3MW급 터빈 대응 모듈러 FRP DSCT 풍력타워 표준단면 설계

Abstract

FRP DSCT 타워 (FRP DSCT Fiber Reinforced Polymer Double-Skinned Concrete Filled Tubular) 는 FRP로 제작된 내부관과 외부관 사이에 콘크리트가 충진되는 구조이다. DSCT 구조는 중공단면으로 인해 자중이 작고, 내외부의 관에 의해 콘크리트가 구속되어 강도와 연성이 증가한다. 본 연구에서는 FRP DSCT 구조를 3MW급 터빈을 지지하는 풍력 타워의 단면을 설계하고, 해석을 통하여 그 성능을 평가하였다. 설계와 해석은 Auto DSCT와 CoWiTA를 사용하여 재료비선형 및 콘크리트의 구속효과, 상부에 설치되는 터빈의 자중에 의한 대변위 효과가 고려되었다. 타워의 하부 직경은 4.5m를 기준으로 100%, 95%, 90%, 85%에 따른 4가지 직경을 모두 고려하여 설계하였으며, 상부 직경은 3.6m로 선정하였다. 또한 타워 제작과 설치를 고려하기 위하여 각 타워를 모듈화 하고 각 모듈에 대한 단면을 설계하였으며, 모듈 높이에 따른 요구 모멘트를 만족하는지에 대한 해석을 수행하였다. 해석 결과 하부직경 4.5m의 타워는 중공비 0.85 이하를 적용하는 경우 요구하중을 만족하였고 하부직경이 4.5m의 95%, 90%, 85%인 타워는 중공비 0.82, 0.76, 0.7이하를 적용하는 경우 요구하중 조건을 만족하는 것으로 나타났다. 강도와 연성이 증가한다. 본 연구에서는 FRP DSCT 구조를 3MW급 터빈을 지지하는 풍력 타워의 단면을 설계하고, 해석을 통하여 그 성능을 평가하였다. 설계와 해석은 Auto DSCT와 CoWiTA를 사용하여 재료비선형 및 콘크리트의 구속효과, 상부에 설치되는 터빈의 자중에 의한 대변위 효과가 고려되었다. 타워의 하부 직경은 4.5m를 기준으로 100%, 95%, 90%, 85%에 따른 4가지 직경을 모두 고려하여 설계하였으며, 상부 직경은 3.6m로 선정하였다. 또한 타워 제작과 설치를 고려하기 위하여 각 타워를 모듈화 하고 각 모듈에 대한 단면을 설계하였으며, 모듈 높이에 따른 요구 모멘트를 만족하는지에 대한 해석을 수행하였다. 해석 결과 하부직경 4.5m의 타워는 중공비 0.85 이하를 적용하는 경우 요구하중을 만족하였고 하부직경이 4.5m의 95%, 90%, 85%인 타워는 중공비 0.82, 0.76, 0.7이하를 적용하는 경우 요구하중 조건을 만족하는 것으로 나타났다.