온도하중을 받는 해저 파이프라인의 횡변위 산정

Abstract

이 연구에서는 해저 파이프라인에 온도하중이 작용하였을 때의 횡방향 변위를 산정하는 유한요소 해석 기술을 개발하고 불규칙하게 발생하는 횡변위를 제어하기 위해 snake-lay 방법을 적용하여 매개변수 연구를 수행하였다. 온도 하중에 의해 도입되는 축력에 의한 횡변위 발생 메커니즘을 분석하고, 유한요소 해석을 통해 seabed 파이프라인의 횡변위를 산정하였다. 온도하중은 파이프라인의 운용에 따른 주기 특성을 가진 반복온도하중을 적용하였다. 파이프라인은 초기 굴곡을 가진 모델을 사용하였고, 지반 저항은 축방향 쿨롱 마찰 모델과 횡방향 탄소성 스프링 모델을 적용하였다. 특히, 횡방향 지반 저항의 경우, 파이프라인의 반복적인 횡방향 운동에 의한 모래턱 생성을 적용한 모델을 사용하여 상세한 지반 저항을 고려하였다. 초기 굴곡을 가진 파이프라인의 경우 변형 후 형상이 매우 불규칙하다. 따라서 이를 제어하기 위하여 snake-lay 방법을 사용하였다. 해석 예제를 통해 snake-lay 적용에 따른 파이프라인의 거동 특성을 분석하고, 최적 snake-lay 형상을 찾기 위해 가상앵커간격과 굴곡 높이에 대한 설계 매개변수 연구를 진행하였다. Snake-lay를 적용함으로써 균일한 변형 형상을 얻을 수 있었고, 응력 감소 효과도 얻었다. 가상앵커간격을 고정하고 굴곡 높이에 대한 매개변수 연구를 수행한 결과 가상앵커간격에 대한 굴곡 높이의 비가 2% 이상이 되면 초기 굴곡과 관계없이 파이프라인의 일체성이 유지되었다.