Journal of the Korean Geotechnical Society (한국지반공학회논문집)

Korean Geotechnical Society (한국지반공학회)
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Effect of Wind Load on Pile Foundation Stability in Solar Power Facilities on Slopes

풍하중이 경사지 태양광 발전시설의 기초 안정성에 미치는 영향 분석

  • 우종원 (인하대학교 토목공학과) ;
  • 유정연 (인하대학교 토목공학과) ;
  • 송기일 (인하대학교 사회인프라공학과)
  • Received : 2023.10.24
  • Accepted : 2023.11.14
  • Published : 2023.12.31
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Abstract

At present, in South Korea, there is a growing concern regarding solar power facilities installed on slopes because they are prone to damage caused by natural disasters, such as heavy rainfall and typhoons. Each year, these solar power facilities experience soil erosion due to heavy rainfall and foundation damage or detachment caused by strong wind loads. Despite these challenges, the interaction between the ground and structures is not adequately considered. Current analyses primarily focus on the structural stability under external loads; the overall facility site's stability-excluding the solar structures-in relation to its surrounding slopes is neglected. Therefore, in this study, we use finite-difference method analysis to simulate the behavior of the foundation and piles to assess changes in lateral displacement and bending stress in piles, as well as the safety factor of sloped terrains, in response to various influencing factors, such as pile diameter, spacing between piles, pile-embedding depth, wind loads, and dry and wet conditions. The analysis results indicate that pile spacing and wind loads significantly influence lateral displacement and bending stress in piles, whereas pile-embedding depth strongly influences the safety factor of sloped terrains. Moreover, we found that under certain conditions, the design criteria in domestic standards may not be met.

현재 국내에 경사지에 설치된 태양광 발전시설에 대해서 강우 혹은 태풍과 같은 자연재해로 매년 태양광 발전시설의 강우에 의해 토사가 유출되어 기초부에 손상을 입거나, 풍하중에 의해 기초부가 이탈하는 등 피해사례가 발생하여 이와 관련된 문제가 대두되고 있다. 하지만 위와 같은 실정에도 지반과 구조물의 상호작용은 고려하지 않고, 외부 하중에 따른 구조물 자체의 안정성만 분석을 시행하며, 설비 부지의 안정성 검토는 태양광 구조물을 제외한 사면에 대한 안정성 검토만 진행중이다. 따라서 본 논문에서는 각 영향인자에 대해서 말뚝의 횡방향변위와 휨응력, 경사지의 안전율의 변화양상을 검토하기 위해 지반과 말뚝의 거동을 모사할 수 있는 유한차분법 해석을 실시하였다. 영향인자는 말뚝의 지름, 말뚝 사이의 간격, 말뚝의 근입 깊이, 풍하중, 건기와 우기 조건 등의 인자를 가정하였으며, 횡방향 변위와 휨응력, 경사지의 안전율에 큰 영향을 미치는 인자를 검토하였다. 말뚝의 횡방향 변위와 휨응력은 말뚝 사이의 간격과 풍하중에 큰 영향을 받는 것으로 나타나았으며, 경사지의 안전율의 경우 말뚝의 근입 깊이에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 해석을 실시한 조건에서 일부분은 국내의 설계기준을 만족하지 못하는 것으로 검토되었다.

Keywords

Acknowledgement

본 논문은 행정안전부 "경사지(경사지) 태양광 발전 시설의 전주기 스마트 안전관리 기술 개발(20018265)"의 지원을 받아 작성되었음.

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