이중관 충전콘크리트 기둥의 거동 분석을 위한 수치해석 기법

Abstract

현재 전 세계적으로 화석연료의 고갈과 원자력에너지에 대한 불안감 등으로 인하여, 풍력, 조력, 조류, 지열, 태양광 등과 같은 신재생 에너지 개발을 위한 노력이 증가하고 있다. 신재생 에너지 중 발전효율이 높은 풍력에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 해상풍력발전의 발전단가가 작게 산정되어 충분한 경쟁력을 확보하고 있다고 판단되며, 향후 많은 해상풍력발전 단지의 건설이 추진되고 있다. 해상에서는 육상과 비교하여 동일 풍속 대비 낮은 고도에서 양질의 풍력을 얻을 수 있기 때문에, 해상풍력발전의 단지건설이 증가하고 있으며, 발전용량의 증대를 위해 발전 터빈, Blase 및 지지구조물의 크기가 대형화되는 추세이다. 하지만, 해상풍력의 대형화에 따라, 강재로 제작된 타워 구조물의 세장비 또한 크게 증가하며, 지지구조의 좌굴 파괴 위험성도 증가하고 있다. 따라서 이의 해결을 위한 경제적이고 안전한 고강도 신형식 지지구조의 개발이 필요하다. 이에 따라 지지구조체에 대한 정확한 거동 모사를 할 수 있는 해석기법에 관한 연구가 활발히 진행중이다. 본 연구에서는 강재 풍력타워의 좌굴 문제 해결과 모듈형 풍력타워 구조체의 개발을 위해 이중관 충전콘크리트(DSCT Double-Skinned Concrete Fille Tube) 기둥의 비선형 거동을 모사하기 위하여 범용 유한요소 해석 프로그램을 이용한 해석을 수행하였으며, 실험 data와의 비교를 통하여 타당성을 검증하였다.고 있으며, 해상풍력발전의 발전단가가 작게 산정되어 충분한 경쟁력을 확보하고 있다고 판단되며, 향후 많은 해상풍력발전 단지의 건설이 추진되고 있다. 해상에서는 육상과 비교하여 동일 풍속 대비 낮은 고도에서 양질의 풍력을 얻을 수 있기 때문에, 해상풍력발전의 단지건설이 증가하고 있으며, 발전용량의 증대를 위해 발전 터빈, Blase 및 지지구조물의 크기가 대형화되는 추세이다. 하지만, 해상풍력의 대형화에 따라, 강재로 제작된 타워 구조물의 세장비 또한 크게 증가하며, 지지구조의 좌굴 파괴 위험성도 증가하고 있다. 따라서 이의 해결을 위한 경제적이고 안전한 고강도 신형식 지지구조의 개발이 필요하다. 이에 따라 지지구조체에 대한 정확한 거동 모사를 할 수 있는 해석기법에 관한 연구가 활발히 진행중이다. 본 연구에서는 강재 풍력타워의 좌굴 문제 해결과 모듈형 풍력타워 구조체의 개발을 위해 이중관 충전콘크리트(DSCT Double-Skinned Concrete Fille Tube) 기둥의 비선형 거동을 모사하기 위하여 범용 유한요소 해석 프로그램을 이용한 해석을 수행하였으며, 실험 data와의 비교를 통하여 타당성을 검증하였다.