말뚝이 결합된 블록식 방파제의 수평저항력에 관한 수치해석 연구 :A Numerical Study on the Lateral Resistance of Piled-Block Breakwater

권순구

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권순구 (한국해양대학교, 한국해양대학교 해사산업대학원)

지도교수: 김태형

발행연도: 2023

저작권: 한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

말뚝 결합 블록식 안벽의 수평변위 억제에 대한 수치해석 연구

권순구 , 이원효 , 김태형 한국해안·해양공학회논문집 2023.12 학술저널

말뚝이 결합된 블록식 방파제의 수평저항력에 관한 수치해석 연구

권순구 토목/환경공학과 2023.01 학위논문

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본 연구에서는 기존 실내모형실험을 통해 밝혀진 말뚝이 결합된 블록 방파제에서 말뚝 관입깊이에 따른 수평저항력의 거동을 3차원 수치해석으로 재현하였다. 수치해석에 사용된 프로그램의 종류는 FEM (Finite Element Method) 해석 프로그램인 MIDAS/GTS를 사용하였고, 지반에 대해서는 개선된 Mohr-Coulomb 모델, 말뚝은 선형탄성모델, 그리고 인터페이스 요소에 대해서는 강도감소계수 R=0.5를 적용하였다
서로 다른 말뚝의 관입깊이 4개의 경우, 말뚝의 관입깊이가 0H(말뚝이 블록 내에서만 관입되어 있는 경우), 1H(사석층까지 관입된 경우), 2H(사석 높이만큼 원지반 속에 관입된 경우), 3H, 4H에 대하여 해석을 실시하였다. 수평저항력-변위 그래프는 말뚝이 결합된 블록식 방파제의 수평저항력에 대한 수치해석 결과에서 실내모형실험의 결과와 유사한 거동을 보이는 것으로 나타났다.
말뚝이 짧은 말뚝에서 나타나는 회전 거동을 보이는 말뚝의 관입깊이는 1H ~ 2H에서 나타났다. 일반 중간 말뚝의 거동과 같은 휨거동 형태를 보이는 말뚝의 관입깊이는 3H ~ 4H인 것으로 해석되었다. 말뚝의 휨거동 양상이 뚜렷하게 나타나는 말뚝의 관입깊이는 3H 이상인 경우에 나타났다. 이것은 말뚝이 결합된 블록식 방파제에서 말뚝이 수평저항력에 크게 기여하는 것을 의미하는 것이다.
본 연구를 통해 제시한 해석모델은 실험 결과를 바탕으로 말뚝이 결합된 블록식 방파제의 거동을 최대한 근사하게 모사할 수 있었다. 또한, 본 연구 결과를 통해 말뚝이 결합된 블록식 방파제의 실물 크기에 대한 수치해석을 수행할 수 있는 기본적인 자료를 제공하는 동시에 설계 시 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

In this study, the behavior of the lateral resistance force according to the pile embedment depth in the plied-block breakwater, which was revealed through the existing laboratory model experiment, was reproduced by 3D numerical analysis. As the type of program used for numerical analysis, FEM (Finite Element Method) analysis program MIDAS/GTS was used. The modified Mohr-Coulomb model was applied to the ground, and the linear elastic model was applied to the pile. The strength reduction factor R=0.5 was applied to the interface element.
In the case of four different embedment depths of pile such as the embedment depth of the pile are 0H (the pile is embeded only within the block), 1H (the pile is embeded to the rubble mound layer), 2H (the pile is embeded into the original ground as much as the height of the rubble mound layer, H), 3H, and 4H were analyzed. As a result of numerical analysis of the lateral resistance force of the piled-block breakwater, it was found that the lateral resistance-displacement graph showed similar behavior to the results of the laboratory model experiment.
It was found that piles exhibited the rotational behavior seen in short piles up to 1H to 2H of embedment depth of pile. In the case of the pile embedment depth of 3H ~ 4H, it was analyzed as showing the same bending behavior as that of general intermediate pile. When the embedment depth of the pile is 3H or more, the bending behavior of the pile is clearly shown. It indicates that the pile greatly contributes to the lateral resistance of the piled-block breakwater.
Based on the experimental results, the analysis model presented in this study was able to simulate the behavior of the piled-block breakwater as closely as possible. In addition, due to the results of this study, it will be possible to provide basic data for performing numerical analysis on the actual size of the piled-block breakwater, and at the same time to be utilized as basic data for design.

#말뚝이 결합된 블록 방파제 #개선된 Mohr-Coulomb 모델 #회전거동 #휨모멘트 #수평저항력

1. 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 3
2. 기존 연구 4
2.1 실내모형실험 4
2.1.1 실내모형실험의 재료특성 4
2.1.2 실내모형실험의 장치구성 5
2.1.3 실내모형실험의 결과 6
2.2 기존 블록식 방파제 설계기준 11
2.2.1 방파제 설계의 기본방침 및 방파제 형식 11
2.2.2 블록식 방파제(직립제) 기본단면의 설정 15
2.2.3 블록식 방파제(직립제) 외력계산 15
2.2.4 블록식 방파제(직립제) 안정계산 19
2.2.5 말뚝식 방파제 21
3. 수치해석 23
3.1 프로그램 23
3.1.1 수치해석 모델 23
3.1.2 지반구성 모델 24
3.2 수치해석에 적용된 지반 물성치 30
3.3 수치해석 모델링 31
3.3.1 수치해석단면 32
3.3.2 인터페이스 감소계수 35
3.4 해석 결과 37
3.4.1 말뚝 관입깊이에 따른 수평저항력 37
3.4.2 말뚝 관입깊이에 따른 휨모멘트 40
4. 실제 적용 사례 44
4.1 개요 44
4.2 블록식 방파제 형태별 안정검토 46
4.2.1 콘크리트 블록식 방파제 46
4.2.2 블록내에 말뚝이 결합된 타이셀 블록식 방파제 50
4.2.3 원지반내에 말뚝이 결합된 타이셀 천공블록식 방파제 53
4.3 안정검토 결과 56
5. 결론 58
참고문헌 59
국문초록 61

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