대변위 효과를 고려한 5MW급 터빈 대응 DSCT 풍력 타워의 구조적거동 분석

한택희,이진학,윤길림,원덕희,유상량 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.2

A double-skinned composite tubular (DSCT) offshore wind power tower was designed. Because a wind power turbine is heavy and a wind power tower is very slender, the actual resisting moment capacity of the tower against wind load becomes less than its original moment capacity as its lateral displacement increases. Therefore, its actual moment capacity should be found for safe design by considering large displacement effect. In this study, 40 sections of DSCT wind power towers were designed for a 5.0MW turbine and the performances of the designed 40 sections were analyzed with and without considerations of large displacement effect. In designing and analyzing them, the material nonlinearity and the confining effect of concrete were considered. The comparison of the analysis results showed the moment capacity loss of the wind power tower by the mass of the turbine is significant and the large displacement effect should be considered for the safe design of the wind power tower. 콘크리트 충전 이중강관(DSCT; Double-Skinned Composite Tubular) 해상풍력 타워를 설계하였다. 세장비가 큰 풍력타워는 고중량의풍력터빈을 지지하므로 안전한 풍력발전 타워의 설계를 위해서는 대변위 효과를 고려하여 실제 횡력에 저항할 수 있는 타워의 모멘트성능을 계산하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 5.0MW 급의 터빈에 대응하는 40개의 DSCT 풍력타워 단면을 설계하고 풍력타워를대변위 효과를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우에 대해 거동을 분석하였다. 설계와 해석에는 모두 재료비선형성과 콘크리트의 구속효과가 고려되었다. 해석결과의 비교로 터빈 자중에 의한 대변위 효과로 인하여 풍력타워의 실 모멘트 저항 성능 감소분이 상당하며, 안전한 풍력타워의 설계를 위해서는 대변위 효과가 반드시 고려되어야 함을 알 수 있었다.

콘크리트 충전 이중관 해상풍력 타워 자동 설계 프로그램

한택희,이진학,윤길림,원덕희,유상량,이선호,Han, Taek-Hui,Lee, Jin-Hak,Yun, Gil-Rim,Won, Deok-Hui,Yu, Sang-Ryang,Lee, Seon-Ho 한국전산구조공학회 2014 전산구조공학 Vol.27 No.3

도시철도 직류 구간용 FRP 애자 개발

한택희,심재석,김윤식,강현일,이기승,조호령,Han, Taek Hee,Sim, Jae Suk,Kim, Yoon Sik,Kang, Hyun Il,Lee, Gi Seung,Cho, Ho Ryung 한국복합신소재구조학회 2010 복합신소재학회논문집 Vol.1 No.1

원형 파형 판의 탄성전단좌굴 특성

한택희,박남회,강영종,임남형 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.4

of corrugated plates (or plates) have been recently increasing due to certain economic andstructural advantages. Likewise, applications of corrugated plates has been increasing because they are stronger compared to flat plates. Therefore, specifications of corrugated plates should be determined. There are many design details in almost every specification for flat plates. However, except the bending strength and the normal strength, there are no detailed design guides such as shear strength. Thus, it is dificult for engineers to design structures consisting of corrugated plates. As such, engineers need a guide in designing corrugated plates. Extensive numerical study was conducted in order to identify the relationship between the shear strength and geometric conditions for corrugated plates. An eight-node thin shell element (QSL8) of the commercial program LUSAS (version 13.2) was used. The study was able to come up with a formula that helps determine the shear strength of corrugated plates under various geometric conditions, the size of corrugation, the curvature of corrugation, and the thicknes of the corrugated plate. Likewise, corrugated plates were found to have a higher shear buckling strength than flat plates. 최근, 경제적 이점과 전단강도의 증가효과로 인하여 , 파형판의 사용이 증가하고 있다 . 하지만, 일반적인 평판에 대해서는 현재거의 모든 시방서에 설계기준이 제시되어 있으나 , 파형판의 전단강도에 대한 규정은 제시되지 않은 실정이다 . 따라서 설계자가 파형판을 설계할 수 있도록 참고할 수 있는 규정이 필요하다 할 수 있다 . 본 연구에서는 수치해석 방법에 의해 파형판의 여러 기하 조건에 따른 전단강도의 관계를 알아보았으며, 수치해석에는 8절점 박판 쉘요소를 사용했다 . 수치해석을 통하여 파형판에 있어서 파형의 크기 , 곡률, 파형판의 두께에 따라 전단강도를 결정할 수 있는 식을 제안하였으며 , 제안식은 파형판이 일반적인 평판에 비해 상당히 큰 전단강도를 갖는다는 것을 보여준다 .

이중관 충전콘크리트 구조의 해상풍력 타워 적용성 연구

한택희,원덕희,김승준,Han. Taek Hee,Won. Deokhee,Kim. Seungjun 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.4

강재 관과 섬유보강폴리머 관을 적용한 이중관 충전콘크리트 구조의 해상풍력 타워를 제안하고, 이의 자동설계 프로그램을 개발하였다. 자동설계 프로그램은 Han et al.(2010, 2013)이 제안한 DSCT 기둥의 재료비선형 모델과 비선형 기둥모델을 적용하여 작성하였으며, 외경과 요구성능인 축강도, 휨강도, 재료 물성치를 입력하면 자동으로 10개의 단면 설계안을 도출하고 각 설계안에 대한 축력-모멘트 상관관계 해석을 수행한다. 개발된 프로그램을 이용하여 기존의 강재 풍력타워 대비 직경이 감소된 DSCT 해상풍력 타워의 단면 설계를 수행하였다. 내 외부관으로 강재를 사용한 경우와 FRP를 사용한 경우, 3.6 MW 터빈과 5.0 MW 터빈, 그리고 강재타워와 동일 직경부터 강재타워의 40% 직경을 갖는 경우의 3가지에 대해 단면설계를 수행하였다. 도출된 설계안은 DSCT 구조가 해상풍력 타워로서 충분히 기능할 수 있다는 것을 보여주었으며, 기존 강재 타워에 비해 외경을 감소시켜 적용할 수 있음을 보여주었다. A double-skinned composite tubular(DSCT) offshore wind power tower was suggested and an automatic section design software was developed. The DSCT offshore wind tower has two types. One has steel tubes and the other has fiber reinforced polymer(FRP) tubes. The developed software adopted the nonlinear material model and the nonlinear column model which was proposed by Han et al.(2010, 2013). If an outer diameter, material properties and requested capacities are given for the DSCT wind power tower, the developed software performs axial force-bending moment interaction analyses for hundreds of sections of the tower and suggests ten optimized section designs. By using the developed software, example design processes were performed for a 5.0 MW turbine and a 3.6 MW turbine. The steel and FRP were considered as the material of inner and outer tubes. The designed section and analysis results showed that the developed suggested rational and satisfactory section designs. And they showed the possibility which a DSCT tower can be used as a offshore wind power tower.

내부 강관 보강 원형 R.C 기둥의 연성 거동 특성

한택희,한상윤,한금호,강영종,Han, Taek-Hee,Han, Sang-Yun,Han, Keum-Ho,Kang, Young-Jong 한국방재학회 2003 한국방재학회논문집 Vol.3 No.2

구조적으로 콘크리트의 자중이 문제 시 되는 곳이나, 콘크리트의 재료비가 높은 경우, 수직부재로 중공 콘크리트의 사용이 경제적일 수 있다. 콘크리트의 구속효과를 발휘를 위해 외측 면을 띠철근으로 보강하고 내측 면에 강관을 삽입하여 보강한 원형 중공 콘크리트 기둥의 연성 거동에 관해 연구하였고, 압축강도와 콘크리트의 극한변형율을 증가시키는 구속력의 효과를 나타낸 Mander의 응력-변형률 관계를 사용하여, 모멘트-곡률 관계 해석을 유도하였다. 극한변형율에 영향을 주는 인자인 구속력을 발휘하는 철근의 철근비와 항복응력, 구속 콘크리트의 압축강도 등을 극한변형율과 횡철근비의 관계를 통하여, 강관 삽입된 원형 중공 철근콘크리트 기둥의 구속응력과 횡철근비의 관계식을 제안하였다. 제안된 횡철근비 관계식은 실험을 통하여 검증하였다. In locations where the cost of concrete is relatively high, or in situations where the weight of concrete members is to be kept to a minimum, it may be economical to use hollow R.C. members. The ductility of circular hollow R.C. columns with one layer of longitudinal and spiral reinforcement placed near the outside face of the section and the steel tube placed on the inside face of the section is investigated. Such hollow sections are confined through the wall thickness since the steel tube is placed. In this study, moment-curvature analyses are conducted with Mander's confined concrete stress-strain relationship. The variables influenced on the ultimate strain is the ratio and yield strength of confining reinforcement and the compression strength for confined concrete. From this ultimate strain - the transverse reinforcement ratio relationship, the transverse reinforcement ratio for circular hollow reinforced columns with confinement is proposed. The proposed transverse reinforcement ratio is confirmed by experimental results.

GFRP 관로의 재료 특성에 관한 실험적 연구

한택희,김성남,강영종,윤기용,Han, Taek-Hee,Kim, Sung-Nam,Kang, Young-Jong,Yoon, Ki-Yong 한국방재학회 2004 한국방재학회논문집 Vol.4 No.2

최근 항공기, 자동차 등에 사용되어왔던 복합재료가 그 사용 영역을 넓혀 교량 상판, 상하수도용 관로 등에 적용되고 있다. 이러한 복합재료의 주요 장점은 고강도, 경량성, 그리고 뛰어난 내부식성으로 기존의 재료에 비해 많은 장점을 갖고 있으나, 이러한 재료의 정확한 특성 파악 및 이를 사용한 구족물의 거동의 정확한 분석의 어려움으로 복합재료의 적용이 활발히 이루어지지 못하고 있는 실정이며, 이러한 요인이 복합재료를 토목구조물에 적용하는데 가장 큰 제한요소로 작용해 왔다. 본 연구에서는 복합재료 구조물의 해석을 위한 사전 연구로서, 현재 국내에서 사용되고 있는 GFRP 관로에 대한 재료특성 실험을 수행하여, 각각의 구성 적층재료별 재료 특성 및 전체 적층판에 대한 재료특성을 제공한다. Recently, the composite material becomes more popular and its usage is kept expanding from aerospace to civil structures such as bridge decks and irrigation and drainage pipes. The major cause for the popularity can be found in its high strength, light, and excellent anticorrosive properties. Nevertheless the methods to accurately predict and analyze its structural behavior are extremely limited. This has been the major reason circumventing more prevalent use of the composite materials in civil structures. This study is a pre-study to develop the analyzing models for accurate prediction of the composite material structures. Thus, various tests were performed for GFRP pipes to estimate material characteristics of GFRP in this study. And stress-strain relation of GFRP was suggested as a bilinear relation.

해저기지 건설을 위한 핵심기술 조사

한택희,이진학,한상훈,원덕희,박우선,Han,Taek Hee,Yi,Jin-Hak,Han,Sang-Hun,Won,Deokhee,Park,Woo-Sun 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.3

지상 자원의 고갈 및 환경 문제, 인구 증가에 따른 식량 자원의 부족 등에 따라 세계 각국은 자원의 보고인 해양 자원 개발을 적극적으로 추진하고 있으며, 미래 인류 생활 영역의 확장 및 해양 관광 자원의 개발을 위하여 해저 공간 개발이 필요하다. 또한, 해양 공간의 개발과 해양 영토 주권 수호를 위한 전초 기지로서 해저 공간 개발과 해저 기지의 확보가 필요하며, 미래 경제성장 원동력으로서 해양 자원 및 해양 공간의 개발은 필수적이다. 고압/저온의 극한 환경인 해저 기지 건설 기술의 개발은 극지 및 우주공간 구조물 개발 시 활용되는 원천 기술 확보로 이어지며, 미래에 발생 가능한 전 지구적 재난 시, 인류 생존을 위한 필수 거주 공간 확보 기술로도 활용될 수 있다. 본 연구에서는 미래 해저기지의 개발을 위한 필수 기술을 조사하였으며, 1단계 기술과 2단계 기술로 구분하였다. 조사 결과 해저기지의 건설은 반드시 필요하며, 이의 건설을 위해서는 건설 신재료의 개발과 에너지 공급 기술들이 필수적으로 필요한 것으로 조사되었다. By the exhaustion of natural resources and the aggravation of the food situation, many countries are going ahead with development of the ocean space and ocean resources. To expand the border of human life, it is necessary to develop the underwater space. To perform these objectives, it is required to construct and secure a seabed base. The construction of a seabed base will also be the motive power for economy growth in the future. The key technologies to construct a seabed base under high pressure and low temperature conditions are the extreme engineering technologies and they are some parts of space engineering. They are also key technologies to survive when a worldwide-huge disaster attacks the earth. In this study, the necessary technologies for the construction of seabed base were surveyed. And the surveyed technologies were categorized by phase 1 and phase 2, which were defined by construction depth and size, and possible time. The surveyed results showed that it is necessary to construct a seabed base and develop a new constructional material and energy supplying method.

등분포하중을 받는 복합재료 관로의 적층각 변화에 따른 좌굴 민감도 분석

한택희,나태수,한상윤,강영종 한국구조물진단유지관리공학회 2007 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.11 No.3

본 연구에서는 등분포 하중을 받는 섬유 보강 복합재료 관의 좌굴 거동을 분석하였다. 등방성의 원통형 구조물의 경우, 좌굴 형상은 단면만 변형할 뿐 길이방향으로의 단면 형상은 일정한 2차원 좌굴이 발생하나, 섬유 보강 복합재료와 같은 이방성 재료로 구성된 원통형 구조물의 경우에는 길이 방향으로 단면의 형상이 변화하는 3차원 좌굴이 발생하게 된다, 또한 적층 구조물에서는 적층각의 변화에 따라 각 방향에 따른 재료의 강도가 변화하므로, 적층각의 변화는 구조물의 강도를 변화시킨다. 본 연구에서는 원통형 적층 구조물의 2차원 좌굴과 3차원 좌굴의 경계를 조사하고, 적층각 변화에 따른 섬유 보강 복합재료 관의 좌굴 강도를 평가하였다. The buckling behavior of a fiber reinforced plastic pipe was researched. When a cylindrical structure is made of isotropic material, it shows two dimensional buckled shape which has same deformed section along the longitudinal direction. But an anisotropic cylindrical structure shows three dimensional buckled shape which has different deformed section along the longitudinal direction. Because the modulus of elasticity is varied in a certain direction when ply angles are changed, the strength of a pipe are changed as ply angles are changed. In this study, the limitation of two dimensional and three dimensional buckling mode was investigated and the buckling strength of a laminated composite pipe was evaluated.

내부구속 중공 RC 풍력타워 설계 및 거동 분석

한택희,유상량,원덕희,이진학 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

화석에너지의 고갈에 따라 신재생에너지에 대한 관심이 증대하고 있으며, 풍력발전에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 점차 대형화되고 있는 풍력발전 터빈에 대응하여 내부구속 중공 철근콘크리트(ICH RC; Internally Confined Hollow Reinforced Concrete) 구조를 적용한 풍력타워를 제안하고 설계하였다. 기존의 3.6MW 터빈과 5.0MW 터빈에 대응하는 강재타워와 동일한 외경을 갖는 두 단면과, 두 단면 외경의 평균값을 갖는 외경에 대해 단면설계를 수행하였다. 각각의 단면에 대해 중공비를 50%~90%까지 변화시켜 단면을 설계하였다. 설계된 단면에 대해 재료비선형과 콘크리트의 구속효과를 고려하여 축력-모멘트 상관해석을 수행하고 모멘트-횡변위 해석을 수행하였다. 해석 결과, ICH RC 풍력타워는 강재타워보다 작은 외경으로 요구되는 축강도와 모멘트 강도를 발휘함을 보여주었다.