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하이브리드 해상풍력 파일 기초 콘크리트 지지구조(MCF) 개발
New Development of Hybrid Concrete Support Structure with Driven Piles for Offshore Wind Turbines 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.25 no.3 = no.124, 2013년, pp.307 - 320  

김현기 (건국대학교 사회환경시스템공학과) ,  김범준 (건국대학교 사회환경시스템공학과) ,  김기두 (건국대학교 사회환경시스템공학과)

초록
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기존 해상풍력발전 지지구조물의 단점을 보완한 신형식의 파일 기초 하이브리드 지지구조물을 본 연구에서 제안하였다. 이 지지구조는 콘크리트 자중을 이용한 중력식 기초의 개념으로부터 수정되어 4개의 파일로 지지되며, 강재 샤프트와 원추형 콘크리트가 결합된 하이브리드 형식이다. 규모가 크고 두꺼운 콘크리트의 3차원 해석을 위해, 정확한 기하형상 모델링과 응력의 절점 보간이 가능한 솔리드-쉘 입체요소를 개발하였다. 해양구조물 전용 유한요소 프로그램인 XSEA에 탑재된 솔리드-쉘 요소와 Stream Function 파랑 이론을 적용하여, 제안한 하이브리드 지지구조물에 대해 서남해안 지역의 환경조건을 적용한 준정적 해석 및 고유진동수 해석을 실시하였다. 해석결과, 수평변위가 허용변위 이내로 나타났고, 고유진동수 해석을 통해 하이브리드 구조형식의 동적거동에 대한 우수성을 입증하였다. 결과적으로, 파일지지 하이브리드 지지구조물은 우리나라 서남해안 지역과 같이 연약지반에 적용 할 수 있는 충분한 안정성을 가진 것으로 평가 되었고, 각 부재에 대한 최적화 연구를 통해 경제성 확보가 가능한 것으로 검토되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a new hybrid support structure by the driven piles which removes disadvantages of the existing type of support structure for offshore wind turbines. The hybrid type of support structure is combined with concrete cone and steel shaft, and is supported not only by gravity type foun...

주제어

#파일기초   #하이브리드 지지구조물   #솔리드-쉘   #유한요소 해석   #파랑이론  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
EAS 방법의 장점은? EAS 방법은 쉘과 솔리드 요소의 잠김이 없는 거동을 위한 복합 응력 방법의 대안이 될 수 있고, 복합 응력 방법과 비교해 볼 때 재료 비선형 정식화에서 큰 장점을 가진다. 하지만 비선형 해석을 위한 추가적인 자유도(D.
콘크리트재료의 장점은 무엇인가? 콘크리트 재료의 장점은 비용적인 측면에서 강재의 절반정도이며, 다른 재료보다 강한 내구성을 갖고 있으며, 낮은 유지관리 비용이 소요된다. 또한, 침식에 대한 저항성이 높고, 아주 높은 감쇄특성을 가지고 있어, 증가되는 하중에 대처하기 쉽고 강재 자켓(Jacket)보다 짧은 기간에 신속히 설치할 수 있다.
파일 기초 하이브리드 지지구조물의 형식은? 기존 해상풍력발전 지지구조물의 단점을 보완한 신형식의 파일 기초 하이브리드 지지구조물을 본 연구에서 제안하였다. 이 지지구조는 콘크리트 자중을 이용한 중력식 기초의 개념으로부터 수정되어 4개의 파일로 지지되며, 강재 샤프트와 원추형 콘크리트가 결합된 하이브리드 형식이다. 규모가 크고 두꺼운 콘크리트의 3차원 해석을 위해, 정확한 기하형상 모델링과 응력의 절점 보간이 가능한 솔리드-쉘 입체요소를 개발하였다.
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참고문헌 (19)

  1. Subrata Chakrabarti (2005) Handbook of offshore engineering, Elsevier Science Ltd., U.S.A. 

  2. Nikolasos, N. (2004) Deep water offshore wind technologies, University of Strathclyde. 

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  4. COWI (2010) Gravity Base Foundation for Red Sand2, Denmark. 

  5. Vici Ventus (2010) Offshore Wind Turbines: Concrete Foundations, Norway. 

  6. Ahmad, S., Irons, B.M., and Zienkiewicz, O.C. (1970) Analysis of Thickand Thin Shell Structures by Curved Finite Elements. Int. J. Numer. Meth. Eng. Vol. 2, pp.419-451. 

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  7. Hauptmann, R. and Schweizerhof, K. (1998) A systematic development of solid-shell element formulations for linear and non-linear analysis employing only displacement degrees of freedom. Int. J. Numer. Meth. Eng. Vol. 42, pp.49-69. 

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  8. Sze, K.Y. and Yao, L.Q. (2000) A hybrid stress ANS solid-shell element and its generalization for smart structure modeling, Part I:Solid-shell element formulation. Int. J. Numer. Meth. Eng. Vol. 48, pp.545-564. 

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  10. Kim, K.D., Lomboy, G.R., and Han, S.C. (2003) A co-rotational 8-node assumed strain shell element for postbuckling analysis of laminated composite plates and shells. Comput. Mech. Vol. 30, No. 4, pp.330-342. 

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  16. DNV-OS-J101 (2011) Design of Offshore Wind Turbine Structures, Det Norske Veritas, Offshore Standard. 

  17. DNV-RP-C205 (2007) Environmental Conditions and Environmental Loads, Recommended Practice, Det Norske Veritas, Offshore Standard. 

  18. Oh, K.Y., Kim, J.Y., and Lee, J.S. (2013) Preliminary evaluation of monopile foundation dimensions for an offshore wind turbine by analyzing hydrodynamic load in the frequency domain, Renewable Energy, Vol. 54, pp.211-218. 

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  19. Jonkman, J., Butterfield, S., and Musial, W., and Scott, G. (2009) Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development, National Renewable Energy Laboratory, NREL/TP-500-38060. 

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