In this dissertation, methods for the dynamic response and the reliability analysis of offshore guyed towers for the wave and earthquake loads are developed. This study mainly consists of three parts; i.e. the nonlinear stochastic analysis for wave loads, the nonstationary response analysis for earthquake loads, and the reliability analysis against the anchor pile failure for severe storm events.
For the nonlinear stochastic analysis for wave loadings, two different kinds of nonlinearities are considered. They are the nonlinear restoring force from the guying system and the nonlinear hydrodynamic force. Analyses are carried out mainly in the frequency domain using linearization techniques. Numerical results from example analysis show that the frequency domain methods presented in this study predict the responses of the structure very reasonably compared with those by the time integration method utilizing the simulated time histories of random wave particle motions.
For the nonstationary response analysis for earthquake ground excitations, the nonstationarity of the earthquake acceleration is modeled by multiplying a time varying enveloped function onto the stationary random component. The nonlinear hydrodynamic damping, and the nonlinear restoring force of the guying system are also linearized using the stochastic linearization. Then, the nonstationary responses are obtained in terms of time dependent variance functions. Expected peak responses are also evaluated thereafter. Numerical results from example analysis indicate that the extreme responses by the nonstationary method are significantly less than those by the conventional spectral method based on stationary assumption.
For the reliability analysis for large storm events, the failure of an anchor pile of the guyline system is investigated. Two failure modes of the anchor pile due to the extreme and the cyclic wave loading are considered. The probability of failure due to the extreme anchor load is evaluated based on the first-excursion probability analysis using the results of the dynamic analysis. Degradation of pile capacity due to cyclic loadings is evaluated by using empirical fatigue curves for a driven pile in clay. The numerical results indicate that the failure probability due to the cyclic loadings can be fairly comparable to the risk due to the extreme loading, particularly for the cases where the mean safety level of the pile strength is low and the uncertainties of the pile resistance are large.
본 논문에서는 해양 Guyed Tower의 파랑 및 지진하중에 대한 동적응답 및 신뢰도해석 방법들을 개발하였다. 이 논문은 다음과 같은 세 부분의 연구로 이루어져있다.
파랑하중에 대한 추계론적 비선형해석에 관해서는, 연계장치의 비선형복 원력과 파랑의 비선형 점성저항력 등 두가지 비선형성을 고려하였다. 동적 해석으로서, 비선형의 선형화를 통한 주파수영역해석을 수행하였다. 예제해석의 결과, 본 연구의 주파수해석방법은 랜덤파랑의 시뮬레이션을 이용한 시간적분의 해석방법과 비교하여 매우 타당한 결과를 보였다.
지진하중에 대한 비정상 응답해석에 관해서는, 지진가속도의 비정상특성은 정상과정에 시간변화함수를 곱하여 나타내었고, 운동방정식에서 비선형 항들을 선형화하여 해석을 수행하였다. 비정상응답은 시간변화의 분산값으로 구하였으며, 이로부터 예상최대응답을 구하였다. 예제해석의 결과, 비정상과정방법에 의한 최대응답이 정상과정의 가정에 입각한 주파수해석방법에의한 것보다 상당히 적은 결과를 보였다.
폭풍에 대한 신뢰도해석에 관해서는, 파랑의 극대하중 및 반복하중으로 인한 계류선의 고정말뚝의 파괴구조를 고려하였다. 극대하중에 의한 파괴확률은 최초초과학률의 해석으로부터 산정하였다. 그리고 반복하중에 의한 말뚝지지력의 감소로 인한 피로파괴확률은 말뚝의 피로곡선으로부터 산정하였다. 수치해석의 결과, 반복하중에 의한 파괴확률은, 특히 극대하중에 대한 말뚝지지력의 안전도가 낮고 그 지지력의 확률적 불확실성이 클때, 극대하중으로 인한 파괴확률치와 대체적으로 비슷한 결과로 나타났다.
