[표지]

요약문

Summary

목차

제1장 서론 21

1. 연구의 필요성 21

1.1. 국내외 해상공간 수요 급증 21

1.2. 국내 해상공간 창출 매립식 의존적 21

1.3. 친환경적 해상공간 창출 필요 23

1.4. 콘크리트 부유식 경제적 해상공간 창출 23

2. 연구 목표 및 내용 25

2.1. 최종 목표 25

2.2. 연차별 주요연구내용 26

2.3. 기술개발 지도(Technology Road Map) 31

제2장 1세세부과제 주요연구내용 33

1. 과제명 : 하이브리드 부유구조체 구조시스템 기술 개발 33

2. 연구개발의 필요성 33

3. 연구개발 목표 및 내용 34

3.1. 최종목표 34

3.2. 연차별 주요연구내용 36

4. 연차별 수행내용 요약 40

4.1. 1차년도 수행내용 요약 40

4.2. 2차년도 수행내용 요약 44

4.3. 3차년도 수행내용 요약 50

4.4. 4차년도 수행내용 요약 68

제3장 2세세부과제 주요연구내용 81

1. 과제명 : 콘크리트 부유체의 효율적 모듈 접합 기술 개발 81

2. 연구개발의 필요성 81

3. 연구개발 목표 및 내용 82

3.1. 최종목표 82

3.2. 연차별 주요연구내용 84

4. 연차별 수행내용 요약 88

4.1. 2차년도 수행내용 요약 88

4.2. 3차년도 수행내용 요약 101

4.3. 4차년도 수행내용 요약 134

제4장 3세세부과제 주요연구내용 165

1. 과제명 : 비용절감형 석션기초 기술 개발 165

2. 연구개발의 필요성 165

3. 연구개발 목표 및 내용 166

3.1. 최종목표 166

3.2. 연차별 주요연구내용 169

4. 연차별 수행내용 요약 173

4.1. 1차년도 수행내용 요약 173

4.2. 2차년도 수행내용 요약 176

4.3. 3차년도 수행내용 요약 184

4.4. 4차년도 수행내용 요약 193

제5장 4세세부과제 주요연구내용 205

1. 과제명 : 해양 콘크리트 성능 향상 기술 개발 205

2. 연구개발의 필요성 205

3. 연구개발 목표 및 내용 206

3.1. 최종목표 206

3.2. 연차별 주요연구내용 209

4. 연차별 수행내용 요약 211

4.1. 1차년도 수행내용 요약 211

4.2. 2차년도 수행내용 요약 211

4.3. 3차년도 수행내용 요약 215

4.4. 4차년도 수행내용 요약 233

제6장 결론 249

참고문헌 255

서지자료 257

Bibliographic Data 258

판권기 259

표 1.1. 국내 진행 중인 공유수면 매립 계획 22

표 1.2. 강재 대비 콘크리트 부유구조체의 장점 24

표 2.1. 하중조합(부력 프리플랙션+활하중)에 대한 중앙부 하부슬래브 최대응력 53

표 2.2. 하중조합(부력 프리플랙션+활하중)에 대한 중앙부 건현 53

표 2.3. 기본 구조물의 고유주기 63

표 2.4. 돌핀-펜더 계류시스템의 설계결과 72

표 2.5. 상사율 1/75 축소모형 실험체 제원: 중량비 스케일 고려시(90% 중량 이내) 73

표 2.6. 상사율 1/75 축소모형 실험체 제원: 활하중 100%, 50% 기준시 추가 중량 74

표 2.7. Pitch RAO에 대한 수리모형 실험과 수치해석 비교 78

표 3.1. 전단키 해석 CASE 92

표 3.2. 수중 접합재료의 실험방법 94

표 3.3. 로드셀과 앵커헤드 로드셀의 작동 원리 비교 97

표 3.4. 해석모델 제원 105

표 3.5. 위험 파랑하중 상세 105

표 3.6. 수중용 에폭시의 배합비(중량비) 108

표 3.7. 실험체 종류 및 수량 115

표 3.8. 실험체 종류 및 수량 117

표 3.9. A type 5% 비교 121

표 3.10. A type 10% 비교 122

표 3.11. A type 15% 비교 124

표 3.12. A type-S-10% 비교 125

표 3.13. B type 5％ 비교 126

표 3.14. B type 10% 비교 127

표 3.15. B type 15% 비교 129

표 3.16. B type-S-10% 비교 130

표 3.17. C type 5% 비교 131

표 3.18. C type 10% 비교 133

표 3.19. 변단면 부유구조체 제원 및 물성치 141

표 3.20. 부유구조체 처짐 및 횡변위에 의한 사용성 검토 142

표 3.21. 상부구조물의 변형 제한치(일본 메가플로트 시설계 예) 143

표 3.22. Experimental parameter 152

표 3.23. 우리나라 중공업사의 Dry dock 사이즈 153

표 3.24. 단위 모듈의 제원 및 물성치 154

표 3.25. 해상구조물의 대표적 사고사례 161

표 3.26. 해상구조물의 사고원인별 발생빈도 162

표 4.1. 해양구조물 관련 설계기준 비교 176

표 4.2. 해석 조건 180

표 4.3. 말뚝간격 및 배열에 따른 수평저항력 분담률 195

표 4.4. 그룹형 석션기초에 대한 그룹효과 분석(사질토) 198

표 4.5. 그룹형 석션기초에 대한 그룹효과 분석(점성토) 198

표 4.6. 석션파일의 지중 관입-소성 모델 매개변수에 따른 관입량 변화 200

표 4.7. 직경별 최소 근입깊이 검토 및 석션기초 최적 단면 선정(안) 204

표 5.1. 해양 콘크리트 기본 배합표 212

표 5.2. 철근부식 개시시기 예측 217

표 5.3. 동결융해 시험평가 결과 218

표 5.4. 세공액 함유 이온성분 분석 적용 배합 227

표 5.5. 세공액 함유 이온성분 분석 결과 227

표 5.6. 콘크리트 적용 통전 범위 228

표 5.7. 최적배합 도출을 위한 콘크리트 배합표 236

표 5.8. 건조수축 길이변화율 238

표 5.9. 동결융해 시험평가 결과 240

표 5.10. 염해저항성 시험평가 결과 241

표 5.11. 철근부식 개시시기 예측 242

표 5.12. 중심부 최소온도균열지수(해양 콘크리트 기본배합) 243

표 5.13. 중심부 최소온도균열지수 244

표 5.14. 배합표 246

그림 1.1. 해상공간 활용 방법별 시공비용 24

그림 1.2. 기술달성 목표 수준 25

그림 2.1. 콘크리트 부유구조체 적용 사례 40

그림 2.2. 부유구조체의 설계 과정 42

그림 2.3. 콘크리트 부유구조체 구조성능 민감도 분석 42

그림 2.4. 건현 변화에 따른 파랑운동 43

그림 2.5. 수리모형실험 전경 44

그림 2.6. 부유구조체 향상에 따른 파압 저감 효과 45

그림 2.7. 부력 프리플랙션 해석결과에 의한 응력 분포 및 부상 변위 46

그림 2.8. 부유구조체 형상변화에 따른 파랑운동 48

그림 2.9. 부유구조체 파랑운동-구조거동 통합해석 흐름도 49

그림 2.10. 부유구조체 부력 프리플랙션 검증 실험 결과 49

그림 2.11. 부유구조체의 자유진동 실험 결과 50

그림 2.12. 길이비에 따른 해석모델 51

그림 2.13. 하중조합(부력 프리플랙션+활하중)에 대한 해석결과 53

그림 2.14. 상부 활하중 재하 패턴 54

그림 2.15. 활하중 재해패턴에 따른 구조거동 55

그림 2.16. 다른 폰툰 형상의 하이브리드 부유구조체 56

그림 2.17. 실린더 간격변화에 따른 하이브리드 부유구조체의 RAO 57

그림 2.18. 내부폰툰 형상변화에 따른 하이브리드 부유구조체의 RAO 58

그림 2.19. 설계 파랑하중 개요 59

그림 2.20. 파랑하중에 의한 휨응력 및 변위 분포 59

그림 2.21. 파랑하중에 의한 휨응력 및 변위 분포 60

그림 2.22. 파랑하중에 의한 휨응력 및 변위 분포 60

그림 2.23. 하이브리드 부유구조체 해석 모델 61

그림 2.24. 기본구조물(Hyb01)의 수직... 63

그림 2.25. 수직 변위 비교 Tw＝5.37sec,... 63

그림 2.26. 파압분포 Tw＝5.37sec,... 64

그림 2.27. 휨 응력(Hyb01) β＝180deg 64

그림 2.28. 하이브리드 부유구조체의 RAO 65

그림 2.29. 시간에 따른 하이브리드 부유구조체의 응답 66

그림 2.30. 하이브리드 부유구조체의 휨응력 분포 66

그림 2.31. 파랑주기에 따른 부유구조체 응답진폭 68

그림 2.32. 기존 하이브리드... 69

그림 2.33. 개선된 하이브리드형... 69

그림 2.34. 파랑주기에 따른 부유구조체 응답진폭 69

그림 2.35. 하부슬래브 휨응력 분포 비교 70

그림 2.36. 시간 평균 파랑 표류력 70

그림 2.37. 이완 계류시스템 고유주기 검토 71

그림 2.38. 이완 계류시스템 고유주기 검토 71

그림 2.39. 축소모형 실험체 상세 72

그림 2.40. 계류방법 및 계측위치 75

그림 2.41. 가속도계를 통한 운동특성(규칙파랑-1번) 76

그림 2.42. 부유구조체 파압분포(불규칙파랑-1번) 76

그림 2.43. 부유구조체 계류력 분포(불규칙파랑-1번) 77

그림 2.44. T＝8.5sec, H＝5.4m,... 79

그림 2.45. T＝8.5sec, H＝5.4m,... 79

그림 3.1. 정적하중하 부유구조체의 전체 거동 89

그림 3.2. 부유구조체의 전체 거동 맵핑(mapping) 89

그림 3.3. 전단키의 파괴형상 91

그림 3.4. 새깅과 호깅시의 전단력도 차이 92

그림 3.5. 로드셀을 이용한 긴장력의 측정 96

그림 3.6. FEM 해석용 앵커헤드 형상 및 계측정 98

그림 3.7. 앵커헤드 깊이에 따른 압축변형률 분포(하중 200 kN) 98

그림 3.8. 앵커헤드 깊이에 따른 압축변형률 분포(하중 600 kN) 99

그림 3.9. 하중증가에 따른 계측점별 교차점의 위치 100

그림 3.10. 하중에 따른 MP 1-MP 2 교차점의 변형률 100

그림 3.11. BARE FBG 센서 설치 101

그림 3.12. 모노콘 BARE FBG 센서 설치 101

그림 3.13. 표면부착 FBG 응답 그래프 101

그림 3.14. 모노콘 삽입 FBG 응답 그래프 101

그림 3.15. 강봉 BARE FBG 센서 설치 102

그림 3.16. 강봉 인장시험 결과 102

그림 3.17. 강봉 제원 102

그림 3.18. 계산식에 의한 전단력 검토 결과 104

그림 3.19. 제원에 따른 구조성능 검토 결과 105

그림 3.20. 부유구조체 접합부 성능 검토 106

그림 3.21. 보강 전·후 접합부 응력 분포 107

그림 3.22. 접합성능 평가 시험체 109

그림 3.23. 분석 대상 컨테이너 터미널 제원 112

그림 3.24. 컨테이너 터미널 전단력 검토 113

그림 2.25. 부유구조체 접합부 구조해석 모델 114

그림 3.26. 전단키 형상별 전단 성능 거동 115

그림 3.27. 전단키 구조해석 모델 및 해석 결과 116

그림 3.28. A type 실험체 제원 118

그림 3.29. B type 실험체 제원 118

그림 3.30. C type 실험체 제원 118

그림 3.31. 실험체 배근도 119

그림 3.32. 실험체의 게이지 위치도 119

그림 3.33. 실험체 제작 순서 120

그림 3.34. A type -5％ -1의 최대하중 시 발생된 균열 및 steel bar 변형률 추이 121

그림 3.35. A type -5％ -2의 최대하중 시 발생된 균열 및 steel bar 변형률 추이 121

그림 3.36. A type -5％ -3의 실험세팅 및 최대하중 시 발생된 균열 122

그림 3.37. A type -10％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 122

그림 3.38. A type -10％ -2의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 123

그림 3.39. A type -10％ -3의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 123

그림 3.40. A type -10％ -4의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 123

그림 3.41. A type -15％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 124

그림 3.42. A type -15％ -2의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 124

그림 3.43. A type -15％ -3의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 124

그림 3.44. A type-S-10％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 125

그림 3.45. A type-S-10％ -2의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 125

그림 3.46. A type-S-10％ -3의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 126

그림 3.47. B type-5％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 126

그림 3.48. B type-5％ -2의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 127

그림 3.49. B type-5％ -3의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 127

그림 3.50. B type-10％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 128

그림 3.51. B type-10％ -2의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 128

그림 3.52. B type-10％ -3의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 128

그림 3.53. B type-10％ -4의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 128

그림 3.54. B type-15％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 129

그림 3.55. B type-15％ -2의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 129

그림 3.56. B type-15％ -3의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 130

그림 3.57. B type-S-10％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 130

그림 3.58. B type-S-10％ -2의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 131

그림 3.59. B type-S-10％ -3의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 131

그림 3.60. C type-5％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 132

그림 3.61. C type-5％ -2의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 132

그림 3.62. C type-5％ -3의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 132

그림 3.63. C type-10％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 133

그림 3.64. C type-10％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 133

그림 3.65. C type-10％ -1의 하중-응답 및 steel bar 변형률 추이 133

그림 3.66. 컨테이너 활하중 패턴(총 6가지) 134

그림 3.67. A 패턴(예) 135

그림 3.68. 활하중 패턴(총 6가지)에 따른 부유구조체 구조성능 137

그림 3.69. 보강 전후 변단면 부유구조체 휨응력 분포 138

그림 3.70. 헌치 제원에 따른 접합부 상세 139

그림 3.71. 하이브리드 헌치 제원에 따른 접합부 상세 140

그림 3.72. 연결부 보강 제원에 따른 접합부 휨응력 분포 140

그림 3.73. 분절된 변단면 부유구조체 정적-동적 통합구조해석 개요 141

그림 3.74. 변단면 부유구조체 구조거동 형상 142

그림 3.75. 접합부 강성에 따른 변단면 부유구조체의 변형변위 및 변형기울기 143

그림 3.76. 시험체 개요 145

그림 3.77. 시험체 도면 145

그림 3.78. 다웰바 이용한 접합 실시 146

그림 3.79. 에폭시 주입 과정 147

그림 3.80. 기준 보의 단면도 148

그림 3.81. 기준 보(A type)의 전단철근 배근도 148

그림 3.82. 기존형 전단키(B type) 성능 검증 실험 실험체 형상 150

그림 3.83. 일방향 전단키(C type) 성능 검증 실험 실험체 형상 152

그림 3.84. 부유구조체의 단위 모듈 및 접합방법 153

그림 3.85. 단위 모듈 접합 순서 154

그림 3.86. 접합 1단계에서의 동요 155

그림 3.87. 접합 2단계에서의 동요 156

그림 3.88. 접합 3단계에서의 동요 157

그림 3.89. 접합 4단계에서의 동요 158

그림 3.90. 사고위험 평가절차 160

그림 3.91. 해상구조물의 대표적 사고사례 161

그림 3.92. 해상구조물의 주요 개별적 손상원인 163

그림 4.1. 석유 시추 및 저장 시설의 기초 형식 173

그림 4.2. 지반조건 별 횡방향 하중-변위 곡선 174

그림 4.3. 재하 위치별 횡방향 하중-변위 곡선 174

그림 4.4. 지반조건 별 말뚝 이동량 175

그림 4.5. 지반조건 별 말뚝 회전량 175

그림 4.6. 하이브리드 석션기초 모식도 177

그림 4.7. 하이브리드 석션기초 모형시험체 완성모습 178

그림 4.8. 석션기초 해석영역의 설정 179

그림 4.9. 단말뚝 석션기초의 지지력 비교 181

그림 4.10. 군말뚝 석션기초의 지지력 비교 181

그림 4.11. 단말뚝 석션기초(M) 대비 군말뚝 석션기초(G1, G2)에 의한 지지력 향상 비율 181

그림 4.12. SPI 프로그램의 초기 화면 182

그림 4.13. GFRP 석션기초 제작 183

그림 4.14. GFRP 석션파일의 시험설치 183

그림 4.15. 대형 토조 및 재하시스템 184

그림 4.16. 석션기초 횡방향 인발시험 과정 185

그림 4.17. 단말뚝 석션기초 횡방향 인발시험 결과 185

그림 4.18. 그룹형 석션기초 횡방향 인발시험을 위한 모식도 186

그림 4.19. Adaptive remeshing 기법의 과정 187

그림 4.20. 석션기초 관입 모델 Interaction 적용 범위 188

그림 4.21. Adaptive Remeshing 기법 해석결과 189

그림 4.22. 지반이 받는 압력 및 응력 분포 189

그림 4.23. 하이브리드 석션기초 현장 시험설치 과정 190

그림 4.24. 하이브리드 석션기초 현장 시험설치 계측결과 191

그림 4.25. 설치방법에 따른 모형말뚝의 연직방향 인발저항력 193

그림 4.26. 말뚝 간격의 종류 194

그림 4.27. 단일형 석션파일과 그룹형 석션파일의 수평하중 재하위치 194

그림 4.28. 단일형 및 그룹형 석션파일 수평방향 저항력 195

그림 4.29. 지반 및 석션기초 해석조건 196

그림 4.30. 석션기초 중심간 간격에 따른 석션기초 두부 하중-변위 곡선 197

그림 4.31. 변위 형상 및 변위 등고선도 197

그림 4.32. 석션기초 말뚝두부 회전각-변위 곡선 198

그림 4.33. 탄성 모델의 관입저항력 변화 199

그림 4.34. 소성 모델의 최대 관입량 비교 200

그림 4.35. 웹기반 석션파일 설치 해석프로그램 INPUT 창 201

그림 4.36. 웹기반 석션파일 설치 해석프로그램 OUTPUT 창 202

그림 4.37. 설계석션압 산정과정 203

그림 4.38. 정상 침투해석 결과 일례 204

그림 4.39. 침설비에 따른 선단석션압비 204

그림 5.1. 수화열 해석 프로그램 등록증 및 해석수행 예 213

그림 5.2. 콘크리트 균열저항성 시험평가 수행 및 해석모델 구축 213

그림 5.3. 콘크리트 내구성능 시험평가 수행 214

그림 5.4. 황산염침식 저항성 평가(압축강도 변화) 220

그림 5.5. 황산염침식 저항성 평가(무게감량) 220

그림 5.6. 황산염침식 시험 결과(1년경과 후) 221

그림 5.7. 콘크리트 물리적 침식저항성 평가 장치 도식 222

그림 5.8. 해양 콘크리트 물리적 침식 저항성 평가 장비 223

그림 5.9. 콘크리트 침식 시험체 제작완료 전경 224

그림 5.10. 시험평가 시간대별 콘크리트 표면 침식 변화 224

그림 5.11. 물리적 침식에 의한 중량 손실량 225

그림 5.12. 콘크리트 세공액 함유 이온성분 분석시험 절차 226

그림 5.13. 콘크리트 시험체 종류 228

그림 5.14. BSE 이미지 분석 예시 229

그림 5.15. BSE 이미지 분석 결과 229

그림 5.16. 철근 표면으로부터의 거리에 따른 구성물 분석 결과 (OPC) 230

그림 5.17. 철근 표면으로부터의 거리에 따른 수산화칼슘 층 생성 정량평가 결과 231

그림 5.18. 철근 계면부 수산화칼슘 생성량 231

그림 5.19. 외부 통전 효과 평가를 위한 염해 저항성 평가 프로그램 232

그림 5.20. 해양 콘크리트 기본배합 물리적 침식 저항성 평가 결과 233

그림 5.21. 압축강도 vs. 침식 깊이 233

그림 5.22. 기존배합과 최적배합의 압축강도 비교(재령 28일) 236

그림 5.23. 기존배합과 최적배합의 쪼갬인장강도 비교(재령 28일) 237

그림 5.24. 기존배합과 최적배합의 탄성계수 비교(재령28일) 237

그림 5.25. 재령경과에 따른 건조수축 길이변화율 238

그림 5.26. 상대동탄성계수 측정결과(Mix D) 240

그림 5.27. 내구성 지수 240

그림 5.28. 벽체 1단 중심부 온도균열지수 이력 비교(해양 콘크리트 기본배합) 243

그림 5.29. 벽체 2단 최대온도 발생 시 온도 분포 및 검토 위치 예(SG30FA20) 244

그림 5.30. 벽체 1단 중심부 온도균열지수 이력 비교 244

그림 5.31. 시편제작 246

그림 5.32. 염해 모니터링 및 회복 시스템 모식 247

그림 5.33. 회복시스템에 따른 OPC 콘크리트의 갈바닉 전류 248