 불확실성을 반영하여 임의로 재현된 무공케이슨 방파제 물성에 대하여 Bishop 간편법을 이용하여 하중 및 저항을 산정하였다. 충분히 많은 회수의 무공케이슨 방파제에 대한 해석을 Monte Carlo Simulation으로 수행하였고, 모든 해석 케이스에 도출된 하중과 저항 값을 수집하여 통계분석을 하였다. Monte Carlo Simulation으로부터 도출되는 파괴확률이 아주 낮은 경우가 파괴확률의 수렴 문제가 발생하여 하중과 저항의 통계특성을 반영하여 FORM(First-Order Reliability Method) 해석을 통해 신뢰수준을 평가하였다. 무공케이슨 방파제의 안전율, 하중 및 저항의 불확실성, 하중 및 저항의 상관성이 신뢰수준에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제16권1호
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• pp.27-38
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• 2004

본 연구에서는 Shimosako and Takashi(1999)가 직립방파제 케이슨의 기대활동량을 계산하기 위해 개발한 신뢰성 설계법을 방향 불규칙파의 방향 분산, 심해 설계주파향이 해안선에 직각 방향과 이루는 각도, 심해 주파향의 설계치에 대한 변동 등과 같은 파향의 변동성을 고려할 수 있도록 확장하였다. 심해로부터 방파제 설계 위치까지의 파랑변형을 계산하기 위하여 Shimosako and Takahashi는 평행한 등심선을 갖는 직선 해안에 직각으로 입사하는 일방향 불규칙파를 가정하여 Goda(1975)가 개발한 모형을 사용하였다. 본 연구에서는 방향 불규칙파의 변형을 계산하기 위하여 Kweon et al.(1997)이 개발한 모형을 사용하였다. 파랑의 방향분산 및 심해 주파향의 변동에 의한 영향은 별로 크지 않은 반면에, 심해 설계주파향이 해안선에 직각 방향과 이루는 각도의 영향은 상대적으로 커서, 이 각도가 증가함에 따라 기대활동량이 감소하는 경향을 보였다. 특히 우리나라 동해안 일부 지역의 현장 자료를 이용한 경우 파향의 변동성을 고려했을 때의 기대활동량이 이를 고려하지 않았을 때에 비해 약 1/3수준으로 감소하였다. 파랑변형 계산을 위하여 Goda 모형을 사용하는 경우 무시되는 굴절의 영향을 보정하기 위하여 계산된 유의파고를 일률적으로 6% 감소시키는 것은 심해 설계주파향이 약 20$^{\circ}$인 경우에 적합한 값이며, 심해 설계주파향이 보다 작은 경우에는 6%보다 작은 값을, 보다 큰 경우에는 6%보다 큰 값을 사용해야 한다. 케이슨의 기대활동량을 30cm로 설계할 경우 수심이 약 25 m 이하의 지역에서는 파향의 변동성을 고려하지 않더라도 기존의 결정론적 설계보다 최대 약 30% 정도까지 케이슨의 폭을 줄일 수 있다. 동해안 일부 지역의 현장 자료를 사용하여 파향의 변동성을 고려할 경우에는 이를 고려하지 않은 경우보다 최대 약 10% 정도까지 케이슨의 소요 폭이 감소하며, 고려한 전 수심 구간(10∼30 m)에서 결정론적 설계보다 작은 케이슨 폭이 요구된다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제14권2호
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• pp.95-107
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• 2002

신뢰성설계법의 적용성을 확대하기 위하여 혼성제 직립 케이슨의 활동에 대한 신뢰성 해석이 수행되었다. 충격쇄파 효과를 고려한 결정론적 설계법에 의하여 단면의 안전성이 자세히 해석되었으며, 특히 신뢰성 해석의 결과를 직접 결정론적 설계법의 결과와 연결시키기 위한 연구가 시도되었다. 해석 결과에 의하면 현재의 결정론적 설계 법에서 적용되고 있는 안전율은 약간 안전 측에 속한다. 또한 동일한 입사조건과 안전율에 대하여 수심이 증가함에 따라 신뢰지수는 감소하는 경향을 보이고 있다. 한편 방파제가 그 기능을 수행하는데 지장이 없을 것으로 예상되는 목표 파괴확률을 설정하고 그 목표 범위내에서 가장 최적의 파괴 확률을 산정하였는데, 입사조건에 따라 약간 씩 다른 최적의 안전율이 추정되었다. 마지막으로 혼성제 케이슨의 단면 결정에 영향을 주는 변수들의 변화에 따른 민감도 분석이 수행되었다. 해석 결과에 의하면 입사각, 주기의 영향이 크게 나타났으며 하상의 경사나 마운드의 두께에 대한 영향의 정도는 상대적으로 낮게 평가되었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.458-464
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• 2020

유공케이슨 방파제의 한계상태설계법 개발을 위해 하중저항계수 보정을 수행하였다. 전국 항만의 12개 유공케이슨식 방파제에 대하여 설계변수의 불확실성을 고려한 신뢰성해석을 수행하였다. 목표신뢰성지수에 따른 부분 안전계수와 하중, 저항계수를 차례로 산정하였다. 최적화기법을 통해 한계상태설계법 개발을 위한 하중계수와 저항계수를 도출하였다. 최종 하중저항계수를 이용하여 방파제를 재설계하였으며 목표수준의 신뢰성지수를 상회하는지 검증하였다. 목표신뢰성지수를 변화시켜 해당 수준에 맞는 하중저항계수를 최종 제시하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.121-127
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• 2017

구조물에 작용하는 실제 파랑은 다방향 불규칙파로써 장대 구조물의 경우 파의 위상차로 인해 파력의 감소효과가 발생한다. 본 연구에서는 이러한 효과가 파괴확률에 기여하는 정도를 파악하고 기존의 모듈형 방파제에 비해 어느 정도의 안정성이 확보되는지 확인하고자 기존 방파제 및 파력감소계수를 이용한 장대케이슨 방파제의 활동 파괴모드에 대해 신뢰성해석을 수행하였다. 그 결과 기존의 모듈형 케이슨 방파제보다 장대케이슨 방파제의 신뢰도지수가 더 높게 나타났고, 설계변수 중 유의파고가 가장 높은 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 추가로 파력감소계수의 산정에 사용되는 변수들의 평균값 변화에 따른 신뢰성해석을 수행하였으며, 해석 결과 각 변수 값과 파력감소계수의 관계에서 확인된 경향이 평균값 변화에 따른 신뢰도지수 결과의 경향에 나타나는 것을 확인할 수 있었다.