KR20160041372A

KR20160041372A - 동적침하량 추정을 통한 파이프라인의 해저안정성 평가방법

Info

Publication number: KR20160041372A
Application number: KR1020140135095A
Authority: KR
Inventors: 김도균; 최한석; 유수영; 아밀라 완 왑둘라 자와위 누어; 샤힐 리우 모흐
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-04-18
Also published as: KR101640992B1

Abstract

본 발명은 석유 및 가스 생산을 위한 해저 파이프라인이나 플로우라인과 같은 파이프 구조물의 설치 시, 해저토질의 동적침하량을 반영하여 보다 정확한 해저안전성 평가가 가능한 방법이다.
본 발명에 따른 방법은, (a) 파이프 제원(pipe data), 환경 제원(environmental data), 및 토질 제원(soil data)을 포함하는 기본 데이터를 추출하는 단계와, (b) 상기 기본 데이터를 기초로, 파이프에 가해지는 하중(load) 인자를 추출하는 단계와, (c) 상기 기본 데이터를 기초로, 파이프의 움직임을 방해하는 저항력(resistence) 인자를 추출하는 단계와, (d) 상기 하중 인자와 저항력 인자를 대비하여, 요구 수중중량을 추출하는 단계와, (e) 상기 요구 수중중량을 설계기준과 대비하여, 설계기준의 만족 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 (c) 단계는 동적설치해석을 통해 저항력 인자를 추출하고, 상기 (e) 단계에서 설계기준을 만족하지 못할 경우, 상기 파이프의 움직임 획수를 증가하여 재차 동적침하량 분석을 하여 상기 (c) 내지 (e) 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

동적침하량 추정을 통한 파이프라인의 해저안정성 평가방법 {METHOD FOR THE EVALUATION OF ON-BOTTOM STABILITY OF SUBSEA PIPELINE BY DYNAMIC EMBEDMENT}

본 발명은 석유 및 가스 생산을 위한 해저 파이프라인이나 플로우라인과 같은 파이프 구조물의 설치 시 해당 구조물의 해저안정성 평가방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해저토질의 동적침하량을 반영하여 보다 정확한 해저안전성 평가방법에 관한 것이다.

일반적으로 해저 유정개발을 위한 시스템은 크게 해저 장비와 이를 연결하는 파이프 형태의 구조물로 구성된다. 그리고 파이프 형태의 구조물은 설치하는 형상에 따라, 도 1에 도시된 것과 같이, S-lay, J-lay, Reel-lay와 같은 3가지 방법으로 설치가 이루어진다.

그런데 작업환경의 동적특성, 예를 들어, 바람, 파도, 조류 등의 환경영향에 의하여 파이프 형태의 구조물 설치선(Laying vessel)은 비선형적인 거동특성을 나타내고, 이는 실제 설치되는 파이프 구조물에 다양한 비선형 하중을 야기한다.

파이프 구조물은 속이 빈(Empty) 상태로 설치작업이 수행되는데, 수중에서 작용하는 부력이 작용하므로 수중에서 파이프 구조물의 중량은 수면 위 설치선(공기중)에서 있을 때에 비해 1/10 이하가 된다. 이와 같은 부력의 작용은 파이프 구조물 설치 시, 파이프 구조물이 설치선에 가하는 하중(즉, 설치선 텐셔너 (tensioner)에 가하는 하중)을 줄여주고 설치선의 텐셔너 용량을 크게 줄여주고, 설치선의 적재용량을 높이게 하는 이점이 있다. 반면, 파이프 구조물이 해저면에 닿은 이후에는 가벼운 중량으로 인해, 도 2에 도시된 바와 같이, 파이프 구조물 주변에 가해지는 다양한 환경하중(주로 조류력)에 의한 상하좌우 방향의 움직임이 일어난다.

일반적으로 짧게는 20년, 길게는 40~50년의 설계수명을 바탕으로 제작되어 설치운용되는 파이프 구조물은 작은 설계 오차 및 사고도 허용치 않을 만큼의 높은 안전율에 기초하여 설계작업이 수행된다. 이는, 2010년의 멕시코 만에서 발생한 마콘도 유정사고(BP oil spill accident) 사례에서 보듯이, 사소한 설계오차, 설치 중 오류 및 사고 등은 큰 인명피해와 돌이킬 수 없는 환경재앙 그리고 물질적 피해를 초래하기 때문이다.

이에 따라, 파이프 구조물의 설계 시에는 설계수명 동안 설치된 파이프 구조물에서 발생하는 상하좌우의 움직임과 이에 따른 해당 구조물의 안정성(이하, '해저안정성'이라 함)을 설계단계에서 평가하고 반영해야 한다.

해저 파이프라인 구조물에 대한 해저안정성을 설계수명까지 충족시키기 위해 현재 해양엔지니어들이 가장 선호하는 방법은 파이프 구조물의 외부에 콘크리트를 부착하는 방법인데, 해당 콘크리트의 두께 결정 및 콘크리트 밀도를 조절하는 것이 해저안정성 평가의 핵심이라고 할 수 있다.

현재의 설계 코드 및 설계 가이드라인에서 제시하는 해저안정성 설계는, 도 3에 도시된 설계방법에 의해 수행된다.

이 설계방법에 의하면, 파이프라인이 설계주기 동안 해저면에서 안정성을 유지하기 위해 최종적으로 필요한 콘크리트 두께를 산정하고 있으며, 이를 도출하기 위한 순서는 다음과 같다.

구체적으로, 기본 데이터인 파이프 제원(pipe data), 환경 제원(environmental data), 토질 제원(soil data)을 기반으로, 파이프라인의 안정성을 방해하는 파이프라인에 가해지는 하중(load) 인자인, 항력(drag force), 관성력(inertia force), 양력(lift force)과, 파이프라인의 안정성을 계속적으로 유지하려는 저항(resistance) 인자인, 수중 중량과 해저면과 파이프라인 접촉면에서 발생하는 토질의 저항력인 마찰력과 수동토압력을 고려하여 안정성을 평가한다.

즉, 파이프라인에 가해지는 하중과 파이프라인이 움직이는데 발생하는 저항력을 추정하여, 이를 통해 파이프라인의 저항력이 더 크게 되는 수중 중량을 산정하고, 이 산정치가 설계코드에서 제시하는 안전계수를 적용한 설계 기준(design criteria)에 부합하는지 여부를 체크한 후, 설계 기준에 부합하면 산출된 수치를 콘크리트 두께로 적용하고, 설계 기준에 부합하지 않으면, 콘크리트 두께를 더 두껍게 한 수치를 적용하여 저항 인자를 계산하는 과정을 반복한다.

그런데, 상기와 같은 설계방법은 토양의 침하는 크게 고려하지 않고, 단순히 설치된 파이프라인 구조물에 가해지는 외력(drag force, inertia force, lift force 등)과, 이에 저항하는 성분(resistance), 예를 들어 수중 파이프 중량(pipe submerged weight) 및 초기침하(Zpi)로 야기되는 수평방향 토질저항(마찰력(soil friction) 및 수동토압(passive resistance force))에 대한 평가로 결과를 도출하고 있다.

한편, 해저안정성은 해저면 토양의 성질에 따른 침하와도 밀접한 관련이 있고, 해저면의 침하현상은 설치 시 설치선과 연결된 파이프라인의 카테너리 (catenary)형상으로 기인한 하중 그리고 파이프 구조물의 자중, 해저면 토질의 비선형적 거동특성, 예를들어, 전단강도(shear strength), 수중중량(submerged weight), 공극률(void ratio), 입자크기(grain size), 마찰각(friction angle), 프와송 비 (poissons ratio), 과압밀비(over-consolidation ratio) 등의 복잡한 변수들의 조합에 기인해 발생한다.

이에 따라, 종래의 설계방법에 의하면, 실제 파이프라인이 설치된 후 침하량과 상당한 차이를 갖게 되며, 결국 보수적인 설계값을 도출하게 되어, 비경제적, 비효율적 설계로 이어지는 문제점이 있다.

1. Bruton, D., White, D., Cheuk, C., Bolton, M. and Carr, M. (2006), Pipe-soil interaction behavior during lateral buckling, including large amplitude cyclic displacement tests by the safebuck JIP. In: Proceedings of the 38th Offshore Technology Conference (OTC 2006), 1-4 May, Houston, Texas, USA (OTC 17944). 2. Lund, K.M. (2000), Effect of increase in pipeline soil penetration from installation, Proceedings of the 19th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering (OMAE 2000), 14-17 February, New Orleans, USA (OMAE2000-PIPE504). 3. Randolph, M.F. and White, D.J. (2008), Pipeline embedment in deep water: processes and quantitative assessment, In: Proceedings of the 40th Offshore Technology Conference (OTC 2008), 5-8 May, Houston, Texas, USA (OTC 19128). 4. Randolph, M.F. and Quiggin, P. (2009), Non-linear hysteretic seabed model for catenary pipeline contact. Proceedings of the 28th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering (OMAE 2009), 31 May 5 June, Honolulu, USA (OMAE2009-79259). 5. Sun, J., Chang, G.A. and Liu, X. (2013), On the prediction of pipeline as-laid embedment using a cycle by cycle approach for deepwater application. The 32nd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE 2013), 9-14 June, Nantes, France (OMAE2013-10485). 6. Yu, S.Y. (2014), On-Bottom Stability of Offshore Pipeline considering Dynamic Embedment on Soft Clay, Ph.D. Dissertation, Pusan National University, Busan, KOREA.

본 발명의 과제는, 해저면의 동적침하 현상을 적절히 반영하여 종래의 해저안정성 평가방법에 비해 경제적이고 효율적인 설계값을 도출할 수 있는 해저안정성 평가방법을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (a) 파이프 제원, 환경 제원, 및 토질 제원을 포함하는 기본 데이터를 추출하는 단계와, (b) 상기 기본 데이터를 기초로, 파이프에 가해지는 하중(load) 인자를 추출하는 단계와, (c) 상기 기본 데이터를 기초로, 파이프의 움직임을 방해하는 저항력(resistance) 인자를 추출하는 단계와, (d) 상기 하중 인자와 저항력 인자를 대비하여, 요구 수중중량을 추출하는 단계와, (e) 상기 요구 수중중량을 설계기준과 대비하여, 설계기준의 만족 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 (c) 단계는 동적침하량 분석을 반영하여 저항력 인자를 추출하고, 상기 (e) 단계에서 설계기준을 만족하지 못할 경우, 상기 동적침하량 분석을 다르게 하여 상기 (c) 내지 (e) 단계를 수행하는 것을 포함하는, 해저안정성 평가방법을 제공한다.

본 발명에 따른 해저안정성 평가방법에 의하면, 종래의 해저안정성 평가방법에서 고려되지 않은 동적환경에서의 침하량이 반영되므로, 실제 파이프라인이 설치된 후 침하량에 근접한 설계값을 도출할 수 있게 된다.

이러한 파이프라인의 실제 침하량에 근접한 평가결과를 통해, 해저안정성 만족을 위한 콘크리트 두께 및 밀도의 최적화를 이룰 수 있고, 이는 비용 최적화에 기여한다.

또한, 높은 수준의 동적침하량 예측을 통해 구조물 운영기간 동안 해저안정성을 유지하고, 환경오염 및 사고로 인한 금전손실 등을 최소화할 수 있다.

도 1은 파이프 구조물의 대표적인 해저설치방법을 도시한 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 파이프 구조물의 해저 설치 후에 가해지는 하중 성분과 그 움직임을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 종래의 해저안정성 평가방법의 흐름도이다.
도 4는 동적환경 하에서 해저토양의 침하과정과 이에 따른 파이프 구조물의 움직임을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 해저안정성 평가방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 해저침하량 산정방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 환경 입력 제원을 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 있어서 유효중량과 정적침하량 비율과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 있어서 유효중량과 접촉부설치인자와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 있어서 접촉부설치인자와 동적설치인자와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 있어서 동적설치인자와 동적침하인자와의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 해저안정성 평가방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명자들은, 실제로 해저에 설치된 파이프라인(플로우라인과 기타 파이프 구조물 포함) 구조물에는 도 4에 도시된 바와 같은 토양침하가 발생하게 되고, 이러한 토양침하가, 동적환경에 의한 침하(Zpd), 설치(카테너리 형상으로부터 작용하는 동적하중작용)에 의한 침하(Zpl), 그리고 설치된 초기에 발행하는 초기침하(Zpi) 등의 요인에 의해 영향을 받는 점에 주목하였다.

한편, 이들 침하 요인을 정확히 규명하기 위해서는 비선형적인 토질모델을 적용한 동적설치해석(dynamic installation analysis)을 수행해야만 하고, 이러한 동적설치해석을 기반으로 해저면의 저항(파이프 움직임을 방해하는 성분)을 평가할 경우 비교적 실제 상황에 근접한 저항값을 얻을 수 있고, 이를 통해 가해지는 환경하중과 비교하여 좀더 신뢰할 수 있는 결과, 즉, 요구되는 수중중량을 도출하여, 수중중량에 맞추기 위한 콘크리트 두께 또는 밀도를 산정할 경우, 종래의 방법에 비해 보다 효율적인 설계가 가능할 수 있음을 밝혀내고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명에 따른 해저안정성 평가방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, (a) 파이프 제원(pipe data), 환경 제원(environmental data), 및 토질 제원(soil data)을 포함하는 입력 데이터(input data)를 추출하는 단계와, (b) 상기 입력 데이터를 기초로, 파이프에 가해지는 하중(load) 인자를 추출하는 단계와, (c) 상기 입력 데이터를 기초로, 동적설치분석(dynamic installation analysis)을 반영하여 파이프의 움직임을 방해하는 저항력(resistance) 인자를 추출하는 단계와, (d) 상기 하중 인자와 저항력 인자를 대비하여, 요구 수중중량을 추출하는 단계와, (e) 상기 요구 수중중량을 설계기준(design criteria)과 대비하여, 설계기준의 만족 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 (e) 단계에서 설계기준을 만족하지 못할 경우, 상기 파이프 움직임 수를 증가시켜 동적침하량 분석을 재차 수행하여 상기 (c) 내지 (e) 단계를 반복하고, 상기 (e) 단계에서 설계기준을 만족할 경우 이를 통해 콘크리트의 두께 또는 밀도를 결정하는 단계를 포함한다.

상기 파이프 제원은, 파이프 외경(outside diameter), 벽 두께(wall thickness), 밀도(density), 영계수(Young's modulus), 프와송비(Poisson ratio), 항복강도(specified minimum yield strength), 인장강도(specified minimum tensile strength), 코팅 두께(coating thickness), 코팅 밀도 (coating density)를 포함할 수 있다.

상기 환경 제원은, 수심(water depth), 파고(wave height), 파주기(water peried), 파각도(wave angle), 조류속도(steady current velocity), 조류각도(current angle)를 포함할 수 있다.

상기 토질 제원은, 비배수 전단강도(undrained shear strength), 수중중량 (submerged weight), 부피밀도(bulk density), 프와송비(Poisson's ratio), 입도(grain size)를 포함할 수 있다.

상기 하중 인자는, 항력(drag force), 관성력(inertia force), 양력(lift force)를 포함할 수 있다.

상기 저항력 인자는, 파이프 수중 중량(pipe submerged weight), 파이프 마찰력(friction), 수동토압력(passive by Zpi, Zpl, Zpd, 여기서, Zpi는 초기 침하량, Zpl은 설치에 의한 침하량, Zpd는 동적환경에 의한 침하량)을 포함할 수 있다.

상기 해저침하량은, 정적설치해석(static installation analysis) 과정과, 동적설치해석(dynaimc installation analysis) 과정을 포함하는 방법에 의해 수행될 수 있다.

상기 동적침하량은, 동적환경에 의한 침하량(Zpd)과, 설치에 의한 침하량(Zpl)을 포함하여 산출될 수 있다.

구체적으로, 상기 해저침하량은, 도 6에 도시된 바와 같이, (f) 초기 설계 인자, 파이프 형상 인자, 토양모델 인자, 반응력 인자를 한정(define)하는 단계와, (g) 상기 한정된 인자들을 사용하여 상용 설계코드를 통해 제1 해저침하량을 산출하는 단계와, (h) 상기 한정된 인자들을 사용하여 정적침하량을 산출하고, 접촉부설치인자(TLF)를 산출하는 단계와, (i) 상기 접촉부설치인자(TLF)를 통해 동적설치인자(DLF)를 산출하는 단계와, (j) 상기 동적설치인자(DLF)를 통해 동적침하인자(DEF)를 산출하는 단계와, (k) 상기 정적침하량과 동적침하인자(DEF)를 통해 제2 해저침하량을 산출하는 단계와, (l) 상기 제1 해저침하량과 제2 해저침하량을 대비하여, 제2 해저침하량이 크면, 제2 해저침하량을 해저침하량으로 산출하고, 제1 해저침하량이 크면, 상기 파이르의 움직임 횟수를 증가하여 재차 상기 (i) 내지 (l) 단계를 반복하는 단계를 통해 수행될 수 있다.

상기 (h) 단계에서, 정적침하량은, 유효중량과 정적침하량 비율과의 관계를 나타낸 그래프를 통해 구할 수 있고, 상기 (i) 단계에서, 접촉부설치인자는, 유효중량과 접촉부설치인자와의 관계를 나타낸 그래프를 통해 구할 수 있고, 상기 (j) 단계에서, 동적설치인자(DLF)는, 접촉부설치인자와 동적설치인자와의 관계를 나타낸 그래프를 통해 구할 수 있고, 상기 (k) 단계에서, 동적침하인자(DEF)는, 동적설치인자와 동적침하인자와의 관계를 나타낸 그래프를 통해 구할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해저침하량 계산방법을 기초로, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 사용한 파이프의 기본 입력 데이터는 아래 표 1~3과 같다.

파이프라인 제원

상세	단위	값
파이프 외경	in	32
벽 두께	mm	20.6
라이 파이프 스펙	-	API 5L X65
서비스	-	Dry Gas
부식 코팅 두께	mm	4.2
콘크리트 코팅 두께	mm	95
콘크리트 컷백(cutback) 길이	mm	390
강의 영 계수(Youngs modulus)	GPa	207
포와송 비	-	0.3

환경 제원

상세		단위	값
water depth		m	60
significant wave height	1-yr	m	4.7
significant wave height	10-yr	m	7.5
wave period	1-yr	s	11
wave period	10-yr	s	13.3
steady current velocity	1-yr	m/s	0.29
steady current velocity	10-yr	m/s	0.33
wave & current angle to pipe axis		deg.	59.9

설치분석용 바지선 변수(barge parameter)

상세	단위	값
Tensioner capability	kN	2400
Ramp radius after tensioner	m	340
stringer radius	m	300

다음으로, 불규칙한 해양상태에 대한 데이터는 다음과 같고, 각 시드(seed) 별 상태는 도 7에 도시된 바와 같다.

Irregular seastate	단위	seed 1	seed 2	seed 3
wave height	m	2.6	4.7	4.4
peak period	s	8.7	11	10.7
current velocity	m/s	0.83	0.33	0.35

이상과 같은 기본 데이터를 기초로, 해저 파이프라인 구조물의 동적침하량 산정을 위해서는, 먼저 정적침하관련 데이터를 산출한 후 이를 이용하여 동적침하량을 구하며, 다음과 같은 과정을 통해 수행될 수 있다.

먼저, 도 8에 나타낸 바와 같이, 유효중량(effective weight, W_eff)과 정적침하량 비율(정적침하량(static embedment)/파이프직경(pipe diameter))과의 관계를 도출한다.

다음으로, 도 9에 나타낸 바와 같이, 유효중량과 접촉부설치인자(Touchdown Lay Factor, TLF)와의 관계를 도출한다.

유효 중량과 정적 침하량의 관계(도 8)는 유효 중량 즉, 파이프의 수중 중량을 토질의 전단강도와 나누어 구하며, 정적 설치 해석을 통해 산정된 정적 침하량과의 관계를 도출한다.

정적 침하량은 침하시 토질의 반력과 긴밀한 관계를 가지며, 정적 해석에서의 반력과 파이프의 수중중량을 나누어 무차원화된 접촉부설치인자를 산정한다. 접촉부설치인자는 비선형 토질 모델을 사용함에 따라 해저면 접촉부에서의 파이프라인의 단위 중량 이외에 파이프라인의 설치 형상에 따른 휨 강성(flexural stiffeness, EI) 영향이 고려되며, 이 접촉부설치인자와 파이프 유효중량과의 관계를 도출 한다(도 9).

이상과 같은 과정을 통해 정적 관련 결과를 도출하였고, 이를 동적관련 결과도출을 위한 입력자료로 활용한다.

먼저, 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 과정을 통해 도출된 TLF와 동적 설치인자 (Dynamic lay factor, DLF)의 관계를 도출한다.

파이프와 토질의 거동에 따라 정적상태에서의 관계가 확립되면, 이후 동적 설치 해석을 수행한다. 동적 상태는 해상의 랜덤 시드(seed)를 추출하여 수행되며, 이때 최소 3개 이상의 시드고려가 요구된다. 동적상태의 토질의 반력은 환경하중 및 설치선의 운동특성에 따라 접촉부에서의 반력이 산정된다. 이 동적상태에서의 토질의 반력과 정적 상태에서의 토질의 반력을 나누어 동적설치인자를 유도한다. 동적설치인자 결과 값은 앞서 접촉부 설치 인자와 그 관계가 도출된다(도 10).

이어서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 과정에서 얻어진 DLF와 동적침하인자(Dynamic embedment factor, DEF)와의 관계식을 유도한다. 최종 얻어진 DLF와 DEF관계를 나타내는 경험식의 경우 R²이 0.8 이상이 되어야 하며, 만족하지 못할 경우 더욱 다양한 시드(Seed)의 고려가 요구된다.

최종 동적설치인자는 동적침하인자와 관계가 형성됨으로써, 파이프라인과 토질의 비선형 동적 응답을 고려한 최종 동적 침하량이 산정된다(도 11).

한편, 동적침하량은 하기 [식 1]을 통해 구해질 수 있다.

[식 1]

DEF = 동적 침하량 / 정적 침하량

이상의 과정을 통해, 총 4가지의 경험식 곡선(curve)이 도출된다. 이후 최종적으로 도출된 DLF vs. DEF 커브와 최초에 도출된 W_eff vs. E.D_static과의 비교를 통해 최종적으로 해저 파이프라인의 동적침하량을 산정한다.

산정된 동적 침하량은 기존 정적 침하량에 비해 더 깊은 침하량을 도출해 내며, 실제 설치 환경을 고려하여 보다 합리적인 동적 침하량의 결과 값은 파이프라인 안정성 설계에 도입한다. 증가된 침하량의 양은 파이프라인이 갖는 저항력 인자중의 하나인 수동토압의 증가를 가져오며, 전체적으로 파이프라인이 갖는 저항력의 증가를 가져온다. 이로써 파이프라인에 가해지는 하중인자인 항력(drag force), 관성력(inertia force), 양력(lift force)으로부터의 안정성을 유지하기 위해 요구되는 파이프라인의 수중중량(required pipe submerged weight)은, 파이프라인의 저항인자인 수동토압력의 증가로, 기존보다 감소된 수중중량을 요구하게 된다. 따라서, 보다 감소된 필요수중중량으로 요구되어지는 콘크리트 두께 역시 감소를 가져온다.

Claims

(a) 파이프 제원, 환경 제원, 및 토질 제원을 포함하는 기본 데이터를 추출하는 단계와,
(b) 상기 기본 데이터를 기초로, 파이프에 가해지는 하중 인자를 추출하는 단계와,
(c) 상기 기본 데이터를 기초로, 파이프의 움직임을 방해하는 저항력 인자를 추출하는 단계와,
(d) 상기 하중 인자와 저항력 인자를 대비하여, 요구 수중중량을 추출하는 단계와,
(e) 상기 요구 수중중량을 설계기준과 대비하여, 설계기준의 만족 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 (c) 단계는 동적침하량 분석을 포함하여 산출한 해저침하량을 반영하여 저항력 인자를 추출하고,
상기 (e) 단계에서 설계기준을 만족하지 못할 경우, 상기 파이프의 움직임 획수를 증가하여 재차 동적침하량 분석을 하여 상기 (c) 내지 (e) 단계를 수행하는 것을 포함하는, 해저안정성 평가방법.
제1항에 있어서,
상기 (e) 단계에서 산출된 요구 수중중량을 통해, 파이프에 설치할 콘크리트 두께와 밀도를 산출하는, 해저안정성 평가방법.
제1항에 있어서,
상기 동적침하량은 동적환경에 의한 침하량(Zpd)과, 설치에 의한 침하량(Zpl)을 포함하는, 해저안정성 평가방법.
제1항에 있어서,
상기 해저침하량은 정적설치해석 과정과, 동적설치해석 과정을 포함하는, 해저안정성 평가방법.
(f) 초기 설계 인자, 파이프 형상 인자, 토양모델 인자, 반응력 인자를 한정(define)하는 단계와,
(g) 상기 한정된 인자들을 사용하여 상용 설계코드를 통해 제1 해저침하량을 산출하는 단계와,
(h) 상기 한정된 인자들을 사용하여 정적침하량을 산출하고, 접촉부설치인자(TLF)를 산출하는 단계와,
(i) 상기 접촉부설치인자(TLF)를 통해 동적설치인자(DLF)를 산출하는 단계와,
(j) 상기 동적설치인자(DLF)를 통해 동적침하인자(DEF)를 산출하는 단계와,
(k) 상기 정적침하량과 동적침하인자(DEF)를 통해 제2 해저침하량을 산출하는 단계와,
(l) 상기 제1 해저침하량과 제2 해저침하량을 대비하여, 제2 해저침하량이 크면, 제2 해저침하량을 해저침하량으로 산출하고, 제1 해저침하량이 크면, 상기 파이르의 움직임 횟수를 증가하여 재차 상기 (i) 내지 (l) 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 해저침하량을 분석방법을 포함하는, 해저안정성 평가방법.
제5항에 있어서,
상기 (h) 단계에서, 정적침하량은, 유효중량과 정적침하량 비율과의 관계를 나타낸 그래프를 통해 구하는, 해저안정성 평가방법.
제5항에 있어서,
상기 (i) 단계에서, 접촉부설치인자는, 유효중량과 접촉부설치인자와의 관계를 나타낸 그래프를 통해 구하는, 해전안정성 평가방법.
제5항에 있어서,
상기 (j) 단계에서, 동적설치인자(DLF)는, 접촉부설치인자와 동적설치인자와의 관계를 나타낸 그래프를 통해 구하는, 해저안정성 평가방법.
제5항에 있어서,
상기 (k) 단계에서, 동적침하인자(DEF)는, 동적설치인자와 동적침하인자와의 관계를 나타낸 그래프를 통해 구하는, 해저안정성 평가방법.
제1항에 있어서,
상기 파이프 제원은, 파이프 외경(outside diameter), 벽 두께(wall thickness), 밀도(density), 영계수(Young's modulus), 프와송비(Poisson ratio), 항복강도(specified minimum yield strength), 인장강도(specified minimum tensile strength), 코팅 두께(coating thickness), 코팅 밀도 (coating density)를 포함하는, 해저안정성 평가방법.
제1항에 있어서,
상기 환경 제원은, 수심(water depth), 파고(wave height), 파주기(water peried), 파각도(wave angle), 조류속도(steady current velocity), 조류각도(current angle)를 포함하는, 해저안정성 평가방법.
제1항에 있어서,
상기 토질 제원은, 비배수 전단강도(undrained shear strength), 수중중량 (submerged weight), 부피밀도(bulk density), 프와송비(Poisson's ratio), 입도(grain size)를 포함하는, 해저안정성 평가방법.
제1항에 있어서,
상기 하중 인자는, 항력(drag force), 관성력(inertia force), 양력(lift force)를 포함하는, 해저안정성 평가방법.
제1항에 있어서,
상기 저항력 인자는, 파이프 수중 중량, 파이프 마찰력, 수동토압력을 포함하는, 해저안정성 평가방법.