• 해양환경안전학회지
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• 제26권1호
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• pp.103-113
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• 2020

잭업 드릴링 리그 (Jack-up drilling rigs)는 해양자원개발 분야 중 석유 및 가스 탐사 산업에서 널리 사용되는 대표적인 해양구조물이다. 이러한 잭업 구조물은 대체로 얕은 수심에서 사용하도록 설계되었지만 에너지 산업의 추세로 대수심 및 가혹한 환경 조건에서도 사용이 가능한 설계가 요구되고 있다. 이러한 잭업구조물의 운영환경 확장에 따라서 과도한 설계를 최소화하고 신뢰성 반영된 설계법이 요구되었다. 기존의 해양구조물 산업에서 잭업 구조물의 설계법은 사용(혹은 허용)응력 설계 (WSD: Working (or Allowable) Stress Design) 방법을 사용하여 설계가 되고 있었다. 이러한 설치환경변화에 따라서 충분한 신뢰성을 확보가 가능한 하중 및 저항계수 (LRFD: Load and Resistance Factored Design) 방법을 최근 개발되었고 규정화가 되었다. LRFD 방법은 통계적 기반으로 한 한계상태설계 개념으로 잭업구조물의 구성구조부재의 하중과 전산수치해석을 이용한 강도의 불확성을 하중 및 저항 계수로 표현하는 설계법이다. 개발된 LRFD 방법은 실제 잭업구조물 설계의 적합성 판단을 위하여 기존의 WSD 방법과의 정량적인 비교 분석이 반드시 필요하다. 따라서 본 연구는 기존의 WSD와 LRFD 방법으로 이용하여 실 잭업 구조물의 레그 구조를 대상으로 상용유한요소해석코드를 이용하여 정량적인 UC (Unity Check)값을 기반으로 비교 분석하였다. 분석된 결과로 다양한 환경하중조건 하에서 LRFD 방법을 사용하여 잭업구조물의 레그(Leg) 설계에서 상당히 합리적인 UC 값을 가지고 기존 대표적인 WSD기법 중에 하나인 API-RP 코드 대비 약 31 % 차이가 분석되었다. 따라서 LRFD 설계 방법이 WSD 방법에 비해 구조 최적화 및 합리적인 설계에 더 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한조선학회지
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• 제54권4호
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• pp.39-46
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• 2017

잭업 드릴링 리그는 해양 원유 및 가스개발 분야에 폭넓게 사용되어지고 있다. 초기 모델은 수심 60미터 이하의 천수영역에서 운용되었고, 최근에는 대수심 150미터와 가혹한 환경조건에 대응하도록 개발이 되어 왔다. 본 기고에서는 북해 유전에 사용되는 잭업리그의 전선해석을 수치해석방법을 통하여 검토하였다. 첫번째로, 북해의 환경조건을 분석하고, 해저지질조사 보고서를 통하여 지질특성을 확인하였다. 조사자료를 근거로 기본도를 작성할 수 있는 설계사양을 수립하였다. 북해에 설치된 잭업리그의 동적특성을 규명하기 위해서, 전선해석 시 레그와 선체를 고려한 전도모멘트를 계산하고, 잭업리그 leg & 선체구조의 건전성 확인을 위하여, 국제코드를 활용한 구조강도 평가 수행으로 안전성을 검토하였다. 잭업하는 도중 발생할 수 있는 불확실성 요소들은 해저면의 특성에 크게 관련되어 있으며, 일반적으로 pre-loading하는 과정 중에 자주 발생한다. 이 기고에서는 잭업리그의 운용하는 사이클 내에서 발생 가능한 구조적 안전성을 검증하기 위하여 상세구조 및 설치엔지니어링 문제에 대해서 분석하였다. 이러한 목적에 부합하기 위하여 아래의 사항들을 검토하였다. - 해저지질 조건을 고려한 구조붕괴거동 - Pre-loading 절차서 및 매개변수에 의한 붕괴모드 - 계측자료의 검증 및 구조엔지니어링 결과.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.601-609
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• 2022

잭업드릴링 리그는 해양 석유와 가스 탐사 산업에서 널리 사용되는 모바일 해양 플랫폼이다. 그것은 시추 및 생산을 위한 캔틸레버 시추 장치가 있는 독립적인 3개의 다리가 있는 자체 승강식 장치이다. 전형적인 잭업리그는 삼각형 선체, 타워형 데릭, 캔틸레버, 잭케이스, 거주구와 다리로 구성되며 여기에는 스퍼드캔 구조, 개방형 트러스, X-교차 구조로 구성된다. 일반적으로 잭업리그는 수심 130m~170m에서만 운용이 되고 있다. 최근 들어 개발 유정이 심해로 이동하면서, 깊은 수심과 가혹한 환경조건을 만족해야 한다. 리그의 작업 상태에서 모든 정적, 동적 하중은 레그(Leg)를 통해서 지탱되는 특징이 있다. 이러한 리그의 중요한 이슈는 순간적으로 큰 충격에너지를 발생시키는 충돌에 대한 레그의 안전성이다. 본 연구에서는 LS-Dyna 프로그램을 이용하여 DNV 선급에서 규정하고 있는 충돌에너지 35MJ 요구사항에 대한 수치해석 및 검증을 수행하였다. 충돌 선박은 배수량 7,500톤 작업 지원선을 사용하였고, 5가지 충돌조건을 선정하였다. 해석결과로부터 모든 충돌조건은 선급 기준을 만족하지 못한다. 코드 방향 충돌조건은 충돌에너지 15MJ, 브레이스 충돌조건은 6MJ이 합리적이다. 따라서 충돌시나리오에 따른 합리적인 충돌에너지 기준의 제정이 필요로 하다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권4호
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• pp.337-342
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• 2016

스퍼드캔(spudcan)은 잭업리그(jack-up rig)의 다리 하단에 장착되며, 해저면에 구조물을 안정적으로 지지하여 구조물의 전복사고를 방지하기 위한 장치이다. 표층이 모래 층일 때는 침투(penetration) 시에 스퍼드캔을 안정적으로 삽입하기 위해서, 그리고 점토 층일 때는 회수(extraction) 시에 원활하게 뽑아 올리기 위해서 스퍼드캔에는 물 분사장치가 장착되어 있다. 본 연구에서는 물 분사장치를 위한 배관라인용 홀의 형상을 최적화하기 위해 크게 타원형과 원형 두 가지 형상을 설정하였다. 해석을 위해 대상 Site 는 멕시코만(Gulf of Mexico)로 선정하였고 대상 플랫폼은 해상풍력발전기설치선(WTIV)을 선택하였다. 상용프로그램인 ANSYS Workbench 를 사용하여 최적설계를 진행하였다. 본 연구결과는 다양한 해양구조물의 홀 형상설계에 적용될 수 있다.

• 한국철도학회지
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• 제7권1호
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• pp.51-56
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• 2004

경부고속철도 제7-2공구 현장은 충청북도 영동군 심천면 초강리에서 영동읍 화신리에 이르는 총연장 10km의(182k800∼199k800) 고속철도 노반공사 현장으로서 총 연장 중 교량공은 3.6km, NATM터널 2.6km, 그리고 토공 3.8km로 구성되어 있다. 이중 교량공은 PC Box 연속교(2@40m, 2@25m, 3@25m 등)가 주를 이루고 있으며 가설공법으로는 현장타설공법인 FSM(Full Staging Method) 공법을 채택하였다. 교량의 받침 형식으로는 고정단에는 포트받침 그리고 가동단에는 탄성받침이 적용되었다(참조 : www.ktx7-2.wo.to). (중략)

• 한국해양공학회지
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• 제28권5호
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• pp.371-377
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• 2014

In this study, the hydrodynamic characteristics of various types of jack-up legs for a wind turbine installation vessel were analyzed. Using the modified Morison equation, the wave and current excitation forces on the jack-up legs were calculated. A modal analysis was performed to predict the dynamic responses for various types of jack-up legs. The Newmark-beta time integration scheme was used to solve the equation of motion in waves in the time domain. The maximum displacement and maximum bending stress were computed for four different types of legs, and their results were compared to select an optimum leg type. Finally, a six-leg jack-up rig with the selected optimal legs was modeled, and its natural period and hydrodynamic behaviors were evaluated.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.645-654
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• 2011

복층거더 번들형 사장교의 대블럭 가설 중 내풍안정성 확보를 위해 잭업바지 위에 임시벤트를 설치하여 가설 구조계를 지지하는 방안이 검토되었다. 일반적으로 거스트 계수를 곱한 정적 항력으로 임시벤트를 설계하는 경우 거더의 버페팅력에 의해 발생되는 임시벤트의 축력 변동성분을 고려할 수 없으며, 이는 일부 설계기준에 제시된 정적 상향 풍력으로도 평가할 수 없다. 유용한 해결 방안으로 주파수영역 버페팅해석을 수행하고 임시벤트에 작용하는 거더의 반력을 산정하였다. 우선 임시벤트를 해석 모델에 포함하고 거더와의 동적 상호작용을 엄밀히 반영하는 해석을 수행하였으며, 그 결과를 임시벤트가 거더를 받치는 고정 지지점으로 간주하여 해석한 경우의 결과와 비교 검토하였다. 임시벤트의 강성을 고려하는 경우 산정된 임시벤트와 거더 간 작용력은 임시벤트를 고정 지지점으로 간주하여 얻은 반력에 비하여 작은 값을 보였다. 따라서 대상교량의 가설 구조물 내풍설계를 수행하는 경우 임시벤트가 포함된 해석 모델링의 필요성과 버페팅해석을 통한 동적내풍 설계의 유용성을 제시하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권10호
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• pp.13-22
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• 2016

본 연구에서는 가이드라인에 제시된 스퍼드캔의 설계 프로세스에 따라 서남해 연약지반 조건에 최적화된 스퍼드캔의 형상 및 크기를 도출하고, 안정성 평가를 위한 복합하중 작용 시의 항복면을 정의하였다. 이를 위해 일정한 수직하중 작용 시 수평하중과 모멘트 하중을 가하여 수평하중-수평변위, 모멘트-회전변위간의 상관관계를 통해 항복면을 산출하는 프로브 방법을 적용하였다. 분석 결과, 복합하중을 고려한 서남해 지반에서 요구되는 스퍼드캔의 직경은 8m로 나타났으며, 가이드라인에 제시된 지지력 산출경험식을 통해 지지력을 계산할 경우 얕은 심도에서는 비교적 정확한 지지력의 예측이 가능한 것으로 나타났다. 제시된 항복면은 Mohr Coulomb 모델과 Hardening soil 모델을 각각 적용하였을 시 서로 다른 형상을 보였으나, 스퍼드캔의 직경이 증가함에 따라 점차 확장되는 경향을 보였다. 본 연구를 통해 제시된 항복면은 실제 스퍼드캔이 설치될 지역의 지반조사 결과, 가이드라인과 더불어 추후 해상풍력단지 조성 시 스퍼드캔의 안정성 평가에 유용한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권8호
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• pp.1136-1142
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• 2012

신재생에너지의 관심이 증가함에 따라 해상풍력발전시장이 확대되고 있다. 열악한 환경에서 해상풍력발전을 안전하게 설치하기 위해서는 jack-up rig를 이용한 작업이 이루어져야하며, 최근에는 기존 jack-up rig의 단점을 보완한 자체추진력을 가진 WTIV가 개발되었다. 이는 60 m이하의 연안에서 주로 작업이 이루어지며, 이러한 지역은 연약 점성토 및 사질토로 jack-up rig 작업 시 지반침하에 대한 안정성 검토가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 압밀이론을 고려하여 jack-up rig 작업이 연약지반에 미치는 영향을 FLAC3D를 이용하여 수치해석적인 연구를 진행하였다. 침하정도를 분석하고, 안정적인 jack-up rig 작업을 위해 재하방법을 달리하였다. 본 연구에서 적용한 차등재하방법 중 mid-loading 방법은 clay층에 유리하며, pre-loading 방법은 sand층에 유리한 결과가 나타났다.