[논문]해상풍력 대구경 모노파일의 p-y 곡선에 대한 수평-모멘트 조합의 영향: 원심모형실험

이민지; 윤종석; 추연욱

doi:10.7843/kgs.2020.36.2.29

해상풍력 대구경 모노파일의 p-y 곡선에 대한 수평-모멘트 조합의 영향: 원심모형실험
Effect of Lateral Load-Moment Combination on p-y Curves of Large Diameter Monopile for Offshore Wind Turbine: Centrifuge Model Tests 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.36 no.2, 2020년, pp.29 - 42

이민지 (공주대학교 건설환경공학과) , 윤종석 (공주대학교 건설환경공학과) , 추연욱 (공주대학교 건설환경공학과)

초록
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본 연구에서는 모래지반에 설치된 해상풍력 지지용 직경 7m 모노파일의 p-y 곡선에 대한 수평하중-모멘트 조합의 영향을 분석하기 위하여 원심모형실험을 수행하였다. 이를 위하여 원심모형실험시스템을 구축하였고, 다수의 게이지를 부착한 계측용 모노파일 모형을 사용하여 68.83g에서 원심모형실험을 수행하였다. 지표면으로부터 직경의 1배와 직경의 5배 높이에서 하중재하를 하는 2개의 수평하중-모멘트 조합으로 재하시험이 수행되었다. 모형지반은 중간밀도의 모래로 조성되었다. 원심모형실험결과로부터 실험 p-y 곡선을 산정하였고 기존 문헌의 p-y 곡선과 비교하였다. 결과적으로 p-y 곡선에 대한 모멘트 조합의 영향이 미미함을 확인하였다. 또한, 근입깊이가 모노파일의 p-y 곡선에 영향을 미치는 것을 확인하였다

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, centrifuge tests were performed to investigate the effect of the lateral load-moment combination on the p-y curves for 7 m-diameter monopiles installed in sand for offshore wind turbine. For the objectives, a centrifuge testing system was developed and tests were conducted at an acceleration of 68.83 g using well-instrumented model monopiles under two different lateral load-moment combinations simulated by different loading heights: 1 and 5 times monopile diameter from the ground surface. The sand was prepared as medium loose sand. Based on the centrifuge test results, the experimental p-y curves were evaluated and compared with previous literatures including API codes. The experimental results reveal that the p-y curves were little influenced by the combination of lateral load and moment. It was also found that the embedded length affects p-y curves.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Schematic diagrams of centrifuge models with horizontal loading actuator of (a) Case 1 (e=1D), and (b) Case 2 (e=5D)
표 Table 1. Testing conditions of centrifuge models
그림 Fig. 2. Instrumentation on model monopiles
표 Table 2. Dimension of model monopiles
그림 Fig. 3. Layout of laser displacement sensors of (a) Case 1 and (b) Case 2
표 Table 3. Locations of laser displacement sensors
그림 Fig. 4. Preparation of sand layer using sand rainer
그림 Fig. 5. Centrifuge model mounted on centrifuge basket
그림 Fig. 6. Load-displacement curves
그림 Fig. 7. Normalized load-displacement curves at ground surface
표 Table 4. Input parameters of LPile models
표 Table 5. Coefficients of Eq. (4) determined from curve fitting of Case 1
그림 Fig. 8. Comparison of bending moment distributions measured and fitted for (a) Case 1, and (b) Case 2
표 Table 6. Coefficients of Ep. (4) determined from curve fitting of Case 2
그림 Fig. 9. Soil reaction force per unit length profiles of (a) Case 1, and (b) Case 2
그림 Fig. 10. Lateral displacement profiles of (a) Case 1, and (b) Case 2
그림 Fig. 11. Comparison of p-y curves obtained in this study and API p-y curves for three depths of 0.26D (z=1.82m), 0.50D (z=3.50m), and 1.00D (z=7.00m)
그림 Fig. 12. Comparison of normalized p-y Relationships obtained in this study with previous study for z=1.0D

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 실리카 모래로 조성된 단일층 지반으로 모노파일이 근입되어 설치되는 조건을 모사하였다. 지반 조성에 사용된 실리카 모래는 규암을 Hammer Crusher 공정에 의해 인공적으로 제작된 규사를 시험 시료로 사용하였다.
본 연구에서는 포화 모래지반에 설치되어 수평방향의 하중을 받는 직경 7m의 모노파일의 p-y 거동을 분석하기 위하여, 68.83g 원심모형실험을 수행했다. 상대밀도 54%와 65% 조성된 포화 모래지반에 모형말뚝을 설치하여 두 가지의 하중 재하 조건(지표면으로부터의 하중재하높이 1D, 5D)으로 수평방향 하중을 재하하였다.
본 연구에서는 해상풍력 지지용 직경 7m 모노파일의 p-y 곡선을 도출하기 위하여 원심모형실험을 수행하였다. 이를 위하여 원심모형실험 시스템을 구축하였고, 모래지반에 설치된 모노파일에 대하여 하중재하높이(e)를 달리하는 2가지 조건의 수평하중재하실험을 수행하였다.

제안 방법

(1) 1g 상태에서 모형지반을 2D(=모형 스케일 203.4 mm)까지 낙사한 후, 모형 모노파일을 1D(=모형 스 케일 101.7mm)까지 말뚝 두부에 4kg의 하중판을 이용하여 모형지반에 압입시켜 고정 시킨 후, 목표 높이인 475.1mm까지 추가 낙사하여 조성하였다.
(3) 모래지반의 포화를 위하여 물이 스며들어갈 정도의 적은 양의 물을 지표면으로 공급하여 모래지반을 포화시켰다.
(7) 실험 완료 후, 1g 상태로 내려 수위 및 지반 변형 형상을 관찰하였다.
3.1절의 절차에 따라 구해진 Case 1과 Case 2의 지표면에서의 하중-변위곡선을 1차원 유한차분법 해석 프로그램인 LPile 해석의 하중-변위 곡선과 Fig. 6에 같이 비교하였다. LPile 해석조건은 Table 4와 같다.
1절에서 산정한 지표면에서의 수평변위와 회전각을 이용하였다. Case 1의 경우, 하중-변위 곡선에서 나타나는 5MN, 7.5MN, 10MN, 12.5MN, 15MN, 20MN, 30MN, 40MN의 하중이 유발되는 시점과 Case 2의 경우, 하중-변위 곡선에서 나타나는 5MN, 7.5MN, 10MN, 11MN, 12MN, 12.5MN, 15MN, 20MN의 하중이 유발되는 시점에서의 지반반력(p)와 모노파일의 처짐량(y)의 깊이별 분포를 산정하고 이로부터 실험 p-y 곡선을 산정하였다.
LPile 해석조건은 Table 4와 같다. LPile 해석은 지반모델로 API sand를 적용하였고, 기타 조건은 원심모형실험 각 케이스의 조건을 동일하게 적용하였다.
균질한 지반 조성을 위하여 10mm 두께의 얇은 층을 낙사용 호퍼를 반복적으로 수평 이동시켜 낙사하여 조성하고 매 10mm 층마다 호퍼의 높이를 조절하여 낙하 높이를 일정하게 유지되도록 하였다. 상대밀도를 50~60% 의 느슨한 밀도, 높이 490mm 이상의 모래층을 목표로 조성한 후, 모래 흡입 장치와 고른 지표면을 조성하는 기구를 이용하여 모래층을 목표 높이의 수평면으로 조성하였다.
하지만 두 실험의 경우, 상대밀도의 차이가 있어 모노파일의 외경(D)과 수중단위중량(γ′)을 이용하여 정규화 하여 비교하였다. 또한, 기존문헌의 원심모형실험 결과들과 LPile 해석결과를 정규화하여 함께 비교하였다. Fig.
11과 같다. 또한, 원심모형실험 조건에 대해 수행된 LPile 결과로부터 추출된 p-y곡선을 같이 비교하였다.
83g의 원심가속상태로 가면서 발생하는 침하량을 모니터링하기 위하여 LVDT(Linear Variable Differential Transducer)를 지표면에 접촉하도록 설치하였다. 또한, 해양지반을 모사하기 위해 모래지반을 포화시켰으며, 지표면 위로 60mm의 물을 채워 지반을 조성하였다. 이때의 원심가속 중 수위를 측정하기 위하여 지표면에 수압계를 설치하였다.
말뚝 및 하중 재하기(엑추에이터)의 변위를 측정하기 위하여 고정도의 변위 측정이 가능한 비접촉식 레이저 센서를 이용하였다. 레이저 센서는 지표면 위 말뚝 상부에 4 지점을 측정 가능하도록 설치하였으며, 이는 Table 3와 Fig.
말뚝에 수평하중을 가했을 때, 토조 상부 프레임에 고정된 3개의 레이저센서(Fig. 3의 L1, L2, L3)를 이용하여 하중 재하 시 발생하는 지표면 위 말뚝 상단의 수평변위량을 계측하였다. 계측된 수평변위와 로드셀의 하중을 이용하여 하중-변위 곡선을 Fig.
말뚝에 수평하중이 가해질 때, 깊이별로 발생하는 p-y 곡선을 도출하기 위해 17쌍의 변형률계로부터 계측된 변형률 기록과, 3.1절에서 산정한 지표면에서의 수평변위와 회전각을 이용하였다. Case 1의 경우, 하중-변위 곡선에서 나타나는 5MN, 7.
모형지반이 68.83g의 원심가속상태로 가면서 발생하는 침하량을 모니터링하기 위하여 LVDT(Linear Variable Differential Transducer)를 지표면에 접촉하도록 설치하였다. 또한, 해양지반을 모사하기 위해 모래지반을 포화시켰으며, 지표면 위로 60mm의 물을 채워 지반을 조성하였다.
강제 변위에 의해 유발되는 하중은 로드셀을 통해 실시간으로 모니터링 된다. 반면, 상부타워와 클램프가 강결되면, 연결부에 국부적인 모멘트 또는 수직방향 하중이 발생할 우려가 있어 로드셀과 클램프는 힌지를 통하여 연결하여 추가적인 구속 모멘트를 제거하고, 클램프와 상부타워 사이를 얇은 테프론 링을 삽입하여 추가적인 수직하중이 발생하지 않도록 하였다.
본 연구의 실험 p-y 곡선과 API p-y 곡선을 기존에 연구된 사례 중 Choo and Kim, (2016)의 실험 p-y 곡선을 Fig. 12에 비교하였고, 상대밀도(D_r)와 모노파일의 외경(D)의 차이가 있어 이를 정규화 하여 비교하였다.
83g 원심모형실험을 수행했다. 상대밀도 54%와 65% 조성된 포화 모래지반에 모형말뚝을 설치하여 두 가지의 하중 재하 조건(지표면으로부터의 하중재하높이 1D, 5D)으로 수평방향 하중을 재하하였다. 이때의 말뚝의 p-y 거동을 분석하였고, 다음과 같은 결론을 도출했다.
균질한 지반 조성을 위하여 10mm 두께의 얇은 층을 낙사용 호퍼를 반복적으로 수평 이동시켜 낙사하여 조성하고 매 10mm 층마다 호퍼의 높이를 조절하여 낙하 높이를 일정하게 유지되도록 하였다. 상대밀도를 50~60% 의 느슨한 밀도, 높이 490mm 이상의 모래층을 목표로 조성한 후, 모래 흡입 장치와 고른 지표면을 조성하는 기구를 이용하여 모래층을 목표 높이의 수평면으로 조성하였다. 최종적으로 상대밀도 54%(Case 1), 65%(Case 2), 높이 475.
본 수평 하중 재하기는 변위 제어 시스템으로 제작되었다. 수평하중 재하기는 안정적인 지지를 위해 원형 토조의 상부에 고정하였으며, 지표면에서 작용하는 수평하중을 모사하기에는 공간상의 어려움이 있어 가장 근접한 위치인 지표면으로부터 원형 7m(1D) 높이와, 해상풍력 타워의 하중 조건인 터빈의 추력, 타워에 전달되는 바람 및 파랑 하중을 고려하여 지표면으로부터 원형 35m(5D) 높이에 수평하중을 재하하여 수평하중과 편심모멘트가 동시에 작용하도록 계획하였다. 수평하중 재하기의 가력 랏드는 모노파일의 상부타워에 클램프와 로드셀로 연결되어 하중재하기의 움직임으로 모노파일에 강제 변위가 전달되도록 하였다.
수평하중 재하기는 안정적인 지지를 위해 원형 토조의 상부에 고정하였으며, 지표면에서 작용하는 수평하중을 모사하기에는 공간상의 어려움이 있어 가장 근접한 위치인 지표면으로부터 원형 7m(1D) 높이와, 해상풍력 타워의 하중 조건인 터빈의 추력, 타워에 전달되는 바람 및 파랑 하중을 고려하여 지표면으로부터 원형 35m(5D) 높이에 수평하중을 재하하여 수평하중과 편심모멘트가 동시에 작용하도록 계획하였다. 수평하중 재하기의 가력 랏드는 모노파일의 상부타워에 클램프와 로드셀로 연결되어 하중재하기의 움직임으로 모노파일에 강제 변위가 전달되도록 하였다. 강제 변위에 의해 유발되는 하중은 로드셀을 통해 실시간으로 모니터링 된다.
실제 해상풍력 타워의 외력으로 주로 작용하는 수평하중과 모멘트를 모사할 수 있도록 수평 엑추에이터를 이용하여 수평하중 및 모멘트를 동시에 가력하도록 하였다. 하중 모사 시스템은 수평하중 재하기(Lateral actuator), 작용점 조절부(Rod for loading), 로드셀(Loadcell), 힌지 클램프(Hinge connection and aluminum collar with teflon)로 구성되어 Fig.
원심모형실험은 단일모래층으로 지반을 모사하였으며, 하중재하위치(e)에 따른 p-y 곡선의 영향을 분석하기 위하여 하중 재하 높이가 달리 시험된 총 2가지 케이스를 수행하였다(Table 1과 Fig. 1). 원심모형실험에 적용된 상사비는 안정적인 원심모형실험 수행이 가능한 70g 이내에서 선정하였으며, 최종적으로 가공 가능한 말뚝의 두께를 먼저 결정하고 상사비에 따라 모형과 원형의 EI를 비교하여 68.
본 연구에서는 해상풍력 지지용 직경 7m 모노파일의 p-y 곡선을 도출하기 위하여 원심모형실험을 수행하였다. 이를 위하여 원심모형실험 시스템을 구축하였고, 모래지반에 설치된 모노파일에 대하여 하중재하높이(e)를 달리하는 2가지 조건의 수평하중재하실험을 수행하였다. 원심모형실험에서 계측된 휨모멘트로부터 직경 7m 모노파일에 대한 실험 p-y 곡선을 기존문헌의 연구결과와 비교･분석 하였다.
전술한 사항에 따라 원심모형실험 모형체를 구축하여 원심모형실험을 수행하였고, 원심모형실험 수행절차는 다음과 같다. 설치 완료된 원심모형실험 모형체는 Fig.
7mm(1D) 이상의 변위하중을 재하한다. 하중 재하기와 구조물 사이에 설치된 로드 셀로 수평하중은 계측하였다.
하지만 두 실험의 경우, 상대밀도의 차이가 있어 모노파일의 외경(D)과 수중단위중량(γ′)을 이용하여 정규화 하여 비교하였다.
원형의 강종 SM355와 유사한 강도와 강성을 가지는 강종인 SS275로 제작되었다. 해상풍력구조물에 지배적으로 작용하는 수평방향의 하중과 모멘트를 동시에 받는 모노파일의 수 평거동을 분석하기 위하여 변형률계를 23mm의 간격으로 17 쌍을 깊이 방향으로 Fig. 2와 같이 배치하였고, 외부 손상 및 침수를 막기 위해 코팅작업을 수행하였다.
5m, 길이 60m 강관 모노파일의 반복하중으로 인해 발생하는 수평 거동분석을 Strain Wedge Model(SWM) 해석을 통해 수행하였다. 해석에 적용된 매개변수는 배수조건의 반복 삼축압축시험을 통해 산정하였다. 그 결과, 반복하중의 횟수가 증가할수록, 반복수평하중이 증가할수록 말뚝머리의 수평변위가 증가하며, 반복하중으로부터 발생된 변형으로 인해 p-y 곡선의 Initial stiffness가 감소했다는 것을 제시하였다.

대상 데이터

83 을 적용하여 축소 모사하였다. Case 1과 Case 2의 모형 모노파일은 외경 101.7mm, 두께 0.85mm를 가지고, 각각의 길이는 683mm와 900mm로 제작되었다. 원형의 강종 SM355와 유사한 강도와 강성을 가지는 강종인 SS275로 제작되었다.
Table 2는 본 연구에 적용된 원형과 모형 모노파일의 제원을 나타낸다. 말뚝은 해상풍력 기초구조물로 적용되는 강관말뚝을 원형으로 선정하고, 이에 상사비 1/68.83 을 적용하여 축소 모사하였다. Case 1과 Case 2의 모형 모노파일은 외경 101.
, 2009). 모형 토조는 내경 900mm, 내측 높이 700mm의 강재로 제작된 원형 토조를 사용하였다. 이는 68.
1과 같다. 본 연구에서 사용된 수평하중 재하기는 모형스케일에서 최대 하중 9.8kN으로 본 실험의 경우 원형스케일로 46.43MN의 하중을 재하할 수 있으며, 최고 속도 8.3mm/s가 가능한 재하기로 모든 시스템이 원심모형실험에서 사용될 수 있도록 원격제어시스템으로 구축되었다. 본 수평 하중 재하기는 변위 제어 시스템으로 제작되었다.
본 연구의 원심모형실험은 한국과학기술원 지오센트 리퓨지센터에 설치된 Beam 형식의 회전반경 5.0m, 유효반경 4.5m 크기의 원심모형시험기를 이용하여 68.83g에서 수행되었다(Park et al., 2009). 모형 토조는 내경 900mm, 내측 높이 700mm의 강재로 제작된 원형 토조를 사용하였다.
1). 원심모형실험에 적용된 상사비는 안정적인 원심모형실험 수행이 가능한 70g 이내에서 선정하였으며, 최종적으로 가공 가능한 말뚝의 두께를 먼저 결정하고 상사비에 따라 모형과 원형의 EI를 비교하여 68.83으로 설정하였다. 하중재하높이(e)는 지표면으로부터 1D(=모형 스케일 101.
85mm를 가지고, 각각의 길이는 683mm와 900mm로 제작되었다. 원형의 강종 SM355와 유사한 강도와 강성을 가지는 강종인 SS275로 제작되었다. 해상풍력구조물에 지배적으로 작용하는 수평방향의 하중과 모멘트를 동시에 받는 모노파일의 수 평거동을 분석하기 위하여 변형률계를 23mm의 간격으로 17 쌍을 깊이 방향으로 Fig.
지반 조성에 사용된 실리카 모래는 규암을 Hammer Crusher 공정에 의해 인공적으로 제작된 규사를 시험 시료로 사용하였다. 이에 사용된 규사는 소성지수(PI)가 NP인 깨끗한 모래로서 유효입경(D₅₀)이 약 0.22mm, 균등계수 (C_u)가 1.96으로 통일분류법에 의해 SP로 분류되는 모래이다. 모래지반 조성은 균질한 모래 지반의 조성이 가능하고, 낙사 높이 및 모래입자의 낙하속도를 조절하여 조성 지반의 밀도를 조절할 수 있는 낙사법(Sand Pluviation Method)을 이용하였다.
본 연구에서는 실리카 모래로 조성된 단일층 지반으로 모노파일이 근입되어 설치되는 조건을 모사하였다. 지반 조성에 사용된 실리카 모래는 규암을 Hammer Crusher 공정에 의해 인공적으로 제작된 규사를 시험 시료로 사용하였다. 이에 사용된 규사는 소성지수(PI)가 NP인 깨끗한 모래로서 유효입경(D₅₀)이 약 0.
상대밀도를 50~60% 의 느슨한 밀도, 높이 490mm 이상의 모래층을 목표로 조성한 후, 모래 흡입 장치와 고른 지표면을 조성하는 기구를 이용하여 모래층을 목표 높이의 수평면으로 조성하였다. 최종적으로 상대밀도 54%(Case 1), 65%(Case 2), 높이 475.1mm로 모형지반을 조성하였다. 본 연구에 이용된 기계식 낙사장비는 아래의 Fig.

데이터처리

Case 1과 Case 2의 휨모멘트는 변형률계 데이터로 계산되는 깊이별 휨모멘트 분포를 아래의 식 (4)를 이용하여 회귀분석을 수행하였다. 이때, 식 (4)는 2차항을 2.
변형률계로부터 계측된 변형률은 하중재하 직전 변형률 데이터를 평균하여 영점 보정하였으며, 실험과정에서 망실된 변형률계의 데이터는 Spline 보간법으로 내삽하여 변형률 데이터를 보정하였다. 변형률 데이터로부터 휨모멘트(M_Test) 분포도를 식 (3)으로부터 계산하였다.
이를 위하여 원심모형실험 시스템을 구축하였고, 모래지반에 설치된 모노파일에 대하여 하중재하높이(e)를 달리하는 2가지 조건의 수평하중재하실험을 수행하였다. 원심모형실험에서 계측된 휨모멘트로부터 직경 7m 모노파일에 대한 실험 p-y 곡선을 기존문헌의 연구결과와 비교･분석 하였다.

이론/모형

말뚝의 깊이별 처짐량 또는 수평변위(y)는 보 이론을 이용하여 휨모멘트(M) - 처짐각(θ) - 처짐량(y)의 관계로부터 휨모멘트 분포도의 추세식을 식 (6)과 같이 이중 적분하여 말뚝의 수평변위(y)를 산정하였다.
96으로 통일분류법에 의해 SP로 분류되는 모래이다. 모래지반 조성은 균질한 모래 지반의 조성이 가능하고, 낙사 높이 및 모래입자의 낙하속도를 조절하여 조성 지반의 밀도를 조절할 수 있는 낙사법(Sand Pluviation Method)을 이용하였다.

성능/효과

(1) 지표면을 기준으로 하중-변위 곡선 분석 결과, 원형 스케일로 지표면으로부터 7m(1D) 높이에서 하중을 재하한 Case 1의 결과가 지표면으로부터 35m(5D) 높이에서 하중을 재하한 Case 2보다 동일한 크기의 수평변위에서 더 큰 하중이 발생하였다. 즉, 하중을 재하하는 위치가 지표면을 기준으로 높아짐에 따라 추가적인 모멘트의 작용으로 동일한 하중에서 지표면 수평변위가 더 발생하는 것으로 판단된다.
(2) 정규화된 하중-변위 곡선으로 기존문헌 결과와 비교한 결과, 유사한 하중재하높이(e) 조건과 상대밀도에서도 본 연구의 지지력이 상당히 작게 나타났다. 이는 기존문헌 실험조건의 근입깊이 보다 1.
(3) 본 연구의 실험 p-y 곡선을 비교한 결과, 하중재하높이(e)는 p-y 곡선에 영향이 미미한 것으로 나타난 반면, 실험 p-y 곡선의 Initial stiffness는 기존연구 결과와 동일한 경향으로 API p-y 곡선의 Initial stiffness보다 작게 산정되었다.
(4) 원심모형실험 준비가 완료되면 목표 가속도 68.83 g까지 가속하였다.
(5) 기존의 원심모형실험이 수행된 연구사례인 Choo and Kim(2016)의 p-y 곡선과 비교한 결과, 본 연구의 실험 조건이 Choo and Kim(2016)의 조건에 비해 상대적으로 얕은 근입깊이와 느슨한 모래 조건으로 본 연구의 실험 p-y 곡선이 작게 산정되는 경향을 보였다.
하중재하 높이(e)가 증가함에 따라 동일한 변위에서 하중이 더 작아지는 것을 확인할 수 있다. API Sand 모델을 사용한 LPile의 하중-변위 곡선은 원심모형실험 결과에 비해 동일한 변위에서 하중이 과다 산정되었고, 선행연구결과들과 일치하는 경향을 보였다.
해석에 적용된 매개변수는 배수조건의 반복 삼축압축시험을 통해 산정하였다. 그 결과, 반복하중의 횟수가 증가할수록, 반복수평하중이 증가할수록 말뚝머리의 수평변위가 증가하며, 반복하중으로부터 발생된 변형으로 인해 p-y 곡선의 Initial stiffness가 감소했다는 것을 제시하였다.
반면, API 곡선은 깊이별로 큰 차이를 보이고, 상대밀도 조건이 달라 마찰각이 다르게 입력된 Case 1과 Case 2도 같은 깊이조건에서도 차이가 발생하고 있다. 또한, API의 p-y 곡선의 Initial stiffness가 실험p-y 곡선의 Initial stiffness보다 크게 나오는 경향을 모든 깊이(z=0.26D, 0.50D, 1.00D)에서 확인할 수 있다.
모노파일의 외경(D)과 수중단위중량(γ′)을 이용하여 정규화한 결과, Case 1과 Case 2를 비교하였을 때, 하중 재하높이(e)가 증가함에 따라 동일한 정규화 변위(y/D)에서 하중이 더 작아지는 경향을 보였다.
9m로 말뚝의 직경이 증가되었음에도 지지력은 작게 나타났다. 본 논문에서 수행된 원심모형실험의 경우, 근입깊이(L)가 기존의 연구 결과에 비해 1.5배 이상 작기 때문에 발생한 차이로 보여지며, 모노파일의 지지력에는 직경이 커짐으로 인해 증가되는 효과보다는 얕아진 근입 깊이로 인한 감소 효과가 큰 영향을 주는 것으로 판단되었다.
실험 p-y 곡선 산정 결과, Case 1과 Case 2는 하중재 하높이와 모래지반 상대밀도의 차이에도 불구하고 p-y곡선들 사이에는 큰 차이를 보이지 않았다. 또한, 3가지 깊이에서 산정된 실험 p-y곡선들 사이에도 크게 차이가 발생하지 않았다.
3m의 모노파일을 모사하여 원심가속 중 반복하중을 재하하는 실험을 수행하였다. 실험 결과, 실험 p-y 곡선에서 나타나는 Initial stiffness가 API에서 제안하는 Initial stiffness 의 35% 수준임을 도출하였다. 대구경 모노파일의 p-y 곡선에 대한 실험적인 연구는 여전히 부족하며 7m 이상의 초대구경 모노파일에 대한 실험 자료는 전무한 실정이다.
위의 절차에 따른 Case 1과 Case 2의 말뚝의 깊이별 휨모멘트도 M_Test와 M_Fitting은 Fig. 8과 같고, 각 하중단계에서 회귀분석식이 적절하게 구해짐을 확인하였다.
이론적인 API p-y 곡선과 달리, 본 연구에서 깊이에 따른 지반반력 크기가 큰 차이가 나지 않은 원인으로는, ① 대구경 얕은 근입깊이의 조건으로 인해 짧은 말뚝 거동을 하고 이로 인해 깊은 깊이에서 말뚝 수평변위가 크게 나타난 효과와, ② 원심모형실험의 모래지반이 비교적 느슨한 조건으로 수평하중 재하로 인해 얕은 층에서의 응력증가가 지반반력을 증가시키는 효과가 복합적으로 나타난 것으로 추정된다.

질의응답

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	낙사법의 특징은 무엇인가?	96으로 통일분류법에 의해 SP로 분류되는 모래이다. 모래지반 조성은 균질한 모래 지반의 조성이 가능하고, 낙사 높이 및 모래입자의 낙하속도를 조절하여 조성 지반의 밀도를 조절할 수 있는 낙사법(Sand Pluviation Method)을 이용하였다.
	해상 풍력 발전단지 및 관련 기술의 개발이 증가하는 이유는 무엇인가?	신재생에너지에 대한 수요의 급증으로 인하여 해상 풍력 발전단지 및 관련 기술의 개발이 증가하고 있다. 이러한 추세에 따라 해상발전기의 용량도 대형화 되어, 이를 지지하는 하부지지구조물도 대형화가 요구되고 있다.
	수평하중-모멘트 조합의 영향을 분석하기 위한 실험의 진행 방식은 무엇인가?	본 연구에서는 모래지반에 설치된 해상풍력 지지용 직경 7m 모노파일의 p-y 곡선에 대한 수평하중-모멘트 조합의 영향을 분석하기 위하여 원심모형실험을 수행하였다. 이를 위하여 원심모형실험시스템을 구축하였고, 다수의 게이지를 부착한 계측용 모노파일 모형을 사용하여 68.83g에서 원심모형실험을 수행하였다. 지표면으로부터 직경의 1배와 직경의 5배 높이에서 하중재하를 하는 2개의 수평하중-모멘트 조합으로 재하시험이 수행되었다.

참고문헌 (25)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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