Submerged floating tunnel (SFT) has many advantages of less excitation by wind load and earthquake owing to its positioning in the water compared to the sea-bridge or underground tunnel. Guarantee for the safety of the SFT is the primary request for the realization of the structure under the application of frequently varying wave load, complex interaction between the load and the structure, therefore, determination of the initial cross-section of the SFT requires repetitive iterations. However, numerical analyses of usual offshore structure are based on the beam elements, which gives only the information in the longitudinal direction, and the time-consuming process is required when the dynamic analysis is performed based on the solid elements. To overcome these limitations, an approach of the equivalent static load is introduced, which transforms a dynamic load at the time which induces the maximum response of the structure into an equivalent static load. After that, parametric studies with four parameters of outer diameter, outer thickness, wave parameters, and submergence depth of the SFT are performed. Reaction forces on mooring lines and three-dimensional compressive, tensile, and shear stresses can be evaluated and investigated with appropriate reinforcements. Through the rigorous analyses and verification of the numerical results, an initiative guideline for the optimal design of the SFT section can be suggested.
수중터널은 비교적 깊은 수심에 설치되어 해저터널 및 해상교량 대비 파랑 및 지진하중 등에 낮은 영향을 받는 등의 장점을 갖는다. 수시로 변화하는 파랑하중의 특성과 구조물, 유체 사이의 복잡한 상호작용을 고려한 수중 구조물의 안전성 확보는 수중터널의 실용화를 위한 중요한 과제이며, 수중터널의 초기 단면 결정을 위해서는 반복적인 매개변수 연구가 뒤따른다. 그러나 일반적인 보 요소를 활용하는 해상 구조물 수치해석 절차를 따르는 경우 횡방향의 단면력을 확인할 수 없어 보수적인 설계가 진행되고, 입체 요소를 활용한 동적 해석을 수행하는 경우에는 과도한 비용과 시간이 소요된다. 이를 극복하기 위하여, 본 연구에서는 구조물의 최대 응답을 유발하는 시점의 동적 하중을 등가의 정적 하중으로 변환하는 등가정적하중 개념을 도입하고, 이를 통해 직경, 외곽두께, 파랑하중 인자 및 터널의 침수깊이, 총 네 가지 변수의 조합에 따른 매개변수 연구를 진행하고, 수중터널 시스템의 계류선 장력, 그리고 종방향과 횡방향의 압축, 인장, 전단응력을 평가하여 이에 대한 평가를 진행하였다. 이후, 분석 결과를 기반으로 단일 원형 수중터널의 최적 단면 설계를 위한 가이드라인을 제시하였다.
