신형식 FRP DSCT 풍력타워의 단면설계와 해석

Abstract

한국해양과학기술원에서는 섬유보강폴리머(FRP) 관을 적용한 DSCT 구조의 풍력타워를 제안하고, 이를 위한 자동설계 프로그램(Auto DSCT)과 해석 프로그램(CoWiTA)을 개발하였다. 두 프로그램 모두 콘크리트의 구속효과와 재료비선형을 고려하여 수행되었으며, 기존의 3MW 터빈을 지지하는 강재타워와 동일한 직경과 더 작은 직경의 타워에 대하여 단면 설계와 해석을 수행하였다. 자동설계 프로그램을 통해 얻은 10개의 단면 설계안 중에서 P-M 상관도 해석을 통해 요구 모멘트에 대하여 만족하는 결과를 선택하여 타워의 휨거동을 해석하였으며, CoWiTA를 이용한 해석 시에는 대변위 효과가 고려되었다. 선택된 설계안에 대하여 CoWiTA를 통해 해석을 수행한 결과, 조사된 강재타워와 같은 직경의 FRP DSCT는 요구 모멘트의 최대 180%까지 만족하는 것으로 나타나 높은 강도를 보였다. 직경의 크기는 중공비에 따라 기존 강재타워 직경 대비 최대 25%까지 감소가 가능한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 FRP DSCT 풍력타워가 기존의 강재타워에 비해 더 작은 외경으로도 적용이 가능하며, 뛰어난 강도와 FRP의 내부식성으로 해상풍력타워로의 높은 적용 가능성을 보일 것으로 기대된다., 기존의 3MW 터빈을 지지하는 강재타워와 동일한 직경과 더 작은 직경의 타워에 대하여 단면 설계와 해석을 수행하였다. 자동설계 프로그램을 통해 얻은 10개의 단면 설계안 중에서 P-M 상관도 해석을 통해 요구 모멘트에 대하여 만족하는 결과를 선택하여 타워의 휨거동을 해석하였으며, CoWiTA를 이용한 해석 시에는 대변위 효과가 고려되었다. 선택된 설계안에 대하여 CoWiTA를 통해 해석을 수행한 결과, 조사된 강재타워와 같은 직경의 FRP DSCT는 요구 모멘트의 최대 180%까지 만족하는 것으로 나타나 높은 강도를 보였다. 직경의 크기는 중공비에 따라 기존 강재타워 직경 대비 최대 25%까지 감소가 가능한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 FRP DSCT 풍력타워가 기존의 강재타워에 비해 더 작은 외경으로도 적용이 가능하며, 뛰어난 강도와 FRP의 내부식성으로 해상풍력타워로의 높은 적용 가능성을 보일 것으로 기대된다.