잭업드릴링 리그는 해양 석유와 가스 탐사 산업에서 널리 사용되는 모바일 해양 플랫폼이다. 그것은 시추 및 생산을 위한 캔틸 레버 시추 장치가 있는 독립적인 3개의 다리가 있는 자체 승강식 장치이다. 전형적인 잭업리그는 삼각형 선체, 타워형 데릭, 캔틸레버, 잭 케이스, 거주구와 다리로 구성되며 여기에는 스퍼드캔 구조, 개방형 트러스, X-교차 구조로 구성된다. 일반적으로 잭업리그는 수심 130m~170m에서만 운용이 되고 있다. 최근 들어 개발 유정이 심해로 이동하면서, 깊은 수심과 가혹한 환경조건을 만족해야 한다. 리그의 작업 상태에서 모든 정적, 동적 하중은 레그(Leg)를 통해서 지탱되는 특징이 있다. 이러한 리그의 중요한 이슈는 순간적으로 큰 충격에너 지를 발생시키는 충돌에 대한 레그의 안전성이다. 본 연구에서는 LS-Dyna 프로그램을 이용하여 DNV 선급에서 규정하고 있는 충돌에너지 35MJ 요구사항에 대한 수치해석 및 검증을 수행하였다. 충돌 선박은 배수량 7,500톤 작업 지원선을 사용하였고, 5가지 충돌조건을 선정하 였다. 해석결과로부터 모든 충돌조건은 선급 기준을 만족하지 못한다. 코드 방향 충돌조건은 충돌에너지 15MJ, 브레이스 충돌조건은 6MJ 이 합리적이다. 따라서 충돌시나리오에 따른 합리적인 충돌에너지 기준의 제정이 필요로 하다.

본 논문에서는 유지보수를 위한 구조물 인상 시 위험도 분석을 수행하여 안전사고를 방지할 수 있는 스마트 자동 인상 시스템을 개 발하였다. 쌍대비교행렬 분석 기법을 활용하여 위험도를 분석할 수 있는 정량적 위험도 분석 프로그램을 개발하였고, 이를 자동 인상 시스템과 연계하여 구조물 인상과 동시에 실시간으로 위험도 분석을 하였다. 자동 인상 시스템의 구성요소 중 거리측정센서로 구조 물 인상 시의 변위를 측정하고, 측정된 변위는 정량적 위험도 분석 프로그램에 입력되어 위험도를 분석한다. 개발한 스마트 자동 인상 시스템의 성능을 확인하기 위해 실제 교량을 대상으로 실험을 수행하였으며, 구조물 인상과 동시에 위험도 분석이 가능한지를 확인 하였다. 스마트 자동 인상 시스템의 성능을 평가하기 위해 인상실험 시 검증된 LVDT(linear variable differential transformer)를 함께 설치하였으며 거리측정센서와 LVDT로 측정되는 변위로 최대 인상량과 구역별 단차를 분석하였다. 인상장치의 동시 작동에 대한 성 능을 통계적 분석방법인 분산분석(analysis of variance) 방법을 이용하여 성능을 검증하였다.

잭업 드릴링 리그 (Jack-up drilling rigs)는 해양자원개발 분야 중 석유 및 가스 탐사 산업에서 널리 사용되는 대표적인 해양구조 물이다. 이러한 잭업 구조물은 대체로 얕은 수심에서 사용하도록 설계되었지만 에너지 산업의 추세로 대수심 및 가혹한 환경 조건에서도 사용이 가능한 설계가 요구되고 있다. 이러한 잭업구조물의 운영환경 확장에 따라서 과도한 설계를 최소화하고 신뢰성 반영된 설계법이 요구되었다. 기존의 해양구조물 산업에서 잭업 구조물의 설계법은 사용(혹은 허용)응력 설계 (WSD: Working (or Allowable) Stress Design) 방법을 사용하여 설계가 되고 있었다. 이러한 설치환경변화에 따라서 충분한 신뢰성을 확보가 가능한 하중 및 저항계수 (LRFD: Load and Resistance Factored Design) 방법을 최근 개발되었고 규정화가 되었다. LRFD 방법은 통계적 기반으로 한 한계상태설계 개념으로 잭업구조 물의 구성구조부재의 하중과 전산수치해석을 이용한 강도의 불확성을 하중 및 저항 계수로 표현하는 설계법이다. 개발된 LRFD 방법은 실제 잭업구조물 설계의 적합성 판단을 위하여 기존의 WSD 방법과의 정량적인 비교 분석이 반드시 필요하다. 따라서 본 연구는 기존의 WSD와 LRFD 방법으로 이용하여 실 잭업 구조물의 레그 구조를 대상으로 상용유한요소해석코드를 이용하여 정량적인 UC (Unity Check) 값을 기반으로 비교 분석하였다. 분석된 결과로 다양한 환경하중조건 하에서 LRFD 방법을 사용하여 잭업구조물의 레그(Leg) 설계에서 상 당히 합리적인 UC 값을 가지고 기존 대표적인 WSD기법 중에 하나인 API-RP 코드 대비 약 31 % 차이가 분석되었다. 따라서 LRFD 설계 방법이 WSD 방법에 비해 구조 최적화 및 합리적인 설계에 더 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.

This research provides techniques for the implementation of an integrity evaluation system developed for wind turbine structures to jack-up barge. The strain values obtained from the upper tip of the footing are to be converted into values at a single point in order to represent the structural behavior. These obtained values are evaluated simultaneously through P-M curve, generated by FEM results. Evaluating loads with P-M curve, structural stability of barge could then be monitored.

Due to expansion of service environments for the Jack-up barge, the design of the footing has been improved. In this paper, the structure analysis of the modified spudcan based on DNV-OS-C201 examples was assessed.

We studied design and structural analysis of jack-up barge footing system that can be safely and quickly installed offshore support structure. In this paper, we checked the buckling strength for a structural member in spudcan based on DNV-RP-C201

In this paper, we present requirements for the spudcan footing of jack-up barges, we take a survey about jack-up barges and their limitation. And by using the result of the survey, we find the failure modes and requirements for design of the footing.