• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권12호
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• pp.91-98
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• 2012

기존의 설계방식 및 유한요소법에 의해 모델링된 해상풍력 기초의 거동특성을 비교하였고, 확률론적 측면에서 기초형식에 따른 해석사례를 비교 분석하였다. 동일한 수심 및 지반조건에서 동일한 형식의 기초를 설계할 경우 가정모델에 따른 거동양상을 비교한 결과 지반의 강성을 고려하는 가상고정식과 분포 스프링식은 부재력에 차이가 크지 않은 반면, 이를 고려하지 않는 지반고정식은 상대적으로 부재력이 작게 산정됨으로써 보다 불안정한 설계를 유도하는 경향이 있었다. 다시 말해 기초와 지반의 상호관계는 해석결과에 크게 영향을 미치므로 지반의 강성을 고려함이 합리적이다. p-y 방법과 FEM 모델을 이용하여 각각 동일한 모노파일을 해석한 결과 상 하부에서 상당한 오차가 발생하였고, 특히 직경이 큰 경우에 파일 하부에서의 오차가 크게 나타남으로써 5m 이상의 대구경 모노파일 설계 시는 FEM 등 정밀해석이 병행되어야 하며, 해저지반 특성의 면밀한 고려와 공학적 판단이 필요하다. 트라이포드 및 모노파일 형식의 기초를 동일한 수심 및 지반조건에 대하여 신뢰성을 해석한 결과 트라이포드 형식의 파괴확률이 매우 작게 산정되었고, 모노파일 형식은 파괴확률이 비교적 크게 산정되어 안전도가 낮게 평가될 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.486-493
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• 2010

Recently, it has been a worldwide issue to develop offshore wind farm based on the past technical experiences of onshore wind turbine installation. In Korea, the government has the wind-energy to be a new-sustainable field of development to bring green-growth in near future and put political and fiscal efforts to support the academic and industrial technical development. Especially, there are much advancement for the fields of turbine, blade, bearing, grid connection, ETC. Correspondingly, technical needs do exist for the offshore foundation installation techniques in geotechnical point of view. Within few years, 2~5MW offshore wind turbines will be constructed at about 30m water depth and it is known that monopiles of D=4~6m are suitable types of foundation. In order to construct offshore wind-turbine foundation, technical developments for drilling machine, design manual, monitoring&maintenance technique are required. This paper presents technical issues with related to offshore wind farm and large diameter monopile in the point of renewable energy development.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제20권2호
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• pp.84-90
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• 2017

본 연구는 3차원 CFD(Computational Fluid Dynamics)이용하여 모노파일 기초 주변의 환형 세굴방지공에 의한 세굴방지 효과를 파악하였다. Torsethaugen(1975)의 수리모형 실험결과를 바탕으로 FLOW-3D의 해석결과를 검증하였다. 검증결과를 바탕으로 유속변화에 따른 세굴을 연구한 결과, 유속이 증가할수록 최대 세굴심과 세굴폭 또한 증가하는 경향을 확인하였다. 모노파일 기초 주변에 세굴방지 효과 연구를 위해 바닥면에 환형 세굴방지공을 부착하여 수치실험을 수행하였으며, 약 68.5%의 세굴 감소 효과를 확인했다. 또한 하강 유속과 구조물 주변 저층 유속이 감소한 것을 확인하였고, 이는 세굴방지공이 세굴에 영향을 미치는 하강류의 저감 효과를 보이는 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.421-430
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• 2013

수평하중이 지배적인 해상 풍력발전기 설계 시에는 지반-기초구조물 거동을 정확히 모사하여야 상부구조물에 대한 정확한 거동예측이 가능하며, 합리적 설계가 이루어질 수 있다. 현재 다양한 지반 모델링 기법이 존재하나, 모노파일 기초 설계 시, 각 해석 기법에 대한 충분한 검증 절차 없이 해석 결과를 그대로 사용할 경우 구조물을 과다 및 과소하게 설계할 우려가 있다. 이에 본 연구에서는 지반 모델링 기법 차에 따른 모노파일의 부재력 및 수평변위 차를 비교 분석하였다. 검토 결과 고정단 모델은 최대 수평변위를 과소평가 하여 사용성 검토 측면에서 적합하지 않은 것으로 나타났으며, 고정단 모델, 지반강성행렬 모델은 모노파일의 부재력을 과소평가하는 것으로 나타났다. 반면 가상고정점 모델은 모노파일의 부재력을 과대평가하여 경제성 측면에서 적합하지 않은 것으로 나타났다. 지반반력계수 모델과 p-y곡선 모델의 경우 3D 지반 모델링 해석 결과와 비교적 유사한 수평변위 및 부재력을 나타냈으며, 지반을 2D로 모델링한 경우 타 모델링 기법에 비해 과대한 수평변위와 부재력을 산정했다.

• 한국CDE학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.193-209
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• 2015

For reasons such as global warming, depletion of fossil fuels and the danger of nuclear energy the research and development of renewable energy is actively underway. Wind energy has advantages over another renewable energy in terms of location requirements, energy efficiency and reliability. Nowadays the research and development area is expanded to offshore because it can supply more wind reliability and free from noise pollution. In this study, the monopile offshore wind turbine transportation and installation (T&I) process are investigated. In addition, the schedule and cost for the process are estimated by discrete event simulation. For the simulation, simulation models for various means of T&I are developed. The optimum T&I execution plan with shortest duration and lowest cost can be found by using different mission start day and T&I means.

• Geomechanics and Engineering
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• 제19권1호
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• pp.79-91
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• 2019

Renewed interest in the long-term pile foundations has been driven by the increase in offshore wind turbine installation to generate renewable energy. A monopile subjected to repetitive loads experiences an evolution of displacements, pile rotation, and stress redistribution along the embedded portion of the pile. However, it is not fully understood how the embedded pile interacts with the surrounding soil elements based on different pile geometries. This study investigates the long-term soil response around offshore monopiles using finite element method. The semi-empirical numerical approach is adopted to account for the fundamental features of volumetric strain (terminal void ratio) and shear strain (shakedown and ratcheting), the strain accumulation rate, and stress obliquity. The model is tested with different strain boundary conditions and stress obliquity by relaxing four model parameters. The parametric study includes pile diameter, embedded length, and moment arm distance from the surface. Numerical results indicate that different pile geometries produce a distinct evolution of lateral displacement and stress. In particular, the repetitive lateral load increases the global lateral load resistance. Further analysis provides insight into the propagation of the shear localization from the pile tip to the ground surface.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.21-31
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• 2014

최근 전 세계적으로 화석연료 고갈에 대비하여 신재생에너지에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 특히, 해상풍력발전기는 경제성 측면에서 매우 뛰어난 기술로 알려져 있다. 그런데, 해상 풍력발전기는 바람과 풍력 하중 때문에 저면에 큰 모멘트가 발생하므로 대구경 모노파일을 적용하는 것이 필요하다. 이 때, 대구경 말뚝을 경제적으로 설계하려면 기초구조물의 강성이 타워의 최대 모멘트 값에 미치는 영향을 고려하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 기초구조물 강성을 산정할 때 모노파일의 대구경 효과를 정밀히 고려하기 위하여 3차원 유한요소해석을 수행하고, 기존의 p-y 해석법에 의한 강성산정 결과와 비교하였다. 본 연구에 적용한 예제의 해석결과, 기초구조물의 강성 산정방법에 따른 말뚝두부 최대 모멘트 값의 변화는 크지 않았지만 말뚝두부 최대 기울어짐 각의 경우 유한요소해석법이 p-y 해석법에 비하여 14% 증가하는 것으로 나타났다. 그러므로, 기울어짐 각이 성능수준에 영향을 미치는 경우 유한요소해석법을 적용하여 기초강성 효과를 정밀하게 고려하는 것이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.343-350
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• 2015

천해역에서의 해상풍력터빈의 기초 형식으로 모노파일, 트라이포드, 재킷 등의 고정식 기초 사이의 최적의 지지구조물 선별에 대한 논의가 세계적으로 활발하게 되어왔다. 다양한 기초 형식 가운데 어떤 기초를 최종 선택하기 위해서는 경제성과 함께 동적설계 측면에서의 검토도 필요하다. 이 연구에서는 고정식 기초를 해상풍력터빈의 기초로 적용하는 경우 전체 구조물의 고유주파수에 미치는 하중 및 지반 물성치의 불확실성의 영향을 정량적으로 검토하였다. 연구결과, 모노파일의 고유주파수의 변동이 가장 심한 것을 알 수 있었고, 따라서 모노파일 기초를 설계에 반영하는 경우에는 지반 물성치의 불확실성을 최소화시키는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.2401-2409
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• 2013

응답면 기법(RSM)을 이용하여 해상풍력(OWT) 모노파일에 대한 신뢰성 해석을 수행하였다. 모노파일은 해수면으로부터 15m 깊이에 설치되고 사질토에 근입되는 조건으로 고려하였다. 풍하중 및 파랑하중과 같은 해양환경하중이 작용하는 OWT 모노파일에 대한 신뢰성 해석은 KIOST에서 개발된 신뢰성 해석프로그램인 HSRBD를 이용하였다. OWT 모노파일(직경 6m)의 설계변수에 대한 민감도 분석을 수행한 결과 파일직경이 증가할수록 파일두부에서의 수평변위 및 회전각에 대한 파괴확률은 감소하나 직경이 7m 이상이 되는 경우 파괴확률의 감소율은 작아져 거의 일정해지는 것으로 나타났다. 한편, 국내기준 가운데 파일직경의 1%를 허용수평변위(60mm)로 적용하는 경우 파일의 파괴확률은 1.5%이나 최소기준인 15mm로 고려하는 경우 파괴확률은 60%로 큰 차이가 발생하므로 이에 대한 적절한 설계기준의 정립이 요구된다. 마지막으로 OWT 모노파일의 다양한 설계변수 가운데 기초지반(사질토)에 대한 내부마찰각의 불확실성이 큰 경우 이것이 파일거동에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었으며, 민감도 분석결과는 최적설계와 파괴확률 감소를 위해 어떠한 절차가 필요한지를 보여준다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.184.2-184.2
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• 2010

With growing of wind turbine industry, offshore wind turbine system is getting more attention in recent years. Foundation of the offshore wind turbine plays a key role in stability of whole system. In this work, 5MW NREL reference wind turbine with rated speed of 11.4m/s is used for load calculation. Wind loads and wave loads are evaluated using GH-Bladed (Garard Hassan) and FAST (NREL). Additionally, FE simulation is carried out to investigate the wave effect on the support structure. Meanwhile, this work is trying to systematize and optimize load cases simulation for foundation of wind turbine system.