Understanding of dynamic response of offshore wind turbine is important to reduce vibration of offshore wind turbine induced by structural and environmental loadings. Although dynamic characteristics of offshore wind turbine such as natural frequency and seismic behavior are affected by foundation and soil conditions, conventional analytic methods focused mainly on structural aspect of tower with less consideration about soil-foundation-structure interaction (SFSI). The goal of this study is to evaluate the natural frequency and seismic behavior of offshore wind turbine considering SFSI. Geotechnical centrifuge tests in fixed-based and SFSI condition were performed to measure natural frequency in each case. Results were compared with theoretical calculation result based on conventional analytical method. Also, series of seismic loadings with different intensities are applied to observe seismic behavior of offshore wind turbine during the earthquake, and permanent changes after the earthquake. Established centrifuge experiment technique was put into the test by evaluating actual field offshore wind turbine natural frequency. Study shows apparent natural frequency reduction in SFSI condition compared to fixed-based condition. Natural frequency evaluation result using geotechnical centrifuge showed promising match with that of actual field offshore wind turbine. Seismic test result showed nonlinear changes in dynamic response during series of earthquakes, and permanent changes occurred in natural frequency and rotational displacement after earthquakes.
해상풍력발전기의 동적 거동을 이해하는 것은 환경하중 등으로 인한 해상풍력발전기 구조물의 진동을 저감하기 위해 중요한 요소이다. 고유진동수, 지진거동 등 구조물의 동적 거동은 기초 구조물의 단면과 지반 특성에 크게 영향을 받으나, 기존의 해석방법은 지반-기초-구조물 상호작용 (SFSI)에 대한 큰 고려 없이 구조적인 요소만을 주로 고려하고 있다. 이 연구의 목적은 SFSI를 고려한 해상풍력발전기 구조물의 고유진동수 계측과 지진거동 평가이다. 고정단 기초와 SFSI 기초 조건을 모사한 원심모형실험을 통해 구조물의 고유진동수를 실험적으로 계측하였으며, 실험 결과는 기존의 해석방법을 통해 계산된 결과와 비교하였다. 또한 해상풍력발전기 구조물의 지진거동 및 지진 후 영구변형을 확인하기 위해 서로 다른 강도의 가진을 하는 실험을 수행하였다. 이와 같이 개발된 원심모형실험 기법은 현장해상풍력발전기의 고유진동수를 평가하는 실험을 통해 그 신뢰성을 검증하였다. 이와 같은 일련의 실험 결과 고정단 기초 조건에 비교했을 때 SFSI 조건의 해상풍력발전기 고유진동수가 유의마한 감소를 보이며, 원심모형실험을 통해 계측한 고유진동수가 현장해상풍력발전기의 고유진동수와 유사하게 일치함을 확인하였다. 지진실험 결과 지진 강도에 따른 비선형적인 거동과, 지진 후 고유진동수 및 구조물 기울기에 영구적인 변화가 일어남을 확인하였다.
