직립벽에 작용하는 파력

직립벽에 작용하는 파력의 설계

직립벽에 작용하는 파력은 파랑 조건 외에 조위, 수심, 해저지형, 구조물의 단면 형상, 평면 형상 등에 의해 변하므로 이러한 요건을 고려하여 산정하고, 수리모형 실험으로 확인하여야 합니다. 특히, 급경사의 해저면상이나 높은 사석부 상의 직립벽에는 매우 큰 충격쇄파력이 작용할 수 있기 때문에 충격쇄파력의 발생조건에 충분히 유의하여 파력을 산정하여야 합니다.

 

직립벽에 작용하는 파력의 주된 요인은 파랑의 제원과 조위, 수심, 해저 경사, 사석부 마루의 수심 및 폭, 사석부의 경사, 직렵벽의 마루높이, 및 전면수심 등입니다. 이들 외에, 평면배치 모양에 굴곡부가 있을 때에는 무한직선제인 경우보다 큰 파력을 받는 경우가 있으므로 배치 형태의 영향을 고려하여야 합니다. 한마디로 굴곡부에 파력이 집중되는 현상이라고 볼 수 있습니다. 또한, 직립벽 전면이 소파블록으로 피복되었을 때에는 소파블록의 특성, 마루높이 및 폭이 요인이 됩니다.

 

파력은 작용하는 파랑의 형태에 의해 중폭파력, 쇄파력, 쇄파 후의 파랑에 의한 파력으로 분류되지만, 이는 연속적인 변화과정을 보입니다. 중폭파력은 수심에 비해 작은 파고의 파랑에 의해 생기고 파압의 시간적 변화는 완만합니다. 파고의 증대와 함께 커다란 파력이 작용하며, 일반적으로 직립벽에서 약간 외해측에서 쇄파된 파가 충돌할 때 가장 커다란 파력이 생깁니다. 따라서 매우 천해역을 제외하면 직립벽의 상당히 외해에서 쇄파되는 커다란 파고의 쇄파후의 파에의 파력보다도 직립벽 직전에서 쇄파하는 쇄파력이 더 큽니다. 특히, 급경사 해저면 상의 직립벽이나 완경사에 있어서도 높은 마운드 상에 있는 직렵벽에 쇄파가 작용할 때에는 매우 큰 충격쇄파력이 발생하므로 주의를 요합니다.

 

직립제에는 전면수심과 파고의 관계에 따라서 중복파 또는 쇄파가 작용합니다. 일반적인 기준으로는 전면수심 h와 파고 H1/3에 따라 다음과 같이 파랑을 구별합니다.

직립벽에 작용하는 중복파 또는 쇄파의 파력은 두 경우가 있습니다.

먼저, 벽면에 파봉이 있을 때입니다.

① 직립벽에 작용하는 최대 파력 및 양압력은 Goda식(1973)을 이용하여 산정합니다.

② Goda식은 급경사의 해저면상이나 높은 사석부상의 직립벽에 작용하는 충격쇄파력을 과소평가할 수 있으므로 충격쇄파력의 발생이 예상되는 경우에는 수리모형실험으로 파력을 산정하여 구조물 설계에 적용하여야 합니다.

③ 파력계산은 정수시를 기준으로 합니다.

 

두번째로 벽면에 파곡이 있을 때입니다. 벽면에 파곡이 있을 때 부(負)의 파력은 수리모형실험 또는 기존 산정식으로 산정하여야 합니다.

 

다음으로 직립벽 저면에 작용하는 양압력은 아래와 같은 식으로 산정합니다.

그리고, 파력계산에 쓰이는 파고 및 파장은 최대파의 파고 및 파장으로 합니다. 최대파의 파장은 유의파 주기에 대응하는 파장으로 하며, 파고는 다음 식과 같이 최대파고 Hmax 를 사용합니다.

단, 최대파고가 쇄파의 영향을 받는 경우에는 불규칙파의 쇄파 변형을 고려한 Hmax를 사용합니다.

 

다음으로 벽면에 파곡이 있을 때의 벽 전면에서 부(負)의 파압은 아래 그림과 같이 작용합니다.

수심이 커서 명백히 중복파가 작용하는 경우에는 고차 근사의 유한진폭중복파 이론에 의한 결과를 사용하는 것이 좋습니다. 특히, 대수심 방파제에서는 파곡일 때의 부압력의 크기가 파봉이 있을 때의 정압력의 크기보다 크므로 벽체가 바다쪽으로 미끄러지는 경우도 발생할 수 있습니다.

 

마지막으로, 충격쇄파력은 일반적인 산정법을 제시하기가 어려우므로 충격쇄파력의 발생이 예상될 경우에는 수리모형실험을 수해앟여 검토하여야 합니다. 단면형상, 구조형식 등은 가능한 한 충격쇄파력이 발생하지 않도록 설계하고 급경사 해저면상 등과 같이 충격쇄파력의 발생을 피할 수 없는 경우에는 소파공을 설치하여 파력을 완화시키도록 합니다.

 

지금까지 직립벽에 작용하는 파력에 대하여 알아보았습니다. 직립벽 구조물에 작용하는 가장 큰 힘이기 때문에 매우 중요한 부분이라고 생각합니다. 위 내용을 통해 직립벽에 작용하는 파력을 한번 계산해 보시고 전문서적과 함께 검토해 보시면 좋은 경험이 되실 것 같습니다.~ 여러분에게 도움이 되었기를 바라며, 그럼 이만~~!!