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Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2013;13(2):125-132.
Published online April 30, 2013.
초음파 반사이미지와 고유주파수 변화를 이용한 해상 기초구조물의 세굴도 평가
박기원, 변용훈, 최창호, 이종섭
Scour Evaluation of Offshore Foundations by using Ultrasonic Reflection Images and Natural Frequency Variation
Kiwon Park, Yong-Hoon Byun, Changho Choi, Jong-Sub Lee
Abstract
Local loss of geomaterials, which reduces the stability of the structures, around foundation of offshore structure occurs due to the interaction between water and ground. The objective of this study is to evaluate scouring in offshore foundation structures by using ultrasonic reflection method and natural frequency analyses. Sand-cement mixture is prepared to model the ground, which is encountered the scour depth and the scour shape. Ultrasonic wave and natural frequency are measured according to the scour depth. Ultrasonic transducers are used to measure the ultrasonic wave, and strain guages are used to measure the natural frequency. Ultrasonic transducers are fixed on horizontal movement system and rotational movement system for the change of location. Strain guages are attached on upper part of model monopile. Ultrasonic reflection image and strain responses are monitored in laboratory experiment. Maximum scour depth is estimated by natural frequency, and the characteristics of the scour shape are estimated by ultrasonic reflection image. This study suggests that the ultrasonic scanning and natural frequency analyses may be effectively used to monitor the characteristics of the scour depth and shape.
Key Words: Monitoring; Monopile; Natural frequency; Ultrasonic imaging; Scour
요지
해상에 구조물이 존재할 경우 유수와 지반의 상호작용으로 인하여 기초구조물 주위의 지반이 국부적으로 소실되는 세굴현상이 발생한다. 본 연구의 목적은 초음파 반사이미지와 고유주파수 측정을 통하여 해상 기초구조물의 세굴도를 평가하는 것이다. 세굴현상을 모사하기 위하여 모래-시멘트 혼합시료를 사용하였으며, 세굴도 변화에 따른 초음파 반사이미지와 고유주파수를 측정하였다. 초음파 반사이미지 측정을 위하여 초점방식의 초음파 트랜스듀서가 사용되었고, 고유주파수 측정을 위하여 전기저항식 변형률계가 사용되었다. 초음파 트랜스듀서는 수평이동장치와 회전이동장치에 고정하여 이동시켰으며, 전기저항식 변형률계는 모형 모노파일의 상단에 부착하였다. 실내실험을 통해 세굴도 변화에 따른 초음파 반사이미지의 변화와 변형률 신호를 관찰하고, 각 단계에서의 세굴특성을 파악하였다. 실험결과, 고유주파수를 이용하여 최대세굴심도의 산정이 가능하였으며, 초음파 반사이미지를 통하여 고해상도 세굴단면의 획득이 가능하였다. 본 논문에서 제시한 초음파 반사이미지와 고유주파수 측정을 통한 세굴도 평가는 해상 기초구조물에서 발생할 수 있는 세굴심도 와 형상을 모니터링하기 위한 매우 효과적인 방법이 될 수 있음을 보여준다.
핵심용어: 고유주파수; 모니터링; 모노파일; 세굴; 초음파 이미지
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