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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 55
제1절 연구개발의 목적 및 필요성 55
1. 연구개발의 목적 55
2. 연구개발의 필요성 56
제2절 연구개발의 필요성 57
1. 연구개발의 목표 57
2. 연구개발 내용 57
3. 세부분야별 연구내용 58
제2장 국내·외 기술개발 현황 61
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 76
제1절 홍수분야 76
1. 극치수문사상 변화특성 분석 76
가. 연구 개요 76
나. 기존 연구성과 76
다. 과거 청계천 극한홍수 분석 및 평가 80
라. 과거 피해 기록에 의한 극한홍수 분석 84
마. 표준화점수환산법을 이용한 극한홍수의 분석 85
바. 연구성과 87
2. 이상홍수평가 기술 개발 88
가. 연구의 개요 88
나. 기후변화를 고려한 확률강우량 산정 88
다. 이상강우의 평가기법 및 구축 적용 89
라. 비정상성 빈도해석법 91
마. 이상홍수를 고려한 홍수빈도 해석 방법 96
바. 이상홍수를 고려한 저수지 운영기법 개발 96
사. 이상홍수 빈도해석 100
아. 연구성과 104
3. 이상홍수대응 기법의 국내외 사례조사 및 대응전략수립 105
가. 연구의 개요 105
나. 이상홍수 대응기법의 국내외 사례조사 105
다. 이상홍수취약성 지수개발 106
라. GIS기반의 이상홍수 취약성 평가시스템 개발 106
마. 시범지역적용 108
바. 수자원장기종합계획 적용 110
사. 연구성과 111
4. 이상홍수대비 수공구조물 설계기법개발 및 기준개선 111
가. 연구의 개요 112
나. 이상홍수에 대비한 수공구조물 정비방안 수립 112
다. 수공구조물별 이상홍수에 대한 안전성 평가 116
라. 월류대응제방 설계기법 개발 125
마. 유역종합치수계획에 기반한 강변저류지 설계기법 개발 132
바. 이상홍수대비 하천횡단구조물 취약부 설계 및 보강기법 개발 139
사. 연구성과 152
5. 토석류 대비 도로시설 설계기준 개선 153
가. 연구개요 153
나. 이상 집중호우에 의한 도로 피해 원인 및 대책 153
다. 도로 피해 조사 관리 시스템 154
라. 토석류를 고려한 도로배수 설계 방안 155
마. 토석류 차단시설 도로 적용 설계 방안 156
바. 이상기후를 고려한 도로시설물 설계 방안 157
사. 연구성과 158
제2절 내풍분야 159
1. 기본풍속도 정비 및 돌풍에 의한 풍환경 피해 방지 대책 159
가. 연구의 개요 159
나. 건축, 토목구조물 설계용 기본풍속도 Wind Map 정비 159
다. 돌풍에 의한 풍환경 방지 대책 수립 172
라. 연구성과 179
2. 건축물의 풍하중설계기준 정비 및 개발 179
가. 연구의 개요 179
나. 풍하중 설계기준 개선 180
다. 풍직각 방향과 비틀림 방향의 풍하중평가방법 제안 180
라. 풍하중 조합 방법 186
마. 구조물 규모에 따른 풍하중 산정방법 개발 188
바. 동적해석 및 풍동실험 대상 건축물 구분 195
사. 연구성과 197
3. 건축물의 풍진동설계기준 정비 및 개발 198
가. 연구의 개요 198
나. 풍하중 설계국외의 진동사용성 평가기준 조사 198
다. 진동대를 이용한 수평진동 체험실험 및 허용가속도 평가 200
라. 초고층 건물의 풍진동 모형실험 및 풍진동 응답 평가 208
마. 국내 진동사용성 가이드라인 평가기준 제안 212
바. 풍진동 최대가속도의 평가 213
사. 연구성과 214
4. 이상기상대비 교량 및 도로부속물의 내풍설계기준정비 및 개발 215
가. 연구의 개요 215
나. 국내외 내풍설계기준 비교 215
다. 동적 내풍설계 판별 기준 217
라. 플레이트 거더단면의 정적 공기력 계수 220
마. 박스 거더단면의 정적 공기력 계수 222
바. 방현시설물에 대한 설계풍하중 검토[원문불량;p.172] 225
사. 플레이트 거더단면의 동적 풍응답 특성 227
아. 박스거더 단면의 동적 풍응답 특성 230
자. 연구성과 232
5. CFD를 활용한 정구조물의 내풍설계기준 정비 및 개발 233
가. 연구의 개요 233
나. 초고층건물 수치해석과 풍동실험결과와의 비교 234
다. 풍동실험데이터를 이용한 CFD 풍하중 시뮬레이션 238
라. 바람-구조 상호작용을 고려한 교량해석 242
마. 연구성과 245
제4장 연구개발목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 246
제5장 연구개발결과의 활용계획 261
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 274
제7장 국내·외 타 연구개발결과와의 연계가능성 검토 결과 282
제8장 주요 연구개발사항이 포함된 요약문 294
제9장 국내과학기술종합정보시스템에 등록된 연구장비 현황 306
제10장 참고문헌 307
부록[원문불량;p.296-297] 330
〈표 3.1.1-1〉 수표수위 구간별 기록 77
〈표 3.1.1-2〉 침수면적별 가옥피해 규모 산정결과 83
〈표 3.1.2-1〉 확률강우량 변화 및 증가율 93
〈표 3.1.2-2〉 충주댐 상류 유역 PMF 추정결과 98
〈표 3.1.2-3〉 현재의 확률강우량에 대한 예상홍수피해액 100
〈표 3.1.2-4〉 기후변화를 고려한 확률강우량에 대한 예상홍수피해액 101
〈표 3.1.3-1〉 취약성 관련 국내외 사례조사 106
〈표 3.1.4-1〉 최근 발생한 국내외 재해피해 사례 115
〈표 3.1.4-2〉 제방붕괴 지점 및 붕괴원인 118
〈표 3.1.4-3〉 뒷비탈에서 각 유량에 따른 등류유속 계산 127
〈표 3.1.4-4〉 실험조건 128
〈표 3.1.4-5〉 월류보호공 실험결과 132
〈표 3.1.4-6〉 강변저류지 실험조건 136
〈표 3.1.4-7〉 제한수심에 따라 추정된 실험수로내 보 제원(Q＝0.8 m³/s) 144
〈표 3.1.4-8〉 사석호안의 접근유속 대비 유속 관계식 146
〈표 3.1.4-9〉 블록호안에서의 접근유속 대비 유속 관계식 149
〈표 3.1.4-10〉 기존 사석호안 공식에 접근유속과 국부유속을 적용시 안전율 149
〈표 3.1.4-11〉 기존 블록호안 공식에 접근유속과 국부유속을 적용시 안전율 150
〈표 3.2.1-1〉 지표면 조도(노풍도)구분 161
〈표 3.2.1-2〉 울산지역의 연도별 조도에 의한 년 최대풍속의 표준화 164
〈표 3.2.1-3〉 본 과제의 설계기준과 기존 설계기준과의 비교 169
〈표 3.2.1-4〉 전국 61개 지역의 기본풍속 170
〈표 3.2.1-5〉 차량운전에 영향을 미치는 풍속발생 확률 173
〈표 3.2.1-6〉 측정높이와 G.F를 적용후의 기준 177
〈표 3.2.1-7〉 공간의 용도에 따른 분류 177
〈표 3.2.1-8〉 풍환경평가기준(바람막이설치기준) 178
〈표 3.2.2-1〉 풍상면 구조골조용 풍압계수 비교 192
〈표 3.2.2-2〉 풍측면 구조골조용 풍압계수 비교 193
〈표 3.3.2-3〉 풍하면 구조골조용 풍압계수 비교 194
〈표 3.2.2-4〉 지붕면 구조골조용 풍압계수 비교 195
〈표 3.2.2-5〉 저층건축물 설계용의 풍압계수 197
〈표 3.2.3-1〉 국외의 진동사용성 평가기준 199
〈표 3.3.3-2〉 허용가속도추세선에 따른 각 진동수별 허용가속도 (cm/s²) 204
〈표 3.2.3-3〉 각 진동수별 0~10%, 31~40% 허용가속도비(η) 206
〈표 3.2.3-4〉 국내 진동사용성 평가기준 제안시 고려해야 할 사항 208
〈표 3.2.3-5〉 풍진동실험에 사용된 상사법칙 210
〈표 3.2.3-6〉 주요 진동사용성 평가기준에 풍진동응답 적용 결과 211
〈표 3.2.4-1〉 사용 단면의 제원 220
〈표 3.2.4-2〉 사용 박스거더 단면의 제원 223
〈표 3.2.4-3〉 방현시설물의 설계풍하중 227
〈표 3.2.4-4〉 실험모형의 동적특성 228
〈표 3.2.4-5〉 채용된 모형의 동특성치 231
〈표 3.2.5-1〉 평균 풍압계수 비교표 241
〈표 7.1.3-1〉 PFD와 EFVI의 비교 286
〈표 8.2.1-1〉 풍환경평가기준(안) 300
〈그림 2.2.5-1〉 CFD를 활용한 외장재용 풍하중 산정방법 75
〈그림 2.2.5-2〉 CFD를 활용한 구조골조용 풍하중 산정방법 75
〈그림 3.1.1-1〉 Annual maximum rainfall event series (total year parameter) 78
〈그림 3.1.1-2〉 Annual maximum rainfall event series (annual parameter) 78
〈그림 3.1.1-3〉 일최대강우량의 장기변동성 79
〈그림 3.1.1-4〉 자료확충에 따른 확률강우량의 변화 80
〈그림 3.1.1-5〉 본류 및 지류 구간에 대한 각 홍수사상별 HEC-RAS 모의 결과 81
〈그림 3.1.1-6〉 DEM을 이용한 청계천 본류 및 인접 지류의 홍수범람구역 산정 82
〈그림 3.1.1-7〉 안동지역 극한홍수 모의 결과 85
〈그림 3.1.1-8〉 춘천지역 극한홍수 모의 결과 85
〈그림 3.1.1-9〉 서울(청계천 유역)의 600년간의 극한홍수 평가 85
〈그림 3.1.1-10〉 호우사상에 따른 표준화점수(Z-Score)비교 86
〈그림 3.1.2-1〉 연구 범위 89
〈그림 3.1.2-2〉 기후변화를 고려한 확률강우량도 작성 과정 89
〈그림 3.1.2-3〉 CPPM 모형의 모의 순서도 90
〈그림 3.1.2-4〉 200년 확률강우량(0.3℃증가) 91
〈그림 3.1.2-5〉 200년 확률강우량 변화량(mm) 91
〈그림 3.1.2-6〉 200년 확률강우량 변화율(%) 91
〈그림 3.1.2-7〉 비정상성 빈도해석 단계 92
〈그림 3.1.2-8〉 비정상성 10개 지점의 2008년과 2030년 IDF 곡선 94
〈그림 3.1.2-9〉 충주댐 상류유역의 소유역 분할 97
〈그림 3.1.2-10〉 이상홍수 시 저수지 운영을 위한 GUI 100
〈그림 3.1.2-11〉 인구밀도지수 산정을 위한 회귀식과 전국인구밀도지수 분포 102
〈그림 3.1.2-12〉 공시지가지수 산정을 위한 회귀식과 전국 공지지가지수 분포 102
〈그림 3.1.2-13〉 홍수위험요소별 위험지도 103
〈그림 3.1.3-1〉 연구 흐름도 107
〈그림 3.1.3-2〉 안성천유역의 기초데이터 구축 109
〈그림 3.1.3-3〉 한강권역의 기초데이터 구축 109
〈그림 3.1.3-4〉 부산시의 기초데이터 구축 110
〈그림 3.1.4-1〉 홍수피해액 분석(1974~2003) 114
〈그림 3.1.4-2〉 제방붕괴유형(1987~2003) 114
〈그림 3.1.4-3〉 세부연구계획 116
〈그림 3.1.4-4〉 진주지역 남강본류 및 영천강 제방붕괴지점 118
〈그림 3.1.4-5〉 진주지역 남강본류 및 영천강유역 유출량 산정 결과 119
〈그림 3.1.4-6〉 하천제방 안전성 평가도 및 진주지역 안전성 평가 적용결과 120
〈그림 3.1.4-7〉 저류지 및 수치모의 모식도 120
〈그림 3.1.4-8〉 남강 본류 및 영천강 흐름해석 결과 121
〈그림 3.1.4-9〉 수치모의 결과 검토 121
〈그림 3.1.4-10〉 저류지 운영에 따른 수위저감 효과 123
〈그림 3.1.4-11〉 하천 관련 취약시설물 피해 현황 및 개선방안 125
〈그림 3.1.4-12〉 월류대응제방 실험모형 측면도 126
〈그림 3.1.4-13〉 월류대응제방 실험 모형 및 전경 126
〈그림 3.1.4-14〉 단위면적당 중량에 따른 한계유속 127
〈그림 3.1.4-15〉 제방 뒷비탈에 조성된 인조식생 128
〈그림 3.1.4-16〉 제방 뒷비탈 조건에 따른 수위 및 유속분포 129
〈그림 3.1.4-17〉 완경사 및 급경사에서의 조도계수 산정 129
〈그림 3.1.4-18〉 급경사수로 및 월류보호공 이탈현상 130
〈그림 3.1.4-19〉 월류보호공 블록 형상 130
〈그림 3.1.4-20〉 단위면적당 중량에 따른 한계유속 132
〈그림 3.1.4-21〉 밀양강 수계 강변저류지 평균 규격 134
〈그림 3.1.4-22〉 강변저류지 실험모형 평면도 135
〈그림 3.1.4-23〉 밸브 콘트롤 시스템 135
〈그림 3.1.4-24〉 강변저류지 각 인자에 따른 수위저감률 138
〈그림 3.1.4-25〉 강변저류지 설계 절차 139
〈그림 3.1.4-26〉 하천횡단구조물 현황조사 및 분석 140
〈그림 3.1.4-27〉 국가하천구간 하천횡단구조물 피해 사례 141
〈그림 3.1.4-28〉 하천횡단구조물 피해사례 분석 142
〈그림 3.1.4-29〉 하천횡단구조물 연결호안 수리모형 평면도 143
〈그림 3.1.4-30〉 보 단면도 144
〈그림 3.1.4-31〉 실험수로내 사석 이탈 및 한계상태 145
〈그림 3.1.4-32〉 사석호안의 접근유속(Va)에 대한 유속 비교(이미지참조) 146
〈그림 3.1.4-33〉 실험수로내 블록 이탈 및 한계상태 147
〈그림 3.1.4-34〉 블록호안의 접근유속(Va)에 대한 유속 비교(이미지참조) 148
〈그림 3.1.4-35〉 호안 안정화길이(SL) 개념도(이미지참조) 151
〈그림 3.1.4-36〉 호안공종별 안정화길이 검토 151
〈그림 3.1.5-1〉 암거 유입부 퇴적 154
〈그림 3.1.5-2〉 토석류 피해 154
〈그림 3.1.5-3〉 도로 피해 구조물 정보 입력 155
〈그림 3.1.5-4〉 토사퇴적 산정 프로그램 156
〈그림 3.1.5-5〉 토석류 차단시설 도로적용 절차 156
〈그림 3.1.5-6〉 토석류 등에 따른 월류를 고려한 흙쌓기부 다이크 규격 확대 157
〈그림 3.1.5-7〉 월류방지를 위한 콘크리트방호벽 및 집수정 설치 개념도 157
〈그림 3.1.5-8〉 기존의 점배수 개념 158
〈그림 3.1.5-9〉 선배수 개념 158
〈그림 3.2.1-1〉 기본풍속도 작성 Flow Chart 160
〈그림 3.2.1-2〉 지표면 조도 구분 161
〈그림 3.2.1-3〉 지표면조도구분 방법(인천지역 NE방향) 162
〈그림 3.2.1-4〉 각 방향별 춘천기상대 주변사진, ()는지표면조도(노풍도)등급 162
〈그림 3.2.1-5〉 춘천기상대 주위의 지형도 및 지도 163
〈그림 3.2.1-6〉 서울 지역의 빈도 해석 Data 165
〈그림 3.2.1-7〉 안동 지역의 빈도 해석 Data 167
〈그림 3.2.1-8〉 Data plotting point 168
〈그림 3.2.1-9〉 Velocity profile at various positions 168
〈그림 3.2.1-10〉 Data plotting point 168
〈그림 3.2.1-11〉 Velocity profile at various positions 168
〈그림 3.2.1-12〉 기본풍속도(변경안) 171
〈그림 3.2.1-13〉 대관령 터널지역의 모형화 172
〈그림 3.2.1-14〉 승용차 실험결과 173
〈그림 3.2.1-15〉 영동고속도로 대관령구간 교량의 풍속측정 구간 173
〈그림 3.2.1-16〉 형상별(풍향 45°) PIV 실험결과(h＝40cm, 수평단면의 풍속분포) 174
〈그림 3.2.1-17〉 형상별(풍향 45°) CFD 시뮬레이션 결과(h＝40cm, 수평단면의 풍속분포) 174
〈그림 3.2.1-18〉 Mean velocity vector distributions 175
〈그림 3.2.1-19〉 Mean streamline velocity distributions 175
〈그림 3.2.1-20〉 I자 모형 방풍펜스의 평균풍속 176
〈그림 3.2.1-21〉 상단 변형된 모형 방풍펜스의 평균풍속 176
〈그림 3.2.1-22〉 15m/s 이상의 초과 빈도의 실 데이터와 초과빈도 178
〈그림 3.2.2-1〉 변장비에 따른 변동전도모멘트계수 181
〈그림 3.2.2-2〉 변장비에 따른 무차원 피크진동수 182
〈그림 3.2.2-3〉 변장비에 따른 대역폭에 관한 정수 182
〈그림 3.2.2-4〉 변동비틀림모멘트계수(CT1)(이미지참조) 184
〈그림 3.2.2-5〉 변동비틀림모멘트의 파워스펙트럼밀도 184
〈그림 3.2.2-6〉 무차원 피크진동수(np*)(이미지참조) 185
〈그림 3.2.2-7〉 대역폭에 관한 정수(β) 185
〈그림 3.2.2-8〉 두 방향의 풍력성분에 대한 상호상관 186
〈그림 3.2.2-9〉 각 풍력성분 사이의 궤적(형상비 5) 187
〈그림 3.2.2-10〉 풍상면의 평균풍압계수 수직분포 188
〈그림 3.2.2-11〉 풍하면의 평균풍압계수 수직분포 191
〈그림 3.2.2-12〉 풍측면 구분 193
〈그림 3.2.3-1〉 진동체험실 외, 내부전경 201
〈그림 3.2.3-2〉 자세별 수평진동 체험 상황 201
〈그림 3.2.3-3〉 수평진동에 대한 자세별 누적분포도 202
〈그림 3.2.3-4〉 수평진동에 대한 자세별 누적분포도 203
〈그림 3.2.3-5〉 수평진동에 대한 자세별 누적분포도(a)와 추세선(b) 204
〈그림 3.2.3-6〉 허용가속도 체험실험에 의한 허용가속도추세선과의 비교 205
〈그림 3.2.3-7〉 ISO 10137과 허용가속도 체험실험의 주거용 건축물과 사무용 건축물의 진동사용성 비교 207
〈그림 3.2.3-8〉 허용가속도 체험실험에 의한 주거용/ 사무용 건축물의 진동사용성 평가기준 207
〈그림 3.2.3-9〉 실험모형의 평면과 입면 209
〈그림 3.2.3-10〉 풍진동실험의 개념도 209
〈그림 3.2.3-11〉 짐발장치 및 가속도계 210
〈그림 3.2.3-12〉 NBCC 2005 및 허용가속도 체험실험에 의한 진동사용성 평가기준 211
〈그림 3.2.3-13〉 주요 진동사용성 평가기준에 적용한 결과 212
〈그림 3.2.3-14〉 주거용 사무용 건축물의 풍진동사용성 가이드라인 평가곡선 213
〈그림 3.2.4-1〉 내풍설계 프로세스 218
〈그림 3.2.4-2〉 사용 단면의 형상 220
〈그림 3.2.4-3〉 영각 -5°~+5°구간에서 최대 공기력계수 222
〈그림 3.2.4-4〉 영각 -5°~+5°구간에서 최소 공기력계수 222
〈그림 3.2.4-5〉 박스거더단면의 형상 223
〈그림 3.2.4-6〉 박스거더단면의 영각 -5°~+5°에서의 최대 공기력계수 224
〈그림 3.2.4-7〉 박스거더단면의 영각 -5°~+5°에서의 최소 공기력계수 224
〈그림 3.2.4-8〉 실험대상 방현시설물의 단면형상 226
〈그림 3.2.4-9〉 풍력실험 전경 226
〈그림 3.2.4-10〉 모형의 지지상태 228
〈그림 3.2.4-11〉 연직 와류진동 최대진폭 229
〈그림 3.2.4-12〉 연직 와류진동 최대진폭발현 풍속 229
〈그림 3.2.4-13〉 비틀림와류진동 최대진폭 230
〈그림 3.2.4-14〉 비틀림와류진동 최대진폭발현 풍속 230
〈그림 3.2.4-15〉 비틀림플러터 한계풍속 230
〈그림 3.2.4-16〉 채택모형의 단면형상 230
〈그림 3.2.4-17〉 1:5단면의 와류진동응답특성 232
〈그림 3.2.4-18〉 1:7.5단면의 와류진동응답특성 232
〈그림 3.2.4-19〉 1:10단면의 와류진동응답특성 232
〈그림 3.2.4-20〉 1:5단면의 발산진동 한계풍속 232
〈그림 3.2.4-21〉 1:7.5단면의 발산진동한계풍속 232
〈그림 3.2.4-22〉 1:10단면의 발산진동한계풍속 232
〈그림 3.2.5-1〉 서울 대림 뚝섬 고층빌딩 도면 234
〈그림 3.2.5-2〉 대림뚝섬고층빌딩 해석모델 235
〈그림 3.2.5-3〉 대림뚝섬고층빌딩 해석모델 235
〈그림 3.2.5-4〉 풍동실험과 CFD해석시 바람각의 정의 235
〈그림 3.2.5-5〉 대림뚝섬고층빌딩 해석격자 236
〈그림 3.2.5-6〉 대림뚝섬 고층빌딩 해석격자 236
〈그림 3.2.5-7〉 오피스타워에 대한 풍동실험결과와의 비교 237
〈그림 3.2.5-8〉 타워A에 대한 풍동실험결과와의 비교 237
〈그림 3.2.5-9〉 타워B에 대한 풍동실험결과와의 비교 238
〈그림 3.2.5-10〉 Lotte World CFD 건물형상 239
〈그림 3.2.5-11〉 Geometry of the computational domain 240
〈그림 3.2.5-12〉 시험체 전방벽면에 작용하는 풍압력 분포(수치해석결과) 241
〈그림 3.2.5-13〉 바람-구조물 연동해석의 개요 243
〈그림 3.2.5-14〉 수평방향 합력(50m/s) 244
〈그림 3.2.5-15〉 수직방향 합력(50m/s) 244
〈그림 3.2.5-16〉 등가 우력(50m/s) 244
〈그림 3.2.5-17〉 교량중심의 수평변위(50m/s) 244
〈그림 3.2.5-18〉 교량중심의 연직변위(50m/s) 244
〈그림 3.2.5-19〉 교량중심의 각변위(50m/s) 244
〈그림 8.2.1-1〉 기본풍속도(변경안) 300
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