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2025 Vol.41, Issue 4 Preview Page
Numerical Assessment of the Applicability of Friction-supported Monopiles under Korean Offshore Conditions

국내 해상 지반특성을 고려한 마찰지지 모노파일의 수치해석적 적용성 검토

Doohyun Kyung1
,
Seung-Ha Choi2
,
Yoonchul Shin3
,
Hoyeop Lee4
,
Junyoung Ko5
,
Sang-Yeop Chung6*
경 두현1
,
최 승하2
,
신 윤철3
,
이 호엽4
,
고 준영5
,
정 상엽6*
1Member, Senior Researcher KEPCO Research Institute
2Graduate Student, Dept. of Civil and Environmental Engineering, Yonsei Univ.
3Manager, Foresys
4Member, Senior Researcher KEPCO Research Institute
5Member, Associate Prof., Dept. of Civil Engineering, Chungnam National Univ.
6Member, Associate Prof., Dept. of Civil and Environmental Engineering, Yonsei Univ.
1정회원, 한국전력공사 전력연구원 선임연구원
2비회원, 연세대학교 건설환경공학과 석사과정
3비회원, ㈜포어시스 매니저
4정회원, 한국전력공사 전력연구원 선임연구원
5정회원, 충남대학교 토목공학과 부교수
6정회원, 연세대학교 건설환경공학과 부교수
*Corresponding Author
31 August 2025. pp. 173-183
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Abstract

This study investigates advanced numerical approaches for evaluating the ultimate lateral resistance of offshore wind turbine support structures under complex environmental loads. First, a beam-spring model based on traditional p–y curves is introduced, followed by the recently developed Pile Soil Analysis model, which improves accuracy for large-diameter monopiles by incorporating field-scale experiments and high-fidelity finite element analyses. Validation is performed using centrifuge test data (T9 case), with results from 3D finite element modeling compared to those from the beam-spring analysis. The findings demonstrate that the PISA-based approach more precisely captures nonlinear soil–structure interaction, enabling improved prediction of horizontal displacement and ultimate load capacity, both crucial for the safe and cost-effective design of offshore wind support structures. Furthermore, this study validates the model’s applicability to the unique geotechnical conditions of South Korea.

Keywords
Beam-spring model
Monopile foundation
Numerical analysis
Offshore wind
PISA model
Soil-structure interaction

본 연구는 복합 환경 하중 하에서 해상 풍력 지지구조물의 극한 수평 지지력을 정밀하게 평가하기 위한 수치해석 기법을 제시한다. 기존 p-y 곡선을 기반으로 한 보-스프링(beam-spring) 모델을 설명하고, 대구경 모노파일의 거동을 보다 정확하게 해석할 수 있는 PISA(Pile Soil Analysis) 모델을 적용하였다. PISA 모델은 실규모 실험과 고정밀 3차원 유한요소해석을 통해 개발되어, 지반-구조물 상호작용의 비선형 거동을 정밀하게 반영한다. 모델 검증을 위해 원심모형실험(T9 케이스) 데이터를 사용하여 3차원 유한요소해석 결과와 보-스프링 모델 해석을 비교하였으며, 그 결과 PISA 기반 해석이 수평 변위 및 극한 지지력 예측에서 우수한 정확성을 보였다. 본 연구 결과를 통해, 해상 풍력 지지구조물의 안전하고 경제적인 설계에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, PISA 모델이 국내의 다양한 지반 조건에 성공적으로 적용될 수 있음을 실증하여 향후 확장 적용을 위한 중요한 기술적 기반을 제공할 것으로 판단된다.

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Information
  • Publisher :The Korean Geotechnical Society
  • Publisher(Ko) :한국지반공학회
  • Journal Title :Journal of the Korean Geotechnical Society
  • Journal Title(Ko) :한국지반공학회 논문집
  • Volume : 41
  • No :4
  • Pages :173-183
  • Received Date : 2025-08-01
  • Revised Date : 2025-08-20
  • Accepted Date : 2025-08-20
  • DOI :https://doi.org/10.7843/kgs.2025.41.4.173
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