부분집합 시뮬레이션 방법을 이용한 꼬인 삼각대 지지구조를 갖는 해상풍력발전기의 지진 신뢰성 해석
Seismic Reliability Analysis of Offshore Wind Turbine with Twisted Tripod Support using Subset Simulation Method
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초록
이 논문에서는 지진 하중을 받는 꼬인 삼각대 지지구조를 갖는 해상풍력발전기의 지진 신뢰성 해석 방법을 제시한다. 수평하중에 대해서 면외 변위가 발생하는 꼬인 삼각대지지 구조의 기하학적 특성과 지반의 비선형성을 포함한 지반-말뚝 상호작용을 고려하기 위한 구조물의 3차원 동적 유한요소 모델을 제시하였다. 지진신뢰성 평가를 위해 재현주기별 인공지진파를사용한 시간이력 해석을 통해 말뚝 두부의 수평변위로 정의된 한계 상태식에 대하여 파괴확률을 산정하였다. 비선형 시간이력해석에 의한 한계상태식 평가를 고려하여 효율적으로 신뢰성 해석을 하기 위해 Markov chain Mote Carlo 샘플링 방법을적용한 부분집합 시뮬레이션 방법의 적용을 제시하였다. 제시한 방법은 2차원 모델 및 정적해석만으로는 정확한 결과를 도출할 수 없는 꼬인 삼각대 지지구조를 갖는 해상풍력발전기의 신뢰성 평가 및 설계기준 개발에 활용될 수 있음을 보였다.
Abstract
This paper presents a seismic reliability analysis method for an offshore wind turbine with a twisted tripod support structureunder earthquake loading. A three dimensional dynamic finite element model is proposed to consider the nonlinearity of theground-pile interactions and the geometrical characteristics of the twisted tripod support structure where out-of-plane displacementoccurs even under in-plane lateral loadings. For the evaluation of seismic reliability, the failure probability was calculated for thelimit state equation defined by the horizontal displacement of the pile head by time history analysis using artificial earthquakes forthe design return periods. The application of the subset simulation method using the Markov Chain Monte Carlo(MCMC) sampling isproposed for efficient reliability analysis considering the limit state equation evaluation by the nonlinear time history analysis. Theproposed method can be applied to the reliability evaluation and design criteria development of offshore wind turbine with twistedtripod support structure in which two dimensional models and static analysis can not produce accurate results.
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