부유구조물의 길이에 따른 거동특성에 관한 연구

Abstract

전 세계적으로 대두되고 있는 인구증가와 산업화로 인한 육지면적의 부족, 육상자원의 고갈 및 지구온난화를 포함한 지구 환경 문제를 해결할 수 있는 대안은 해양공간의 이용 및 개발이다. 해양공간개발의 필요성이 증가함에 따라 해상공항, 해상기지 등의 해양 부유구조물에 대한 연구가 진행되고 있으며 이러한 목적으로 규모가 수 킬로미터에 달하는 초대형 부유구조물이 개발되고 있다. 그러나 부유구조물은 길이의 증가에 따라 감소하는 강성으로 인해 부유구조물의 길이나 파랑에 대해 민감하여 구조물이 유탄성 거동을 하게 되므로, 길이에 대한 거동특성에 대한 연구를 필요로 하고 있다.

기존의 부유구조물의 거동에 관한 연구는 구조물을 탄성지지보로 근사화 한 모델을 이용하는 방법으로 진행되었다. 따라서 본 연구에서는 먼저 단순화된 탄성지지보를 이용하여 각 길이에 대한 고유진동수와 모드형상을 확인하였고, 실제 부유구조물의 동적거동에 가까운 FSI 수치해석을 이용하여 얻은 결과와 비교하였다.

부유구조물의 세 지점에서 측정된 변위 차이를 분석한 결과, 동일한 두께를 갖는 부유구조물의 길이가 증가함에 따라 각 지점에서의 변위 차이가 증가하며 특정 길이 이상이 되면 변위 차가 급격히 증가하였다. 또한 추가적인 분석 방법으로 가속도 응답에 대한 FFT 분석 결과를 이용하여 부유구조물의 응답 진동수와 모드형상을 비교하였다. 그 결과, 길이가 짧은 부유구조물은 1,2 차의 모드만이 거동에 기여하는 강체거동을 하고, 긴 길이의 부유구조물은 다양한 모드가 동적거동에 영향을 주어 탄성거동의 형태를 보이는 것으로 확인 되었다.

따라서 일반 부유구조물과는 달리 길이가 길어지는 대형부유구조물은 길이에 따른 탄성거동의 영향을 고려해야 하며, 본 연구는 실제의 길이보다 작은 수치 모델에 관한 것으로 실제 길이나, 추가적인 질량, 파랑하중에 의한 부유구조물의 거동에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.