초록 ▼

신재생에너지 기술 중 해상 풍력발전은 매우 중요한 에너지원으로 평가받고 있다. 특히, 유럽을 중심으로 해상풍력발전이 활발히 개발되고 있으며, 한국에서도 풍력발전을 주요 신재생에너지로 선정하여 관련 기술개발 및 인력양성을 위한 연구를 진행하고 있다. 기초구조물은 전체 공사비에서 차지하는 비중이 높고 상부구조물의 안정성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 반복하중을 받는 기초구조물의 경제성과 안전성을 확보할 수 있는 설계법의 개발이 필요하다.

본 연구에서는 장기 반복하중을 받는 해상풍력발전기 기초구조물의 설계법을 제안하였다.

신재생에너지 기술 중 해상 풍력발전은 매우 중요한 에너지원으로 평가받고 있다. 특히, 유럽을 중심으로 해상풍력발전이 활발히 개발되고 있으며, 한국에서도 풍력발전을 주요 신재생에너지로 선정하여 관련 기술개발 및 인력양성을 위한 연구를 진행하고 있다. 기초구조물은 전체 공사비에서 차지하는 비중이 높고 상부구조물의 안정성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 반복하중을 받는 기초구조물의 경제성과 안전성을 확보할 수 있는 설계법의 개발이 필요하다.

본 연구에서는 장기 반복하중을 받는 해상풍력발전기 기초구조물의 설계법을 제안하였다. 이를 위하여
① 장기 반복하중을 재하할 수 있는 모형실험 장비를 제작하고, ② 모형실험을 통해 반복하중을 받는 기초구조물의 지지거동을 분석하며, ③ 최종적으로, 기초구조물의 장기누적변위를 예측하는 설계법을 개발하였다. 각 연차별로 수행한 연구내용은 다음과 같다.

[ 1차년도: 문헌연구 및 모형실험 장비 제작 ]
반복하중을 받는 해상풍력 기초구조물의 거동을 분석할 수 있는 모형실험 장비를 개발하였다. 이를 위해,문헌조사를 수행하여 기존 장비를 분석하고 성능을 개량한 장비를 설계하였다. 그리고, 한국건설기술연구원과의 긴밀한 협조를 통하여 기존 장비를 개량한 새로운 모형실험 장비를 구축하였다. 검증시험을 수행하여 구축된 실험장비의 하중재하 안정성(하중크기, 하중 주파수, 장시간의 재하안정성 등)과 지반조성 장비 및 계측장비의 성능을 검증하였다.

[ 2차년도: 모형실험을 이용한 기초구조물 지지거동 분석 ]
2차년도 연구에서는 점토 지반에 근입된 버켓기초의 장기지지 거동을 분석하기 위하여, ① 상사법칙 적용을 통한 모형체 제작, ② 점토지반에 근입된 버켓기초의 장기 반복하중 재하실험 수행, ③ 점토 근입 버켓기초의 누적 회전각을 산정하는 예측식 개발을 성공적으로 수행하였다. 점토근입 버켓기초에 대한 반복하중재하실험은 세계 최초로 연구된 것으로 우수한 연구성과를 도출한 것으로 판단된다.

[ 3차년도: 반복하중을 고려하는 해석모델링 기법 개발 ]

3차년도 연구에서는 사질토 지반에 근입된 버켓기초의 장기 반복하중 재하실험을 수행하고 버켓기초의 누적 회전각을 산정하는 예측식을 제안하였다. 기초지반은 2가지 상대밀도를 조성하였다. 정적 항복하중에 대한 반복하중의 크기를 변화시켜 사질토 근입 버켓기초의 누적 회전각을 산정하는 예측식 개발을 성공적으로 수행하였다.