Wave Slamming Force 와 쇄파(Breaking Wave)
Slamming Force란
Slamming force는 쇄파(Breaking Wave)가 해상 구조물에 가하는 충격력 입니다. 다시 말하면 불안정한 대량의 파도 에너지를 난류 운동 에너지로 방출하는 임계파고에 도달한 쇄파는 해양 구조물에 운동에너지를(kinetic energy) 가하게 될 때 하중을 Slamming-force라 합니다.
Ref:https://www.semanticscholar.org/paper/Wave-Slamming-Forces-on-Offshore-Wind-Turbine-Tu/56a1441901576e6ae1f27b96fcb7a53322df5d21
그림 a에 보여진 떨어지는 유형은 충격적인 충격력을 일으키는 유형입니다. 그림 b는 떨어지는 파괴 파도와 실린더 사이의 상호작용을 간단한 이차원 스케치로 보여줍니다. 그림 c는 이러한 상호작용의 전형적인 충격력 시간 시리즈를 보여줍니다. 파도-구조물 상호작용은 상대적으로 작은 소산 영역과 매우 높은 지역 압력을 특징으로 하므로, 충격력은 높은 충격력과 매우 짧은 지속 시간을 가집니다.”
쇄파 Breaking Wave 란
쇄파는 지역 수심, 파도 높이, 파도 길이, 파도 경사도, 해저 경사 등에 따라 특정 지역에서 발생할 수 있습니다.
쇄파는 보통 세 가지 유형으로 분류됩니다:
붕괴파(Spilling breakers)
:파형이 진행함에 따라 비대칭이 되고, 파봉 부분의 일부에 하얀 거품이 생기며 점차적으로 깨져 그것이 차차 파의 전면에 무너져가는 형태의 쇄파로 천해인 해안뿐만 아니라 심해역 에서도 발생합니다.
권파(Plunging breakers)
:해안 부근의 수심이 얕은 곳에 파랑이 도달하면 해저 마찰 때문에 수립자의 속도가 해저보다 표면에서 크게 되어 파봉이 앞으로 덮어씌워져 파랑 전체가 앞으로 일시에 넘어지는 형태의 쇄파입니다.
쇄기파(Surging breakers)
:권파와 같이 일시에 파랑 전체가 깨지는 것이 아니고, 파랑의 하부 쪽에서 부서지기 시작하여 파의 전면 대부분이 깨어져 해안선에서 공기를 혼합 시키면서 사면을 타고 올라갑니다.
Slamming-Force의 적용
API-2A-WSD
해양구조물의 In-Place조건 에서 비말대 (Splash zone)에서 수평 부재는 폭풍 근처의 파도가 지나갈 때 수직 슬래밍힘을 받습니다. 따라서 동적인 하중을 발생 시키며 발생 응력을 증가 시킵니다.
슬래밍힘은 파도가 지나갈 때 수면이 상승하고 부재의 하부에 부딪혀 발생합니다. 이러한 힘은 거의 수직이므로 플랫폼의 기저 전단(base shear) 및 모멘트에 거의 기여하지 않지만 슬래밍힘은 부재 설계에서 고려되어야 합니다.(local member design)
슬램 힘은 플랫폼이 견인되는 동안 바지선의 끝을 돌출시킨 플랫폼 부재 또는 플랫폼의 진수(launching) 중에 물을 먼저 치는 부재에도 발생할 수 있습니다.
Slamming-Force 계산
Slamming-Force힘은 아래의 식으로 계산합니다.
여기서,
Fs : 연직 slam force
Cs : slamming계수
w : 물의 중량
g : 중력가속도
U : 충격시 부재축에 수직인 물 입자의 속도
Slamming계수
API-2A-WSD
Sarpkaya(1978)는 탄성 장착 실린더 테스트를 하여 상승 시간과 자연 주파수에 따라 slamming계수 CS는 이론적 값인 π의 0.5배에서 1.7배 사이에 있을 수 있음을 경험적으로 보여주었습니다.
Sarpkaya와 Isaacson(1989)은 동적 반응 분석을 수행하는 경우 CS = π 의 이론적 값을 사용할 수 있으며, 그렇지 않은 경우 CS = 5.5의 값을 사용할 것을 권장합니다
DNV-RP-H103
기타
