고정식 구조물과 해양 구조물의 종류와 특성

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고정식 구조물과 해양 구조물의 종류와 특성에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

가지로 대별된다. 이 설계파로부터 각 부재 또는 구조물의 각 지점에 작용하는 물 입자의 속도와 가속도를 계산하여 모리슨 방정식으로부터 최종 파력을 산정하게 된다.파도의 생성 원인에는 여러 가지가 있으나 가장 큰 것이 바람의 영향이며 이 때문에 구조물 설계시 바람과 파도를 같은 방향으로 적용시켜 최대 설계 외력을 구하게 된다. 또한 해양 구조물 설치 지역에 대한 상당 기간에 걸친 해파 자료가 있을 때에는 설계파를 구하는데 별 애로가 없으나, 풍속 자료 밖에 없을 때도 있어 이 풍속으로부터 설계파를 계산하는 방법도 많이 개발되어 있다. 이 때는 먼저 통계적 방법으로 반복 주기를 고려한 유의 파고와 평균 파주기를 구하고 이로부터 최대 파고(설계 파고)와 이에 해당되는 파 주기를 계산하게 된다.
　

파도가 물입자의 진동에 의한 파형의 흐름이라 한다면 해류는 물입자가 여러 요인에 의해 수평 방향으로 직접 이동하는 흐름이라 할 수 있다. 따라서 이 흐름이 구조물과 만나면 일정한 수평력을 가하게 되고, 배가 해양 구조물에 접안하기 위해 접근할 때에도 해류가 배에 일정한 영향을 주게된다. 해류를 발생시키는 요인은 대규모적인 것과 국지적인 것으로 나눌 수 있다. 대규모적 요인에는 항풍과 지구 회전에 의한 것, 온도차나 염도차에 의한 것등이 있고 국지적 요인에는 해저 퇴적물에 의한 것, 파도에 의한 것, 조석에 의한 것, 바람이나 태풍에 의한 것등이 있다. 해류에 의한 물입자의 속도는 해파에 의한 물입자의 속도와 벡터로 합해져 구조물에 작용하는 전체 힘을 구성하게 된다.
　

천체의 움직임이 지구에 미치는 영향 가운데 가장 눈에 띄는 현상이 조석 현상이다. 달과 태양의 인력이 합해질 때 일어나는 밀물과 그 반대의 경우에 생기는 썰물은 누구나 경험을 통해 익히알고 있는 친숙한 해양의 움직임이다. 그러나 수면의 승강 현상이 천체에 의해서만 생기는 것은 아니고 국지적으로 바람이나 파도, 압력의 차이로 생기는 현상도 무시할 수 없다. 따라서 이 모든 것을 더하여 설계 최대 수심을 결정하게 된다. 만약 구조물이 해변에 가깝거나 만과 같이 폐쇄된 내해 지역에 위치해 있을 경우는 상기한 조석 등의 승강 효과가 현저해져 만약 이를 적절히 고려치 않고 설계했을 경우 심각한 결과를 초래할 수 있다. 보통 최대 수심에서 최대 파고가 구조물에 접근했을 경우를 가정하여 외력 산정과 데크(Deck) 높이를 정하여야 한다. 또 최대 수심과 최소 수심의 수직선상 범위를 계산하여 이에따라 배 정박을 위한 시설물의 설치, 철 구조물인 경우 최대 부식 범위의 산정, 고착성 해양 생물의 두께 산정 등에 이를 적용하여야 한다.
　

우리나라도 더 이상 지진 안전 지대가 아니며 최근에도 여러번 근해 지역을 진앙으로 한 지진이 일어난 적이 있다. 이를 감안해 볼 때 해양 구조물 설계시 반드시 내진 설계가 필요하며 만약 해양 구조물이 동적으로 민감한 구조일 경우는 지진에 의한 동적 해석을 반드시 수반하여야 한다. 구조물의 중요도가 높을 때나 초대형 구조물일 경우 하부 지질 구조를 면밀히 검토하므로써 지진시 동시다발적으로 생길 수 있는 단층 현상, 퇴적물 이동 현상등도 고려하여야 한다.
　

해양 구조물에는 시간이 흐르면 고착성 해양 생물이 달라붙어 자라게 된다. 이 해양 생물의 두께가 2-3센티미터씩 되어감에 따라 파도나 해류의 힘을 받는 구조물 각 부재의 투영 면적과 부피가 급격히 늘어나게 된다. 또한 각 부재의 겉 표면을 더욱 거칠게 함으로써 드래그 효과(Drag Effect)를 크게 하며, 강재인 경우 국부적으로 부식 현상을 촉진 시키기도 한다. 따라서 설계시 반드시 이 효과를 고려하여야 한다. 한편 고착성 해양 생물이 구조물 표면을 덮어 감에 따라 해양 구조물의 유지, 관리도 힘들어져 이를 일부분 제거할 필요성도 생길 수 있다.
　

이 밖에 해양 강재 구조물의 부식과 해수 성질 등에 관련된 해수의 밀도 및 염도, 해수 온도의 깊이에 따른 급격한 변화, 10미터에 1 기압씩 증가하는 정수압 등은 설계시 기본적으로 고려하여야 할 자연 조건들이다. 또 해파나 해저지진, 빠른 퇴적등으로 인해 발생할 수 있는 해저 지반의 불안정성, 지속적 해류나 해파에 의해 해양 구조물 기초 주위에 생길 수 있는 패임과 퇴적 현상(Scouring and Deposition) 등은 기초 설계시 반드시 짚고 넘어가야 할 사항들이다.■ 설계 조건의 선택
설계 조건에 영향을 주는 것에는 크게 작업 조건과 환경 조건이 있다. 작업 조건을 고려할 때는 첫째로 그 구조물이 어떠한 목적을 위해 설치되는가를 생각해야 한다. 석유 시추용인가, 생산 및 조업용인가, 저장 시설인가, 주거용인가 아니면 물류 시설인가 등이다. 그 기능상의 목적 달성을 위해 대체적인 구조물의 크기, 면적, 높이 등이 결정되며 필요한 기자재, 레이 아웃, 유동 하중 등의 작업 조건이 지정되게 된다. 환경 조건은 해양 구조물의 위치, 방향, 수심 등에 의하여 주어지는 파랑, 해류, 조석, 해저지질 등의 자연 조건이다. 이 환경 조건은 다시 보통 환경 조건과 극한 환경 조건으로 나눌 수 있다. 보통 환경 조건이란 해양 구조물의 수명기간 동안 자주(1 년에 한 번 정도) 맞닥뜨리게 되는 해상 상태이다. 따라서 이 때의 풍 하중, 파랑 하중, 해류, 조석 등의 외력이 동시에 한 방향으로 작용할 때 구조물이 충분히 탄성 한계내에서 견딜 수 있도록 설계하는 것이 필요하다. 극한 환경조건이란 그 구조물의 수명 기간 동안 만날 가능성이 작은 환경 조건(100년에 한 번 정도)을 말하며 이 때의 외력 조건하에서는 구조물의 주요 부분만 충분히 견딜 수 있게끔 설계한다. 지진 하중은 별도의 환경 조건으로 파랑, 해류등과 관계없이 독립된 조건 하에서 고려하는 게 보통이다. 이 밖에 해양 구조물을 제작, 수송, 설치 할 때 생길 수 있는 임시 하중 조건도 설계에 지배적 요인으로 작용할 수 있으므로 반드시 검증해야 한다. 이 임시 하중 조건은 주 구조물의 형태를 바꾸기보다는 그 일부분을 보강함으로써 해결하는 것이 경제적이다.
[안전보건매거진 WiSH]
[출처] 해양 구조물의 이해|작성자 분당사랑

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