콘크리트 충전 이중관 해상풍력 타워 자동 설계 프로그램

Abstract

본 연구에서는 강재 관을 적용한 이중관 충전콘크리트구조의 해상풍력 타워를 제안하고, 이의 자동설계 프로그램을 개발하였다. 개발 프로그램은 콘크리트의 구속효과와재료비선형을 고려하여 해석을 수행하고, 최적의 설계안을제시한다. 자동 설계시 입력데이터는 DSCT 해상풍력 타워의 외경과 요구 성능인 축강도, 휨강도, 그리고 재료 물성치이며, 이 입력 데이터를 바탕으로 자동적으로 외부관의두께를 결정한 후, 내&#8228 외부관의 두께, 중공비 등을 변화시켜 비선형 해석을 수행하고, 10개의 단면 설계안을 도출한다. 또한, 해석 결과를 바탕으로 각 설계안에 대한 축력-모멘트 상관관계도를 제시하여 설계자가 원하는 최적의 단면을 선택할 수 있도록 하였다.개발된 프로그램을 이용하여 기존의 강재 풍력타워 대비직경이 감소된 DSCT 해상풍력 타워의 단면 설계를 수행하였으며, 3.6MW 터빈과 5.0MW 터빈, 그리고 강재타워와동일 직경부터 강재타워의 40% 직경을 갖는 경우의 3가지,총 6가지 조건에 대해 단면설계를 수행하였다.도출된 설계안에 대해 P-M 상관도 해석을 수행한 결과,강재 풍력타워에 비해 외경을 30~60%까지 감소시킬 수 있었으며, 요구 모멘트를 모두 만족하였다. 축강도의 경우 요구축력에 비해 1,200~2,000%의 값을 가져, 요구 성능을 크게상회하였으며 향후 축강도 부분에 대해 좀 더 경제적인 설계가 요구된다. 외부강관의 두께는 타워의 외경 및 중공비에따라 변화하며, 기존 강재 타워의 두께인 30mm (3.6MW)와35mm (5.0MW)에 비교하였을때, 17~155% (3.6MW), 16~113%(5.0MW)로 다양한 범위에 분포하였다.도출된 설계안과 해석 결과는 DSCT 구조가 해상풍력 입력데이터는 DSCT 해상풍력 타워의 외경과 요구 성능인 축강도, 휨강도, 그리고 재료 물성치이며, 이 입력 데이터를 바탕으로 자동적으로 외부관의두께를 결정한 후, 내&#8228 외부관의 두께, 중공비 등을 변화시켜 비선형 해석을 수행하고, 10개의 단면 설계안을 도출한다. 또한, 해석 결과를 바탕으로 각 설계안에 대한 축력-모멘트 상관관계도를 제시하여 설계자가 원하는 최적의 단면을 선택할 수 있도록 하였다.개발된 프로그램을 이용하여 기존의 강재 풍력타워 대비직경이 감소된 DSCT 해상풍력 타워의 단면 설계를 수행하였으며, 3.6MW 터빈과 5.0MW 터빈, 그리고 강재타워와동일 직경부터 강재타워의 40% 직경을 갖는 경우의 3가지,총 6가지 조건에 대해 단면설계를 수행하였다.도출된 설계안에 대해 P-M 상관도 해석을 수행한 결과,강재 풍력타워에 비해 외경을 30~60%까지 감소시킬 수 있었으며, 요구 모멘트를 모두 만족하였다. 축강도의 경우 요구축력에 비해 1,200~2,000%의 값을 가져, 요구 성능을 크게상회하였으며 향후 축강도 부분에 대해 좀 더 경제적인 설계가 요구된다. 외부강관의 두께는 타워의 외경 및 중공비에따라 변화하며, 기존 강재 타워의 두께인 30mm (3.6MW)와35mm (5.0MW)에 비교하였을때, 17~155% (3.6MW), 16~113%(5.0MW)로 다양한 범위에 분포하였다.도출된 설계안과 해석 결과는 DSCT 구조가 해상풍력