KR100531044B1 - 복합 강철 구조 플라스틱 샌드위치 플레이트 시스템 - Google Patents

복합 강철 구조 플라스틱 샌드위치 플레이트 시스템 Download PDF

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Abstract

격납 컨테이너, 특히 이중 선체 유조선의 건조에 적당한 복합 라미네이트 패널. 라미네이트는 폴리우레탄 엘라스토머 코어에 구조적으로 결합된 두개의 마주보는 금속층을 가진다. 라미네이트는 다양한 선체 구성 요소, 예를 들면 선체 플레이트, 세로방향 대들보, 가로 프레임 및 격벽에 이용된다. 라미네이트는 내부 선체 및 외부 선체를 만드는데 이용되고, 내부 및 외부 선체 사이에 구조 지지체를 만드는데 이용될 수 있다. 내부 선체의 최안쪽층은 선박 화물을 포함한다. 내부 선체 라미네이트의 엘라스토머 코어는 균열에 의해 최안쪽 선체 스킨을 분리하여, 외부 선체가 사고 또는 좌초로 인해 천공, 침투 또는 파괴될 경우, 환경중으로 오일과 같은 화물의 손실을 예방한다.

Description

복합 강철 구조 플라스틱 샌드위치 플레이트 시스템{COMPOSITE STEEL STRUCTURAL PLASTIC SANDWICH PLATE SYSTEMS}
본 발명은 가요성 충격과 인열에 강한 복합 샌드위치 플레이트 및 극도의 또는 우발적인 로드(load) 조건에서 컨테이너(vessel)에서 내용물이 그 속에 그대로 유지되길 원하는 유조선, 대형 운반차 또는 선박과 같은 컨테이너의 구성 시스템에 관한 것이다.
증가된 사회, 경제 및 정치적 압력은 충돌, 좌초, 화재 및 폭발과 같은 극도의 또는 우발적인 로드하에 컨테이너의 파괴로 인한 화물 유출로 야기될 수 있는, 오염 위험성과 이로 인해 해저환경에 미치는 피해, 및 귀중한 화물의 손실을 줄이거나 없애는 기술의 개발을 유도해 왔다. 특히, 위험 물질을 운반하는 컨테이너에는 관리기관, 선박과 화물 보험회사, 및 선주와 금융업자에 의해 부과된 추가 요구사항이 점증되고 있다. 고가의 위험한 스필 부담과 증가된 화물 비용으로 인해 유출과 파괴에 강한 컨테이너가 개발되어 왔다.
컨테이너 내용물을 그대로 유지하는 한가지 접근방법은 유조선의 경우 이중 선체를 제공하는 것이다. 보강 단일 플레이트 구조의 내부 화물을 함유한 선체는 외부 보호 선체내에서 지지되는데, 이 또한 보강 단일 플레이트 구조이다. 기존의 이중 선체는 내부와 외부 선체 사이에 세로 및 가로 프레임을 가진다. 좀더 진보된, 대체 이중 선체는 내부와 외부 선체 사이에 세로 프레임만을 가지는데, 이는 로봇 장치에 의한 조립 라인 생성에 적당한 단순화된 구조를 허락한다. 종래의 진보된 이중 선체 디자인은 내부 선체의 화물 구간사이에 가로 격벽을 가지며, 일반적으로 내부와 외부 선체 사이에 위치된 밸러스트 구간 사이에 격벽을 가질 수 있다. 이중 선체 디자인에서 변형은 단지 이중 바닥, 또는 이중 바닥과 이중 선체 측면을 지닌 구조를 포함한다. 중량을 줄이기 위해, 갑판은 일반적으로 단일 플레이트 구조이다. 선택적으로, 세로 프레임 사이에 볼록하게 굴곡된 선체 플레이트가 굴곡된 플레이트 이중 선체에서 높은 에너지 흡수를 제공할 수 있다.
도 1은 기존의 조선공학에 따라 고안된 전형적인 이중 선체 유조선의 단면도를 나타낸다. 도 2는 전형적인 이중 선체 컨테이너에 대한 화물 탱크 및 기타 구역의 배치에 관해 설명하고 있다.
기존의 단일 선체 디자인보다 이중 선체 구조의 장점 또한 익히 알려져 있다. 이들 장점은 개선된 화물 취급 효율, 보다 우수한 화물 순도, 및 화물창으로부터 밸러스트 탱크를 분리함으로써 줄어든 해상 오염을 포함한다. 또한, 내부와 외부 선체 사이의 2미터 공간을 요구하는 국제 규약에 따라 설치된 이중 선체는 또한 충돌 또는 좌초될 동안 외부 선체의 침투로 인한 유출 또는 파괴의 위험을 줄여준다. 개선된 이중 선체의 혁신적인 면은 개선된 강도, 손쉬운 제조와 밸러스트 탱크에서 감소된 용접 및 강철 표면적, 보다 우수한 점검과 개선된 유지를 야기하는 밸러스트 탱크에 대한 증가된 접근성 및 고 에너지 좌초동안 오일의 내부 선체 보유이다. 현재 기술적인 면에서, 낮은 에너지, 저속 충격을 수반하는 이중 선체 컨테이너는 손상될 확률이 적고 단일 선체 컨테이너보다 오염을 야기할 확률이 낮다. 이중-바닥, 이중 측면, 이중 선체, 미드-갑판 등과 같은 개선된 유조선 디자인은 사고시 오일 유출의 위험을 줄일 수는 있지만 이러한 위험을 완전히 배제하지는 않는 것으로 알려져있다. 테스트 결과 진보된 모든 강철 이중 선체 디자인이 기존의 모든 강철 이중 선체 디자인에 비해 에너지 소모가 많음을 지적하고 있지만, 두 디자인 모두 피로 균열 또는 극도의 로드 사고 동안 파괴된 플레이트에서 확산된 균열로 인한 균열 확산으로 인해 내부 선체가 손상된다.
좌초 또는 충돌과 같은 우연한 또는 극도의 로드 사고로 인해 이중 선체 구조의 에너지 흡수 능력의 개선과 관련된 특허는 Krulikowski III 등의 미국 특허 제5,218,919호 및 Stuart의 제5,477,797호를 포함한다. 이러한 특허는 현존 단일 선체 유조선을 외부 선체로 개장하여 이중 선체 유조선을 만드는 것에 관한 것이다. Krulikowski III 등은 현존 유조선 선체의 바깥쪽으로 라미네이트화된 강철 보조 선체를 지지하기 위해 트러스형 구조로 배열된 신축성 멤버를 흡수하는 에너지의 사용에 관해 기술하고 있다. 가로 격벽과 편향 제어 장치로의 부착에 관한 구성의 디테일에 관해서도 기술되어 있다. 선체 사이의 공간은 충격력을 분산시키고, 유체 정역학 로드하에 보조 선체를 지지하며 보조 선체가 파괴되는 경우 추가 부력을 제공하기 위해 폴리우레탄 포움(foam)/볼(ball)로 충진된다. Stuart는 기존 유조선의 외부 선체에 부착된 보조 선체의 구조에 관해 기술하고 있다. 이는 단면을 보면, 선체 사이에 벌집 구조를 형성하는 일련의 세로방향으로 짜여진 강철 플레이트로 구성된다. 외부 선체를 불연속화시키는 스트레스 완화 접합부의 조합, 및 벌집 내부 선체 구조는 손상에 강한 선체를 만든다. 이러한 구조는 또한 가압된 비활성 가스와 진공 압력 시스템에 의해 적절한 밸러스트를 제공하는 수준까지 내부 선체 공간이 채워지도록한다. 이들 개장된 외부 선체 구조는 외부 선체의 파괴로 인해 내부 선체 중으로 균열 확산의 가능성을 어드레싱하지 못하고, 부적절하게는 보조 선체 구조의 제조 및 유지 비용과 실용성을 어드레싱하지 못한다. 현 개장 디자인에서, 불가능한 것은 아니지만, 점검 및 부식 유지용 선체간의 접근은 어렵다. 개장 디자인에서 외부 선체는 일반적으로 모든 작용 로드를 운반하는데 관여하지 못하고, 상당한 중량 화물을 제한된 구조 작용을 지닌 유조선에 첨가한다.
Verolme의 미국 특허 제4,083,318호 및 Asai의 제4,672,906호는 LNG(액체 천연 가스) 유조선 및 화물 탱크가 유조선과 별개 구조이고 유조선의 선체 대들보 시스템을 운반하는 로드의 일부를 형성하지 않는 저온 또는 고온 화물을 운송하는 유조선에 관한 것이다.
현재 모든 강철 이중 선체 구조는 이들 디자인 유형이 충돌, 좌초, 폭발 또는 화재와 같은 우연한 또는 극도의 로드 사고 후에 제로(0) 오일 유출의 성능 기준을 충족시키고, 구성, 유지 및 서비스 수명 비용면에서 경쟁적이도록 하는 가능성을 낮추는 심각한 불이익을 가진다. 한가지 단점은 현존 이중 선체 구조가 기록된 유조선 사고로부터 측정된 암반 좌초의 통계적 데이터와 관련된 선체 사이의 최소 분리를 지닌 이중 선체 구조의 사용을 규정하는 국제 협약 및 국가 표준과 함께 전통적인 조선공학 디자인 개념에 기초한다는 점이다.
전통적인 조선공학 표준에 따라 건조된 선체는 일반적으로 프레임, 격벽 및 대들보와 같은 강철 플레이트 및 플레이트 강철 구조 멤버의 복합 시스템을 제공한다. 강철 플레이트 및 지지 멤버의 운반 용량은 플레이트 표면에 고정된 평면의, 각진 또는 채널 금속 스톡과 같이, 당해 분야에 익히 공지된 유형의 다수의 보강재로 플레이트 및 구조 멤버를 강화시켜 증가된다. 이 복합 선체 구조 및 플레이트 보강재 시스템은 피로 고장의 원인이면서 우연한 또는 극도의 로드 동안 선체 플레이트의 인열(파괴)의 원인이다. 이러한 유형의 선체는 절단, 취급 및 용접되어야 하는 다수의 조각으로 인해, 그리고 보호 코팅이 적용되어야 하는 상당히 증가된 표면적으로 인해 값비싸게 제작된다. 또한, 이들 전형적인 복합 구조 시스템은 상당히 과밀되어, 불량한 접근, 불량한 점검, 불량하고 값비싼 유지, 및 부식으로 인한 감소된 서비스 수명을 야기한다.
이중 선체 구역에 대한 최근 대규모 좌초 시험은 단일 선체 컨테이너보다 이중 선체 컨테이너의 우수성에도 불구하고, 현재 시판되는 강철 이중 선체 디자인의 내부 선체의 파괴가 일차적으로는 가로 구조 멤버 또는 이 근처에서 외부 선체의 초기 파괴로부터 균열 확산으로 인해 일어날 수 있음을 보여준다. 외부 선체에서 시작된 균열은 내부와 외부 선체 사이의 구조 멤버를 통해 확산되고 내부 선체로 전달된다. 내부 선체 파괴의 명확한 결과는 각각의 파괴된 화물창으로부터 오일의 유출일 것이다. 현재 대체적인 디자인에는 강철 구조를 통해 화물 탱크 중으로 균열의 확산을 막는 균열 저지층 또는 기타 구조의 제공에 관해서는 기재하고 있지 않다. 따라서, 우발적인 또는 극도의 로드 사고시 오일 유출을 막거나 줄이는 것은 현재 이용가능한 대체 디자인으로는 적절하게 어드레싱되지 않는다.
대규모의 복합 강철 폴리우레탄 포움 샌드위치 플레이트는 선체의 누출 및 파괴를 막는 능력이 시험되어왔다. 이들 시험은 폴리우레탄 포움이 강철 플레이트에 적절하게 부착되지 않고 전단 강도를 거의 갖지 않음을 설명한다. 낮은 전단 강도는 복합재의 굴곡 능력을 최소화하고 접착의 결핍은 플레이트 보강재가 제거될 수 있도록 인-플레인 비틀림 능력을 증가시키는 복합재에서 폴리우레탄 포움 및 강철을 이용하는 가능성을 차단한다. 시험 복합재에 사용된 낮은 밀도의 포움은 인장 강도를 거의 갖지 않거나 전혀 가지고 있지 않고 구조적으로 유리할 수 있는 압축 강도가 불충분하다. 일반적으로, 시험된 포움은 균열 저지층으로 작용하지만 구조적으로 기능하지 못한다. 따라서, 바람직한 균열 저지 구조 복합재 구조가 달성되지 않는다. 시험된 포움은 약간의 에너지 흡수 능력을 소유하지만; 이러한 능력은 막 작용에서 강철의 것과 비교할 경우 작다. 포움은 강철 선체 플레이트의 전단 인장 실패를 지연시키지만, 막지는 못하는 집중된 로드 지점 주위에 강철 플레이트의 국지화된 변형률을 줄인다.
따라서, 당해 분야는 선체 구조의 복잡성을 단순화하고, 제조 및 유지 비용을 줄이며, 우발적인 또는 극도의 로드 발생시 에너지 흡수 능력과 플라스틱 행위를 증가시켜 선체 파괴 및 균열 확산으로 인한 화물 손실을 줄이거나 없애는 선체 구조 시스템의 필요성이 존재한다.
발명의 요약
이중 선체 유조선을 제공함에 있어 당해 분야에 내재된 근본적인 상술된 단점은 강철 플레이트 사이에 강인한 구조 엘라스토머를 결합시켜 강철-엘라스토머-강철 복합 선체 패널, 프레임 및 지지 멤버를 형성하는 본 발명의 교시에 따라 유리하게 제거된다. 엘라스토머는 플레이트의 부식을 야기할 수 있는 수분 흡수를 막도록 바람직하게는 소수성이고 파괴없이 강철 플레이트의 생산 변형률을 능가하도록 충분한 연성을 가져야 한다. 복합 패널은 적어도 이중 선체의 내부 선체를 구성하는데 이용된다. 바람직하게는 강철-엘라스토머-강철 복합 패널은 내부 선체, 외부 선체, 격벽, 바닥, 갑판 및 붕괴성 프레임 및 지지 멤버를 구성하는데 이용되고 필요한 형태로 형성될 수 있다. 내부 선체를 형성하는 복합 패널내의 엘라스토머층은 특히 내부 선체의 내부 강철 플레이트와 내부 선체의 외부 강철 플레이트 사이의 효과적인 균열 저지층을 제공하고, 이는 인-서비스(in-service) 로드 및 우발적인 또는 극도의 로드 모두를 위해 고안된 외부 선체, 바닥 프레임 및 격벽과 같은 가로 멤버, 및 웹 프레임 및 세로 프레임과 같은 기타 지지 요소로부터 확산된 균열로부터 내부 선체의 내부 강철 플레이트를 효과적으로 분리한다. 또한, 복합 패널은 기존의 강철 플레이트보다 강하고 잘 움직이지 않기 때문에, 강도, 서비스 수명, 구성 비용, 유지 비용 및 생존성(survivability)에 대한 현존의 디자인 표준을 충족시키거나 초과하는 한 다수의 프레임 및 지지 요소를 상당히 줄일 수 있다.
본 발명의 교시에 따르면, 적절하게 디테일링된 바닥과 가로 격벽을 지니고 예를 들어, 유조선과 같은 격납 컨테이너(containment vessel)의 이용에 특히 적당한 복합 강철 폴리우레탄 엘라스토머 샌드위치 플레이트 시스템을 제작하여 공지된 모든 강철 컨테이너가 수반하는 단점을 실질적으로 제거한다. 선박 디자인과 관련된 특정 세부사항은 본원에서 참조문헌으로 인용되는 문헌[참조: American Bureau of Shipping and Affiliated Companies, 1996 Part 3, Hull Construction and Equipment; Part 5, Specialized Vessels and Services]에서 발견될 수 있다.
본 발명의 교시는 첨부된 도면과 함께 하기의 상세한 설명을 고려함으로써 쉽게 이해될 수 있다:
도 1은 단방향 대들보 시스템 및 보강 강철 선체 플레이트를 포함하는 기존의 모든-강철 이중 선체 유조선의 투시 단면도이고;
도 2는 화물과 밸러스트 구간의 일반적인 배치를 설명하는 기존 이중 선체 유조선의 평면도이며;
도 3은 구조 멤버 및 보강재 시스템을 설명하는 가로 격벽에서 취해진 기존 이중 선체 유조선 중앙부의 단면도이며;
도 4는 본 발명에 따른 복합 패널로 구성된 가로 격벽에서 취해진 이중 선체 중앙부의 단면도이며;
도 5는 본 발명에 따른 복합 패널로 구성된 이중 선체 컨테이너의 화물창의 부분 단면도이며;
도 6은 본 발명에 따른 복합 패널을 이용한 이중 선체 컨테이너 가로 격벽 구조의 절단면도이며;
도 7은 본 발명에 따른 가로 격벽에 대한 균열 저지 디테일에 대한 절단면도이며;
도 8은 본 발명에 따라 구성된 복합 패널의 단면도이며;
도 9는 본 발명에 따른 복합 패널로 구성된 내부 선체 및 격벽의 단면도이며;
도 10은 본 발명에 따른 복합 패널로 구성된 내부와 외부 선체 및 지지 멤버의 단면도이며;
도 11은 균열 저지 차단장치를 봉하는 엘라스토머 플러그의 디테일을 도시한, 도 10의 11-11을 따라 취해진 단면도이며;
도 12는 본 발명에 따른 구성하에 복합 패널의 단면도이며;
도 13은 본 발명에 따른 복합 패널로 구성된 내부 선체, 격벽 및 복합 스페이서의 단면도이다.
본 발명의 교시는 극도의 또는 우연한 로드 사고 동안 내용물을 실음에 적당한 구조, 컨테이너, 유조선, 대형 운반차 또는 선박에 적용 가능하다. 단지 설명을 위해, 본 발명은 이중 선체 유조선의 경우에서 논의될 것이다. 당해 분야의 숙련자라면 본 발명의 교시가 도로 비히클, 레일 카 및 저장 탱크와 같은 기타 컨테이너, 대형 운반차 등의 구조적 구성에 활용될 수 있는 방법을 쉽게 이해할 것이다.
기존 디자인에서, 내충격성 및 생존성에 대한 점검, 규정 및 법규 및 구성은 일반적으로 한방향으로 보강 대들보 이중 선체로 알려진, 모든-강철 기존 이중 선체 및 개선된 이중 선체를 지시하고 있다. 도 2와 3에서 설명된 전형적인 기존 이중 선체(CDH) 디자인은, 예를 들면, 40,000 DWT(중량 톤)의 유조선의 경우 직각으로 고정된 바닥(1), 가로 웹 프레임(2) 및 세로방향 대들보(3)와 함께, 내부 선체(10)와 외부 선체(12)로 특징지워진다. 선체 플레이트(4)는 용접되거나 달리 세로방향 대들보(3)에 부착된다. 세로방향 대들보(3)에 대해 가로로 배향된 웹 프레임(2)은 세로방향 대들보(3) 사이에 부착되어 대들보(3)를 유지 안정화시킨다. 도 2의 평면도는 화물을 함유한 외부 선체(12) 부위에서 외부 선체(12)와 내부 선체(10)를 지닌 유조선의 경우에 전형적인 배치에 관해 설명하고 있다. 내부 선체(10)에서 구획화된 화물창(13)은 선체의 보다 낮은 부위에서 밸러스트 탱크로 작용할 수 있다.
전형적으로, 선체와 갑판 플레이트(4 및 5), 및 웹과 바닥 프레임(2, 11), 격벽(6) 및 대들보(3)의 로드 운반 능력은 도 3에 도시된 바와 같이, 보강재(7)의 첨가로 증가된다. 다수의 보강재(7)는 내부와 외부 선체(10,12)의 둘모두의 선체 플레이트(4) 및 갑판 플레이트(5)를 강화시키는데 요구된다. 도시되지 않은 추가적인 보강재도 대들보(3), 프레임(2) 및 대들보(3)상에서 발견된다. 이러한 유형의 구조는 좌초 및 충돌과 같은 우발적인 또는 극도의 로드 사고시 충격에 강하도록 설계될 수 없는 것으로 알려져 있다. 개선된 이중 선체(ADH) 시스템은 외부와 내부 선체 사이에 우선 세로방향의 단방향 프레이밍을 가진다. 개선된 이중 선체는 중요하게도 가로 멤버가 거의 존재하지 않지만, 개선된 이중 선체는 화물 구간(13) 사이의 가로 격벽(6)을 가지고, 내부와 외부 선체 사이에 위치된 밸러스트 구간(102) 사이의 가로 바닥 프레임(11)을 가질 수 있다. 기존의 이중 선체와 같이, 개선된 이중 선체 강철 플레이트 구성 요소의 운반 능력은 다수의 보강재(7)를 플레이트 강철 구성 요소의 표면에 고정시켜 개선된다.
기존 및 개선된 모든 강철 이중 선체 구성 시스템에 대한 고 에너지 충격 좌초 효과의 최근 연구는 일반적으로 외부 선체(12)가 세로방향 대들보(3) 사이의 강철 플레이트(9)의 막 작용에서 최대 변형률을 능가함으로 인해 세로방향으로 파괴될 것이고, 내부 선체(10)의 파괴는 가로 프레임(2, 11) 및 격벽(6)에서부터 수직 균열 확산에 의해 개시됨을 입증한다. 이는 교대로 격벽(6), 바닥(11) 또는 프레임(2)과 같은 가로 멤버(2,6,11) 또는 이 근처에서 외부 선체(12)의 파괴에 의해 개시된다. 컨테이너 선체 중으로 외래 물체의 침입시, 내부 선체(10)의 일부는 침입 물체와 직접 접촉하거나, 간접적으로는 예를 들어, 침입 물체에 의해 안으로 밀리는 선체 대들보(3), 또는 바닥 프레임(11)과 같은 지지 멤버에 의해 안으로 밀린다("들어올려진다"). 충격 영역에서 내부 선체 플레이트(14)는 가로 멤버(11)가 침입 물체의 위치 또는 근처에서 극도의 막 스트레스를 야기하는, 추가 내부 이동으로부터 내부 선체(10)를 제한, 예를 들면, 내부 선체 플레이트(14)의 "리프트"가 제한될 때까지 막의 형태로 변형시킬 수 있다. 극도의 막 스트레스는 내부 선체 플레이트(14)를 제한하는 가로 멤버(2,6,11), 또는 직접적으로 내부 선체(10) 파괴를 야기하는, 제한된 내부 선체 플레이트(14)에서 초기 균열을 유발한다. 이는 일반적으로 유조선 바닥 구조의 밀폐식 유조선 바닥 구조가 파괴없이 내부 선체(10)의 "리프트" 및 비탄력성 막 변형을 일으키도록 고안되어야 할 것을 요구한다.
이를 위해, 본 발명에 따르면, 균열 저지층(15)(도 4)은 적어도 예를 들면 바닥 프레임(24)과 격벽(26)과 같은 모든 가로 멤버 또는 근처의 선체 구조에 채용되지만, 바람직하게는 실제적인 한, 전 선체 구조를 통해 가능하다.
오리엔테이션을 목적으로 한 본원의 논의에서, "내부"가 구성 요소의 관점에서 사용될 경우, 이는 일반적으로는 컨테이너 화물창에 비교적 좀더 가까운 구성 요소를 나타낼 것이다. "내부"가 표면의 관점에서 사용되면, 이는 일반적으로는 화물창을 마주하는 표면을 말할 것이다. 특히, 내부 금속 플레이트의 내부 표면(63)(도 8) 또는 내부 선체(20) 층(34)은 마주보고 일반적으로는 화물창(68)에 노출된다. "외부"가 구성 요소의 관점에서 사용되면, 이는 일반적으로는 화물창에서 비교적 떨어진 구성 요소를 나타낼 것이다. "외부"가 표면에 관점에서 사용되면, 이는 일반적으로는 화물창에서 떨어져 마주보는 표면을 말할 것이다.
본 발명을 설명하는 도 4의 경우, 예를 들어, 단방향 이중 선체 샌드위치 플레이트 시스템(UDHSPS)로 구성된 유조선을 건조하기 위한 복합 패널 컨테이너 구성 시스템은 적절히 디테일링된 붕괴성 구조(이중 몇몇 또는 전부가 또한 복합 패널 구조일 수 있음)에 의해 지지된 강철-엘라스토머-강철 복합 패널(18)로 구성된 거친 충격에 강한 선체(16)를 채용한다. 도 5의 경우, 복합 패널(18)은 외부 금속 플레이트(36)로부터 이격되어 이와 마주보는 내부 금속 플레이트(34)로 구성되고, 내부 및 외부 금속 플레이트는 중간 엘라스토머 코어(38)에 결합한다. 두개의 반대 측면(74 및 78), 및 바닥(76)을 지닌 내부 선체는 화물창(68)을 형성한다. 갑판(40)은 측면(74)의 상부에서 측면(78)의 상부로 연장되어 화물창(68)의 상부를 밀폐시킨다. 화물창(68)의 각 말단에서 격벽(26)은 측면(74 및 78), 및 바닥(76)과 갑판(40)에 연결되어, 화물창(68)을 실질적으로 완전히 밀폐한다. 두 측면(80 및 82) 및 바닥(84)를 지닌 외부 선체(28)는 내부 선체(20)의 두 측면(74 및 78) 및 바닥(76)에서 떨어져 위치하고 이를 각각 밀폐한다. 외부 선체(28)는 세로방향 대들보(22)와 가로방향 바닥 프레임(24)을 포함하는 지지 멤버에 의해 내부 선체(20)에 연결된다. 적어도 내부 선체(20)는 복합 패널(18)로 구성된다. 바람직하게는, 내부 선체(20), 외부 선체(28), 세로방향 대들보(22), 바닥 프레임(24) 및 격벽(26)은 복합 패널(18)로 구성된다. 복합 패널(18) 또는 기존의 단일 플레이트 강철로 구성된 다양한 구성 요소는 앞서 논의된 복합 패널(18)의 엘라스토머 코어(38)를 수용하는데 필요한 특정 공차를 지니도록, 용접 또는 기타 기존 방법에 의해 서로 연결된다.
UDHSPS는 충돌 또는 좌초 발생시 선체(20)내에 함유된 내부 화물의 생존성을 상당히 개선시킬 것이고, 없애지는 못하더라도, 특히 기존의 이중 선체 대응물에 비해, 이러한 사고시 오일 유출을 상당히 줄일 것이다. UDHSPS는 우발적인 또는 극도의 로드하에 연성 모드로 행동하고 복합 패널 선체의 비탄성막 작용 및 기존의 강철 및/또는 강철-엘라스토머-강철 복합 패널 지지 요소의 플라스틱 변형을 통해 에너지를 흡수하도록 구성된다. 오일 유출을 최소화하거나 없애기 위해, 화물창 균열 또는 인열 확산이 차단된다. 극도의 로드 발생시 실패 모드로서 인열 또는 균열을 차단하기 위해, 충격 에너지의 흡수 및 소모는 충돌 또는 좌초시 가능한 선박의 것만큼 맞물림으로써 최대화된다. 이렇게 함으로써, 오일 유출의 결과는 전부 없애는 것은 아니더라도, 최소화된다.
지금까지 유조선에서, UDHSPS는 현재의 표준에 따라 고안된 현 기존 또는 개선된 모든-강철 이중 선체 컨테이너보다 작동 로드의 경우 동일하거나 이보다 큰 강도를 제공하도록 고안될 수 있다. 도 5에서 단면을 상세히 살펴보면, 본 발명에 따른 강철-엘라스토머-강철 선체 대들보(22)는 엘라스토머 코어(38)상에 내부 금속 플레이트(34) 및 외부 금속 플레이트(36)를 가지고 있어 화물 컨테이너의 작동을 수반하는 것과 같은 전형적이거나 극도의 정적 및 동적 로드를 견딜 수 있는 속이 빈 얇은-벽으로 된 박스 빔으로 작용하도록 충분한 휨, 전단 및 비틀림 강도를 제공한다. 이들 로드는 예를 들면, 워터 로드(water load), 건식 도킹 로드, 열적 로드, 선체상에서 웨이브-유도 동적 압력 분포, 액체 화물의 튀어오름, 갑판상의 녹색 바다(green-seas), 웨이브 슬랩(wave slap), 관성 로드, 발진 및 정박 로드, 빙하 충돌 로드, 슬래밍, 강제 진동, 충돌 및 좌초를 포함한다. 도 4 및 6은 복합 강철-엘라스토머-강철 패널(18)로 구성된 이중 선체 유조선에 대한 이중 선체 선체 중앙부(42) 및 가로 격벽(26)에 관해 설명하고 있다. 각각의 내부 및 외부 선체(20, 28)는 특정 크기 및 목적의 컨테이너로 적당히 고안되고 크기화된 복합 강철-엘라스토머-강철 패널(18)로 구성된다. 도 6, 7 및 9에서 도시된 가로 격벽(26)도 또한 수평 및 수직 웹 플레이트(30, 32) 각각(이들도 또한 복합 패널(18) 구성일 수 있음)에 의해 지지된 복합 강철-엘라스토머-강철 패널(18)로 구성된다.
복합 패널(18)은 각각의 구성 요소, 예를 들면, 다수의 상이한 방법으로, 완전한 컨테이너의 하부-조립체 중으로 차후 선적되거나 조립될 수 있는 선체 패널(17), 바닥 프레임(24), 대들보(22), 격벽(26) 등의 형태로 제조될 수 있다. 복합 패널(18)의 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36)(도 5)는 엘라스토머 코어(38)의 경우에 공동(56)(도 12) 형성과 관련하여 적절한 간격으로 위치된다. 바람직한 양태에서, 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36) 각각은 강철이다. 예를 들면, 고 부식 용도의 스테인레스 강, 또는 경 중량 용도의 알루미늄과 같은 기타 적당한 금속이 이용될 수 있다. 복합 패널(18)이 단일 플레이트 금속보다 상당히 강하기 때문에, 기타 보다 연한 형태의 금속이 복합 패널을 구성하는데 이용될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 내부 및 외부 금속층(34, 36) 사이의 적절한 간격은 내부 및 외부 금속층(34, 36) 사이에 제공된 스페이서 요소(44)("스페이서")에 의해 유지된다. 스페이서 요소(44)는 연속 스트립형 멤버를 포함할 수 있거나, 다르게는 스페이서 요소(44)는 랜덤 또는 임의 패턴으로 배열된 복수개의 각각의 스페이서 멤버를 포함할 것이다. 스페이서(44)는 금속 또는 금속 내부 및 외부층(34, 36) 사이에 위치한 기타 적당한 재료로 구성될 수 있다. 스페이서 요소(44)는 용접되거나 내부 및/또는 외부 금속층(34, 36)에 결합될 수 있다. 바람직하게는, 스페이서(44)는 맞은편의 세로방향 가장자리(46 및 50)를 지닌 연속 스트립형 멤버이다. 스페이서(44)는 플레이트(36)의 중앙선을 따른 지점 및 일반적으로는 세로방향 대들보(22) 사이의 중간쯤에서 필렛 용접(48)과 함께 하나의 세로방향 가장자리(46)상에서 외부 금속 플레이트(36)까지 용접된다. 바람직하게는 스페이서는 선체 구조면에서는 일반적으로 단지 세로방향으로 진행되지만, 필요시에는 가로 방향으로도 진행될 수 있다. 외부 금속 플레이트(36)와 실질적으로 동일한 길이 및 폭 크기를 지닌 내부 금속 플레이트(34)는 바깥쪽으로 엇갈리게 되어, 인접 내부 플레이트(18a, 18b)의 가장자리(52, 54)는 본래 스페이서 가장자리(50)상에 내려진다. 스페이서(44)의 가장자리(50)는 인접 패널(18a, 18b)의 이웃한 가장자리(52, 54)에 대해 지지체로 작용할 수 있다. 스페이서 요소 가장자리(50)는 버트 용접(55)이 완료될 때까지 내부 금속층 플레이트(18a, 18b)를 지지하는 용접 지지바(weld backing bar)로 작용한다. 지지바로 작용하는 스페이서 요소(44)도 또한 적절한 용접 틈을 설정하고 용접 프리퍼레이션(weld preparation)을 최소화하는 것을 돕는다. 버트 용접(55)은 패널(18a, 18b)의 가장자리(52, 54)를 스페이서(44)의 가장자리(50)에 안정하게 고정시킨다. 엘라스토머 코어(38)는 내부 또는 외부 금속 플레이트(34, 36) 각각에 존재하는 틈(70)을 통해 플레이트(18a, 18b)의 용접에 이어 첨가될 수 있다.
스페이서 요소(44)는 다르게는 금속층(34, 36) 사이의 위치에 결합하거나 열경화될 수 있는 엘라스토머 스트립 또는 블록으로 예비제조되거나 예비성형될 수 있다. 선택적으로, 간격은 예를 들면, 엘라스토머 코어(38)가 제공되고 경화될 때까지 코어 공동(56)을 형성하는 간격면에서, 내부 및 외부 플레이트(34, 36) 각각을 지탱하는 제조 지그에 의해 유지될 수 있다.
바람직하게는, 세로방향 대들보(22), 바닥 프레임(24), 격벽(26), 내부 및 외부 선체(20 및 28) 및 복합 선체 패널(18)과 같은 각각의 구성 요소는 구성 요소 플레이트 사이에 적당한 코어 공동(56)을 유지하면서, 정해진 이러한 구성 요소 위치에서 특정 구성 요소의 내부 및 외부 강철 플레이트(34, 36)를 최소한 부분적으로 고정시킴으로써 구조하에 컨테이너상에서 일체로 제조된다. 엘라스토머는 차후에, 액체 또는 점성 상태로 유동 또는 주입되고 엘라스토머가 공동에서 현장에서 성형(cast in place)되도록, 즉 현장에서 직접 만들어지도록 됨으로써, 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36) 사이의 코어 공동에 위치된다. 엘라스토머는 다르게는 구성 요소의 개방 또는 비고정 가장자리에서 빈 코어 공동에 진입하도록 단면으로 디멘션된 튜브 또는 튜브들을 통해 코어에 놓일 수 있는데, 튜브는 구성 요소의 디멘션으로 진입하기에 적당한 길이이다. 엘라스토머가 튜브를 통해 공동 중으로 진입하여 플레이트 사이의 빈 공간을 채울때, 튜브가 회수된다. 엘라스토머는 주조시, 빈, 이 경우 코어 공동(56)의 형태를 띤다. 선택적으로, 엘라스토머는 내부 또는 외부 금속 플레이트(34, 36)에서 제공된 플레이트 틈 또는 포트(70)(도 7)를 통해 주입 또는 유동함으로써 코어 공동에 위치될 수 있다. 플레이트 틈(70)의 바람직한 위치는 외부 환경에 노출되고 화물에 노출됨이 없이, 외부 선체(28)의 내부 금속 플레이트(34) 및 내부 선체(20)의 외부 금속 플레이트(36)상이다. 이들 플레이트 틈(70)은 트레드된 금속 플러그(72)로 봉해진다. 엘라스토머는 선체 구성의 진행시 각각의 구조 구성 요소의 코어 공동(56)에 위치할 수 있거나, 다수 구역 또는 전체 선체는 내부 및 외부 플레이트(34, 36) 사이의 빈 코어 공동(56)으로 구성될 수 있고, 엘라스토머는 차후 코어 공동(56)에 위치될 수 있다. 일단 유동성 엘라스토머가 코어 공동(56)에 있으면, 엘라스토머 코어(38)는 예를 들면 열의 인가에 의해 경화된다.
각 내부 및 외부 강철층(34, 36)의 바람직한 두께는 예를 들면, 6 ㎜ 내지 25㎜ 범위이고, 10 ㎜가 이상적인 두께로 간주된다. 이들 크기는 서비스 또는 구성 요소의 요구사항, 및 사용된 재료의 유형 또는 특성과 함께 변할 것이다. 당해 분야의 숙련자라면 내부 및 외부 금속층(34, 36)이 동일한 두께를 가질 필요가 없고 동일한 형태 또는 성질의 금속으로 제조될 필요가 없음을 인식할 것이다. 본 발명의 취지 또는 범위에서 벗어남이 없이 다수의 조합 및 변형이 가능하다.
복합 패널의 두께는 라미네이트의 조립동안 다양한 구성 요소 및 적용에 필요한 구조적 강도를 달성할 수 있도록 선택적으로 조정될 수 있다. 내부와 외부 금속 플레이트(34, 36) 및/또는 엘라스토머 코어(38) 각각의 두께는 특정 요구사항에 따라 달라질 수 있다. 또한, 라미네이트 패널(18)은 국한된 구조 강도의 조절을 위해 치수가 두꺼워진 패널 부위를 가지도록 구성될 수 있다. 치수가 두꺼워진 패널 부위는 복합 패널(18)에 다양한 두께를 제공하는, 스페이서 요소의 길이를 따라 스페이서 요소의 깊이를 변화시키는 것과 같이 스페이서 요소(44)의 크기를 변형시켜 제공된 두꺼워진 엘라스토머 코어(38)의 결과일 수 있다. 선택적으로, 치수가 두꺼워진 패널은 복합재의 하나 또는 두개의 금속 내부 및 외부 플레이트(34, 36)를 두껍게한 결과일 수 있다.
엘라스토머는 바람직하게는 재료를 경화하고 성형 공정을 완성하는데 열을 필요로 할 수 있는 열경화성 플라스틱 형태이다. 바람직한 폴리우레탄 엘라스토머는 대략 20℃-60℃의 온도에서 경화한다. 구성 요소의 용접으로 인한 잔류열은 특히 용접 접합부의 근처에, 성형 열의 일부를 제공할 것이다. 그러나, 용접 접합부에서 떨어진 코어 공동(56) 부위는 보충적인 경화열의 적용을 필요로 할 것이다. 엘라스토머 코어(38)를 경화하는데 필요한 열은 복합 패널(18)의 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36)에 제공될 수 있다. 금속 플레이트(34, 36)는 엘라스토머 성형을 완성하기 위해 코어 공동(56)에서 엘라스토머(38)에 쉽게 열을 전달할 것이다. 선택적으로, 엘라스토머는 감온 또는 승온에서 유동하고, 주위 온도에서 경화하도록 선택될 수 있다.
코어 공동(56)이 엘라스토머(38)로 충진된 후, 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36)의 틈(70)은 나선형 금속 플러그(72)로 봉해진다. 틈(70)은 바람직하게는 외부 환경에 노출되어 외부 선체(28)의 내부 플레이트(34)에 형성되고, 또한 화물에 노출되어 내부 선체(20)의 외부 플레이트(36)상에 존재한다. 따라서, 틈(70)과 플러그(72)는 일반적으로 점검 및 유지보수가 용이한 내부 선체(20)와 외부 선체(28) 사이의 공간에 노출된다.
구성 요소 조립 공정은 컨테이너 구성이 진행됨에 따라 인접한 구성 요소의 설치를 완성하기 위해 반복된다. 본원에서 논의된 조립 방법은 단지 예시적이다. 컨테이너 조립의 기타 방법이 공지되어 있고 이 또한 본 발명의 일부로 간주된다.
이웃한 복합 구성 요소(18a, 18b)는 엘라스토머(38)가 내부 및 외부 플레이트(34, 36) 사이에 놓인 후 용접에 의해 고정되는 곳에서, 선택된 엘라스토머의 구조 또는 접착성은 용접열에 의해 손상될 수 있기 때문에, 용접 마진(margin)(58)이 제공되어야 한다. 용접 마진(58)은 용접될 접합부 근처의 적당하게 크기화된 코어 공동(56) 부위로, 마진(58)은 적어도 초기에는 엘라스토머가 없다. 엘라스토머 코어(38)에 대한 손상을 막기 위해 접합부에서 대략 75 ㎜의 마진(58)이 충분하다. 용접 접합부에서 75㎜ 떨어진 곳의 강철 온도는 일반적으로는 약 150℃이지만, 용접 접합 또는 근처의 강철 온도는 이보다 상당히 높다. 용접 작업이 완료되고, 접합부가 충분히 냉각, 예를 들어 150℃로 된 후, 용접 마진의 공간은 구성 요소의 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36)에 이러한 목적으로 제공된 틈(70)을 통해 충진될 수 있다. 선택적으로, 한 구성 요소의 용접 마진(58)은 이웃한 구성 요소의 빈 코어 공동(56)을 통해 충진될 수 있다.
엘라스토머는 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36)의 금속에 적당한 결합 능력에 따라 선택될 것으로 간주된다. 선택적으로, 적당한 결합제를 사용하여 접착을 촉진할 수 있거나, 접착제를 사용하여 엘라스토머를 금속 플레이트에 결합시킬 수 있다. 금속 "스킨" 플레이트도 또한, 공지된 방법에 의해, 기계적 또는 화학적으로 미리-성형된 엘라스토머 코어에 결합될 수 있다. 적절한 크기의 스페이서가 "스킨" 플레이트 사이에 놓이게 되면 결합 작업 동안 적절한 간격을 유지할 수 있다.
각종 재료가 적당하고 강철-엘라스토머-강철 복합 패널의 코어로 간주되지만, 복합 패널의 코어에 바람직한 엘라스토머는 적절한 화학 및 물리적 특성을 지닌 열경화성 폴리우레탄 엘라스토머이다. 엘라스토머와 관련된 상세한 설명은 본원에서 참조문헌으로 인용되는 문헌[참조: Engineered Materials Handbook, Volume 2, Engineering Plastics(1988 ASM International)]에서 발견될 수 있다. 열경화성 폴리우레탄 엘라스토머는 예를 들면, 하기 범위의 물리적 성질 및 특성을 지닌 강화 재료이다: 20 내지 55 MPa의 인장 강도, 70A 내지 80D의 쇼어 경도, 100-800%의 연신율, 2 내지 104 MPa의 굴곡율, -70 내지 15℃의 유리 전이 온도, 내마모성, 저온 가요성, 저온 충격 강도, 장기 가요성, 내인열/내절단성, 내연료 및 오일, 우수한 탄성 및 리바운드, 내오존성, 내후성 및 온도 저항성. 이들 특성은 응용 ASTM 표준법에 따라 정의되고 특징지워질 수 있다. 폴리우레탄 엘라스토머의 상업적 용도는 로드 베어링 산업형 롤러, 캐스터 휠(caster wheel), 외부가 페인팅된 오토바디 부품(autobody parts), 하이드로올릭 시일(hydraulic seal), 운전 벨트, 사출/중공-성형된 먼지 차폐기, 사출 성형된 그리이스 부트(커버), 중공 및 평면 다이 압출된 필름 및 시이트 제품(0.03 ㎜ 내지 3 ㎜ 두께), 튜빙, 하우스 커버, 스포츠 신발, 와이어 및 케이블 보호 커버를 포함한다. 시판용 폴리우레탄 엘라스토머의 성질 및 특성은 화학적 성질을 변화시킴으로서 특정 용도에 맞게 고칠 수 있다. 폴리우레탄 엘라스토머는 지금까지 이중 선체 유조선과 같은 격납 컨테이너에 대한 금속 스킨을 지닌 복합 샌드위치로 이용되지 않았다.
구조 복합 패널(18)의 엘라스토머 코어 물질은 작업 로드를 지지하기 위해 두개의 금속 스킨 플레이트(34, 36)에 안정적으로 부착해야 함이 분명하다. 또한, 경화된 엘라스토머 코어 물질(38)은 예를 들면, 좌초 또는 충돌과 같은 우발적인 또는 극도의 로드 사고에서 높은 강도 및 연성, 내구성 및 내충격성과 같이, 선박 건조에 이용하는데 바람직한 특성을 지닌 복합 패널(18)을 제공하기에 충분한 밀도, 인장 강도, 연성, 전단 강도 및 압축 강도와 같은 적당한 구조 특성을 가져야 한다. 적절하게 제형된 폴리우레탄 엘라스토머는 기타 적당한 특성, 예를 들면 물과 오일에 대한 내성, 및 절연용 내열성을 보유한다.
복합 패널(18) 구조의 엘라스토머 코어(38)는 여러 방법에서 작동 로드를 운반하는데 기여한다. 우선, 강철 내부 및 외부 플레이트(34, 36)와 엘라스토머(38) 사이에 생긴 접착은 노말 호깅 및 새깅 모멘트하에 일어나고 세로방향 대들보(22) 사이에 가까이 간격지워진 세로방향 보강재에 대한 필요성 또는 가까이 간격지워진 대들보(22)에 대한 필요성을 없애주는 비교적 얇은 금속 플레이트(34, 36)의 한정된 비틀림을 막는다. 두번째로, 엘라스토머 코어(38)는 내부 및 외부 플레이트(34, 36)의 굴곡율을 향상시키기 위해 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36) 사이에 충분한 전단을 전달하기에 적당한 물리적 특성 및 크기가 제공된다. 복합 패널(18)의 내부 및 외부 플레이트(34, 36)는 분리로 인해, 동일한 총 플레이트 두께를 지닌 기존의 단일 금속 플레이트(14)보다 대략 10배 정도 큰 굴곡 강도를 제공한다. 상응하는 단일 플레이트 구성 요소와 비교할 경우 복합 구성 요소의 상당히 높은 강도로 인해, 예를 들어, 세로방향 대들보(22), 프레임(24) 또는 격벽(26)과 같은 복합 구성 요소는 추가로 떨어져서 위치할 수 있어 더이상 요구되지 않는다. 또한, 보다 강한 복합 구성 요소는 중요하게도 보강재(7)를 거의 또는 전혀 요구하지 않는다. 따라서, 컨테이너를 만드는데 요구되는 강철의 총 중량을 증가시킴이 없이, 선행 강철 이중 선체에서 요구되는 추가적인 세로방향 대들보(3), 프레임, (11 및 2), 및 플레이트 보강재(7)에 일반적으로 사용되는 강철은 복합 선체 플레이트(17 및 18) 및 대들보(22), 바닥(24), 격벽(26) 및 웹(32)과 같은 구조 멤버에 재배분되어, 강철 비용을 증가시킴이 없이 개선된 구조 성능을 가능케하는 보다 강한 각각의 구성 요소를 얻을 수 있다. 엘라스토머 코어(38)는 모든 플레이트(34, 36)가 탄성 구획율 및 대체로 이로인한 유조선의 내모멘트성을 제공할 수 있도록, 복합 패널(18)의 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36) 사이에 충분한 세로방향 전단 전달을 제공한다. 엘라스토머는 선체 구조의 전단 비틀림성을 증가시킨다. 선행 단일의 보다 두꺼운 강철 플레이트를, 구조 엘라스토머(38)로 분리되고 이에 결합된 두개의 보다 얇은 강철 플레이트(34, 36)로 구성된, 복합 패널(18)로 치환함으로써, 내인열 또는 내파괴성 선체는 기존 구조와 동일하거나 이보다 낮은 비용이 달성되는데, 이는 강철 플레이트가 더이상 가격적으로 노치 인성 강철로 명기될 수 없기 때문이다. 복합 패널(18)에서 두개의 강철 플레이트(34, 36)의 두께 분포는 규정되지 않고 예를 들어, 로드 베어링 능력, 및 내부식 및 내마모성과 같은 인자에 대한 구조 성능 및 내구성을 최적화하도록 분포될 수 있다.
예를 들어, 선체 패널(17), 세로방향 대들보 바닥 프레임(24) 및 격벽(26)과 같은 선체 구성 요소에서 기존 강철 플레이트를 복합 패널(18)로 치환하면 이들 선체 구성 요소 및 선체 전체의 강도를 증가시키고, 복합 선체 패널(18)에서 내부 및 외부 강철 플레이트(34, 36)의 두께를 감소시키며, 예를 들어, 호깅 및 새깅을 야기하는 서비스 로드와 같은, 인-플레인 서비스 로드를 운반하는데 요구되는 보강 요소(7), 프레임(11) 및 지지 멤버(2,3)와 같이, 기존 선체 구조 구성 요소 수를 상당히 줄일 수 있다. 기존 강철 플레이트 및 기존 프레임과 지지 멤버를 보다 강한 복합 패널(18)로의 치환도 또한 지지 구조를 단순화시킨다. 보다 강한 복합 패널(18)은 중요하게는 거의 구조 멤버를 지니지 않은 구성을 야기하고, 또한 예를 들면 세로로 통과하는 바닥 프레임(24), 격벽(26), 프레임 및 브래킷(도시되지 않음), 트리핑 브래킷(도시되지 않음) 등과 같은 구조 교차 횟수를 상당히 줄인다. 구조 교차의 감소는 피로 민감 디테일의 수 및 발생 가능한 피로 실패의 상응하는 수를 줄여준다. 거의 어떠한 구조 멤버도 균열이 우연한 상황에서 내부 선체(20)까지 확산되는 기회를 줄이지는 못한다.
혁신적인 조선공학 디테일과 결부된 복합 플레이트 시스템은 충격에 강한 단단한 구조를 제공한다. 복합 패널(18)의 외부 강철 플레이트(36)는 견고한 보호용 마모 표면으로 작용한다. 엘라스토머 코어(38)는 에너지를 흡수하고, 내부 강철 플레이트(34)까지 가로방향 로드를 소모시키며 연속적인 높은 연신 내열막을 제공한다. 내부 강철 플레이트(34)도 또한 견고한 보호용 마모 표면으로 작용하고, 비탄성 막 작용에서 다수의 충격 로드를 운반한다. 샌드위치 컨셉은 복합 패널(18)의 외부 및 내부 강철 플레이트(34, 36) 사이의 강철층 두께의 최적 분포를 허락하여 가장 효과적인 구조 시스템을 제공한다. 엘라스토머 코어(38)의 열 절연성은 비용이 낮은 분획 질긴 강철의 사용을 허락하는, 내부 강철 플레이트(34) 및 세로방향 대들보(22)와 바닥 프레임(24)과 같은 지지 구조 강철 요소에 보다 따뜻한 환경을 제공한다. 우연 또는 극도의 로드 조건에서, 복합 패널(18)의 연성 엘라스토머 코어(38)는 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36)의 내천공성을 증가시키고, 세로방향 대들보(22) 및 바닥 프레임(24)과 같은 지지 요소를 변형시킬 경우 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36)내에 좀더 일정한 스트레인 필드를 창조하며, 국지화된 전단 변형을 감소시키며, 충격 로드의 경우에는, 가로 지지 요소에서 인열하도록 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36)의 내성을 상당히 증진시킨다. 내부 선체(20) 복합 패널(18)내의 엘라스토머 코어(38)는 일반적으로 충돌 또는 좌초 동안 손상을 입는 외부 선체(28), 바닥 또는 측면 구조, 및 화물창을 라이닝하는 내부 선체(20)의 내부 강철 플레이트(34) 사이에 효과적인 균열 저지층을 제공한다. 이 균열 저지층은 기타 균열 저지 디테일링과 함께 외부 선체의 파괴로부터 화물창 중으로 확산되는 균열에서 부터 일어나는 오일 유출의 가능성을 상당히 줄여주거나 심지어는 이를 없애준다.
단순화된 구조 시스템은 좀더 덜 복잡하고, 편평한 표면을 이용하기 때문에, 이 위의 보호용 코팅을 적용, 점검 및 유지가 좀더 쉽다. 코팅 파손은 일반적으로 플랜지 또는 플랜지 웹 교차의 밑면과 같이 접근이 어려운 영역에 가장 일반적이며, 여기서 원(original) 코팅 적용은 부적절할 수 있고 차후 코팅 유지 적용이 어렵다. 복합 패널 시스템은 보호를 위해 보다 작은 표면적을 가지기 때문에, 부식 문제의 가능성이 줄어들고 서비스 수명도 증가한다.
복합 강철-엘라스토머-강철 패널 이중 선체 구조를 만드는 초기 비용은 전통적인 모든-강철로 보강된 플레이트보다 작다. 복합 패널에 수반된 엘라스토머 코어 물질, 장치 및 추가 용접비용은 기존 강철 플레이트 보강제(7) 수를 상당 부분 제거, 예를 들면, 세로방향 가로 프레임, 바닥 또는 격벽 교차점에서 칼라 플레이트 또는 보상 러그와 같은 지지 멤버의 제거, 및 기존 선체에서 페인팅과 유지를 필요로 하는 상당 표면적의 제거에 의해 상계되어진다. 추가 비용 장점은 증가된 서비스 수명 및 보다 낮은 부담액 및 화물 보험비 및 보다 가벼운 컨테이너 및 운송도중 보다 낮은 가열 오일비로 인한 보다 낮은 작업 비용에 의해 인식된다.
이중 선체 유조선에 대한 근본적인 이유는 좌초 또는 충돌과 같은 우발적인 또는 극도의 로드 사고시 오일 유출의 가능성을 줄여준다는 데 있다. 이러한 관점에서, 본 발명 시스템은 기존 디자인보다 우수한 성능을 제공한다.
기존 바닥 선체 구역에서의 대규모 좌초 시험은 비록 바위 또는 기타 물체에 의한 선체 중으로의 침투 깊이가 내부 및 외부 선체 사이의 분리 거리보다 작더라도, 대체적인 현 강철 이중 선체의 내부 선체 파괴가 외부 선체의 초기 파괴로 인한 균열의 확산으로 일어나게 됨을 지적하고 있다. 균열 저지 보호층(15)으로 화물창을 분리하는 것이 필수적이다. 도 7 내지 도 10은 복합 가로 격벽(22), 복합 바닥 프레임(24) 및 복합 세로 대들보(22)와 복합 선체 플레이트(18)의 상호연결에 관해 설명하고 있다. 복합 세로 대들보(22)는 가로 격벽(26) 아래의 복합 바닥 프레임(24)쪽으로 확장하여 이에 연결된다. 세로 대들보(22)의 세로 가장자리는 외부 선체(28)의 내부 플레이트(34) 및 내부 선체(20)의 외부 플레이트(36)에만 직접 연결된다. 스페이서(44)는 세로 대들보(22) 사이의 중간에 위치하도록 내부 선체(20)의 복합 플레이트(18) 사이에 배열된다. 도 8을 참조하면, 단순한 필렛 용접(48)은 스페이서(44)의 가장자리(46)를 내부 선체(20)의 외부 플레이트(36)의 내부 표면(66)에 고정시키고, 단일 버트 용접(55)은 각각, 내부 선체 내부 플레이트(35a, 35b)의 가장자리(52, 54) 및 복합 패널(18)의 각각의 플레이트와 연결하는, 스페이서(44)의 가장자리(50)를 고정한다. 이들 단순화된 용접 디테일은 조작의 용이성 및 용접 작업의 자동화를 수월하게 하도록 배열된다. 세로 대들보(22) 사이의 중간 위치에서 스페이서(44)의 배치는 내부 선체 패널(20)에서 스페이서(44)의 위치에 이웃한 가로 격벽(26)에서 바닥 프레임(24)중의 반원형 클리어런스(60)와 함께, 효과적인 균열 저지 장벽을 제공한다. 도 8-10은 내부 선체(20)의 내부 금속층(34)과 외부 금속층(36) 사이의 단지 직접, 금속-대-금속 접촉이 스페이서(44)임을 명확히 설명하고 있다. 내부 선체(20)는 세로 대들보(22)에서 상당히 거리를 두어 스페이서(44)를 배치하고, 내부 선체 복합 패널(18)에서 스페이서(44)의 위치에 가까운 바닥 프레임(24)에 클리어런스(60)를 제공함으로써 균열 확산 효과로부터 효과적으로 분리된다. 외부 선체(28)에서 세로 대들보(22)를 통하는 균열 확산은 내부 선체(20)에서 엘라스토머 코어(38)에 의해 중단된다. 외부 선체(28)에서 바닥 프레임(24), 또는 기타 유사한 가로 구조 멤버를 통하는 균열 확산은 스페이서(44)를 통해 내부 선체(20)의 내부 플레이트(34)까지 균열이 확산되는 것을 효과적으로 막는 클리어런스(60)에서 중단된다.
반원형 클리어런스(60)는 피로로 인한 구조내의 균열이 확산되는 것을 막는데 사용되는 전형적인 구조 불연속이다. 플러그(62)는 반원형 클리어런스(60)를 채운다. 플러그(62)는 어느 한쪽 측면에 물이 새지 않는 구역을 제공하는 바닥 프레임(24)의 어느 한쪽 측면상에 주변 플랜지(64)를 가진다. 기타 유형의 플러그가 고려되지만, 플러그는 예를 들면, 현장에서 성형되는(cast in place) 엘라스토머일 수 있다. 도 8,9 및 10은 화물창(68)이 폴리우레탄 엘라스토머 코어(38)에 의해, 외부 선박 구조로부터 효과적으로 분리되고, 내부 선체(20)의 내부 금속 플레이트(34)와 나머지 선박 구조 사이의 단지 직접적인 금속-대-금속 연결은 도 8에 도시된 바와 같이 내부 및 외부 금속 플레이트(34, 36) 사이의 스페이서 요소(44)이다.
도 9를 설명하면, 격벽(26)은 용접 또는 기타 수단에 의해 내부 선체(20)의 내부 플레이트(34)에 고정된다. 내부 선체(20) 아래의 바닥 프레임(24)은 격벽(26)을 지지하고 용접 또는 기타 수단에 의해 내부 선체(20)의 외부 플레이트(36)에 고정된다. 엘라스토머층(38)은 바닥 프레임(24)과 격벽(26) 사이의 균열 저지층(15)을 형성한다. 내부 선체(20)가 바닥 프레임(24)과 격벽(26) 사이를 통과하는 곳에서, 내부 선체(20)의 내부 플레이트(34) 및 외부 플레이트(36) 사이에 직접적인 금속 대 금속 접촉이 없도록, 바닥 프레임(24)과 격벽(26) 사이를 통과하고 상술한 바와 같이 표시된 가로 구성 요소의 어느쪽 측면까지 근거리 확장되는 세로 스페이서(44)(도 13의 측면도에 도시)에 틈(67)(도 13)이 제공될 수 있다. 추가 엘라스토머 스페이서는 바닥 프레임(24)과 격벽(26) 근처에 용접 마진을 제공하도록 세로 스페이서에 대해 가로로 놓일 수 있다. 틈(67)을 용접하기에 앞서 엘라스토머가 충진된다. 틈(67)은 차후 엘라스토머로 충진된다. 이는 선체의 측면 구조 중으로 또 다른 컨테이너의 충돌로 인해 발생할 수 있는 강철을 통한 균열 확산으로부터 화물 탱크를 효과적으로 격리한다.
본질적인 균열 저지뿐만 아니라, 본 발명은 또한 CDH 또는 ADH의 것보다 증가된 에너지 흡수 능력을 제공한다. 강철-엘라스토머-강철 샌드위치 패널의 물리적 및 행동 특성, 예를 들면 엘라스토머의 증가된 단면 계수 및 탄성 리바운딩 성질과 커플링된 선체 플레이트에서 보다 높은 농도의 강철 플레이트 물질은 분산 국지 탄성, 예를 들면, 날카롭거나 작은 로드 지점 주위에 국지화된 휨 및 전단 변형률을 감소시키는 경향이 있고, 우발적인 또는 극도의 로드하에 탄성적으로 변형(구김)하도록 고안된 세로 대들보를 이용하여, 플라스틱막 작용에서 재료의 변형을 최대화하고, 물질이 스트라이킹된 물체 또는 스트라이킹 물체와의 접촉을 최대화하며, 인열의 시작을 지연시키며 에너지 흡수 능력을 증가시킨다. 결과는 충격 로드에 훨씬 더 강한 견고한 스킨 선체 및 유조선이다. 생존성을 보장하기 위해, 유조선은 예상되는 우발적인 또는 극도의 로드 사고 후 선체 대들보 보전성을 유지하도록 고안된다. 구조 배열의 단순화는 수직 프레이밍 요소의 교차 횟수 및 피로 성향 디테일 수를 감소시킨다.
앞서 설명된 단순화된 구조 시스템의 제공 결과는, 코팅될 수 있고 부식으로부터 보호될 수 있는 보다 작은 표면적, 및 압도적으로 편평하고 차단되지 않게 존재하는 표면적이다. 따라서 보호 코팅의 적용, 점검 및 유지가 좀더 쉬워진다. 모든 이들 인자는 초기 구조 비용, 인-서비스 유지비를 줄여주고 컨테이너의 잠정적인 서비스 수명을 증가시키는 작용을 한다.
폴리우레탄 엘라스토머의 열적 특성은 예를 들어, 충격 로드하에 강철에 대한 노치 인성 요구도 및 과민성 분열 가능성을 줄이는, 추운 기후 지방에서 작동하는 유조선과 같이 주위 온도로부터 외부 선체의 내부 플레이트, 내부 선체의 플레이트 및 세로 대들보를 절연시킬 수 있다. 내부 선체의 경우, 이러한 열 차단은 운송시 오일 화물의 가열과 관련된 인-서비스 비용을 줄여준다.
엘라스토머는 내연료 및 내오일성, 및 수비투과성이 되도록 선택될 수 있다. 선택된 엘라스토머는 성형될 강철 플레이트에 완전히 부착해야 한다. 적절하게 선택되면, 엘라스토머는 충돌 또는 마모가 선체 플레이트의 일 부분에 구멍을 만드는 경우 선체의 내부 및 외부 플레이트 사이에 물, 연료 또는 오일의 이동을 막을 것이다.
본 발명 시스템은 구조 가능하고 조립 및 유지면에서 가격 경쟁적이도록 고안된다.
본 발명의 교시를 인용하는 일 양태가 본원에 도시되고 기술되었지만, 당해 분야의 숙련자라면 이들 교시를 인용하는 다수의 기타 변형된 양태를 쉽게 고안할 수있으며, 이들 모두 본 발명의 범위 내에 속한다.

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  31. 제 1 내부 표면과 제 1 외부 표면을 지닌 제 1 금속층(34);
    제 2 내부 표면과 제 2 외부 표면을 지니고, 제 1 금속층에서 일정 간격 이격된 제 2 금속층(36); 및
    상기 제 1 및 제 2 금속층 사이의 공간을 채우는 중간층(38)을 포함하고,
    상기 중간층은 작용 하중을 견디기 위해 상기 제 1 및 제 2 내부 표면에 단단히 부착되도록 현장에서 성형된 열경화성 플라스틱 재료를 포함하고, 상기 플라스틱 재료는 20 내지 55 MPa의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구조 라미네이트 멤버.
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  34. 제 31 항에 있어서, 플라스틱 재료가 엘라스토머인 구조 라미네이트 멤버.
  35. 제 34 항에 있어서, 엘라스토머가 폴리우레탄인 구조 라미네이트 멤버.
  36. 제 31 항에 있어서, 제 1 및 제 2 금속층(34, 36)의 각각은 그 두께가 6 내지 25 mm 범위인 구조 라미네이트 멤버.
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  38. 제 31 항에 있어서, 플라스틱 재료가 70A 내지 80D 범위인 쇼어 경도를 가지는 구조 라미네이트 멤버.
  39. 제 31 항에 있어서, 플라스틱 재료가 100 내지 800% 범위의 연신율을 가지는 구조 라미네이트 멤버.
  40. 제 31 항에 있어서, 플라스틱 재료가 2 내지 104 MPa 범위인 굴곡율을 가지는 구조 라미네이트 멤버.
  41. 제 31 항에 따른 구조 라미네이트 멤버를 포함하는 선박 또는 컨테이너.
  42. 제 31 항에 따른 구조 라미네이트 멤버를 포함하는 선체를 구비하는 선박 또는 컨테이너.
  43. 코어 공동이 제 1 및 제 2 금속층의 마주보는 표면 사이에 형성되도록 제 1 금속층(34)과 제 2 금속층(36)을 일정한 간격으로 배치하는 단계; 및
    상기 코어 공동을 채우기 위해 현장에서 성형되는 비경화된 열경화성 플라스틱 재료를 제공하는 단계를 포함하고,
    플라스틱 재료가 제 1 및 제 2 금속층의 마주보는 표면에 단단히 부착하여 작용 하중을 견디도록 비경화된 플라스틱 재료를 경화시키고, 상기 플라스틱 재료는 20 내지 55 MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 구조 라미네이트 멤버의 제조방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 제 1 및 제 2 금속 플레이트 중 하나는 용접되는 부위를 가지고, 상기 용접되는 부위는 용접되는 부위에 이웃한 코어 공동의 일부에 용접 마진(67)을 규정하고, 용접 마진에 플라스틱이 전혀 없도록 비경화된 플라스틱 재료를 코어 공동에 제공하는 단계가 수행되는 방법.
  45. 제 44 항에 있어서, 용접되는 부위가 주변 가장자리인 방법.
  46. 제 43 항에 있어서, 제 1 및 제 2 금속층 중 하나의 두께를 통해 틈을 제공하는 단계를 추가로 포함하고, 비경화된 플라스틱이 틈을 통해 코어 공동에 제공되는 방법.
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  57. 제 43 항에 있어서, 코어 공동이 개방 말단을 가지고 비경화된 플라스틱이 개방 말단을 통해 코어 공동에 제공되는 방법.
  58. 코어 공동이 제 1 및 제 2 금속층의 마주보는 표면 사이에 형성되도록 제 1 금속층을 제 2 금속층에서 일정한 간격으로 배치시켜 내부 선체를 형성하고;
    코어 공동이 제 3 및 제 4 금속층의 마주보는 표면 사이에 형성되도록 제 3 금속층을 제 4 금속층에서 일정한 간격으로 배치시켜 외부 선체를 형성하며;
    공간이 내부 선체의 제 2 금속층과 외부 선체의 제 3 금속층 사이에 정해지도록 외부 선체에 이웃하면서 일정한 간격을 둔 위치에서 내부 선체를 지지하며;
    이중 선체 구조의 공간과 내부 선체의 코어 공동 간에 소통을 가능케하는 내부 선체의 제 2 금속층내의 틈을 통해 내부 선체의 코어 공동을 채우도록 비경화된 열경화성 플라스틱 재료(38)를 제공하며;
    이중 선체 구조의 공간과 외부 선체의 코어 공동 간에 소통을 가능케하는 외부 선체의 제 3 금속층내의 틈을 통해 외부 선체의 코어 공동을 채우도록 비경화된 열경화성 플라스틱 재료(38)를 제공하며;
    플라스틱 재료가 내부 선체의 제 1 및 제 2 금속층의 마주보는 표면에 단단히 부착하여 작용 하중을 견딜 수 있도록 비경화된 플라스틱 재료를 경화시킨 다음;
    플라스틱 재료가 외부 선체의 제 3 및 제 4 금속층의 마주보는 표면에 단단히 부착하여 작용 하중을 견딜 수 있도록 비경화된 플라스틱 재료를 경화시키는 것을 포함하고,
    상기 플라스틱 재료는 20 내지 55 MPa의 인장 강도를 갖는, 이중 선체 구조의 제조방법.
  59. 제 58 항에 있어서, 동일한 플라스틱 재료가 내부 및 외부 선체의 코어 공동을 채우기 위해 사용되는 방법.
  60. 제 46 항에 있어서, 틈을 봉인하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  61. 제 60 항에 있어서, 틈이 금속 플러그로 봉인되는 방법.
  62. 제 61 항에 있어서, 틈과 플러그가 협동적으로 트레딩되는 방법.
  63. 제 43 항에 있어서, 배치가 제 1 금속층과 제 2 금속층 사이에 스페이서를 놓음으로써 달성되는 방법.
  64. 제 63 항에 있어서, 제 1 및 제 2 금속층 중 하나에 스페이서를 부착하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  65. 제 64 항에 있어서, 제 1 및 제 2 금속층 중 나머지에 스페이서를 부착시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  66. 제 64 항에 있어서, 스페이서가 용접에 의해 부착되는 방법.
  67. 제 64 항에 있어서, 스페이서가 점착에 의해 부착되는 방법.
  68. 제 63 항에 있어서, 스페이서가 금속인 방법.
  69. 제 63 항에 있어서, 스페이서가 플라스틱인 방법.
  70. 제 31 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 금속층(34, 36)은 강철로 형성된 구조 라미네이트 멤버.
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