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Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2012;12(2):87-94.
Published online April 30, 2012.
충격수평하중을 받는 모노파일의 거동 평가
변용훈, 박기원, 최창호, 이종섭
Behavior Evaluation of Monopile Foundation Subjected to Impact Lateral Loads
Yong-Hoon Byun, Kiwon Park, Changho Choi, Jong-Sub Lee
Abstract
Lateral loads, including wind, ocean wave and tide affect on the stability of the monopile in the offshore wind farm. The goal of this study is to characterize the behavior of the monopile under impact lateral loading by using strain gauges. A laboratory-scale monopile system, which consists of a monopile and a support plate, is fixed into the support plate for modelling the monopile embeded in rock mass. The length of the monopile is adjusted by a rotation of the screw thread carved on the monopile for the investigation of the natural frequency and moment. The impact lateral load is applied by the pendulum hammer, which falls at the fixed pendulum length and angle. For the analyses of the monopile behavior due to the impact loading, strain guages are symmetrically installed on the surface of the monopile in the axial direction. Experimental results show that the maximum moment increases with the increase of natural frequency of the monopile. In addition, the predicted natural frequencies of the model monopile are similar to the measured natural frequencies. This study demonstrates that the model monopile suggested in this study may be effectively used for the characterization of behavior of the monopile installed in the field.
Key Words: Lateral loading; Monopile; Natural frequency; Resonance
요지
풍력, 조력, 파력에 의해 발생하는 수평하중은 해상풍력발전용 모노파일의 안정성을 결정하는 중요한 인자중 하나이다. 본 연구에서는 전기저항식 변형률계를 연결한 측정시스템을 통하여 충격수평하중이 작용하는 모형 모노파일의 거동을 분석하고자 하였다. 암으로 구성된 해저지반에 모노파일이 지지된 경우를 모사하는 실내실험을 수행하기 위하여, 모형 모노파일은 파일과 고정판으로 구성하였으며, 파일의 끝단을 고정판에 고정시켰다. 모노파일의 고유주파수는 모형파일의 표면에 있는 나사산을 따라 파일의 길이를 조절함으로써 변화시켰다. 또한, 충격수평하중은 해머진자를 고정된 진자길이와 각도에서 자유낙하시켜 발생시켰다. 충격수평하중에 따른 모형 모노파일의 거동을 모니터링하기 위하여, 전기저항식 변형률계를 파일의 표면에 길이방향으로 대칭을 이루도록 설치하였다. 실험결과, 모노파일의 고유주파수가 증가함에 따라 최대모멘트는 증가하였으며, 길이방향으로 모멘트의 증가량은 증가하였다. 또한, 이론식으로 산정한 고유주파수와 충격하중을 가한후 측정된 고유주파수는 잘 일치하였다. 본 논문에서 제시한 모형 모노파일은 실제 해상풍력기초의 거동분석에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.
핵심용어: 수평하중; 모노파일; 고유주파수; 공진


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