응답면 기법을 이용한 해상풍력기초 모노파일의 신뢰성 해석

Abstract

해상풍력발전기 기초는 해상에서 발생하는 풍력, 조력, 파력 등의 반복적인 수평하중에 지배되는 구조물이며, 모노파일 적용시 파일의 수평거동에 대한 해석은 수평하중에 대해 말뚝의 변형과 파일주변 흙의 저항력을 표현하는 p-y 곡선을 이용하는 것이 현재까지 가장 합리적인 방법으로 알려져 있다. 모노파일에 대한 신뢰성 해석시 비선형 p-y 거동해석을 통해 얻게 되는 파일의 변위와 회전각 등에 대한 한계상태함수는 음함수의 형태가 되므로 해석에 많은 어려움이 따른다. 응답면 기법(RSM, Response Surface Method)은 이러한 음함수 형태의 한계상태함수를 확률변수에 대한 근사 다항식인 양함수의 형태로 근사화 할 수 있는 방법이다. RSM 이용시 신뢰성해석은 매우 간단해지는 장점이 있으나 근사식이 한계상태의 특성을 어느정도 잘 표현하느냐에 따라 결과의 정확도가 좌우된다. 본 연구에서는 해상풍력 모노파일 기초를 대상으로 응답면 기법의 대표적 형태인 Central Composite Design 방법과 Bucher-Bourgund 방법 및 Bucher 등(1990)의 적응적 응답면 기법을 이용한 신뢰성 해석을 수행하였으며, 그 결과를 Monte-Carlo Simulation 방법에 의한 신뢰도지수와 비교&#8729 분석하여 모노파일에 대한 신뢰성 해석시 가장 합리적인 RSM 기법을 제안하였다.까지 가장 합리적인 방법으로 알려져 있다. 모노파일에 대한 신뢰성 해석시 비선형 p-y 거동해석을 통해 얻게 되는 파일의 변위와 회전각 등에 대한 한계상태함수는 음함수의 형태가 되므로 해석에 많은 어려움이 따른다. 응답면 기법(RSM, Response Surface Method)은 이러한 음함수 형태의 한계상태함수를 확률변수에 대한 근사 다항식인 양함수의 형태로 근사화 할 수 있는 방법이다. RSM 이용시 신뢰성해석은 매우 간단해지는 장점이 있으나 근사식이 한계상태의 특성을 어느정도 잘 표현하느냐에 따라 결과의 정확도가 좌우된다. 본 연구에서는 해상풍력 모노파일 기초를 대상으로 응답면 기법의 대표적 형태인 Central Composite Design 방법과 Bucher-Bourgund 방법 및 Bucher 등(1990)의 적응적 응답면 기법을 이용한 신뢰성 해석을 수행하였으며, 그 결과를 Monte-Carlo Simulation 방법에 의한 신뢰도지수와 비교&#8729 분석하여 모노파일에 대한 신뢰성 해석시 가장 합리적인 RSM 기법을 제안하였다.