해저지진의 수직지반운동에 의한 부유식 해상풍력발전 구조물의 지진응답

초록

해양은 미래에 다양한 가능성이 열려있는 공간이다. 기후변화의 영향으로 인해 전세계적으로 풍력에너지와 같은 청정에너지에 대한 요구가 늘어나고 있는 실정이고, 해상풍력발전의 수요는 계속적으로 증가할 것으로 예상된다. 한편, 해상풍력발전 구조물에는 다양한 환경하중이 가해지고 있다. 상시적으로 작용하는 풍하중, 파랑하중, 해류하중 외에도, 지진하중과 같이 일시적으로 작용하는 하중 등 다양한 환경하중이 구조물에 작용하고 있다. 그러므로, 다양한 환경하중에 대한 해상풍력발전 구조물의 안전성 확보는 많은 연구자들의 관심을 끌고 있는 연구주제이기도 하다. 부유식 해상풍력발전의 경우도 예외는 아니다. 하지만, 부유식 해상풍력발전 구조물은 지반에 직접적으로 지지되지 않기 때문에, 지진응답 특성에 관한 연구가 많이 이루어지지 않았다. 해저지진이 발생하였을 때의 위험성은 과도한 동수압, 지진해일, landslide로 정리할 수 있다. 이 중 과도한 동수압은 해저면과 해수가 상호작용하여 발생하게 되는데, 선박과 해양구조물의 파괴를 충분히 유발시킬 수 있다. 이 때문에 과거에 명확한 원인을 알지 못했던 선박의 파괴가 해저지진의 과도한 동수압에 의한 것일 수도 있음이 최근에 인식되고 있다. 그러므로, 지진이 발생할 수 있는 지역에 해양구조물을 건설할 때는 이 점을 고려하여야 하고, 이 현상에 대한 근본적인 이해를 위한 연구가 필요하다. 이러한 방향의 연구에서 주목해야 할 사항 중의 하나가 유체의 압축성의 영향이다. 기존의 콘크리트댐의 지진응답 특성에서 확인할 수 있듯이, 유체의 압축성은 구조물에 작용하는 동수압을 크게 증폭시킬 수 있다. 특히, 수직지반운동에 의한 증폭은 더욱 현저함을 확인할 수 있다. 부유식 해상풍력발전 구조물도 유사한 역학적 원리에 의해 거동하는 유체-구조물 상호작용계이므로, 콘크리트댐과 같은 동적 거동 증폭 현상이 발생할 수 있다. 그러므로, 부유식 해상풍력발전 구조물의 지진응답 해석 시 유체의 압축성과 수직지반운동에 의한 영향을 엄밀히 고려하여야 할 것이다. 이 연구에서는 유체-구조물 상호작용을 고려하여, 해저지진의 수직지반운동에 의한 부유식 해상풍력발전 구조물의 지진응답 해석기법을 개발하고이를 활용하여 응답 특성을 파악하고자 한다.