KR100516947B1 - 이중선각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신규한 방식의 이중선각구조를 개시한다.

충돌이나 좌초시 내외판의 동시손상에 의한 해상오염과 선체침몰등의 문제를 해결하기위해, 본 발명에서는 내외판간에 폐곡면등의 단면을 가지는 관형거어더를 구비하였다. 이에따라 충돌등에 의해 외판측으로 인가된 충격에너지가 관형거어더의 전체적 탄성 및 국부적 변형에너지로 흡수분산되어 내판측에 직접적으로 전달되지 않게 되므로 해상오염과 침몰등의 문제가 근본적으로 방지된다.

Description

이중선각구조

본 발명은 선박의 선각(hull) 구조에 관한 것으로, 더 상세히는 유체화물을 운반하는 유조선(tanker)이나 컨테이너운반선등에 사용되는 이중선각(double hull) 구조에 관한 것이다.

유조선은 원유나 석유제품, 또는 화학약품등의 액체화물을 운반하는 살물(撒物) 운반선의 하나로 널리 사용되어온 바, 이의 충돌이나 좌초등에 따른 해상오염의 심각성에 의해 MARPOL 73/78 회의는 탱커의 구조에 제한을 규정하였으며, 이를 충족하기 위한 미국 연안경비대의 제안서에 의해 유조선의 전화물영역에 이중선각구조를 채택하기에 이르렀다. 이러한 이중선각구조는 SOLAS등의 후속 규정에 따라 원유 운반선이나 화학물 운반선뿐 아니라 FSO(Floating Storage Offloading)나 FPSO(Floating Production Storage Offloading)등 일정 규모이상의 원유 또는 석유제품을 저장 및/또는 수송하는 원유 생산설비까지 적용되기에 이르렀다.

한편 컨테이너운반선의 경우는 20ft 또는 40ft등 소정규격의 단위화물을 적재하여 수송하므로 다량의 컨테이너의 수송과 적양하의 편의를 위해시는 화물창이 가능한 한 개구(opening)이 큰 박스형으로 구성될 필요가 있는 바, 이 경우 종강도와 비틀림강도, 그리고 충돌등의 경우의 안전성의 향상을 위해 역시 선체를 이중선각구조로 구성하고 있다.

도 1 및 도 2에는 이러한 이중선각구조의 예로서 유조선에 사용되는 종래 방식들을 도시하고 있다.

도 1에서, 유조선의 화물영역은 화물창(Tk)을 둘러싸는 측판이 각각 외저판(Bo)과 내저판(Bi), 외측판(So)과 내측판(Si)으로 구성된 이중선각구조를 가져 충돌이나 좌초시 화물창(Tk)에 저장된 석유등의 유체화물이 직접 누출되지 않도록 되어 있다.

한편 갑판(Dk)은 단판(單板)으로 구성되어 종방향의 데크거어더(deck girder;Gd)및 횡방향의 데크 프레임(deck frame;Fd)으로 지지되고, 선저와 선측도 내판(Bi,Si)과 외판(Bo,So)을 연결하는 버텀거어더(bottom girder;Gb) 및 사이드 거어더(side girder;Gs)등에 의해 지지되고 있다.

이러한 거어더(Gd,Gs,Gb)등은 주로 선체의 종강도에 기여하는 강도 부재들인데, 선체의 횡강도는 선체의 길이방향에 소정간격으로 배치된 데크프레임(Fd) 및 내판(Bi,Si)과 외판(Bo,So)간을 연결하는 웨브 프레임(web frame;Fw)이 주로 담당하게 된다. 또한 석유등 화물과 외부해수의 압력등에 대한 내판(Bi,Si)과 외판(Bo,So)의 국부강도는 스티프너(stiffener;Tℓ)들에 의해 담당된다.

사이드 거어더(Gs)및 버텀 거어더(Gb)와 웨브 프레임(Fw)들은 내판(Si,Bi)과 외판(So,Bo)을 상호 일체로 연결하는 판재로, 실제적으로는 연속된 판재가 아니라 중량경감과 교통, 그리고 보강을 위해 맨홀(manhole;H)이 형성되고 맨홀(H) 주위에 플랜지(flange) 또는 스티프너가 설치되어 그 단면은 도 1 좌측의 아래쪽 사이드 거어더(Gs)와 같은 형태를 가진다.

한편 이들 사이드 거어더(Gs)및 버텀 거어더(Gb)와 웨브 프레임(Fw)등을 L형 강이나 T형 강등으로 조립 구성하는 경우에도 그 단부에는 구조의 연속성과 보강을 위해 브라켓(bracket)을 부착하게 되므로, 실질적으로는 판재로 구성하는 경우와 거의 동일한 형태가 된다.

도 1의 구성은 스티프너(Tℓ)가 선체의 길이방향으로 배열된 일반적인 종구조방식인바, 종구조방식의 스티프너(Tℓ)는 국부강도 뿐아니라 종강도에도 기여하게 된다. 그런데 이중선각구조는 그 단면계수(section modulus)가 단일선각구조에 비해 매우 큰 바, 종구조방식의 스티프너(Tℓ)를 채택하면 단면계수가 더욱 커져 비경제적인 구조가 될 뿐아니라, 종강도에 대한 중립축(NA)이 상당히 낮아져 갑판(Dk)의 소요두께가 커지는 문제가 있다.

이에 따라 이중선각구조를 가지는 유조선에도 도2에 도시된 바와 같은 횡구조방식이 채택되고 있는 바, 횡구조방식을 국부강도가 높아 종래 광석운반선이나 쇄빙선, 또는 빙해(氷海)구역 항행선 등 주로 국부적 집중하중이 문제가 되는 선체구조에 사용되어 오던 것이다.

횡구조방식에 있어서 내측판(Si)과 외측판(So)을 지지하는 스티프너(Tt)는 선체의 횡방향, 즉 도면의 상하방향으로 배열되는데, 이와 같은 횡구조방식은 횡방향 집중하중에 대한 국부강도가 높으나 선체 종강도에는 영향을 미치지 않으므로, 이를 이중선각구조에 채택하는 경우에는 충돌시등의 횡강도를 향상시키고 과도한 단면 계수의 증가를 방지하여 중립축(NA)을 상향시킴으로써 갑판(Dk)의 두께를 경감시킬수 있게 된다.

횡구조방식에 있어서도 내외측판(Si,So)은 종방향의 사이드 거어더(Gs)와 선체길이방향의 소정간격으로 배열된 웨브프레임(Fw)에 의해 보강되어 내외측판(Si,So)이 일체로 결합되는 구조를 가지게 된다.

그러나 이와 같이 종횡의 구조재가 일체로 결합된 이중선각구조에도 불구하고 충돌이나 좌초시 내판(Si,Bi)과 외판(So,Bo)이 동시에 파손되어 유조선의 화물창(Tk)으로부터 기름등이 누출됨으로써 해상을 오염시키고 컨테이너운반선의 화물창이 침수(浸水)되어 침몰하는 사고가 빈발하고 있다.

본원인의 고찰에 의하면 그 원인은 두 가지로 요약될 수 있는데, 첫 번째 이유는 종래의 구조에 의하면 일체형 구조임에도 불구하고 충돌이나 좌초에 의한 충격에너지가 인접구조에 효율적으로 전파, 즉 흡수되지 못하여 충격에너지가 국부적으로 집중되므로 외판(So,Bo)뿐아니라 내판(Si,Bi)에까지 집중적으로 전달되기 때문인 것으로 판단된다. 두 번째 이유는 충격에너지를 효율적으로 분산시킬 수 없음에도 불구하고 종횡의 구조재가 일체로 결합되어 있으므로 외판(So,Bo)등의 일부 구조의 손상이 프레임(Fw)이나 거어더(Gs,Gb) 및 내판(Si,Bi)등의 손상을 야기, 즉 국부적 손상이 인접구조의 손상을 야기하기 때문인 것으로 판단된다.

이에 따라 충돌이나 좌초에 의해 선체에 가해진 충격에너지를 인접구조에 효율적으로 전파시켜 흡수하는 동시에, 인접구조에 대한 손상의 전파는 차단할 수 있는 선체구조의 제공이 시급히 요구되는 바, 본 발명은 이러한 이중선각구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적의 달성을 위해 본 발명에 의한 이중선각구조는

본 발명의 한 특징에 의하면 이 관형 거어더는 적어도 화물영역의 일부에 종방향으로 구비된다.

(실시예)

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예들의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

이하의 설명에서 도1 및 도2와 동일한 부재번호는 동일한 기능을 가지는 부재를 지칭하는 것이므로 대응설명을 참조하여 중복설명은 생략한다.

도3에서, 내판(Si,Bi)과 외판(So,Bo)간에는 본 발명 특징에 따라 관형 거어더(1)가 구비되는 바, 선저는 외저판(Bo)과 내저판(Bi)이 후판(厚板)이며 버텀 거어더(Gb)와 스티프너(Tl)에 의해 국부강도도 높으므로 선측에 비해 그다지 문제가 심각하지 않다. 이에 따라 관형거어더(1)는 바람직하기로 내측판(Si)과 외측판(So)간에 구비된다.

도시된 관형 거어더(1)는 폐곡면, 더욱 바람직하기로 원형의 단면을 가지는 바, 화물창(Tk)이 구비되는 화물영역의 적어도 일부, 바람직하기로 화물영역의 전 길이에 걸쳐 연장된다.

그러면 관형 거어더(1)는 기본적으로 선체의 단면계수를 증가시키는 종강도 부재역활을 하며, 폐곡면이므로 내외측판(Si,So)간의 공간을 밸러스트 탱크로 사용하는 경우 배관이나 전선을 통과시킬 수 있는 드라이 스페이스로 사용할 수 있게 된다. 또한 드라이 스페이스이므로 밸러스트의 배출이 없이도 관형 거어더(1)이 내부를 통해 작업자가 통행할 수 있게 되어 배관이나 전선등의 유지보수도 극히 용이하게 된다.

관형 거어더(1)의 주된 기능은 충돌이나 좌초시 충격에너지의 흡수 및 손상 전파의 방지인바, 도3의 실시예에서는 관형 거어더(1)가 내외측판(Si,So)간에 구비되어 있으므로 이하 충돌시의 경우를 설명한다.

선체가 다른 선박등과 충돌한 경우 그 충격에너지는 외측판(So)과 스티프너 및 프레임(도3에는 도시안됨)을 변형 및 /또는 손상시키면서 관형 거어더(1)에 전달된다.

관형 거어더(1)는 폐곡면으로 된 일종의 셀(shell)단면을 가지므로 단면에 비해 상당히 큰 단면계수, 즉 휨강도와 비교적 작은 국부강도를 가지므로 전달된 충격에너지를 이 두가지 경로를 통해 흡수되는데, 편의상 이를 탄성경로와 변형경로로 구분하기로 한다.

먼저 탄성경로는 관형 거어더(1)가 소정의 휨강도를 가지는 빔(beam)으로 작용하는 것인바, 도3에서 도면의 좌우방향으로 인가된 충격에너지는 관형거어더(1)의 수평방향 휨에 위한 변형에너지(그 변형응력은 수직축에 대한 관형거어더(1)의 단면계수에 반비례함)로 흡수된다.

이때 관형 거어더(1)는 강(剛;rigid)한 구조로 충격에너지를 흡수하는 것이므로 관형 거어더(1)의 단면 강도에 비해 충격에너지가 과도히 크면 관형 거어더(1) 가 소성적으로 변형 및 손상되며, 그 손상이 관형 거어더(1)를 따라 인접구조에 전파될 수 있다.

이에 따라 변형경로가 탄성경로의 에너지흡수를 보조하는바, 이는 관형 거어더(1)의 단면 자체가 충격에너지에 의해 변형, 즉 찌그러지면서 이를 흡수하는 것이다. 다시말해 변형경로는 충격에너지를 관형 거어더(1)의 단면을 탄성 및 소성 변형시키는 변형 에너지로 흡수하며 일종의 버퍼(buffer)역할을 수행하게 된다.

이와 같이 관형 거어더(1)는 강한 탄성경로와 유연한 변형경로의 두가지 경로를 통해 충돌등에 의한 충격에너지를 흡수함으로써 내측판(Si)등의 손상을 방지하고 국부적인 손상의 전파를 방지하게 된다. 이때 탄성경로와 변형경로의 에너지 흡수비는 관형 거어더(1)의 스팬(span)과 그 횡지지구조, 그리고 단면의 크기와 두께등에 따라 결정된다.

도4 및 5는 이와 같은 관형거어더(1)를 구비한 이중선각구조의 횡구조의 일례를 도시하고 있다.

도4에서, 횡구조는 횡방식과 종방식의 복합방식을 채택하고 있는 바, 즉 내측판(Si)은 화물창(Tk)측에 설치된 종방향 스티프너(Tl)들에 의해 종방식으로 지지되고 있으며, 외측판(Tk)은 횡방향 스티프너(Tt)에 의해 횡방식으로 지지되고 있다.

한편 관형 거어더(1)의 지지를 위해 외측판(So)에는 각 관형 거어더(1)의 위치에 사이드 거어더(2)가 구비되어 관형 거어더(1)와의 접합 위치에서 브라켓(bracket;3)으로 보강된다.

관형 거어더(1)의 스팬을 잡아주기 위한 프레임으로는 바람직하기로 하프링 프레임(Fh)이 구비되는데, 이 실시예에서 하프링 프레임(Fh)은 웨브 프레임(Fw)과 같이 내외측판(Si,So)을 서로 연결하는 대신 내측판(Si)측에만 설치되어 있다. 이것은 외측판(So)측이 사이드 거어더(2)와 관형 거어더(1)에 의해 종방식에 가깝게 지지되고 있으므로 외측판(So)측에는 하프링 프레임을 구비하지 않아도 그 횡강도가 충분하기 때문이다. 또한 이러한 구조는 내외측판(Si,So)간을 상호 분리하고 그 사이를 일종의 버퍼인 관형거어더(1)로 연결함으로써 외측판(So)측으로부터 인가되는 충격에너지가 내측판(Si)측에 직접적으로 전달되지 않도록 효율적으로 차단해 주게 된다.

물론 도6에 도시된 바와 같이 일반적인 웨브 프레임(Fw)에 의한 횡구조도 가능한 바, 이 경우는 도4 및 5의 구조보다 더 강한, 즉 덜 유연한 구조가 얻어지게 된다. 한편 도6의 실시예에서는 각 관형 거어더(1)가 내외측판(Si,So) 양측에 구비된 두 사이드 거어더(2)에 의해 지지되므로 하프링 프레임(Fh)의 경우보다 더 긴스팬으로 웨브 프레임(Fw)에 의해 횡방향으로 지지될 수 있다.

이때 국부강도는 도시된 바와 같은 종방향 스티프너(Tl)나 또는 도4 및 도5의 외측판(So)에서와 같은 횡방향 스티프너(Tt)로 보강될 수 있다.

한편 도7의 실시예는 관형 거어더(1)의 양측을 각각 사이드 거어더(2)로 지지함으로써 별도의 횡방향 프레임(Fw,Fh)을 구비하지 않은 구성이다. 이때 국부강도는 바람직하기로 횡방향 스티프너(Tt)들에 의해 지지되는데, 내외측판(Si,So)간의 각 관형 거어더(1)와 사이드 거어더(2), 그리고 횡방향 스티프너(Tt)들이 일체의 격자구조를 형성함으로써 별도의 프레임(Fw,Fh)없이도 횡강도를 유지할 수 있으며, 역시 내외측판(Si,So)간에 직접적인 에너지전달이 없도록 효율적으로 분리하는 구조이다.

도7의 실시예에서는 또한 관형 거어더(1)의 일부에 개구부(opening;4)가 형성되어 그 단면이 폐곡면이 아니라 폐곡면에 개곡면으로 형성된다. 이 개구부(4)는 도면의 전후방향으로 연장되는 슬릿(slit) 형태나 또는 소정간격으로 연속 배열된 구멍형태로 형성될 수 있는 바, 이는 관형 거어더(1)의 휨강도를 감소시키지만 단면 변형을 용이하게 하여 변형 경로의 에너지 흡수 비율을 증가시키는 역할을 한다.

이상의 실시예에서, 관형 거어더(1)는 원형 또는 개구부(4)를 가지는 원형 단면으로 도시 및 설명되었으나, 이는 필요에 따라 여러 가지 다른 형태의 단면으로 구성될 수 있다.

예를들어 도8의 실시예에서는 관형 거어더(1')가 정방형(正方形)의 단면을 가지는 바, 그외의 구성은 도4 및 도5와 동일하므로 대응 설명의 참조바란다.

이와 같이 원형이외의 단면을 가지는 관형 거어더(1')는 그 전체적 강성과 국부적 강도, 즉 충격에너지 흡수의 탄성경로와 변형경로의 에너지 흡수비율의 조정과 인접구조와의 상호관계에서 에너지 흡수기구(mechanism)의 조정에 바람직한 바, 정방형이외에도 장방형이나 타원형, 장원(elongated circle)형, 삼각형등 여러가지 형태의 단면이 사용될 수 있다.

한편 이상의 실시예에서 관형 거어더(1,1')는 선체의 종방향으로 배열되어 충격에너지의 흡수뿐아니라 종강도에도 기여하는 것으로 설명되었다. 그러나 이중선각구조는 전술한 바와 같이 종강도가 충분하므로 관형 거어더(1,1')는 순수히 횡강도, 특히 충돌이나 좌초시의 국부적인 에너지 집중의 해결에만 기여하도록 설치될 수 있다.

이에 따라 도9의 실시예에서는 관형 거어더(1")가 선체의 횡방향, 즉 도면의 상하방향으로 설치되어 그 적어도 일측에서 사이드 거어더(2)에 의해 지지된다. 이때 국부강도는 종 또는 횡방향의 스티프너로 지지될 수 있는 바, 사이드 거어더(2)가 구비되므로 그 사이를 연결하는 횡방향 스티프너(Tt)를 구비하는 것이 바람직하다.

이때 관형 거어더(1,1')는 실제로는 거어더가 아니라 칼럼(column)이 되어 그 자체가 횡방향 프레임 역할을 하므로 그 간격을 적절히 설정하면 별도의 프레임(Fw,Fh)은 불필요하다. 또한 관형 프레임(1")의 상하단은 보강판(5)과 브라켓(6)을 통해 갑판(Dk)등에 연결되는 것이 바람직하다(도시된 실시예에서 관형 거어더(1")의 하단은 빌지(bilge) 상측의 사이드 거어더에 연결되어 있다).

이상과 같이 본 발명에 의하며 폐곡면등의 단면을 가지는 관형 거어더가 그 강성과 변형에 의해 충격에너지를 효율적으로 흡수하게 되므로, 선박의 충돌이나 좌초시 내외판의 동시 손상에 의한 화물창의 누출이나 선박의 침몰이 효율적으로 방지될 수 있다. 또한 관형 거어더는 유지보수가 용이한 덕트(duct)로 사용될 수 있으며 그 자체가 선박의 전체적인 종강도 또는 횡강도부재로 작용할 수 있게 된다.

이에따라 본 발명은 이중선각구조를 가지는 유조선등 유체화물운반선과 컨테이너 운반선등의 선체의 강도와 안전성, 그리고 생존성과 신뢰성을 크게 제고하게 되며, 해상오염의 위험성도 근본적으로 방지하게 된다.

도 1은 종구조방식에 의한 종래의 이중선각구조를 보이는 단면도,

도 2는 횡구조방식에 의한 종래의 이중선각구조를 보이는 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 이중선각구조를 보이는 단면도,

도 4는 그 횡구조의 일례를 보이는 요부 단면도,

도 5는 도 4의 부분확대 분리사시도,

도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예들을 보이는 요부단면도들이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1,1',1": (본 발명) 관형(管形) 거어더(girder)

2: 사이드 거어더(side girder)

4: 개구부(opening)

내판

Si: 내측판

Bi: 내저판

외판

So: 외측판

Bo_: 외저판

Tℓ,Tt: (종방식및 횡방식) 스티프너(stiffener)

Fw: 웨브 프레임(web frame)

Fh: 하프링(half ring) 프레임

Claims (12)

1. 측판과 저판이 내외측판과 내외저판으로 구성된 이중선각구조에 있어서,

   내외측판 또는 내외저판간에 폐곡면 또는 폐곡면에 가까운 개곡면의 단면을 가지는 관형 거어더가 하나 또는 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 관형 거어더가 선체의 종방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 관형 거어더가 선체의 상하방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
4. 제1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 관형 거어더가 상기 내측판 또는 외측판중의 적어도 어느 일측에 구비된 종방향의 사이드 거어더에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 관형 거어더가 횡방향의 하프링 프레임에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 관형 거어더가 내측판에 접합된 횡방향의 하프링 프레임과 외측판에 접합된 종방향의 사이드 거어더에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 내측판이 종방식의 스티프너로 보강되고 외측판이 횡방식의 스티프너로 보강되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
8. 제 4항에 있어서,

   상기 관형 거어더 및 사이드 거어더가 횡방향의 웨브프레임에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
9. 제 4항에 있어서,

   상기 관형 거어더가 양측에서 상기 내측판 및 외측판에 각각 접합된 두 사이드 거어더로 지지되고, 상기 내측판과 외측판이 각각 횡방식의 스티프너로 보강되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 관형 거어더가 원형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
11. 제1항에 있어서,

    상기 관형 거어더가 그 일부에 개구부가 형성된 단면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 관형 거어더가 정방형, 장방형, 타원형, 장원형, 삼각형중의 어느 한 형태의 단면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.

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