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건조 사질토 지반에 설치된 석션 버켓기초의 장기 반복하중에 의한 누적회전각 산정
Accumulated Rotations of Suction Bucket Foundations under Long-term Cyclic Loads in Dry Sandy Ground 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.32 no.12, 2016년, pp.69 - 78  

이시훈 ((주)이화기술단) ,  최창호 (한국건설기술연구원 지반연구실) ,  김성렬 (동아대학교 토목공학부)

초록
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최근에 해상 풍력발전기의 기초구조물로 석션 버켓기초가 적용되고 있다. 그런데, 석션기초는 보통 해양 연약지반에 설치되므로 장기 반복하중에 의해 누적변위가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 1-g 모형실험을 수행하여 장기 수평 반복하중을 받는 석션 버켓기초의 누적 회전각을 분석하였다. 지반조건은 2가지 밀도의 건조 사질토 지반에 대하여 실험하였다. 모형석션 버켓기초의 근입깊이, 모형지반의 밀도, 반복하중의 크기를 변화시키며 실험을 수행하였다. 수평 반복하중은 일방향 재하로 최대 $10^4$번까지 재하하였다. 실험결과, 석션 버켓기초의 누적회전각은 재하횟수와 재하진폭이 증가에 비례하여 증가하였다. 실험결과를 이용하여 건조 사질토 지반에 근입된 석션 버켓기초의 장기 누적회전각을 산정할 수 있는 경험식을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A suction bucket foundation has been considered to be a potential foundation type for offshore wind turbines. A suction bucket foundation is usually installed in soft soil, so the accumulated displacement of the foundation may occur under long-term cyclic loads. In this study, a series of 1-g model ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1g 모델의 경우 낮은 구속압에서 실험하기 때문에 현장의 높은 구속압에서의 지반거동을 재현하기 어렵다. 그러므로, 본 연구에서는 지반을 최대한 느슨하게 조성하고자 노력하였다. 그 이유는 한계상태 개념에서 흙의 최종적인 항복 응력조건은 한계상태로 수렴하는데, 1g 상태의 작은 구속압에서는 최대한 느슨한 지반을 조성하는 것이 필요하기 때문이다(Altaee and Fellenius, 1994; Been and Jefferies, 1985).
  • 본 연구에서는 건조 사질토 지반에 근입된 버켓기초에 대하여 반복 수평하중 재하실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다. 다만, 본 연구에서는 건조사질토 지반에 대한 실험을 수행하였는데, 이 조건은 지반의 투수성이 커서 배수가 원활한 조건에 해당한다.
  • 본 연구에서는 모래지반에 설치된 버켓기초에 장기 수평반복하중이 작용할 때의 누적 회전각을 분석하였다. 1-g 모형실험을 수행하여 반복하중의 진폭과 지반밀도, 버켓제원 등을 변화시키며 다양한 조건에 대한 실험을 수행하였다.
  • 번의 반복하중을 고려하여 안정성을 검토하도록 제안하고 있다(DNV, 2007). 본 연구에서는 실험 시간상의 제약으로 최대 10,000번 정도의 재하를 통해 이후의 변위 경향성을 찾고자 하였다.

가설 설정

  • 5m와 15m로 가정하였다. 그리고, 버켓재료는 두께 30mm의 강재를 가정하였다. 원형 구조물에 대하여 Wood(2004)가 제안한 상사법칙을 적용하여 길이 상사비 1/100에 대한 모형 버켓기초를 제작하였다.
  • 본 연구에서는 원형 버켓 기초구조물의 제원으로 직경(D) 15m, 근입깊이(L) 7.5m와 15m로 가정하였다. 그리고, 버켓재료는 두께 30mm의 강재를 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
석션 버켓기초는 무엇인가? 석션 버켓기초는 별도의 대형 시공장비가 필요없고 시공이 간편하기 때문에 해저지반이 점토 또는 보통 조밀한 사질토 지반인 경우 가장 경제적인 기초형식으로 알려져 있다. 버켓기초는 컵을 뒤집어놓은 형상의 기초로서, Fig.
버켓기초는 무엇에 널리 적용됐는가? 최근, 해상 풍력발전기의 기초구조물로서 석션 버켓 기초의 적용 연구가 활발히 수행되고 있다. 버켓기초는 지금까지 해상작업대, 자켓구조 등과 같은 해상구조물에 널리 적용되어 왔다(Tjelta and Haaland, 1993; Bransby and Randolph, 1998; Houlsby et al., 2005; Luke et al.
해상 버켓기초는 그 장점에도 불구하고 적용사례가 많지 않은 이유가 무엇인가? 해상 버켓기초는 시공비용 및 적용범위 측면에서 큰 장점이 있지만 최근까지 적용사례는 많지 않다. 그 이유는 버켓기초는 얕은기초의 일종으로 이동과 회전이 함께 발생하는 등 파괴 메커니즘이 복잡하여 실무적인 설계법이 정립되어 있지 않기 때문이다. 특히, 해상 풍력 발전기와 같은 해상구조물에는 풍력, 조력 및 파력 등에 의한 장기간에 걸친 반복하중의 영향으로 장기 누적변위가 발생할 수 있지만 이에 대한 버켓기초의 거동예측 및 설계법이 정립되어 있지 않다.
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참고문헌 (18)

  1. Altaee, A. and Fellenius, B. H. (1994), "Physical Modeling in Sand", Canadian Geotechnical Journal, Vol.31, No.3, pp.420-431. 

  2. Been, K. and Jefferies, M. G. (1985), "A State Parameter for Sands", Geotechnique, Vol.35, No.2, pp.99-112. 

  3. Bransby, M. F. and Randolph, M. F. (1998), "Combined Loading of Skirted Foundations", Geotechnique, 48, pp.637-655. 

  4. Byrne, B. W. (2000), "Investigations of Suction Caissons in Dense Sand", PhD Dissertation, Magdalen College, University of Oxford. 

  5. Cox, J. A., O'Loughlin, C. D., Cassidy, M., Bhattacharya, S., Gaudin, C., and Bienen, B. (2014), "Centrifuge Study on the Cyclic Performance of Caissons in Sand", International Journal of Physical modelling in Geotechnics, Vol.14, No.4, pp.99-115. 

  6. Det Norske Veritas (2007), "Design of Offshore Wind Turbine Structures", Offshore standard DNV-OS-J101. 

  7. Foglia, A., Ibsen, L. B., Nicolai, G., and Andersen, L. V. (2014), "Obsevations on Bucket Foundations under Cyclic Loading in Dense Saturated Sand", Proceedings of the 8 th international conference of physical modelling in geotechnics (ICPMG), CRC Press. 

  8. Houlsby, G. T., Ibsen, L. B., and Byrne, B. W. (2005), "Suction Caissons for Wind Turbines", Frontiers on Offshore Geotechnics (ISFOG 2005)-Gourvenec & Cassidy (eds), Taylor & Francis group, London, ISBN 041539063X, pp.75-93. 

  9. Hung, L. C. and Kim, S. R. (2014), "Evaluation of Undrained Bearing Capacities of Bucket Foundations under Combined Loads", Marine Georesources and Geotechnology 32, pp.76-92. 

  10. Lee, J. H., Do, J. U., and Kim, S. R. (2015), "A Comparative Study on the Resistances of Bucket Foundation in Sand with Different Installation Methods", Int. J. of Geomate, Vol.8, No.1, pp.1186-1189. 

  11. Kelly, R. B., Houlsby, G. T., and Byrne, B. W. (2006), "Transient Vertical Loading of Model Suction Saissons in a Pressure Chamber", Geotechnique, Vol.56, No.10, pp.665-675. 

  12. LeBlanc, C., Houlsby, G. T., and Byrne, B. (2010), "Response of Stiff Piles in Sand to Long-term Cyclic Lateral Loading", Geotechnique, Vol.60, No.2, pp.79-90. 

  13. Lee, S. H., Kim, S. R., Lee, J. Y., and Choi, C. H. (2014), "Development and Verification of Long-term Cyclic Loading Equipment to Analyze behavior of Foundation of Offshore Wind Turbine", Korean Geotechnical Engineering, Vol.30, No.10, pp.8-17. (in Korean) 

  14. Luke, A. M., Rauch, A. F., Olson, R. E., and Mecham, E. C. (2005), "Components of Suction Caisson Capacity Measured in Axial Pullout Tests", Ocean Engineering 32, pp.878-891. 

  15. Tjelta, T. I. and Haaland, G. (1993), "Novel Foundation Concept for a Jacket Finding its Place", Offshore site investigation and foundation behaviour 28, pp.717-718. 

  16. Wood, D. M. (2004), Geotechnical Modelling, Spon Press, New york, USA. 

  17. Villalobos, F. A. (2006), "Model Testing of Foundations for Offshore Wind Turbines", PhD dissertation, Keble College, University of Oxford. 

  18. Zhu, B., Byrne, B. W., and Houlsby, G. T. (2013), "Long-term Lateral Cyclic Response of Suction Caisson Foundations in Sand", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.139, No.1, pp.73-83. 

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