1. 서론
해중 터널(Submerged Floating Tunnel, SFT)은 넓은 폭원을 갖는 강 또는 깊은 수심을 갖는 바다를 건너는 새로운 교통 시설이다. 해중 터널은 차량이나 철도의 이동 경로가 되는 부유식 터널의 자중과 부력 간의 관계에 의해 터널의 위치를 제어하기 위한 시설물이 결정되는데, 자중이 부력보다 큰 경우 부력재(Buoy)를 터널에 연결하여 터널의 하강 (Lowering)을 방지하고, 자중보다 부력이 더 크도록 설계하는 경우 계류선(Mooring or Tendon)을 통해 터널의 부상 (Rising)을 포함한 운동을 억제하여 위치가 제어된다(Pilato, 2008; Kim et al., 2016; Kim and Won, 2017). 해중 터널을 이루는 주요 구조부재는 기본적으로 모두 육상에서 미리 건조가 가능하고, 대상 해역에 이송된 주요 부재의 조립에 의해 구조물의 건설이 가능하다. 기본적으로 무수히 많은 해상교각의 건설이 불필요하고, 해저터널과 같이 노선을 따라 해저지반 굴착작업 역시 불필요하므로 바다를 건너는 기존의 교통시설과 비교할 때 공사기간 및 비용 절감효과가 기대된다. 이러한 구조적 특성을 갖는 해중 터널의 개념은 노르웨이 및 일본 등에서 지속적으로 제안되고 개발되어 왔으나 아직까지 실제 건설 사례는 없다(Østlid, 2010; Kim et al., 2016; Kim and Won, 2017). 다만, 최근 Norwegian Public Roads Administration에서는 자국의 신설 고속도로 노선(E39 Kristiansand - Trondheim)에 해중 터널 및 부유식 초장대케이블지지교량의 실 투입 계획을 발표하는 등 해중 터널의 실제 건설 시도는 지속되고 있다.
해중 터널의 실제 건설 사례는 아직까지 없지만 해석 및 실험을 통한 해중 터널의 환경하중에 의한 동적 거동 특성 연구는 몇몇 연구자들에 의해 지속적으로 수행되었다 (Kunish et al., 1994; Remseth et al., 1999; Hong and Ge, 2010; Jakobsen, 2010; Lu et al., 2011). 한국해양과학기술원 (Korea Institute of Ocean Science and Technology, KIOST)에서는 1/100 상사율을 적용하여 제작된 계류선에 의해 지지된 해중 터널 단순 모델이 규칙 파랑에 대한 거동 특성을 실험적으로 분석하였다(Oh et al., 2013). Cifuentes et al.(2015)은 Orcaflex 및 CHARM3D 등 해양 구조물 전용해석프로그램을 이용한 해중 터널 단순모델의 유체해석기법을 연구하였고, Kim et al.(2016)은 ABAQUS AQUA를 통한 해중터널의 규칙 및 불규칙 파랑에 대한 시간영역 유체-구조동역학 해석기법에 대해 연구하였으며, Kim and Won(2017)은 불규칙 파랑에 의한 계류선의 피로손상도평가기법 및 피로손상특성을 연구하는 등 최근까지 해중 터널에 대한 동적 거동 연구가 국내외에서 지속적으로 진행되고 있다.
2012년 KIOST에서는 새로운 해중 터널 개념을 제안하였다(KIOST, 2012). 이는 사장교의 기본적인 구조 특성을 응용한 것으로, 부력이 자중보다 크게 설계된 해중 터널 본체의 부상(Rising)을 타워에 정착된 경사 긴장재(Inclined tendon)가 제어하는 구조 거동 특성을 기대할 수 있다. 지금까지 연구된 일반적인 해중 터널은 계류선은 모두 독립된 앵커(Anchor)에 의해 해저 지반에 고정되는 형식을 취한다. 이는 결과적으로 무수히 많은 해상 교각의 건설 대신에 계류선의 설치 전 독립 앵커를 사전에 설치해야 한다는 것을 의미한다. 이러한 단점을 보완하고자 새롭게 제안된 개념이 Fig. 1과 같은 사장식 해중 터널이다.
이에 따라 본 연구는 타워와 경사 케이블로 지지된 새로운 개념의 해중 터널의 구조 성능을 해석적으로 분석하는 것을 목표로 한다. 일반 육상 구조물과 달리 해중 터널과 같은 부유식 대형 해양구조물은 파랑 및 조류와 같은 유체력이 설계를 지배한다. 이에 따라 본 해중 터널 개념 모델의 구조 성능을 분석하기 위해 유체-구조동역학 해석 기법을 통해 극심한 파랑(Severe wave) 증 구조물의 구조 거동을 해석하여 터널의 운동 특성 및 긴장재 단면에 발생하는 응력과 피로손상도를 평가하였다. 실제 해역에서의 파랑특성을 고려하기 위해 JONSWAP spectrum을 이용한 불규칙파랑을 동적 해석에 반영하였는데, 제주 해역에서의 100년 재현 주기 파랑에 대한 유의 파고 및 첨두 주기를 반영하여 파랑 하중을 생성하였다. 또한 본 구조물의 주요 기하학적 설계 변수인 흘수(draft) 및 타워 각재(Tower leg)의 기울임에 따른 구조 성능 변화 특성을 해석적으로 규명하였다.
2. 해중터널의 유체-구조동역학 해석을 위한 기본 이론
2.1 구조모델링 기법
해중 터널의 주요 구조 부재는 부유식 터널과 계류선으로 구분 가능하고, 이는 모두 실린더 형 부재로 고려가 가능하므로 수면 이하에 존재하는 해중 터널 주요 부재의 동적 거동은 Fig. 2 및 Eq. (1)과 같이 Garrett의 Slender rod 이론(1982) 을 이용하여 수치적 모사가 가능하다(Cifuents et al., 2015; Kim et al., 2016; Kim & Won, 2017).
λ = T – Bk2
여기서, B = 휨 강성(bending stiffness), T = 인장력(tensile force), k = 곡률(local curvature), m = 단위 길이 당 질량 (mass per unit length), q →
파랑 및 조류 등 유체력을 받는 실린더 형 수중 구조물의 전체계 해석(global performance analysis)을 위한 동적 지배미분방정식은 Eq. (1)에 의해 수립이 가능하다. 이 식을 통해 고려하는 부재의 단위 길이 당 하중 q →
여기서, CI, CD, and CM = 관성, 항력, 부가질량 계수(inertia, drag, and added mass coefficient)
ρ, D, Ae=유체 밀도, 외경, 단면적(fluid density, outer diameter, and outer cross sectional area)
2.2 파랑하중 정의
해중 터널이 받는 유체력은 파랑과 조류에 의한 하중으로 구분 할 수 있다. 일반적으로 조류에 의한 유체력은 시간에 따른 변동성이 상대적으로 크지 않다고 가정한다. 이에 따라 대상해역의 수심에 따른 조류 속도 및 방향의 분포를 참고하여 각 깊이 별 유체입자 속도를 정의, Eq. (2)에 적용하여 항력을 계산하여 고려한다.
이와 달리 파랑에 의한 유체 운동은 시간에 따라 크기와 방향이 지속적으로 변화한다고 가정한다. 따라서 파랑에 따른 물입자의 속도 및 가속도를 고려하여 Eq. (2)의 관성력 및 항력 항에 모두 적용하여 동적 유체력을 해석에 적용하게 된다. 이를 위해서는 먼저 특정 파랑에 의한 유체의 동적 운동을 정의해야 한다.
먼저 규칙 파랑의 운동은 Airy 파 이론을 통해 정의할 수 있다. Airy 파 이론에서는 포텐셜 이론(Wave potential theory)에 의해 진행 파(Propagating wave)를 고려할 수 있는데, cos 함수로 자유수면 상 임의위치에서의 파고(Wave elevation)을 정의하고 수면 이하 유체장 내 임의위치에서 물입자의 운동을 위치 및 시간의 함수로서 정의한다.
여기서, η(x,t)=시간 t, 수평좌표 x 지점에서의 자유수면의 높이(surface elevation), κ=파 수(wave number), ω=파의 각주파수(angular wave frequency), g=중력가속도 (gravity acceleration), Φ=Airy 파의 속도 포텐셜(wave velocity potential), ux, uz=x, z 방향에 대한 물 입자의 속도
실제 해역에서는 무수히 많은 규칙 파랑이 중첩된 이른바 불규칙 파랑(Irregular wave)이 구조물에 작용한다. 불규칙 파랑을 수학적으로 모사하기 위해서는 먼저 파 스펙트럼 (Wave spectrum)을 정의해야 한다. Eq. (8)은 부유식 해양 구조물 설계 시 가장 많이 적용되는 스펙트럼 중 하나인 JONSWAP spectrum을 나타낸다.
여기서,g: 중력가속도
α =spectral energy parameter
b=exp(–1/2 σ–2 [f/fm–1]2)
σ = 0.07 for f ≤ fm, 0.09 for f > fm
γ = 형상계수, fm = 1/Tp
Tp = 첨두 주기(peak period)
Hs =유의 파고(significant wave height)
이를 유체-구조동역학 해석 시 고려하기 위해 이와 동등한 에너지수준을 갖도록 하는 유한개의 규칙 파랑을 생성하고 이를 중접하여 불규칙 파랑을 시간영역동적해석에서 고려가 가능하다. JONSWAP spectrum을 통해 정의된 파랑의 불규칙특성을 고려하기 위해 개별 규칙 파랑의 위상(phase)는 난수(random variable)로 고려한다.
2.3 계류선 (또는 긴장재) 피로손상 분석
부유식 해양 구조물의 위치제어를 위한 계류시스템의 피로 성능 확보는 매우 중요한 설계 요소 중 하나이다. 일반적으로 해양 구조물 계류 시스템의 피로성능은 단기 피로 분석 및 장기 피로 분석으로 구분하여 검토하게 된다. 먼저 단기 피로 분석은 극심한 환경 조건 하에서 계류구조에 특성 시간동안 누적되는 피로 손상지수를 평가하여 이 값이 기준치 초과여부를 검토하는 것을 의미한다. 통상적으로 36~48 시간 지속하는 극심한 환경하중조건을 고려하고 이 때 고려하는 피로손상도 기준치는 0.01이다(American Petroleum Institute, 2010). 장기 피로 검토는 대상 해역의 연 중 환경 조건 하에서 누적되는 피로 손상 지수를 평가하고, 이를 역수로 취해 피로 수명을 평가하는 것을 의미하는데, 계류선과 같이 중요한 구조 부재의 경우 구조물의 설계 수명의 10 배 이상의 피로 수명을 갖도록 설계한다.
계류선의 장기 및 단기 피로 분석은 기본적으로 특정 환경 하중이 작용 할 때 검토 단면에 발생하는 피로손상지수의 평가에서부터 시작한다. 이를 위해서는 유체-구조 동역학 해석을 통해 특정 환경하중에 의해 유발되는 동적응력을 시간영역에서 평가하고, 이를 Rainflow 집계법(ASTM international, 2005)을 통해 교번응력범위(fluctuating stress range)와 반복횟수(cycles)을 추출한 후 Palmgren-Miner 법칙을 통해 누적 피로손상지수를 평가한다.
여기서, Dshort–term =단기피로손상지수
ni=교번응력범위Δσi의 반복횟수
Ni=교번응력범위Δσi가 피로파괴를 야기하는 데 필요한 반복재하횟수
n=고려하는 교번응력범위 갯수
여기서, C, m=실험을 통해 얻은 개별적 상수
Eq. (9)의Ni는 S-N 곡선식 Eq. (10)을 통해 고려가 가능하다. 본 연구에서는 DNV 해양구조물 피로 설계 권장도서인 DNV-RP-C203(Det Norske Veritas 2011)을 참고하였다.
대다수의 부유식 구조물의 주요 부재는 정적 하중에 의해 시간영역응력의 평균이 0이 될 수 없다. 특히 해중 터널의 계류선의 경우 초기 장력(pre-tension)이 존재하기 때문에 상당한 수준의 초기 응력이 존재하는데, 피로 손상도 평가에서 평균응력효과를 고려하기 위해 평균응력보정(mean stress correction)을 거친 시간영역응력을 피로 손상도 평가에 적용해야 한다(Lawson et al., 1999; Yang and Li, 2011). 이에 따라 본 연구에서는 강재에 적합하다고 알려진 Gerber의 평균응력 보정모델을 적용하였다.
여기서, σa =교번응력, σe =보정응력, σm =교번응력의 평균응력, σu =재료의 인장강도
3. 유체-구조동역학 해석을 통한 해중터널 거동 특성 분석
3.1 해석개요
Fig. 3은 본 연구에서 불규칙 파랑 하에서의 구조적 성능을 분석한 수심 200.0 m 해역의 중앙 경간장 1,000 m의 해중터널을 나타낸다. 각 경간은 총 76개의 긴장재로 계류되는 연속체로 가정되었다. 본 연구에서 고려한 해중 터널은 튜브형 터널과 계류시스템으로 구성되고, 계류시스템은 1,000 m 간격으로 해중터널의 부상 및 횡방향 운동을 구속하고 긴장재를 정착하는 용도로 고려된 타워와 터널을 계류시키는 강관 형태의 긴장재로 구성된다. 본 연구에서 타워는 본 구조물을 지지하는 데 충분한 강도 및 강성을 갖도록 설계되었다고 가정하였다.
본 연구에서는 극심한 파랑이 작용할 때 본 구조물의 구조성능분석을 주 연구 목표로 하였다. 이를 위해 제주지역에서의 100년 재현주기의 불규칙 파랑을 주요 외력으로 가정하였다(Son et al., 2015; Kim and Won, 2017). 본 파랑을 모사하기 위해 JONSWAP Wave Spectrum을 이용하였고, 이때 고려한 첨두 주기 및 유의 파고는 15.1초, 11.32 m 이다. Table 1은 본 연구에서 가정된 환경조건 및 해석모델의 재료 및 기하학적 제원을 나타낸다.
Table 1
Environmental Condition and Structural Characteristics of the Considered Numerical Model
불규칙 파랑에 의한 본 구조물의 구조거동특성을 분석하기 위해서 ABAQUS AQUA를 이용하여 유체-구조 동역학 해석을 수행하였다. Fig. 3에 나타낸 구조 모델에 대하여 터널 및 타워는 비선형 보요소를 통해 모델링하고, 긴장재 (Tendon)는 압축력을 받지 않는 비선형 트러스 요소를 통해 모델링 하였다. 수심 200.0 m 및 편평한 해저지반을 갖는 해양환경을 모사하고 Jonswap spectrum으로 정의된 불규칙파랑을 등가의 100개의 균일파랑으로 재 정의하여 이를 파랑하중으로 치환하여 해석에 적용하였다. Fig. 4는 유체-구조 동역학 해석에 적용된 FE모델을 나타내고, Fig. 5는 JONSWAP wave spectrum을 통해 구현된 불규칙파랑의 수면높이변화(wave elevation)를 표현한다.
3.2 불규칙 파랑 하에서의 터널의 운동 및 긴장재의 동적응력특성
유체-구조 동역학해석을 통해 100년 재현 주기를 갖는 불규칙파랑에 대한 해중 터널의 거동 특성을 분석하였다. Fig. 6은 50.0m 흘수를 갖고 수직한 각재를 갖는 타워에 정착된 긴장재에 지지된 해중 터널 경간 중앙 단면에서의 변위 및 가속도에 대해 총 3시간의 해석결과 중 200초(5000.0 ~ 5200.0 sec) 구간을 나타낸다. 해석 결과, 고려한 파랑과 수직, 수평방향 동적 응답은 일정한 위상차를 갖고 나타나는 것을 알 수 있다. 본 모델의 경우 100년 재현 주기의 파랑 조건에 대해 수직방향으로 최대 1.42 m(Lc/704), 길이의 직각방향으로 최대 1.83 m(Lc/546)) 수준의 변위를 나타내었다. 타워로 지지된 구간길이 및 고려한 파랑의 극심한 정도를 고려할 때 이는 수용할 수준의 변위를 나타낸 것으로 보이지만, 보다 안전한 사용을 위해서는 계류시스템 설계변경을 통한 강성 증대 및 흘수 변경에 의한 유체력 감소를 통해 구조 반응의 저감을 유도해야 한다고 판단된다.
Fig. 7은 동일 모델에서 경간 중앙부를 지지하는 긴장재 단면에서의 수직 응력을 시간영역에 대해 표현한다. 긴장재의 응력변화는 기본적으로 부재 길이변화에 의해 나타난다. 긴장재 길이변화는 부유 터널의 운동특성에 직접적인 영향을 받기 때문에 결과적으로 파랑의 파고 변화 특성과 함께 긴장재의 응력 변화도 함께 발생하는 것이 Fig. 7에 잘 나타나 있다. 검토 모델(흘수: 50.0 m, 타워 각재 기울기: 0〬)에서 100년 재현주기 파랑에 대한 긴장재의 최대 수직응력은 562.1 MPa로, 가정된 재료모델(API X75 grade)의 극한응력에 근접할 뿐만 아니라 최소응력 역시 0.0 MPa에 도달하여 압축부재의 느슨해짐(slack) 및 좌굴이 우려되는 수준의 구조 거동을 보였다. API RP 2T(American Petroleum Institute 2010)의 인장각 플랫폼(Tension Leg Platform, TLP)의 긴장재 설계 기준에서는 긴장재 좌굴에 의한 동적 불안정성 유발을 방지하기 위해 최소 장력은 10.0 tonf 이상이 되도록 규정하고 있다. 즉, 본 개념 모델은 본 연구에서 고려한 환경조건에 대하여 충분치 못한 구조성능을 보이는 것으로 평가 되었다.
3.3 터널 흘수 및 타워 각재 기울임이 해중 터널 주요 거동에 미치는 영향 분석
본 절에서는 해중 터널의 흘수 및 타워 각재의 기울임이 구조물의 구조 성능에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 이를 위해 Table 1에 언급한 바와 같이 50~100.0 m의 흘수범위 및 타워 각재 기울임 여부(수직/30° 경사)에 대한 해석결과를 직접 비교하였다. Fig. 8은 흘수 및 타워 각재 기울임에 의한 터널의 최대 운동반응(경간 중앙부)을 직접 비교한다.
먼저, 터널의 운동은 흘수에 지배적인 영향을 받는 것이 명확하게 나타난다. 흘수를 증가시키면 동일 수선면을 갖는 해중 구조물이 받는 유체력이 감소하게 되고, 이는 결과적으로 동일 파랑 조건 하에서 구조 반응을 경감시키는 직접적인 요인이 된다. 이러한 특성이 본 해석 결과에서도 명확하게 반영되었다. 타워 각재 기울기도 구조 반응에 영향을 미치는 것으로 나타났는데, 먼저 타워 각재의 기울기가 존재하는 경우 긴장재에 의한 수평방향 초기 강성이 도입되므로 동일 흘수 조건 하에서 터널의 수평방향 운동이 명확하게 감소하는 것이 본 해석결과 나타났다. 그러나 이와 함께 수직방향 변위는 오히려 증가하기도 하는데, 이는 긴장재의 기울임에 의한 수직방향 강성 저하에 의해 해석 결과 수직 방향 변위 및 가속도는 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 터널의 수직방향 운동은 수직방향 유체력에 의한 성분 뿐 만 아니라 수평방향 운동에 의한 오프셋 효과(offset effect)도 영향을 미친다. 기울임각의 도입에 의해 터널의 수평방향 운동 감소는 오프셋 효과에 의한 수직방향 운동 감소 역시 유도하므로, 수직방향 운동의 증가성분은 현격하게 나타나지는 않았다.
Fig. 9는 흘수 및 타워 각재 기울임이 긴장재의 구조 반응에 미치는 영향을 나타내는데, 여기서는 동적 응력의 최대 및 최소값과 함께 48시간 누적되는 피로손상지수를 비교한다. 먼저 Fig. 9(a)의 수직응력의 최대 및 최소응력의 비교결과, 흘수 증가를 통해 결과적으로 최대 및 최소 응력 간 차이를 현격히 저감시킬 수 있는 것으로 나타났다. 앞서 언급한대로 부유식 구조물의 긴장재 설계에서는 최대응력이 설계기준에서 제시하는 안전율을 확보해야하는 것 뿐 만 아니라 최소 장력이 0.0 이상이 되도록 해야 한다. 이처럼 유체력 저감에 의한 터널 운동 제어는 결과적으로 긴장재 구조 반응의 저감 효과도 직접적으로 유도할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 기울임이 있는 타워 각재 도입 시 최대응력은 증가하고 최소응력은 감소하는 것으로 나타나는 등, 결과적으로 동적 응력의 응답범위는 증가하는 것으로 나타났다. 이는 앞서 언급한대로 긴장재 내력 및 응력 변화는 터널의 운동에 직접적인 영향을 받고, 본 연구에서 고려하는 기하학적 범위 내에서 긴장재의 구조 응답은 터널의 수직방향 운동에 지배적인 영향을 받기 때문에 이와 같은 결과가 도출되었다.
Fig. 9(b)의 긴장재 단면에 누적되는 피로손상지수 분석에서도 동일한 거동특성이 나타났다. 흘수의 증가는 긴장재의 동적 응력 저감에 영향을 미쳐 결과적으로 피로손상지수 역시 저감시키는 것으로 나타났다. 흘수가 100.0 m인 모델의 경우 TLP 긴장재의 단기피로설계에 대한 API 기준인 0.01 이내로 평가되는 것으로 나타나는 등, 본 해석연구를 통해 흘수가 구조 반응에 미치는 영향특성을 고려하면 구조안전성 및 사용성을 모두 충족할 수 있는 새로운 형식의 해중 터널 기본 설계가 가능할 것으로 판단된다. 또한 타워 각재 기울임은 긴장재 수직응력의 증가를 초래하여 오히려 피로손상지수를 증가시키는 것으로 평가되는 등, 앞서 검토한 모든 항목과 일관된 영향특성이 도출되었다.
본 연구에서는 본 해중 터널의 구조 거동에 직접적인 영향을 미치는 기하학적 설계인자로 터널의 흘수와 타워 각재 기울임을 설정하고, 이에 대한 영향 분석을 수행하였다. 전체계 해석을 통한 영향 분석 결과, 터널의 흘수 증가는 파랑에 의한 터널이 받는 동적 유체력 감소에 직접적인 영향을 미친다. 즉, 해중 터널의 초기 설계 시 깊은 흘수 (deep draft) 설정으로 파랑에 의한 유체력 감소를 통한 터널의 운동, 긴장재의 동적 응력과 피로손상도를 모두 저감시킬 수 있다. 그러나 흘수의 증가는 터널이 받는 정수압의 증대에 의한 터널 벽체 설계에 부담을 줄 뿐만 아니라, 터널 길이방향으로의 긴장재 기울임 감소에 따른 수직방향 강성 저하 및 긴장재 장력에 의한 터널 압축력 증가로 이어진다. 또한, 타워 각재 기울임은 타워에 정착된 긴장재의 기울임에 의한 터널 길이의 직각방향에 대한 초기강성을 도입하기 때문에 터널의 수평방향 운동 저감에 매우 효과적이나, 수직방향 강성의 저하에 따른 수직방향 운동 증가 및 긴장재의 수직 응력 증가 역시 동시에 발생한다.
정리하면, 터널 흘수는 유체력 감소에 의한 구조물 동적 응답 제어에 효과적이나 정수압 증대 및 긴장재 구조효율성 감소를 야기하고, 타워 각재 기울임은 터널 수평 운동 제어에 효과적이나 수직방향 운동 증가 및 긴장재 응력 증가를 야기한다. 이에 따라 본 구조물의 형상을 결정하는 기본 설계 시 구조물의 사용성과 주요 부재 안전율 및 피로성능을 만족할 수 있는 흘수과 주탑 기울임의 검토를 통한 변수 결정이 필요하고, 이는 본 구조물의 설계 환경조건에서의 전체계 성능 분석을 통하여 면밀히 검토되어야 한다.
4. 결론
본 연구에서는 유체-구조동역학 시간영역 해석을 통해 타워-경사 케이블로 지지된 신형식 해중 터널의 구조성능을 분석하였고 다음과 같은 결론을 도출하였다.
(1) 본 해석연구를 통해 특정 환경조건 및 파랑조건에 대한 해중 터널의 동적 구조 반응을 직접적으로 평가하였고, 평가 결과, 본 해양 구조물은 흘수 및 타워 각재 기울임에 대하여 터널의 운동, 긴장재의 내력 및 피로손상 등 평가되는 모든 항목이 직접적인 영향을 받는 것으로 나타났다.
(2) 흘수의 증가는 터널의 운동 및 긴장재 단면의 수직응력과 피로손상도 저감에 매우 효과적인 것으로 본 연구결과 증명되었으나, 정수압 증가에 따른 터널 벽체 설계의 부담 및 긴장재 구조 효율 저하가 야기 될 수 있다.
(3) 긴장재의 정착구조물인 타워 각재 기울임은 터널의 수평방향 운동 제어에는 매우 효과적이나 긴장재에 의한 수직방향 강성 저하에 따른 터널의 수직방향 운동과 함께 이에 따른 긴장재 응력 및 피로손상도는 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 즉, 본 구조물의 실제 설계를 위해서는 터널의 운동특성에 의한 사용성 측면과 주요 구조부재 안전성 및 피로성능을 모두 고려한 기하설계조건 최적화가 반드시 필요하다.
(4) 이를 위해서는 먼저 해중 터널 주요부재의 구조안전성과 피로성능조건, 구조물 사용성 기준 등을 모두 포함하는 합리적인 설계 기준 또는 지침 개발이 선행되어야 하고, 본 연구에서 수행한 전체계 해석기법 및 모형실험을 통한 설계 환경하중 하에서의 전체계 구조성능 평가와 함께 해중 터널의 합리적인 시공단계해석에 의한 주요 부재 안전성 검토과정을 통해 흘수 및 주탑 기울임 등과 같은 주요 기하학적 설계변수가 결정되어야 한다.
PDF Links
PubReader
ePub Link
Full text via DOI
Download Citation
Print
