태풍 시뮬레이션을 통한 한반도 극한풍속 추정
Estimation of Extreme Wind Speeds in Korean Peninsula using Typhoon Monte Carlo Simulation
2
조회
0
다운로드
6
인용
0
참고문헌
키워드
초록
국내 서해대교, 인천대교와 같은 장대교량은 대부분 빈번하게 태풍에 의해 영향을 받는 해안에 위치하였으며, 교량의 길이가 긴 만큼 풍하중에 의한 영향이 다른 하중에 비해 상대적으로 크기 때문에 내풍 안정성을 확보하기 위해 정확한 설계풍속을 산정하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 태풍의 기후학적 특성 인자로 중심기압깊이, 태풍이동속도, 태풍이동방향, 최단접근거리를 결정하였으며, 태풍의 기후학적 특성들의 확률 분포를 추정하고, 바람장 모형과 중심기압상승 모형을 적용하여 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하였다. 분석결과, 대체적으로 제주도와 남해안 지역의 재현기간 풍속이 크게 나오며 고위도로 갈수록 작아지는 특징을 나타냈다. 이와 같은 특징이 나타난 가장 큰 원인은 고위도 분석지점 표본 태풍의 중심기압이 저위도 분석지점 표본 태풍의 중심기압보다 높기 때문으로 판단되며, 또한 우리나라에 해상에서 육지로 이동하면서 쇠퇴기를 겪어 점차 약해지기 때문인 것으로 분석되었다. 또한, 시뮬레이션 결과를 도로교 설계기준 100년 재현기간 풍속(10분 평균, 지상 10m, 지표조도 II)과 비교한 결과, 태풍시뮬레이션의 결과가 낮게 나타났으며, 이러한 점을 볼 때 도로교 설계기준의 기본 풍속이 높게 산정되어 있다고 판단되며, 기상자료 분석과 같은 추가적인 연구를 통해 기본풍속 조정에 대한 연구가 수행 되어야 할 것으로 사료된다.
Abstract
The long-span bridges such as Incheon Bridge and Seohae Grand Bridge are located on the coastal region effected frequently by strong wind of typhoons. In order to ensure the wind-resistant performance of the structure, estimation of the proper design wind speed is very important. In this study, stochastic estimation of design wind speed incurred by typhoons is carried out. For this purpose, we first established probability distribution of climatological parameters such as central pressure depth, distance of closest approach, translation speed and heading to build statistical model of typhoons, which are employed in Monte Carlo simulation for hypothetical typhoons. Once a typhoon is generated with statistically justified parameters, wind speeds are estimated along its path using wind field model. Thousands of typhoons are generated and their peak wind speeds are utilized to establish the extreme wind speeds for different return period. The results are compared with design basic wind speeds in Korean Highway Bridge Design Code, showing that the present results agree well with similar studies while the existing code suggests higher design wind speed.
참고문헌 (26)
- American Society of Civil Engineers, "ASCE 7-88 Standards, Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures", 94~ (1990)
- Batts, M. E., "Hurricane Wind Speeds in the United States", J.Struct. Div., ASCE, 106(10), pp.2001~2016 (1980)
- Cho, H. N., "Probabilitybased Estimation of Basic Design Wind Speeds in Korea", J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 2(2), pp.63~72 (1989)
- Statistical Analysis of the Characteristics of Severe Typhoons Hitting the Japanese Main Islands, "Fujii, T.", Monthly Weather Review, 1091~1097 (1998)
- Georgiou, P. N., "Design Wind Speeds Regions Dominated by Tropical Cyclones", J. Wind Eng. & Industrial Aerodyn., 13(1-3), pp.139~152 (1983)
- Meterological Considerations Pertinent to Standard Project Hurricane, Atlantic and Gulf Coasts of the United States, National Hurricane Research Project Report, "Graham, H. E.", U.S. Weater Bureau, ~, pp.Report No.33 (1959)
- Haun, Z., "Hurricane Simulation Techniques for the Evaluation of Wind-speeds and Expected Insurance losses", J. Wind Eng. & Industrial Aerodyn., 89(7-8), pp.605~617 (2001)
- 김한수, "서남해안 장대교량에 적합한 설계 풍속 산정", 한국구조물진단유지관리공학회 논문집, 15(2), pp.153~160 (2011), 한국구조물진단유지관리공학회
- 김석철, "Monte Carlos 태풍 시물레이션과 CFD 모델을 이용한 울산지역 국지적 강풍 발생빈도 추정", 한국풍공학회지, 9(1), pp.45~54 (2005), 한국풍공학회
- 권순덕, "태풍 시뮬레이션을 통한 서남해안의 극한풍속 예측", 대한토목학회 논문집A, 28(4), pp.431~438 (2008), 대한토목학회
- 권순덕, "단기 관측을 통한 설계풍속 추정", 대한토목학회 논문집A, 29(3), pp.209~216 (2009), 대한토목학회
- 이성로, "단기 풍관측에 의한 교량현장 기본풍속 추정", 대한토목학회논문집(국문), 33(4), pp.1271~1279 (2013), 대한토목학회[DOI]
- Lee, Y. K., "Development of Model for Wind Hazard Assessment Based on Geographical Information", ph. D, pp.2009
- 이영규, "한반도 근역 태풍에 의한 지표풍 추정", 한국풍공학회지, 12(2), pp.121~128 (2008), 한국풍공학회
- 이영규, "한반도 내습 태풍의 최대풍속반경 분석", 한국풍공학회지, 11(2), pp.203~210 (2007), 한국풍공학회
- 이영규, "해상구조물의 내풍 설계 기준 풍속 분석", 한국풍공학회지, 13(3), pp.129~135 (2009), 한국풍공학회
- Korean Highway Bridge Design Code, "Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs", Korea Road & Transpotation Association, 6~49 (2010)
- National Emergency Management Agency, "Disaster Annals, 11-1750000-000031-10", Ministry of Public Safety and Security, 722~ (2014)
- National Oceanic and Atmospheric Adminsitration, "Revised Standard Project Hurricane Criteria for the Atlantic and Gulf Coasts of the United States, Memorandum HUR7-120", U.S. Department of Commerce, 47~ (1972)
- "National Typhoon Center"[URL]
- Russell, L. R., "Probability Distributions for Hurricane Effects. J. Waterw", Harbors & Coastal Eng., ASCE, 97(1), pp.139~154 (1971)
- Sanchez-Sesma, J., "Simple Modeling Procedure for Estimation of Cyclonic Wind Speeds", J. Struct. Eng., ASCE, 114(2), pp.352~370 (1988)
- Analysis and Synthesis of Hurricane Wind Patterns over Lake Okechobee, Florida, "Schloemer, R. W.", Weather Bureau, 49~, pp.Report No.31 (1954)
- Simiu, E., "Wind effects on structures", pp.688~ (1996), Wiley Interscience
- Vickery, P. J., "Prediction of Hurricane Wind Speeds in the United States", J. Struct. Eng., 121(11), pp.1691~1699 (1995)
- Vickery, P. J., "Wind Field and Filling Models for Hurricane Wind-speed Predictions", J. Struct. Eng., 121(11), pp.1700~1709 (1995)