표제지
목차
용어의 정의 12
Abstract 14
제1장 서론 16
1.1. 연구배경 16
1.2. 연구필요성 20
1.3. 연구목적 26
1.4. 연구동향 27
1.5. 연구내용 및 범위 29
제2장 기존의 연구 31
2.1. L형 플랜지의 거동 31
2.2. L형 플랜지의 파괴모드 35
2.3. 기존의 볼트장력-벽체외력 곡선 모델의 특징 36
2.3.1. Petersen 제안 모델 36
2.3.2. Schmidt/Neuper 제안 모델 38
2.3.3. Faulhaber/Thomala 제안 모델〈VDI-2230〉 41
2.4. 기존에 제안된 볼트장력-벽체외력 곡선 모델의 비교 43
제3장 FE해석에 의한 볼트장력-벽체외력 곡선 44
3.1. FE해석 모델 44
3.1.1. 개요 44
3.1.2. FE해석 모델의 제원 및 형상 46
3.1.3. 경계조건 48
3.2. FE해석에 의한 볼트장력-벽체외력 곡선 50
3.2.1. 볼트의 휨 응력을 고려한 평균응력 사용 50
3.3. 선형해석과 비선형해석에 따른 볼트장력-벽체외력 곡선 51
제4장 FE해석에 의한 L형 플랜지 거동 특성 54
4.1. 개요 54
4.2. L형 플랜지 제원변화에 따른 거동특성 분석 56
4.2.1. 기준 Case-000 부재의 거동 특성 56
4.2.2. 내측길이(a) 변화에 따른 거동특성 분석 59
4.2.3. 외측길이(b) 변화에 따른 거동특성 분석 68
4.2.4. 벽체두께(t) 변화에 따른 거동특성 분석 75
4.2.5. 플랜지 두께(tfl) 변화에 따른 거동특성 분석[이미지참조] 82
4.2.6. 볼트장력-벽체외력 곡선의 특성 분석 92
4.3. L형 플랜지 파괴모드의 변화 94
4.4. 볼트장력과 벽체외력에 대한 플랜지 제원의 상관관계 100
제5장 L형 플랜지의 인장실험 106
5.1. 개요 106
5.2. 인장실험 방법 108
5.2.1. L형 플랜지의 실험제원 108
5.2.2. 인장시험 변수 110
5.2.3. 실험장비 및 하중재하 방법 111
5.2.4. 측정방법 112
5.3. L형 플랜지의 인장실험 결과 114
5.3.1. 파괴형상 114
5.3.2. 하중과 변위곡선 117
5.3.3. 최대하중과 최대변위 121
5.3.4. 최대변위차 123
5.3.5. 변위와 부재의 응력 124
5.3.6. 실험체의 부재 최대응력 127
5.4. L형 플랜지 실험체의 FE해석 129
5.4.1. 개요 129
5.4.2. 인장실험과 FE해석 결과의 하중-변위 거동 비교 130
5.4.3. 최대하중과 최대변위 분석 134
5.4.4. 인장실험결과와 상관관계식 비교 136
제6장 결론 137
참고 문헌 140
표 1.1. 유럽의 모노파일 시공사례 23
표 3.1. L형 플랜지의 제원 46
표 3.2. 재료의 물성치 47
표 4.1. FE해석 대상인 L형 플랜지 부재의 제원 55
표 4.2. 내측길이(a) 증가에 따른 볼트 항복시의 응력벽체외력(Z)의 변화 61
표 4.3. 외측길이(b) 증가에 따른 벽체외력(Z)의 변화 70
표 4.4. 벽체두께(t) 증가에 따른 벽체외력(Z)의 변화 77
표 4.5. 플랜지 두께(tfl) 증가에 따른 벽체외력(Z)의 변화[이미지참조] 85
표 4.6. 파괴모드 변화를 검토하기 위한 추가 FE 해석 부재의 제원 97
표 4.7. FE해석결과와 식(4.2)에 의해 산정한 외력의 비교 105
표 5.1. 고장력 볼트의 기계적 성질 109
표 5.2. L형 플랜지 인장 실험체의 제원 110
표 5.3. 변형률 게이지의 부착위치 및 측정방향 113
표 5.4. 파괴형상에 따른 최대 UTM 하중과 변위 121
표 5.5. 각 실험체의 파괴시 UTM 변위와 LVDT 변위의 최대변위차 123
표 5.6. 각 실험체의 파괴시 플랜지의 최대응력 127
표 5.7. FE해석에 사용한 L형 플랜지 실험체의 제원 129
표 5.8. 인장실험과 FE해석해석의 최대하중과 최대변위 134
표 5.9. 인장실험의 벽체 최대하중과 식 (4.2)으로 산정한 벽체외력(Z')의 비교 136
그림 1.1. RE 100 개념도 16
그림 1.2. 한국의 재생에너지 3020 계획 17
그림 1.3. 우리나라의 해상풍력 잠재량 및 발전계획 18
그림 1.4. 세계최대 해상풍력 발전단지 조성계획 19
그림 1.5. 국내 풍력발전단지 현황(2018년 3월 기준) 20
그림 1.6. 육상풍력타워 건설과정 21
그림 1.7. 풍력타워의 대형화 22
그림 1.8. 트랜지션 피스의 연결 25
그림 1.9. 트랜지션 피스의 그라우팅 연결(a), 플랜지 연결(b) 25
그림 2.1. 풍력타워의 링 플랜지 31
그림 2.2. 링 플랜지의 단일볼트 모델 32
그림 2.3. L형 플랜지의 볼트장력-벽체외력 곡선 모델(비선형) 33
그림 2.4. Petersen의 파괴모드 35
그림 2.5. Petersen의 Bi-linear 모델 37
그림 2.6. Schmidt/Neuper의 Tri-linear 모델 40
그림 2.7. Faulhaber/Thomala의 Circular arc 모델(VDI-2230) 42
그림 2.8. 기존에 제안된 볼트장력-벽체외력 곡선 모델 43
그림 3.1. L형 플랜지의 FE해석 모델 45
그림 3.2. 완전소성모델(Bi-linear) 45
그림 3.3. 호장증분법(Arc-length method) 45
그림 3.4. L형 플랜지의 제원 및 형상 46
그림 3.5. L형 플랜지의 FE해석 모델 48
그림 3.6. 볼트의 휨 응력을 고려한 평균응력 사용 50
그림 3.7. 볼트장력-벽체외력 곡선의 비교(선형 해석) 51
그림 3.8. 볼트장력-벽체외력 곡선의 비교(비선형 해석) 52
그림 4.1. L형 플랜지 부재의 제원 및 변수 54
그림 4.2. 기준 Case-000 부재의 단계별 응력상태의 변화 56
그림 4.3. L형 플랜지의 볼트장력-벽체외력 곡선에서 볼트 응력상태(초기항복 및 완전항복 상태) 58
그림 4.4. 플랜지의 초기응력 분포 비교(내측길이 a 변화) 59
그림 4.5. 볼트장력-벽체외력 곡선의 거동특성(내측길이 a 변화) 60
그림 4.6. Case-000 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 63
그림 4.7. Case-101 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 65
그림 4.8. Case-102 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 67
그림 4.9. 플랜지의 초기응력 분포 비교(외측길이 b 변화) 68
그림 4.10. 볼트장력-벽체외력 곡선의 거동특성(외측길이 b 변화) 69
그림 4.11. Case-201 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 72
그림 4.12. Case-202 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 74
그림 4.13. 플랜지의 초기응력 분포 비교(벽체두께 t 변화) 75
그림 4.14. 볼트장력-벽체외력 곡선의 거동특성(벽체두께 t 변화) 76
그림 4.15. Case-301 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 79
그림 4.16. Case-302 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 81
그림 4.17. 플랜지의 초기응력 분포 비교(플랜지 두께 tfl 변화)[이미지참조] 82
그림 4.18. 볼트장력-벽체외력 곡선의 거동특성(플랜지 두께 tfl 변화)[이미지참조] 83
그림 4.19. Case-401 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 87
그림 4.20. Case-402 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 89
그림 4.21. Case-403 부재의 벽체외력(Z) 증가에 따른 거동 91
그림 4.22. 볼트장력-벽체외력 곡선의 거동특성(전체) 93
그림 4.23. Case-000 볼트장력-벽체외력 곡선과 파괴거동 95
그림 4.24. Case-401 볼트장력-벽체외력 곡선과 파괴거동 95
그림 4.25. 플랜지 두께(tfl)변화에 따른 플랜지응력-볼트의 응력[이미지참조] 98
그림 4.26. 플랜지 두께(tfl) 변화에 따른 플랜지응력-볼트응력[이미지참조] 98
그림 4.27. 각 부재의 최종 거동에서의 플랜지 응력상태 99
그림 4.28. 각 부재의 볼트장력-벽체외력 곡선 거동 100
그림 4.29. L형 플랜지 모식도와 볼트장력(FVB)과 벽체외력(Z)과의 상관관계식을 유도[이미지참조] 102
그림 4.30. 볼트장력-벽체외력 곡선 거동특성 103
그림 5.1. L형 플랜지의 실험체의 제원 108
그림 5.2. 고장력 볼트의 등급 109
그림 5.3. 변위계 및 변형률 게이지 위치도 113
그림 5.4. 플랜지 내·외측길이 비(b/a)에 따른 하중과 변위 곡선 118
그림 5.5. 볼트 직경(d)에 따른 하중과 변위 곡선 120
그림 5.6. 플랜지 내·외측길이 비(b/a)가 변화한 실험체의 최대하중 122
그림 5.7. 볼트 직경(d)이 변화한 실험체의 최대하중 122
그림 5.8. 플랜지 내·외측길이 비(b/a)에 따른 응력과 변위 곡선 125
그림 5.9. 볼트 직경(d)이 다른 응력과 변위곡선 126
그림 5.10. 플랜지 내·외측길이 비(b/a)에 대한 플랜지 수평 및 수직응력 곡선 128
그림 5.11. 볼트 직경(d)에 대한 플랜지 수평 및 수직응력 곡선 128
그림 5.12. 플랜지 내·외측길이 비(b/a)에 따른 하중과 변위 곡선 131
그림 5.13. 볼트 직경(d)에 따른 하중과 변위 곡선 133
그림 5.14. 플랜지 내·외측길이 비(b/a)에 대한 최대수직하중 135
그림 5.15. 볼트 직경(d)에 대한 최대하중 135
사진 5.1. L형 플랜지의 실험체 형상 107
사진 5.2. 인장실험 전경 111
사진 5.3. 플랜지 내·외측길이 비(b/a)가 다른 실험체의 파괴형상 115
사진 5.4. 너트 마모 형상 115
사진 5.5. 볼트 직경(d)이 다른 실험체의 파괴형상 116