• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권10호
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• pp.13-22
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• 2016

본 연구에서는 가이드라인에 제시된 스퍼드캔의 설계 프로세스에 따라 서남해 연약지반 조건에 최적화된 스퍼드캔의 형상 및 크기를 도출하고, 안정성 평가를 위한 복합하중 작용 시의 항복면을 정의하였다. 이를 위해 일정한 수직하중 작용 시 수평하중과 모멘트 하중을 가하여 수평하중-수평변위, 모멘트-회전변위간의 상관관계를 통해 항복면을 산출하는 프로브 방법을 적용하였다. 분석 결과, 복합하중을 고려한 서남해 지반에서 요구되는 스퍼드캔의 직경은 8m로 나타났으며, 가이드라인에 제시된 지지력 산출경험식을 통해 지지력을 계산할 경우 얕은 심도에서는 비교적 정확한 지지력의 예측이 가능한 것으로 나타났다. 제시된 항복면은 Mohr Coulomb 모델과 Hardening soil 모델을 각각 적용하였을 시 서로 다른 형상을 보였으나, 스퍼드캔의 직경이 증가함에 따라 점차 확장되는 경향을 보였다. 본 연구를 통해 제시된 항복면은 실제 스퍼드캔이 설치될 지역의 지반조사 결과, 가이드라인과 더불어 추후 해상풍력단지 조성 시 스퍼드캔의 안정성 평가에 유용한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.17-28
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• 2017

본 연구에서는 다양한 형상 및 서로 다른 스케일로 설계된 스퍼드캔을 통한 관입/추출 실내 시험을 수행하였다. 이를 위해 국내의 대표적인 표준사인 주문진 모래와 카올리나이트를 사용하여 모래지반과 점토지반을 각각 조성하였다. 관입 시험을 통해 측정된 지지력은 기존 연구자들에 의해 제시된 얕은 기초 지지력 경험식으로 계산된 지지력과 비교하였으며, 스퍼드캔의 형상에 따른 관입/추출 시의 지지력 및 추출 시 요구되는 추출력의 차이를 비교 분석하였다. 분석 결과, 기존 연구자들에 의해 제시된 지지력 산정 경험식은 실제 관입을 통해 측정되는 지지력을 얕은 심도에서 비교적 정확하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 형상에 따른 차이는 모래지반과 점토지반에서 각각 다르게 나타났으며 상대적으로 연약한 점토지반에서 날카로운 spigot으로 인한 영향이 적은 것으로 나타났다. 또한 스퍼드캔의 경사는 관입 시 보다는 추출 시 요구되는 추출력에 더 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 나타난 모래와 점토지반에서의 스퍼드캔 형상 별 관입/추출 거동 특성을 통해 스퍼드캔 설계 시 형상에 따른 지지력 및 추출력 특성파악에 참고자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권4호
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• pp.337-342
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• 2016

스퍼드캔(spudcan)은 잭업리그(jack-up rig)의 다리 하단에 장착되며, 해저면에 구조물을 안정적으로 지지하여 구조물의 전복사고를 방지하기 위한 장치이다. 표층이 모래 층일 때는 침투(penetration) 시에 스퍼드캔을 안정적으로 삽입하기 위해서, 그리고 점토 층일 때는 회수(extraction) 시에 원활하게 뽑아 올리기 위해서 스퍼드캔에는 물 분사장치가 장착되어 있다. 본 연구에서는 물 분사장치를 위한 배관라인용 홀의 형상을 최적화하기 위해 크게 타원형과 원형 두 가지 형상을 설정하였다. 해석을 위해 대상 Site 는 멕시코만(Gulf of Mexico)로 선정하였고 대상 플랫폼은 해상풍력발전기설치선(WTIV)을 선택하였다. 상용프로그램인 ANSYS Workbench 를 사용하여 최적설계를 진행하였다. 본 연구결과는 다양한 해양구조물의 홀 형상설계에 적용될 수 있다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권1호
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• pp.141-152
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• 2022

친환경 에너지원 개발에 관한 관심이 증가하면서, 해상풍력발전기 시장은 매년 높은 증가율을 보이면서 성장하고 있다. 이와 맞물려 대용량 해상풍력발전기를 설치할 수 있는 설치선의 수요 또한 급증하고 있다. 풍력발전기 설치 선박(Wind Turbine Installation Vessel)은 설치 및 해체를 위하여 레그(Leg)와 스퍼드캔(Spudcan)을 해저면에 관입시켜서 고정하며, 이때 스퍼드캔 구조 강도 안전성에 대한 검토는 전체 시스템과 연관된 중요한 문제이다. 본 연구에서는 현재 선급에서 제시하고 있는 절차서를 분석하고, 실제 발생할 수 있는 하중 시나리오를 반영한 새로운 절차서를 제안하였으며, 유한요소해석을 통한 검증을 하였다. 기존 방식은 해저면의 기울기와 레그에 발생하는 휨모멘트 그리고 형상에 따른 영향을 검토하지 않기 때문에, 허용응력보다 작은 최대 응력 값을 보이지만, 신규 절차에 따른 결과는 대부분 구조보강이 발생하였다. 이러한 현상은 해상풍력발전기의 크기가 커지면 커질수록 차이가 크게 나타나며, 실제 관입(Pre-load) 조건을 고려하면 상당수의 부재에서 구조적 문제가 발생할 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 더욱 실제적인 작업조건을 고려한 절차서를 제안하였고, 적용 시 문제점들에 대해서 구조해석을 통한 검증을 수행하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제29권2호
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• pp.175-185
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• 2015

Jack-up type WTIV(Wind Turbine Installation Vessel) is used to avoid the effects of waves when installing wind turbines in the Southwest Sea of South Korea. During the preloading procedure, unexpected penetration may cause some risks such as excessive penetration or punch-through failure. To ensure the safety of the WTIV during preloading, the bearing capacities should be evaluated based on the soil data at each borehole. Eight boreholes (OW-1 to -8) have been drilled in the Southwest Sea of South Korea. The bearing capacities of a spudcan designed to be used in this district are calculated using both a conventional analysis and finite element analysis with the soil properties of OW-1 to -8. A finite element analysis is carried out for OW-1, -3, and -4 to gain an in-depth understanding of the soil behavior during the penetration. OW-1, -3, and -4 are representative boreholes for a strong layer overlying a soft layer, a general soft layer, and a soft layer overlying a strong layer, respectively. The resultant bearing capacity curves versus the depth of the numerical analysis are compared with the conventional method. The results show that the conventional analysis is conservative. Case studies for different spudcan areas and shapes are also conducted to seek an appropriate spudcan type for the Southwest Sea of South Korea. Finally, a spudcan with a rectangular shape and a bearing area of $112.8m^2$ is selected.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.601-609
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• 2022

잭업드릴링 리그는 해양 석유와 가스 탐사 산업에서 널리 사용되는 모바일 해양 플랫폼이다. 그것은 시추 및 생산을 위한 캔틸레버 시추 장치가 있는 독립적인 3개의 다리가 있는 자체 승강식 장치이다. 전형적인 잭업리그는 삼각형 선체, 타워형 데릭, 캔틸레버, 잭케이스, 거주구와 다리로 구성되며 여기에는 스퍼드캔 구조, 개방형 트러스, X-교차 구조로 구성된다. 일반적으로 잭업리그는 수심 130m~170m에서만 운용이 되고 있다. 최근 들어 개발 유정이 심해로 이동하면서, 깊은 수심과 가혹한 환경조건을 만족해야 한다. 리그의 작업 상태에서 모든 정적, 동적 하중은 레그(Leg)를 통해서 지탱되는 특징이 있다. 이러한 리그의 중요한 이슈는 순간적으로 큰 충격에너지를 발생시키는 충돌에 대한 레그의 안전성이다. 본 연구에서는 LS-Dyna 프로그램을 이용하여 DNV 선급에서 규정하고 있는 충돌에너지 35MJ 요구사항에 대한 수치해석 및 검증을 수행하였다. 충돌 선박은 배수량 7,500톤 작업 지원선을 사용하였고, 5가지 충돌조건을 선정하였다. 해석결과로부터 모든 충돌조건은 선급 기준을 만족하지 못한다. 코드 방향 충돌조건은 충돌에너지 15MJ, 브레이스 충돌조건은 6MJ이 합리적이다. 따라서 충돌시나리오에 따른 합리적인 충돌에너지 기준의 제정이 필요로 하다.

• 해양환경안전학회지
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• 제30권1호
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• pp.127-134
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• 2024

해상풍력발전 시장의 성장과 함께 해상풍력발전기 설치 선 시장에 대한 기대감이 커지고 있다. 해상풍력발전 시장 내 2030년까지 약 100척의 설치 선이 필요할 것으로 전망되고 있다. 척당 가격이 3,000~4,000억 원이라서 일반 운반선보다 고부가가치 시장이다. 특히, 풍력발전기 용량이 11MW 이상의 대형 설치 선의 수요가 커지고 있다. 중국을 중심으로 아시아 해상풍력발전기 시장의 급성장으로 이 지역에서 운용 가능한 설치 선에 대한 발주에 대한 협의가 많다. 아시아권역 대부분의 해저 지질은 지지 반력이 작은 점토층으로 구성되어 있다. 이러한 특성에 의해서 설치 선이 작업을 위해 수면 밖으로 오르고 내림 시 스퍼드캔(Spudcan)과 레그(Leg)의 관입 깊이가 크게 발생한다. 연구에서는 최소 3m에서 최대 21m까지 관입 변수를 이용하여 관입 깊이에 따른 고유 진동 주기, 레그의 구조 안전성 평가 그리고 전복 안전성 지수를 평가하였다. 관입 깊이가 증가하면 고유 진동 주기가 짧아지고, 레그의 모멘트 길이가 짧아져서 구조 강도의 여유 치가 증가한다. 모든 입사각에서 전복 모멘트에 대해 안전하며, 최댓값은 270도에서 발생한다. 본 연구를 통하여 검토된 조건들은 연약 지반에서 설치 선의 운용 절차서를 작성 시 관입 깊이에 따라서 레그를 어떻게 운용해야 하는지 판단할 수 있는 중요한 자료로 활용할 수 있다. 결론적으로 관입 깊이에 따른 레그 구조 안전성을 정확히 파악하는 것은 설치 선의 안전과 직결된 문제이다.