종합해양과학기지 구조물 모니터링 자료 분석 및 신규 기지 모니터링 시스템 제안

Abstract

지난 몇 년간 이어도, 가거초, 소청초 해양과학기지 구조물의 동적응답 모니터링 자료를 분석하여, 각 기지 구조물의 주요 저차 모드를 분석하고, 외력 및 온도가 고유주파수와 모드감쇠비에 미치는 영향을 분석하였다. 구조물의 고유주파수 및 모드감쇠비 등 모드특성은 외력에 대한 구조물의 건전성 평가, 구조물 보수?보강 시점 결정 및 지진성능 등을 분석할 때 중요한 기초 자료로 활용될 수 있다. 기존 해양과학기지 구조물은 모두 재킷식 해양구조물로 그 형상은 매우 유사하지만 기초 지반 형상 및 헬리데크 유무 등에 따라 서로 다른 모드 특성을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 또한 계절적인 외부 온도 변화에 의한 모드 특성도 서로 상이함을 알 수 있었다. 가거초 해양과학기지의 경우, 일반적인 재킷식 해양구조물의 모드특성과 유사하게 1차와 2차 모드가 약축 및 강축으로의 굽힘 모드(bending mode)이며, 3차 모드는 비틀림 모드(twisting mode)로 분석되었으며, 소청초 해양과학기지의 경우, 재킷 레그의 길이가 대각방향으로 서로 상이하여 1차, 2차 모드가 평면 상 대각방향의 굽힘 모드로 분석되었다. 한편 이어도 해양과학기지의 경우 재킷 구조에 비하여 헬리데크가 상대적으로 큰 영향을 미쳐 굽힘 모드와 비틀림 모드의 복합 모드로 분석되었다. 이와 같은 모드특성과 고유주파수는 수치해석 모델링 자료의 유효성을 검증하는데 중요하게 활용될 수 있다. 한편 계절적인 온도변화에 따른 고유주파수의 변화는 예측한 바와 같이 수온과 기온이 높은 하절기에 작아지고, 반대로 동절기에 고유주파수는 증가하는 경향을 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한 모든 해양과학기지의 경우, 바람이 많이 불거나 파도가 높은 경우 외력이 크게 작용하여 동적응답이 커지고 또한 고유주파수는 감소하는 경향을 가지고 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 외력 및 온도에 따른 영향을 고려함으로써 구조물의 건전성을 모니터링할 때 환경 요인을 제거한 손상에 의한 영향만을 주로 평가할 수 있을 것으로 사료된다. 이와 같은 기존 연구 결과를 토대로 신규 해양과학기지 구축 시 필요한 구조물 모니터링 시스템을 제안하였다. 기존 해양과학기지 구조물에 대한 모니터링 시스템은 구조물 설치 이후 센서를 설치하여 수면 아래에는 센서 설치가 어려웠으나, 신규 구조물의 경우 수면 아래에도 변형률계 등을 설치할 수 있으므로 모니터링의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.