내부 구속 중공 CFT 기둥의 비선형 해석

한택희,원덕희,강영종,Han, Taek-Hee,Won, Deok-Hee,Kang, Young-Jong 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.4

내부구속 중공 콘크리트 충전 강관(ICH CFT: Internally Confined Hollow Concrete Filled Tube) 기둥의 비선형 해석모델을 제안하고 기존 연구자의 실험 결과를 이용하여 검증하였다. 제안된 모델은 콘크리트의 구속효과와 재료비선형성을 고려하였다. 검증결과, 제안된 해석 모델은 ICH CFT 기둥의 거동을 예측하는데 합리적이고 신뢰할 수 있는 결과를 보여주었다. 제안된 모델을 이용하여 매개변수 연구를 수행하였으며, 기둥의 거동에 영향을 미치는 주요인자로서 콘크리트의 강도, 중공비, 내부강관의 두께를 매개변수로 선택하였다. 해석결과, 콘크리트 강도와 내부강관의 두께는 기둥의 축강도와 모멘트 저항능력에 큰 영향을 주었으나, 중공비의 변화는 축강도에만 영향을 미치는 결과를 보여주었다. A nonlinear analysis model for internally confined hollow concrete-filled tube (ICH CFT) columns was suggested and was verified by the test results obtained by the previous researchers. The suggested model considered the confining effect and nonlinearity of concrete. The verified results showed that the suggested model was reasonable and reliable for predicting the behavior of an ICH CFT column. Additionally, a simple parametric study was carried out. The strength of concrete, the hollow ratio of a column, and the thickness of an inner tube were selected as parameters affecting the behavior of an ICH CFT column. The analysis results showed that the concrete strength and the thickness of the inner tube affect the axial strength and moment capacity of the column while the hollow ratio affects only its axial strength.

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.

신형식 해상풍력 구조체 최적 설계

한택희,윤길림,원덕희,오영민 한국항해항만학회 2012 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.공동학술

Design feasibility of double-skinned composite tubular wind turbine tower

한택희,박영현,원덕희,이주하 한국풍공학회 2015 Wind and Structures, An International Journal (WAS Vol.21 No.6

A double-skinned composite tubular (DSCT) wind power tower was suggested and automatic section design software was developed. The developed software adopted the nonlinear material model and the nonlinear column model. If the outer diameter, material properties and design capacities of a DSCT wind power tower are given, the developed software performs axial force-bending moment interaction analyses for hundreds of sections of the tower and suggests ten optimized cross-sectional designs. In this study, 80 sections of DSCT wind power towers were designed for 3.6 MW and 5.0 MW turbines. Moreover, the performances of the 80 designed 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.

모듈형 DSCT 풍력타워의 연결부 성능 평가

한택희,이선호,원덕희,김정중 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.5

Three types of connectors were suggested and tested for a modular double-skinned composite tubular(DSCT) wind turbine tower which is composed of two concentric steel tubes and concrete filled between them. The suggested three types were a socket type connector, an H-type connector, and a bolting-welding-shear key connector. Three modular DSCT tower specimens which were connected by the suggested connectors and a one-body specimen were built. Quasi-static test was applied to evaluate the performances of the three types of connectors, and their behavioral characteristics and failure modes were analyzed. Test results showed that the specimen which had bolting-welding-shear key connectors exerted almost equal moment resisting capacity to that of the one-body specimen, but the other modular specimens exerted only the half moment resisting capacity of the one-body specimen. Also the results showed that the bolting-welding-shear key connector is applicable to a modular DSCT wind turbine tower by showing that it had equal ductility, maximum lateral displacement, and energy dissipation to those of the one-body specimen. 내부와 외부의 두 강재튜브 사이에 콘크리트를 충진한 모듈형 DSCT(Double-Skinned Composite Tubular) 풍력타워 제작을 위한 3종류의 연결부 형식을 제안하고, 성능을 실험적으로 평가하였다. 소켓형식, H형 커넥터, 용접·몰탈 접합형 연결부 3종을 적용한 모듈형 DSCT 타워 시험체 3기와 일체형 시험체 1기를 제작하였으며, 준정적 실험을 수행하여 접합부 거동 특성 및 파괴양상을 분석하였다. 실험 결과, 용접·몰탈 접합형 연결부를 적용한 모듈구조 시험체가 일체형 시험체와 대등한 휨강도를 발휘하였으나, 다른 2종의 연결부 시험체는 일체형 시험체의 50% 수준의 휨강도를 보였다. 용접·몰탈 접합형 연결부 적용 시험체는 연성도 및 최대 횡변위, 에너지 소산능력에서도 일체형 시험체와 대등한 성능을 보여주어, 용접·몰탈 접합형 연결부가 모듈형 DSCT 풍력타워의 연결부로서 적합함을 보여주었다.

복합형 풍력타워의 기둥 배치에 따른 단면적 절감 효과 분석

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

최근 풍력에너지에 대한 관심과 요구가 증가함에 따라, 강재타워 이외에 콘크리트 풍력 타워 및 합성형 풍력타워에 대한 연구가 진행되고 있다. 해상풍력발전에서는 터빈의 대형화 추세에 맞춰 지지구조인 타워 또한 대형화되고 있으며, 강재 타워의 경우 세장비 증가로 인하여 좌굴 문제가 대두되고 있다. 따라서 대형 터빈에 대응하는 합성형 풍력 타워가 개발되고 있으나, 단일 타워 구조의 경우, 모멘트에 지배되는 풍력타워의 특성상, 모멘트에 대해 안전한 설계를 하게 되면 축하중에 대해서는 과다설계가 이루어지며, 풍하중 및 해양 하중 또한 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 다수의 소구경 합성기둥을 적용한 복합형 풍력타워를 제안하였으며, 각 소구경 합성기둥의 배열에 따라 동일 모멘트 성능을 발휘할 때 기둥 단면적의 변화를 살펴보고, 그 관계를 도시하였다.

(주)항도엔지니어링

한택희 대한토목학회 2017 대한토목학회지 Vol.65 No.4

구속 효과를 고려한 원형 CFT 기둥의 비선형 해석

한택희,원덕희,이규세,강영종,Han. Taek-Hee,Won. Deok-Hee,Yi. Gyu-Sei,Kang. Young-Jong 한국방재학회 2009 한국방재학회논문집 Vol.9 No.6

콘크리트의 구속효과 및 재료 비선형성, 강재의 변형 경화, 초기작용 축력을 고려하여 원형 콘크리트 충전 강관(Concrete Filled Steel Tube : CFT) 기둥의 해석을 위한 프로그램을 작성하고 검증 및 해석을 수행하였다. 축력-모멘트 상관관계 해석, 모멘트-곡률 해석, 모멘트-횡변위에 대한 해석을 수행하고, 선행연구자의 실험결과와 비교하여 검증하였다. 검증결과, 작성된 프로그램은 실제 CFT 기둥의 거동에 근접하였으며, 콘크리트의 구속효과를 고려한 경우 그렇지 않은 경우보다 더 큰 강도와 연성능력을 나타내었다. 콘크리트의 강도와 강관의 두께 변화에 따른 간단한 매개변수 해석을 수행하였으며, 콘크리트의 강도 증가 시 CFT 기둥의 강도는 증가하나 연성은 저하되는 결과를 보여주었다. 반면에 강관 두께를 증가시키는 경우에는, CFT 기둥의 강도와 연성 모두 증가하는 결과를 보여주었다. An analysis program to predict the behavior of a concrete filled steel tube column (CFT) was developed. It considered confining effect, material nonlinearity, strain hardening of steel, and initial axial load. With the developed program, axial load-bending moment interaction analyses, moment-lateral displacement relation analyses, and lateral load-lateral displacement relation analyses were performed. For the verification of the developed program, analysis results were compared with the test results from the other researches. The verified results showed that the developed program predicted the behavior of the CFT column with agreeable accuracy. And they showed that it is necessary to consider the confining effect for the reasonable analysis of the CFT column. A simple parametric study was performed and it chose the strength of unconfined concrete and the thickness of a steel tube as the major parameters affecting the behavior of the CFT column. The parametric analysis results showed that the CFT column had higher strength and smaller ductility by increasing the strength of concrete. But the CFT column showed higher strength and larger ductility by increasing the thickness of the steel tube.

지중 매설 GFRP 관로 및 플랜지의 거동 분석

한택희,김효산,장영두,박윤호,강영종 한국복합신소재구조학회 2010 복합신소재구조학회논문집 Vol.1 No.1

유한요소해석을 통하여,지중 매설된 GFRP 관로의 거동과 좌굴안정성을 분석하였 다. GFRP 관로에 토압과 차량하 중과 같은 외압만이 작용하는 경우와,외압과 함께 수압이 내압으로 작용하는 경우에 대해 해 석을 수행하였으며,해석 대상 관로는 현재 생산되는 GFRP 관로로 한정 하고,응력과 변위,좌굴강도를 검토하였다. 또한,관로 연결 플 랜지 의 웅력집중 현상을 저감하기 위하여 형상을 개 선시 킨 플 랜지 에 대해 해석을 수챙하였다. 연결부 목 부위의 최대 웅력을 검토하기 위한 캔틸레버 모델과,지중 매설시의 모델 두 가지 에 대해 해석을 수행하여 웅력을 검토하였다. 해석 결과 지중 매설된 GFRP 관로에 외압이 작용하는 경우와 좌굴에 대해서는 안전하였으며,개선된 플랜지의 웅력 집중도 상당히 저감되었음을 확인 할 수 있었다. Static analyses and buckling analyses were carried out for buried GFRP pipes by using finite element method. Vehide loads, vertical and lateral soil pressures were considered as external loads, and supplying water pressure was considered as an internal load. Nine types of the fac tory-manufactured GFRP pipes were analyzed. Their maximum stresses and displacements were compared with the limit displacements and ultimate stress. Additionally, stress analysis on an enhanced flange, which was designed to reduce stress concentration, was performed. A cantilever analysis was carried out to know the maximum stress on the neck of the flange, which is the critical part. And a static analysis was carried for the buried flange. The test results showed that GFRP pipes were safe and stable against the external loads. And they showed that the enhanced flange decreased about 35% of the stress concentratlOn

응력 저감을 위한 지중 파형 관로 마감부 보강재 및 곡선 연결부 설계

한택희,오명학,강영종,Han. Taek Hee,Oh. Myoung Hak,Kang. Young Jong 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.2

파형강관 관로의 마감부와 연결부에 대해 안전성 해석을 수행하였다. 강재 마감부에 보강재 설계를 수행하여 안전성을 검토하였으며, 콘크리트로 마감부를 설계한 경우에 대해서도 안전성을 검토하였다. 해석결과, 강재 마감부의 경우에는 보강재의 설치가 반드시 필요하며, 보강재 크기나 마감재의 두께 증가 보다는 보강재의 수를 늘리는 것이 효율적이었다. 콘크리트 마감부의 경우에는 강재 마감부에 비해 두께가 크기 때문에 보강재의 설치는 필요 없었다. 연결부에 대해서는 본관보다 작은 직경의 분기관이 연결될 경우와 본관과 동일한 직경의 분기관이 연결될 경우에 대하여 해석을 수행하여 안전성을 검토하였으며, 본관과 분기관의 직경이 다른 경우에는 양 측면에서 응력 집중이 발생하며, 본관과 분기관의 직경이 동일한 경우에는 연결부 상단에서 응력집중 현상이 가장 크게 발생하였다. 연결부 응력집중 현상을 저감하기 위하여 연결부를 곡선으로 처리하여 해석한 결과, 연결부의 응력집중 현상이 저감됨을 확인할 수 있었다. Safety analyses were performed for the end sides and connections of buried corrugated steel pipes. A steel end plate with stiffeners and concrete end plate were analyzed with a FEA program and their safeties were checked. The analysis results showed that the steel end plates required stiffeners for the safety. And it was efficient to increase the number of the stiffener for the safety. However, the concrete end plate was safe without any stiffener because it is very thicker than the steel one. For connection, two cases were considered. One was the connection between two pipes which had different diameters. The other case was the connection between two pipes which had equal diameters. In the first case, the stress concentration occurred along the side line of the connection. In the second case, the stress concentration occurred on the top of the connection. To mitigate the stress concentration, the connection part was redesigned to have curved surface, and it was efficient to decrease the stress concentration.