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초록
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최근 신재생 에너지 중 하나인 풍력발전에 대한 관심이 증가하고 있다. 풍력발전은 토지구입비, 소음문제에 자유로운 해상풍력으로 추세가 옮겨가고 있으며 이를 위한 연구개발이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 그러나 해상에 위치한 풍력발전을 위한 설계기준은 국내, 국외 모두 없는 실정이다. 이 점을 고려하여 국내, 국외의 구조설계기준인 도로교 설계기준, 항만 및 어항 설계기준, DNV OS를 참고하여 다중 파일기초 콘크리트 지지구조물(MCF)의 내진해석을 수행하여 결과를 비교하였다. 또한 시간에 의한 효과를 확인하기 위하여 시간이력 해석 또한 수행되었다. 부가질량법(Added-mass method)을 사용하여 물과 구조의 상호작용을 고려하였고 물의 유무에 따라 구조물의 반응을 비교하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, Wind-turbine electronic generator become popular. Wind-Turbine is free to cost for purchase and noise problem. For this reason, trend is shifting from Wind-turbine on land to offshore. Research and Development for offshore Wind-turbine has been conducted by various research institution. Ho...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 5MW 풍력발전기를 위한 다중 파일기초 원추형 콘크리트 지지구조(MCF)의 내진해석을 수행하였다. 본 연구는 새로운 부가질량법(added mass method)을 사용하여 물의 영향의 정도를 평가하고, 여러 설계기준에서 제시된 지진에 대해서 MCF 원추형 콘크리트 기초의 내진 안정성의 평가하기 위한 해석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 5MW 풍력발전기를 위한 다중 파일기초 원추형 콘크리트 지지구조(MCF)의 내진해석을 수행하였다. 본 연구는 새로운 부가질량법(added mass method)을 사용하여 물의 영향의 정도를 평가하고, 여러 설계기준에서 제시된 지진에 대해서 MCF 원추형 콘크리트 기초의 내진 안정성의 평가하기 위한 해석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 5MW급 풍력터빈의 콘크리트기초에 대하여 내진해석을 수행하였다. 물에 의해 고유진동수가 교란되는 영향을 확인하기 위해 물을 고려한 모델, 물을 고려하지 않은 모델, 두 개의 모델을 작성하여 결과를 비교, 검토하였다.

가설 설정

  •  작용하는 하중은 자중과 지진력만이 작용하는 것으로 가정하였다.
  • 구조물의 경계조건은 기초의 바닥에서 모든 자유도를 구속하였다. 감쇠는 모드감쇠 0.05를 가정하였다. 동일한 물성치, 하중조건에 대하여 물의 영향을 고려한 모델과 물의 영향을 무시한 모델의 두 가지의 경우로 나누어 해석을 수행하였다.
  • 3에 풍력타워의 콘크리트 기초부의 형상과 치수를 나타내었다. 구조물 상부에 거치되는 블레이드, Generator Shaft, Turbine은 집중질량 350ton으로 가정하였다. 본 연구에서는 물의 영향을 확인하기 위하여 두 가지의 모델 형식을 사용하였다.
  • 구조해석은 상용 구조해석 프로그램인 MIDAS/Civil 2012를 사용하였다. 작용하중은 자중(self weight+turbine weight)만을 고려하였고 지반은 안정하다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MCF가 기존의 구조형식과 비교하였을 때 가지는 특징은? MCF는 기존의 지지구조에서 발생한 문제점을 반영하여 경제성과 구조성능을 개선하기 위하여 제안되었다. 기존의 구조형식과 비교하였을 때 강재 사용량과 용접 필요부분이 작으므로 피로성능, 안정성에서 유리하다. 또한 MCF 구조물은 콘크리트가 주가되는 강합성 구조물로 이는 강재소모량 감소, 콘크리트의 높은 부식에 대한 저항성, 높은 피로저항능력, 뛰어난 내구성, 유지보수비용 절감이라는 장점을 가진다.
MCF 구조물의 장점은? 기존의 구조형식과 비교하였을 때 강재 사용량과 용접 필요부분이 작으므로 피로성능, 안정성에서 유리하다. 또한 MCF 구조물은 콘크리트가 주가되는 강합성 구조물로 이는 강재소모량 감소, 콘크리트의 높은 부식에 대한 저항성, 높은 피로저항능력, 뛰어난 내구성, 유지보수비용 절감이라는 장점을 가진다. MCF는 위에 설명한 특징들을 통해 구조성능 뿐만 아니라 경제성 또한 확보하는 것을 목표로 하고 있으며 이를 위한 다양한 연구와 실험이 진행 중에 있다.
MCF는 왜 제안되었는가? MCF는 강합성 구조로 지지파일과 말뚝과 기초가 연결되는 슬리브, 콘 모양의 콘크리트 본체, 강기둥과 접합되는 접합부로 이루어져 있다. MCF는 기존의 지지구조에서 발생한 문제점을 반영하여 경제성과 구조성능을 개선하기 위하여 제안되었다. 기존의 구조형식과 비교하였을 때 강재 사용량과 용접 필요부분이 작으므로 피로성능, 안정성에서 유리하다.
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참고문헌 (12)

  1. Lee, J.H., Lee, S.B., Kim, J.K. (2012) Earthquake Response Analysis of an Offshore Wind Turbine Considering Fluid-Structure-Soil Interaction, J. Earthq. Eng. Soc. Korea, 16(3), pp.1-12. 

  2. Kim, J.-S., Song, C.Y., Lee, D.Y. (2012) Estimation of Hydrodynamic on Fixed Offshore Wind Turbine Substructure Considering Flexible Effect, Autumn Conference of The Korean Society for Marine Environment and Energy in Autumn of 2012, The Korean Society for Marine Environment and Energy, pp.385-389. 

  3. Kim, H.G., Kim, B.J., Kim, K.D. (2013) New Development of Hybrid Concrete Support Structure with Driven Piles for Offshore Wind Turbines, J. Korean Soc. Steel Construct., 25(3), pp.307-320. 

  4. Ministry of Land, Transport and Maritime Affaires of South Korea (2012) Korea Bridge Design Code (Limit State Design). 

  5. Ministry of Maritime Affairs and Fisheries (2005) Harbor and Marina Design Code 

  6. Anil, K. C. (2004) Dynamics of Structures 2th Edition, Pearson Educations. 

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  10. MIDAS Information Technology (2012) MIDAS/CIVIL 2012 Analysis Reference 

  11. Vries, de W.E. (2007) Upwind WP4 D4.2.1 Assessment of Bottom-mounted Support Structure Types, Deliverable report, Project UpWind, Riso National Laboratory-DTU, Denmark. 

  12. Yang, W., Li, Q. (2013) A New Added Mass Method for Fluid-Structure Interaction Analysis of Deep-water Bridge, KSCE J. Civil Eng.,17(6), pp.1413-1424. 

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