Holding Capacity of Shallow Suction Caisson Anchor based on Finite Element Analysis

Ahn, Jaehun; Lee, Hanmin; Kim, Yun-Tae

Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2013;13(1):153-160.
Published online February 28, 2013.

유한요소해석을 통한 얕은 석션 케이슨 앵커의 인발력

안재훈, 이한민, 김윤태

Holding Capacity of Shallow Suction Caisson Anchor based on Finite Element Analysis

Jaehun Ahn, Hanmin Lee, Yun-Tae Kim

Abstract

Foundations of offshore structures have been actively studied to provide design guides for oil platforms in the past. Presently, this asset from oil industry now finds its application in the design of the foundations for offshore wind turbines. The analytical solutions for the hold capacity of suction anchors have been developed based on limit equilibrium and limit analysis theorems and often compared to the results of novel approaches such as finite element (FE) analysis. However, some solutions show discrepancy with the FE analysis results under specific conditions, say under certain value of the ratio of length to diameter. The main scope of this paper is to analyze the failure envelope of suction caisson anchors, especially with an aspect ratio of 2 based on FE analysis. The results will provide a basis to enhance the existing plasticity solutions for anchor hold capacity. The effect of soil disturbance and location of optimal loading point are also investigated.

Key Words: Suction caisson anchor; Anchor holding capacity; Failure envelope; Optimal loading point

요지

해양구조물 기초에 대한 연구는 석유 시추를 위한 기술과 발전을 같이해 왔으며, 여기에서 얻어진 기술은 최근 사회적 요구로 인해 급성장하고 있는 분야인 해상풍력발전기 기초에 대한 설계 및 연구에도 적용되고 있다. 현재 상용화된 해상풍력발전기는 주로 수심이 얕은 해양을 대상으로 하지만, 나아가 수심이 깊은 곳의 풍력발전기에 대한 연구도 계속되고 있다. 수심이 깊어지면 발전기 플랫폼의 형태가 부유식이 되는 것이 경제적인 것으로 알려져 있다. 부유식 발전기는 해상지반에 앵커에 의해 지지되며, 앵커의 자중 및 부유식 구조물에 가해지는 바람, 해류 등의 영향으로 앵커에는 수직, 수평의 조합하중이 전달된다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통해서 길이-직경비가 2인 석션앵커의 파괴포락선을 산정하고, 기존의 앵커 인발력 산정식과 비교한다. 또한 앵커의 관입시 발생되는 지반의 교란정도에 따른 인발력 감소와 최적의 하중 재하 위치를 검토한다.

핵심용어: 석션 케이슨 앵커; 앵커 인발력; 파괴포락선; 최적 하중재하점