[논문]풍력 구조물의 진동 특성 분석을 위한 지반-구조물 상호작용 모델의 비교 연구

김정수

doi:10.7734/coseik.2020.33.4.245

풍력 구조물의 진동 특성 분석을 위한 지반-구조물 상호작용 모델의 비교 연구
Comparative Study on Soil-Structure Interaction Models for Modal Characteristics of Wind Turbine Structure 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.33 no.4, 2020년, pp.245 - 253

초록
AI-Helper

본 논문은 모노파일 풍력 지지구조물에 대한 공진 안전성 평가에서 여러 말뚝-구조물 상호작용(PSI) 모델을 사용하여 고유진동수를 비교하였다. PSI 재현을 위한 유한요소모델은 기저 스프링 모델, 분산 스프링 모델, 3차원 고체-쉘 모델을 사용하였다. PSI 모델이 고유주파수에 미치는 영향을 분석하기 위해 기저 스프링과 분산 스프링 모델 적용을 위한 강성행렬 산정법과 Winkler 보 모델을 각각 논문에 나타내고 이들 모델로부터 도출된 서로 다른 기하 및 지반조건을 갖는 모노파일의 고유진동수를 조사하였다. 해석결과는 또한 3차원 고체-쉘 모델의 고유진동수와도 비교되었다. 해석결과는 소구경 모노파일이 견고한 지반 및 암반에 관입된 경우 각 해석모델로부터 얻어진 고유진동수의 차이가 거의 없음을 보여준다. 반면 연약 지반에 설치된 대구경 모노파일에 대해 분산스프링 모델은 고유진동수를 과대평가할 수 있다. 따라서 고유진동수 평가 시 구조물 규모와 지반 조건을 고려해 적합한 PSI모델이 적용되어야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, natural frequencies are compared using several pile-soil interaction (PSI) models to evaluate the effects of each model on resonance safety checks for a monopile type of wind turbine structure. Base spring, distributed spring, and three-dimensional brick-shell models represented the PSIs in the finite element model. To analyze the effects of the PSI models on a natural frequency, after a stiffness matrix calculation and Winkler-based beam model for base spring and distributed spring models were presented, respectively; natural frequencies from these models were investigated for monopiles with different geometries and soil properties. These results were compared with those from the brick-shell model. The results show that differences in the first natural frequency of the monopiles from each model are small when the small diameter of monopile penetrates hard soil and rock, while the distributed spring model can over-estimate the natural frequency for large monopiles installed in weak soil. Thus, an appropriate PSI model for natural frequency analyses should be adopted by considering soil conditions and structure scale.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이러한 점에서 적절한 지반-구조물 상호작용의 평가가 더욱 중요하며, 적절한 해석모델을 사용하여 거동 특성 및 영향을 명확히 파악하는 것이 필요하다. 본 연구는 해상풍력 모노파일 구조물의 지반-구조물 상호작용 구현을 위한 몇 가지 해석모델들을 이용해 여러 직경 및 지반강성 등을 매개변수로 하여 고유주파수 변화를 비교하였고, 이 과정에서 추가적으로 논의가 필요한 몇 가지 사항에 대해 아래와 같이 기술하였다.
본 연구에서는 모노파일 형식의 해상풍력시스템에 대한 공진 안정성 평가에 적용되는 지반-구조 상호작용 해석모델이 고유주파수에 미치는 영향을 비교 평가하였다. 모노파일의 기하조건과 인접지반의 강성 및 질량 등을 변화시키며 base spring 및 distributed spring 모델로부터 고유주파수 및 모드형상에 대해 분석하였으며, 이를 3차원 유한요소모델 결과와 비교함으로써 해석모델이 갖는 한계 및 적용범위를 제시하였다.

가설 설정

모노파일과 지반의 상호작용에 영향을 미칠 수 있는 인자는 여러 가지이나 사용 요소, 지반 강성 및 밀도, 모노파일 기하 조건으로 한정하여 고유주파수 변화를 비교하였다(Table 2). 제시된 지반 조건은 모래질 실트(N값: 10~15), 연암 및 경암(일축압축강도: 각각 80MPa, 1200MPa 수준)을 가정하였다. 해석 모델별 매개변수별 비교를 위해 Table 3에 제시된 5MW급의 풍력 터빈에 대한 Rotor-Nacelle Assembly(RNA) 제원을 집중 질량모델에 적용하여 모노파일의 상단에 위치시켰다.
14를 사용하였다. 해석대상은 직경 1m 및 두께 3cm의 모노파일로 총 길이는 12m로 하부 2m가 지반에 관입되었다고 가정하였다. 말뚝은 SM355 강재 물성(E=200GPa, ν=0.
해석 모델별 매개변수별 비교를 위해 Table 3에 제시된 5MW급의 풍력 터빈에 대한 Rotor-Nacelle Assembly(RNA) 제원을 집중 질량모델에 적용하여 모노파일의 상단에 위치시켰다. 해저면 위로 노출된 모노파일의 길이는 110m이며, 관입깊이는 직경의 4배로 가정하였다.

제안 방법

지반-구조물 상호작용 해석모델 차이에 따른 고유진동수 변화를 비교하기 위해 지지구조물 기초를1) base spring, 2) distributed spring, 3) 3차원 유한요소 모델로 각각 모델링하였다. 모노파일과 지반의 상호작용에 영향을 미칠 수 있는 인자는 여러 가지이나 사용 요소, 지반 강성 및 밀도, 모노파일 기하 조건으로 한정하여 고유주파수 변화를 비교하였다(Table 2).
이러한 이유로 본 연구는 모노파일 기초를 대상으로 여러 지반-구조물 상호작용 강성 모델링 방법을 비교하고, 각 방법에 의한 고유진동수 평가 결과의 차이를 비교 평가하였다. 3차원 유한요소모델과 등가의 해석결과를 제시하기 위한 base spring 및 distributed spring의 입력변수 산정 과정을 제시하였으며, 지반조건, 모노파일 기하조건 변화에 따른 각 모델의 고유진동수를 비교 분석하였다.
3에 나타낸 별도의 3차원 유한요소모델을 이용하였다. 3차원 해석모델에서 모노파일과 지반영역은 각각 쉘 및 고체 요소를 이용해 모사하였다. 지반 영역은 가로, 세로, 깊이 방향에 대해 모노파일 직경의 10배, 모노파일의 관입깊이는 직경의 4배로 설정하였다.
6자유도 강성행렬 및 WBB 모델은 지반 밀도로 인한 고유 주파수 변화를 확인할 수 없으므로, 3차원 해석모델에서만 지반 밀도를 달리하여 고유주파수 변화를 검토하였다. Table 7은 지반 강성 및 직경 변화에 따른 모노파일의 고유주파수를 정리한 것으로, 휨 변형에 대한 모드형상에 대한 값들만 오름차순으로 나타내었다.
말뚝과 주변 지반과의 경계조건은 tie 조건을 부여하여 일체 거동하도록 하였다. 6자유도 강성행렬을 얻기 위해 해저면에서 말뚝 두부에 6개 자유도에 대한 단위하중을 가해 말뚝 두부에 대한 유연도 행렬 및 역행렬(강성 행렬)을 구하였다. 선형 말뚝-지반 해석 모델을 이용해 base spring 강성을 추정하므로 본 연구의 6자유도 강성행렬은 대칭이 된다.
WBB 해석모델의 검증을 위해 2차원 BS모델 이용해 고유 진동수를 비교하였다. 검증 모델을 생성하기 위해 ABAQUS ver.
지반 영역은 가로, 세로, 깊이 방향에 대해 모노파일 직경의 10배, 모노파일의 관입깊이는 직경의 4배로 설정하였다. 관입 말뚝 두부에 참조점(reference point)를 설정하고, 이 점이 모노파일 두부의 윤변(perimeter) 절점들과 coupling 되도록 하였다. 말뚝과 주변 지반과의 경계조건은 tie 조건을 부여하여 일체 거동하도록 하였다.
앞서 확인한 바와 같이 고차모드의 고유주파수는 지반의 밀도에 크게 의존적일 수 있으므로, 지반 밀도를 고려할 수 없는 6자유도 강성행렬 및 WBB모델의 결과와 비교하는 것은 적절하지 않다고 판단된다. 따라서 지반 밀도 영향이 미미한 1차 고유주파수를 비교하였다(Figs. 4~6).
WBB 모델의 경우, 식 (4)와 식 (5)를 이용해 얻은 지반반력계수를 사용하였고, 이를 Table 5에 나타내었다. 말뚝 선단에서 발생되는 변형은 작다고 가정하여 말뚝 선단에 고정단 경계 조건을 적용하여 고유주파수 해석을 수행하였다. 해석에서 구조물의 질량은 고려되나, 6자유도 지반강성 모델과 마찬가지로 지반의 단위 밀도 영향은 배제된다.
말뚝-지반 해석모델로 인한 고유주파수 영향을 분석하였다. 앞서 확인한 바와 같이 고차모드의 고유주파수는 지반의 밀도에 크게 의존적일 수 있으므로, 지반 밀도를 고려할 수 없는 6자유도 강성행렬 및 WBB모델의 결과와 비교하는 것은 적절하지 않다고 판단된다.
관입 말뚝 두부에 참조점(reference point)를 설정하고, 이 점이 모노파일 두부의 윤변(perimeter) 절점들과 coupling 되도록 하였다. 말뚝과 주변 지반과의 경계조건은 tie 조건을 부여하여 일체 거동하도록 하였다. 6자유도 강성행렬을 얻기 위해 해저면에서 말뚝 두부에 6개 자유도에 대한 단위하중을 가해 말뚝 두부에 대한 유연도 행렬 및 역행렬(강성 행렬)을 구하였다.
말뚝은 SM355 강재 물성(E=200GPa, ν=0.3, ρ=7,850kg/m3)를 적용하였고, 지반은 연암으로 가정하여 초기 변형계수(Eg), 포아송 비(νg)를 각각 1GPa, 0.25로 설정하였다.
지반-구조물 상호작용 해석모델 차이에 따른 고유진동수 변화를 비교하기 위해 지지구조물 기초를1) base spring, 2) distributed spring, 3) 3차원 유한요소 모델로 각각 모델링하였다. 모노파일과 지반의 상호작용에 영향을 미칠 수 있는 인자는 여러 가지이나 사용 요소, 지반 강성 및 밀도, 모노파일 기하 조건으로 한정하여 고유주파수 변화를 비교하였다(Table 2). 제시된 지반 조건은 모래질 실트(N값: 10~15), 연암 및 경암(일축압축강도: 각각 80MPa, 1200MPa 수준)을 가정하였다.
본 연구에서는 모노파일 형식의 해상풍력시스템에 대한 공진 안정성 평가에 적용되는 지반-구조 상호작용 해석모델이 고유주파수에 미치는 영향을 비교 평가하였다. 모노파일의 기하조건과 인접지반의 강성 및 질량 등을 변화시키며 base spring 및 distributed spring 모델로부터 고유주파수 및 모드형상에 대해 분석하였으며, 이를 3차원 유한요소모델 결과와 비교함으로써 해석모델이 갖는 한계 및 적용범위를 제시하였다. 연약지반 및 암반에 설치된 여러 규모의 해상풍력 모노파일 구조물에 대한 고유주파수 해석을 수행함으로써 다음의 결론을 얻었다.
, 2016b; Kurabayashi and Cho, 2016), 하부구조물을 포함한 설계 단계에서도 비감쇠 자유진동을 가정하여 고유 진동수 검토가 수행된다. 본 연구는 지반-구조물 상호작용 강성 모델 차이로 인한 풍력구조물의 고유주파수 영향을 분석하는 것에 목적이 있으므로, 식 (3)과 같은 특성방정식을 이용해 비감쇠 자유진동해석을 수행하였다.
한편, 6자유도 강성행렬 평가 방법에 대한 면밀한 검토가 필요하다. 본 연구의 3차원 유한요소모델에서 지반-말뚝의 6자유도 강성행렬은 모두 대칭적이며 양수와 음수를 갖는 비대각성분으로 구성되어 있다. 6자유도 강성행렬을 적용한 관련 기존 연구는 비대칭적 6자유도 강성행렬을 해석에 적용(Jang et al.
모노파일의 기하조건과 인접지반의 강성 및 질량 등을 변화시키며 base spring 및 distributed spring 모델로부터 고유주파수 및 모드형상에 대해 분석하였으며, 이를 3차원 유한요소모델 결과와 비교함으로써 해석모델이 갖는 한계 및 적용범위를 제시하였다. 연약지반 및 암반에 설치된 여러 규모의 해상풍력 모노파일 구조물에 대한 고유주파수 해석을 수행함으로써 다음의 결론을 얻었다.
이러한 이유로 본 연구는 모노파일 기초를 대상으로 여러 지반-구조물 상호작용 강성 모델링 방법을 비교하고, 각 방법에 의한 고유진동수 평가 결과의 차이를 비교 평가하였다. 3차원 유한요소모델과 등가의 해석결과를 제시하기 위한 base spring 및 distributed spring의 입력변수 산정 과정을 제시하였으며, 지반조건, 모노파일 기하조건 변화에 따른 각 모델의 고유진동수를 비교 분석하였다.
3절의 검증모델의 것과 동일하다. 최종적으로 관입부가 제외된 모노파일(길이 110m) 해석모델의 하단에 6자유도 강성행렬이 부착되고, 고유주파수 해석이 수행된다.
제시된 지반 조건은 모래질 실트(N값: 10~15), 연암 및 경암(일축압축강도: 각각 80MPa, 1200MPa 수준)을 가정하였다. 해석 모델별 매개변수별 비교를 위해 Table 3에 제시된 5MW급의 풍력 터빈에 대한 Rotor-Nacelle Assembly(RNA) 제원을 집중 질량모델에 적용하여 모노파일의 상단에 위치시켰다. 해저면 위로 노출된 모노파일의 길이는 110m이며, 관입깊이는 직경의 4배로 가정하였다.
이를 위해 지반강성이 배제된 3차원 프레임 및 쉘 모델에 대한 휨 변형 모드형상에 대한 고유 주파수를 추가적으로 비교하여 Table 6에 나타내었다. 해석대상은 직경 1m, 두께 3cm의 중공 단면을 가지는 캔틸레버 보이며, 구조물의 길이만 변화시켜가며 고유주파수 변화를 비교하였다. 해석결과는 직경 대비 보의 길이가 짧은 경우, 고차 모드일수록 고유주파수 차이는 더 크게 벌어지는 경향을 보여준다.

대상 데이터

고유주파수 해석에 사용된 3차원 모델의 상세는 6자유도 강성행렬 산정을 위한 해석모델과 동일하며, 모노파일의 길이만 해저면 위로 110m 확장하였다.

데이터처리

또한 연속 지반강성행렬을 적용한 2차원 프레임 요소(WBB) 모델을 Python 언어를 이용해 해석 프로그램으로 구현하였다(Smith and Griffiths, 2004). WBB 모델에서 요구되는 지반물성은 지반반력계수이며, 이 값은 지반 탄성계수와 등가가 되어야 한다.

이론/모형

BS모델에서 지반반력계수는 최종적으로 스프링 상수로 적용되며 요소 길이 및 폭을 고려해 입력되었으며, WBB 및 BS 모델의 하단이 축 방향에 대해서만 구속되도록 경계조건을 부여하였다. 강성 및 질량 행렬의 계산을 위해 완전 수치 적분(fully numerical integration scheme)이 적용되었다.
WBB 해석모델의 검증을 위해 2차원 BS모델 이용해 고유 진동수를 비교하였다. 검증 모델을 생성하기 위해 ABAQUS ver.6.14를 사용하였다. 해석대상은 직경 1m 및 두께 3cm의 모노파일로 총 길이는 12m로 하부 2m가 지반에 관입되었다고 가정하였다.
본 연구는 6자유도 강성행렬(base spring)을 산정하기 위해 Fig. 3에 나타낸 별도의 3차원 유한요소모델을 이용하였다. 3차원 해석모델에서 모노파일과 지반영역은 각각 쉘 및 고체 요소를 이용해 모사하였다.
Distributed spring 모델은 해저면 이하로 관입된 구조물도 해석모델에 직접적으로 구현하고, 지반의 영향은 모노파일의 횡 및 축 방향에 대한 스프링을 추가함으로써 고려된다. 본 연구는 Beam-Spring(BS) 모델을 개선한 Winkler-Based Beam(WBB) 요소를 이용해 모노파일 및 인접 지반의 상호작용을 고려하였다(Kim et al., 2002; 2015; Limkatanyu et al., 2013). BS 모델과 WBB 모델에 대한 선형 변형에너지 관계에서 확인할 수 있듯이(식 (1)과 식 (2)), BS 모델은 보와 스프링이 개별적으로 정식화가 수행된 후 조합된다.
본 연구는 지반-구조물 상호작용을 고려한 해상 풍력 모노파일의 고유 진동수를 평가에 Fig. 2에 나타낸 base spring 모델 및 distributed spring 모델과 함께 3차원 유한요소 해석모델을 이용하였다.
여기서 K는 경계조건이 고려된 전체 시스템 강성행렬, Φ는 모드벡터, ω는 고유진동수, M은 경계조건이 고려된 전체 시스템 질량 행렬, 하첨자 n은 모드 차수이다. 본 연구에서는 각 지반-구조 상호작용 모델에 대한 고유치 해석을 위해 ABAQUS ver.6.14(Abaqus, 2013)를 이용하여 6자유도 강성행렬 및 3차원 유한요소모델을 생성하였다.

성능/효과

1) 구조물의 단면 크기 대비 길이가 증가할수록 쉘 요소와 프레임 요소를 이용한 고유주파수 해석결과 차이는 미미해진다. 본 연구의 경우, 직경 대비 길이 비가 20 이상이면 요소에 의한 1차 고유주파수 차이는 0.
본 연구에서 제시된 지반 강성 및 모노파일 직경에 대해 식 (4)와 식 (5)가 다른 해석모델의 결과에 근접하는 등가 지반반력계수를 제공하였으나, 이외의 지반강성 및 직경에 대해서도 유효하지 않을 수 있다.1) 앞서 언급한 distributed spring 모델의 한계점과2) 지반-말뚝, 지지구조물, 그리고 터빈을 포함한 상부구조물 설계가 통합적으로 이뤄지지 않는다는 점을 고려할 때, 전체적으로 더 많은 전산해석 비용이 요구되는 6자유도 강성행렬을 이용한 접근법이 해석 신뢰도 및 유용성 측면에서 더 유리할 수 있다 판단된다.
2) 고유주파수 평가를 위한 모노파일-지반 상호작용 모델에 대해 지반 밀도의 영향은 고차 모드에서만 유의미하게 나타나므로, 1차 고유주파수를 사용하는 공진 안전성 평가에 base spring 및 distributed spring 모델에 의한 해석결과를 사용할 수 있다.
한편, 직경 증가에 비례하여 비대각 강성성분이 반드시 증가하는 것은 아니었다. 모노파일 주변 지반 격자망을 보다 조밀히 하고 다양한 직경 및 지반강성에 대한 추가 검토가 필요할 수 있는 부분이나^{, 1)} 6자유도 강성행렬의 고유주파수 결과가 3차원 해석모델과 잘 일치하고 있고^{, 2)} 고유주파수의 차이가 4차 이상의 고차 휨 모드에서나 미미하게 관찰되므로 본 연구의 해석결과 및 분석은 타당성을 가진다고 판단된다.
그러나 해석결과는 연약한 지반에 관입된 대구경 모노파일을 프레임 및 스프링을 이용한 지반-구조물 상호작용 모델(BS 및 WBB 모델)을 사용 했을 때, 1차 고유주파수를 보다 크게 평가할 수 있음을 보여준다. 모노파일 직경 1m 및 2m에 대해 각 모델의 해석결과는 비교적 일치하였으나, 직경 5m에 대해서는 불일치가 큰 편이다.
6자유도 강성행렬은 3차원 모델과 등가 강성이 적용되기는 하나 질량이 반영되지 못하고, WBB모델은 지반반력계수 평가식에 의존적으로 지반 변형계수의 영향이 반영되므로 3차원 모델과 완전 등가 강성이 적용된다고 판단하기는 어려움이 있다. 그럼에도 해석결과는 직경이 작고 지반강성이 커질수록 각 모델이 예측한 고유주파수의 값이 잘 일치하게 되며, 각 해석모델이 전반적으로 동일조건에 대해 유사한 예측결과를 제공할 수 있음을 보여준다.
대각성분만 고려한 후자의 방법은 고유주파수 해석의 안정성은 높일 수 있지만, 고유주파수 오차를 수반한다. 다만, 본 연구의 결과에서 나타낸 바와 같이 해상기초의 크기가 작고 지반이 양호한 조건이라면 비대각성분의 영향이 미미해지므로, 대각성분만 고려한 방법은 실무적으로 효과적인 방법이 될 수 있다.
지반강성이 커짐에 따라 지반 밀도가 고유주파수에 미치는 영향은 미미하였다. 반면, 지반강성이 작아지면 지반 밀도로 인한 고유주파수 변화가 관찰되었는데, 특히 지반이 연약할 때 말뚝 직경이 커지면 고차 모드에 대해 고유 주파수 변화가 관찰되었다(D=5.0m). 그러나 직경이 작으면(D=1.
본 연구에서 도출된 지반강성 행렬은 대칭적이고, 음수인 강성 성분이 존재한다(Table 4). 지반강성이 작을수록 6자유도 지반 강성행렬의 대각성분에 비해 비대각성분의 크기가 커졌고, 직경이 증가할수록 비대각성분의 크기가 상대적으로 작아지는 경향을 보였다.
부가적으로 행렬의 비대칭성이 커질수록 복소수 형태의 고유값이 도출되므로(Ford, 2014), 고유치 해석의 안정성 개선을 위해서라도 강성 행렬의 대칭성을 확보하는 것이 필요하다. 본 연구에서 제시된 방법을 활용하는 경우 항상 semi-positive definiteness를 확보할 수 있어 안정적으로 지반-말뚝 강성행렬을 구해낼 수 있다. 대각성분만 고려한 후자의 방법은 고유주파수 해석의 안정성은 높일 수 있지만, 고유주파수 오차를 수반한다.
반면, 지반이 연약하고 직경이 증가할수록 distributed spring 모델의 고유주파수 정확도는 감소할 수 있으므로, 지반특성 및 구조물 규모를 고려해 지반-말뚝 상호작용 모델을 선정하는 것이 필요하다. 본 연구의 경우 직경 1~5m 규모 말뚝기초가 암반 수준의 강성을 확보하지 못하면 distributed spring 모델의 결과는 3차원 모델에 비해 고유진동수를 최대 16.7% 과대평가하는 것을 확인하였다.
1) 구조물의 단면 크기 대비 길이가 증가할수록 쉘 요소와 프레임 요소를 이용한 고유주파수 해석결과 차이는 미미해진다. 본 연구의 경우, 직경 대비 길이 비가 20 이상이면 요소에 의한 1차 고유주파수 차이는 0.01Hz이하로 발생하였다.
2에 나타낸 바와 같이 모드 형상을 비교하였다. 위의 과정을 통해 WBB 모델이 BS 모델과 동일한 또는 개선된 고유주파수 해석결과를 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
위의 결과에서 지반 질량이 1차 고유주파수에 미치는 영향이 강성에 비해 미미하다는 점에 주목할 필요가 있다. 이를 통해 지반 강성만 고려할 수 있는 6자유도 지반강성 또는 WBB 해석 모델을 해상풍력 구조물의 공진 안정성 평가에 적용하여도 1차 고유주파수에 대해 3차원 지반-구조물 모델에 근접하는 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있으며, 이 모델들을 이용한 해상풍력시스템의 공진 안정성 평가가 타당한 결과를 제공할 수 있음을 보여준다.
3) 지반 강성 및 구조물의 크기에 따라, 공진 안정성 평가모델을 적절히 선택하는 것이 필요하다. 지반강성이 높고 직경이 작을수록 지반-구조물 상호작용 모델의 유연한 선택이 가능함을 확인할 수 있었다. 반면, 지반이 연약하고 직경이 증가할수록 distributed spring 모델의 고유주파수 정확도는 감소할 수 있으므로, 지반특성 및 구조물 규모를 고려해 지반-말뚝 상호작용 모델을 선정하는 것이 필요하다.
본 연구에서 도출된 지반강성 행렬은 대칭적이고, 음수인 강성 성분이 존재한다(Table 4). 지반강성이 작을수록 6자유도 지반 강성행렬의 대각성분에 비해 비대각성분의 크기가 커졌고, 직경이 증가할수록 비대각성분의 크기가 상대적으로 작아지는 경향을 보였다. 이는 지반이 견고하고 소형 기초 구조물일수록 6자유도 강성행렬의 비대각성분의 영향이 미미하며, 해석 및 평가 편의상 제외하여 해석될 수 있음을 의미한다.

후속연구

, 2017)에서도 극한지지력 평가에 대해 p-y선도를 이용한 distributed model의 한계를 지적한 바 있다. 또한 본 연구의 WBB 모델의 해석결과를 통해 나타낸 바와 같이 모노파일 길이에 비해 직경이 크고 지반이 연약할수록 공진 안정성 평가에 대한 WBB 모델과 3차원 유한요소모델의 결과는 무시할 수 없는 차이를 보이므로, distributed model은 대상 구조물 및 지반 특성을 고려해 신중히 적용할 필요가 있다. 특히, 지반의 초기 변형계수에 상응하는 등가의 지반반력계수의 평가 방법이 명확히 정립되어야 할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	풍력 지지구조물의 고유진동수 및 지지력 평가를 위해 일반적으로 사용되는 모델은 무엇인가?	풍력 지지구조물의 고유진동수 및 지지력 평가에서 활용되는 지반과 기초의 상호작용모델은 Fig. 1과 같이 구분될 수 있으며, 지표면 이하 상호작용을 고려한 base spring 및 distributed spring 모델이 일반적으로 사용되고 있다(Adhikari and Bhattacharya, 2012; Jang et al., 2013; 2015; Kim et al.
	말뚝 관입부의 해석모델이 정교하면 어떤 장단점이 존재하는가?	, 2017). 말뚝 관입부의 해석모델이 단순하면 지반-구조물 상호작용을 온전히 반영하기 어렵고, 정교해지면 지반의 여러 거동 특성을 반영할 수 있는 장점이 있지만 해석모델을 정의하기 위한 여러 입력 변수를 어떻게 합리적으로 평가할 수 있는가의 문제가 발생한다(KGS, 2014). 실내 및 현장 실험에 의한 입력 변수의 결정은 논외로 하더라도, 적어도 여러 해석 모델이 설계 단계에서 등가 또는 유사한 범위에서의 해석결과를 제공할 수 있어야 하는데이에 대한 상세한 비교 연구가 부족한 상황이다.
	풍력 시스템의 허용 주파수 설계를 위해서는 무엇이 요구되는가?	, 2016a). 설계과정에서 지지구조물 및 기초 영향을 고려한 발전기 제조사에 의해 터빈하중의 평가와 이를 반영한 지지구조물의 구조적 안전성뿐만 아니라 공진 안정성 평가가 개념, 기본, 실시 설계과정에서 반복적으로 이뤄지므로, 정확한 고유진동수 평가가 요구된다. 특히, 풍력 구조물의 허용 설계 주파수는 발전기 제조사에 따라 다소 차이가 존재하나 일반적으로 좁은 범위를 가지므로 정확한 고유진동수 평가는 설계에 소요되는 노력을 저감하는데 크게 기여할 수 있다.

참고문헌 (25)

ABAQUS (2013) ABAQUS user's and Theory Manuals, ver.6.13. Rhode Isloand: Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc.
Adhikari, S., Bhattacharya, S. (2012) Dynamic Analysis of Wind Turbine Towers on Flexible Foundations, Shock & Vib., 19, pp.37-56.

상세보기
Bae, K.T., Kim, Y.S., Jin, B.M., Lee, J.P., Kim, J.Y. (2016) A Case Study on Concrete Foundation Design for offshore Wind Power, KSCE 2016 Convention, pp.178-179.
Bush, E., Manuel, L. (2009) The Influence of Foundation Modeling Assumptions on Long-Term Load Prediction for Offshore Wind Turbines, Proc. of the ASME 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, Honolulu Hawaii, May.
Byrne, B.W., McAdam, R.A., Burd, H.J., Houlsby, G.T., Martin, C.M., Beuckelaers, W.J.A.P., Zdravkovic, L., Taborda, D.M.G, Potts, D.M., Jardine, R.J., Ushev, E., Liu, T., Abadias, D., Gavin, K., Igoe, D., Doherty, P., Skov Gretlund, J., Pacheco Andrade, M., Muir Wood, A., Schroeder, F.C., Turner, S., Plummer, M.A.L. (2017) PISA: New Design Methods for Offshore Wind Turbine Monopiles, Revue Francaise de Geotechnique, 158(3), pp.142-161.
Darvishi-Alamouti, S., Bahaari, M.R., Moradi, M. (2017) Natural Frequency of Offshore Wind Turbines on Rigid and Flexible monopiles in Cohesionless Soils with Linear Stiffness Distribution, Appl. Ocean Res., 68, pp.91-102.

상세보기
Ford, W. (2014) Numerical Linear Algebra with Applications: Using Matlab, Academic Press, 1st Edition, pp.379-438.
Jang, H.S., Kim, H.S., Kwak, Y.M., Park, J.H. (2013) Analysis of Lateral Behavior of Offshore Wind Turbine Monopile Foundation in Sandy Soil, J. Korean Soc. Steel Constr., 25(4), pp.421-430.

원문보기 상세보기
Jang, H.S., Nam, H.W., Kwak, Y.M., Yoon, S.W., Kim, H.S. (2015) The Influence of Suction Foundation Model for Offshore Wind Turbine, J. Korean Soc. Coast. & Ocean Eng., 27(5), pp.339-344.

원문보기 상세보기
Jang, Y., Cho, S., Choi, C. (2014) Design Load Analysis for Offshore Monopile with Various Estimation Methods of Ground Stiffness, J. Korean Geosynthetics Soc., 15(9), pp.21-31.
Jung, S., Kim, S.R., Lee, J., Lee, C.H. (2014) Effect of Foundation Flexibility of Offshore Wind Turbine on Force and Movement at Monopile Head, J. Korean Geosynthetics Soc., 13(4), pp.21-31.
Kim, B.J., Plodpradit, P., Suthasupradit, S., Kim, H.G., Kim, K.D. (2017) Ship Collision Analysis of Concrete Offshore Wind Turbine Structure Supported with Suction Pile, J. Wind Energy, 8(2), pp.45-56.

상세보기
Kim, N.H., Bang, U.S., Lee, K.J. (2006) A Study on Lateral Movement of Drilled Shaft Considering Stratification, Yooshin Technical Bulletin, 13, pp.154-163.
Kim, D.H., Park, J.J., Chang, Y.C., Jeong, S.S. (2018) Proposed Shear Load-transfer Curves for Prebored and Precast Steel Piles, J. Korean Geotechnical Soc., 34(12), pp.43-58.
Kim, J., Jeong, Y.J., Park, M.S., Song, S. (2019) Effect of Soil Stiffness Estimation on Natural Frequency of Monopiles, KSCE 2019 Convention, pp.218-219.
Kim, J., Kim, M.K., Jung, S.D. (2015) Two-Dimensional Numerical Tunnel Model using a Winkler based Beam Element and Its Application into Tunnel Monitoring Systems, Clust. Comput., 18(4), pp.707-719.

상세보기
Kim, P.H., Kang, S.Y., Lee, Y.W., Kang, Y.J. (2016a) Study on the Natural Frequency of Wind Turbine Tower Based on Soil Pile Interaction to Evaluate Resonant Avoidance Frequency, J. Korea Acad.-Ind. Cooperation Soc., 17(4), pp.734-742.
Kim, M.Y., Yun, H.T., Kwak, T.Y. (2002) Derivation of Exact Dynamic Stiffness Matrix of a Beam-Column Element on Elastic Foundation, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 15(3), pp.463-469.
Kim, W.S., Jeong, Y., Kim, K., Kim, K.J., Lee, J.H. (2016b) Seismic Analysis for Multi-pile Concrete Foundation in 5MW class Offshore Wind Turbine, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 29(3), pp.209-218.

원문보기 상세보기
Korean Geotechnical Society(KGS) (2014) Design of Offshore Wind Turbine Foundation for Geotechnical Engineers, CIR, pp.238-254.
Kurabayashi, H., Cho, S.K. (2016) Vibration Control Device, KR Patent, No.1016584900000.
Limkatanyu, S., Kuntiyawichai, K., Spacone, E., Kwon, M. (2013) Nonlinear Winkler-Based Beam Element with Improved Displacement Shape Functions, KSCE J. Civil Eng., 17(4), pp.192-201.

상세보기
Lee, D.I., Park, S.Y., Cho, Y.W., Kim, H.S. (2016) Development of Concrete Supporting Structure Design Using Suction Foundation in Offshore Wind Farms, Yooshin Technical Report, 23, pp.45-56.
Smith, I.M., Griffiths, D.V. (2004) Programming the Finite Element Method, 4th, John Wiley & Sons, Chichester, England, pp.25-29.
Zaaijer, M. (2002) Foundation Models for the Dynamic Response of Offshore Wind Turbines, Marine Renewable Energy Conference, Newcastle, UK.

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증