해상풍력기초 신뢰성해석 사례분석 연구

Abstract

In this paper, the behavior of offshore wind turbine(OWT) foundation which is modeled by using existing design method and FEM is compared. When the same type of foundation is designed under the same sea and ground condition, the behavior characteristics with each model are compared. As a result, the member forces between apparent fixity and distributed spring type foundation which consider the ground stiffness are not different markedly, while fixed-base type foundation shows relatively lower member forces, which results in smaller safety margin. In other words, considering ground stiffness is reasonable because soil-pile interaction affects significantly on the analysis result. A case study with a monopile shows significant errors between p-y and FEM model at the head and tip of the pile. Also, it shows that the errors at the tip with diameter increase of the pile is larger. Thus, considering ground characteristics and engineering judgment are necessary in practice. A comparison of reliability analysis between tripod and monopile type foundation on the same condition shows larger probability of failure in monopile type and it indicates that the safety margin of monopile type can be lower.

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 5m이상의 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.