KR101083693B1 - 해양 구조물의 지진 격리 시스템 - Google Patents

해양 구조물의 지진 격리 시스템 Download PDF

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이윤희
정성찬
박건록
박진영
이완하
박정우
김기만
이재욱
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유니슨이테크 주식회사
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Abstract

개시된 콘크리트 구조물의 연결 장치는 일단이 제1 콘크리트 구조물에 고정되는 제1 연결 바, 상기 제1 연결 바의 타단이 삽입되며, 상기 제1 콘크리트 구조물과 수평적으로 이격된 제2 콘크리트 구조물에 고정되는 제1 연결 캡, 및 상기 제1 연결 캡 안에 수용되어 상기 제1 연결 바의 타단을 감싸며, 상기 제1 연결 바와 상기 제1 연결 캡의 내면에 밀착하여, 상기 제1 연결 바와 상기 제1 연결 캡의 수평 변위에 대응하여 변형하는 제1 점탄성 부재를 포함한다. 상기 연결 장치에 따르면, 수평으로 이격된 콘크리트 구조물 사이의 전단 보강을 가능하게 할 뿐만 아니라, 지진, 바람 등에 의해 발생할 수 있는 콘크리트 구조물의 진동을 감소시킬 수 있다.

Description

해양 구조물의 지진 격리 시스템{SEISMIC ISOLATION SYSTEM FOR OFFSHORE STRUCTURE}
본 발명은 지진 격리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양 구조물의 지진 격리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 해양구조물은 부유식 또는 중력식 및 잔교식의 방법으로 해수면 위에 위치하게 되는데, 이러한 해양 구조물은 바람, 파도 등에 의해 수평거동의 문제가 발생하기 쉬우며, 특히 현재의 해양 구조물들은 지진에 대비할 수 있는 구조를 갖지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 기존 연결 구조의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해양 구조물의 지진 격리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 장치는, 해수면 위에 위치하며 해저 지반에 고정된 콘크리트 및 강재 지지부, 상기 콘크리트 지지부 위에 위치한 해양 구조물 및 상기 콘크리트 및 강재 지지부와 상기 해양 구조물 사이에 배치되어, 상기 해양 구조물을 지지하는 면진 장치를 포함하며, 상기 면진 장치는, 상기 콘크리트 및 강재 지지부에 고정된 하부 플레이트, 상기 해양 구조물에 고정된 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트와 상부 플레이트 사이에 배치되며, 상기 해양 구조물 또는 상기 콘크리트 및 강재 지지부에 가해지는 수평력에 대응하여 전단 변형이 가능한 고무 받침을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 고무 받침은 서로 교대로 적층된 복수의 탄성 플레이트들 및 복수의 보강 플레이트를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 면진 장치는, 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트의 측면에 결합되어, 상기 면진 장치의 측면을 둘러싸는 제1 보호 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 해양 구조물은 하면으로부터 돌출되어 상기 면진 장치의 측면을 마주하는 돌출부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 면진 장치는, 상기 해양 구조물의 돌출부와 상기 하부 플레이트에 결합되어, 상기 면진 장치의 전단 변형시 복원력을 제공하는 탄성 가이드 부재를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 면진 장치는, 상기 하부 플레이트의 측면에 결합되고 상기 돌출부의 내측면에 접촉하여, 상기 돌출부와 상기 콘크리트 및 강재 지지부 사이의 공간을 커버하는 제2 보호 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 면진 장치는, 상기 상부 플레이트의 측면에 결합되어 하부로 연장되는 제1 측면 보호 플레이트, 상기 하부 플레이트의 측면에 결합되어 상부로 연장되는 제2 측면 보호 플레이트 및 상기 제1 측면 보호 플레이트와 상기 제2 측면 보호 플레이트에 결합되어, 상기 제1 측면 보호 플레이트와 상기 제2 측면 보호 플레이트 사이의 간극을 커버하는 보호 커버를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 콘크리트 지지부는 FRP(섬유강화플라스틱)로 이루어진 거푸집에 의해 둘러싸인다.
일 실시예에 따르면, 상기 해양 구조물의 지진 격리 시스템은, 상기 해양 구조물과 육상 구조물 사이, 또는 인접하는 해양 구조물들 사이에 배치되어, 상기 해양 구조물의 수평 이동 시, 가해지는 충격을 완화하기 위한 충격 완화 장치를 더 포함하며, 상기 충격 완화 장치는, 상기 해양 구조물과 육상 구조물 사이, 또는 인접하는 해양 구조물들 사이의 수직 변위를 수용할 수 있도록 미끄러짐이 가능한 미끄러짐부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 충격 완화 장치는, 상기 해양 구조물의 측면에 결합되며, 해수면에 수직한 방향으로 연장되는 형상을 갖는 미끄럼판, 상기 미끄럼판과 마주하는 육상 구조물의 측면에 결합되며, 상기 해양 구조물과 상기 육상 구조물의 접촉 시 가해지는 충격을 완화하는 탄성부 및 상기 미끄럼판과 상기 탄성부 사이에 배치되며, 상기 탄성부에 결합되고, 상기 미끄럼판과 면접하여, 상기 해양 구조물의 수평 이동시 상기 미끄럼판과 이격이 가능하며, 상기 해양 구조물의 수직 이동시 상기 미끄럼판과의 미끄러짐이 가능한 불소 수지판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 해양 구조물의 지진 격리 시스템은, 상기 해양 구조물과 육상 구조물 사이, 또는 인접하는 해양 구조물들 사이에 배치되어, 상기 해양 구조물 또는 육상 구조물의 수평 이동에 따라 신축이 가능한 신축 이음 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템은 면진 장치를 채용함으로써, 해양 구조물의 지진 격리 기능을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 충격 완화 장치 및 신축 이음 장치를 채용함으로써, 해양 구조물의 수평 이동에 의한 충격에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 신축이음장치를 통하여 해양구조물과 육상구조물 간 연결성을 확보하여 해양 구조물 상부에서 차량의 이동 등을 원활하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 지진 격리 시스템의 면진 장치를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템의 면진 장치를 도시한 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 장치의 콘크리트 지지부의 제조방법을 도시한 단면도 및 측면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템의 충격 완화 장치를 확대 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템의 신축 이음 장치를 확대하여 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템은 해양 상부 구조물(10)과 콘크리트 지지부(40) 사이에 배치되어 지진의 충격으로부터 상기 해양 상부 구조물(10)을 격리시키는 면진 장치(100)을 포함한다. 상기 해양 상부 구조물(10)은 수평 방향으로 연장되는 플레이트 형상을 갖는다. 상기 콘크리트 지지부(40)는 해수면 위에 위치하며, 해저 지반에 고정된 강관 파일(30)의 일단에 결합되어, 상기 강관 파일(30)에 의해 지지된다. 상기 강관 파일(30)은 해수면에 수직한 방향으로, 또는 사선 방향으로 해저 지반에 삽입될 수 있다. 본 실시예에서 설명된 해양 구조물은 강관 파일(30)을 이용한 잔교식 해양 구조물에 해당되나, 본 발명의 해양 구조물의 지진 격리 시스템은 다른 방식의 해양 구조물에도 적용이 가능하다.
또한, 상기 해양 구조물의 지진 격리 시스템은 해양 상부 구조물(10)과 육상 구조물(20) 사이 또는 인접한 해양 구조물들 사이에 배치되어, 해양 상부 구조물(10)과 육상 구조물(20) 사이 또는 인접한 해양 구조물들 사이에 발생할 수 있는 수평 변위 및 수직변위를 동시에 수용할 수 있는 신축 이음 장치(200)를 포함한다.
또한, 상기 해양 구조물의 지진 격리 시스템은 해양 상부 구조물(10)과 육상 구조물(20) 사이 또는 인접한 해양 구조물들 사이에 배치되어, 해양 상부 구조물(10) 또는 육상 구조물(20)의 수평 이동에 의해 발생하는 충격으로부터 해양 상부 구조물(10)을 보호할 수 있는 충격 완충 장치(50)를 포함한다. 예를 들어, 상기 충격 완충 장치(50)는 상기 신축 이음 장치(200) 아래에 위치할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 지진 격리 시스템의 면진 장치(100)를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 면진 장치는 상기 해양 상부 구조물(10)에 결합되는 상부 플레이트(110), 상기 콘크리트 구조물(40)에 결합되는 하부 플레이트(120), 상기 상부 플레이트(110)와 상기 하부 플레이트(120) 사이에 배치되는 탄성 받침(130) 및 상기 면진 장치의 측면을 둘러싸는 제1 보호 부재(140)를 포함한다.
상기 탄성 받침(130)은 상기 상부 플레이트(110)에 결합되는 상부 엔드 플레이트(132), 상기 하부 플레이트(120)에 결합되는 하부 엔드 플레이트(133), 상기 상부 엔드 플레이트(132)와 하부 엔드 플레이트(133) 사이에 교대로 배치된 복수의 보강 플레이트(138) 및 복수의 탄성 플레이트(136)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 보강 플레이트(138)들 및 탄성 플레이트(136)들을 관통하도록 수직 방향으로 연장되는 형상을 가지며, 상부 엔드 플레이트(132) 및 상기 하부 엔드 플레이트(134)에 결합되는 소성 변형 부재(139)를 포함한다. 외부에서 수평 방향의 충격, 예를 들면 지진력이 가해졌을 때, 상기 지진력은 콘크리트 지지부(40)를 통해 상기 탄성 받침(130)에 전해지며, 상기 탄성 받침(130)은 상기 지진력에 대응하여 전단 변형이 가능하므로, 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(120)의 분리(dissociation) 거동이 가능하다. 결과적으로, 상기 해양 상부 구조물(10)이 지진으로부터 격리되어, 지진력에 의한 파손을 방지할 수 있다.
상기 보강 플레이트(138) 및 복수의 탄성 플레이트(136)의 측면은 고무, 폴리우레탄 등으로 형성되는 측면 실링 부재에 의해 감싸진다. 상기 탄성 받침(130)은 원기둥 형상 또는 다각 기둥 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라, 상기 상부 엔드 플레이트(132), 하부 엔드 플레이트(134), 보강 플레이트(138)들 및 탄성 플레이트(136)들 역시 원기둥 형상 또는 다각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 보강 플레이트(138)들은 SUS 등의 고강성 소재로 이루어짐으로써, 상기 탄성 플레이트(136)들의 형상 계수를 높여준다. 따라서, 상기 탄성 받침(130)은 높은 압축 하중을 견딜 수 있다. 또한, 상기 보강 플레이트(138)들은 상기 탄성 플레이트(136)들을 보강하여 상기 탄성 플레이트(136)들이 상기 해양 상부 구조물(10)의 거동에 의해 파손되는 것을 방지한다. 상기 탄성 플레이트(136)는 고무 또는 폴리우레탄 등의 고탄성 소재로 이루어질 수 있다.
상기 소성 변형 부재(139)는 수평 방향으로 가해지는 일정한 크기 이상의 외력에 의해 상기 상부 엔드 플레이트(132)에 대하여 하부 엔드 플레이트(134)가 수평으로 이동하게 되는 경우, 즉, 수평 변위가 발생하는 경우, 소성 변형하여 에너지를 흡수함으로써, 진동을 감소시킬 수 있다. 상기 소성 변형 부재(139)는 소성 변형이 가능한 물질, 예를 들면, 납, 주석 등으로 형성된 봉 형상의 부재일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 상부 엔드 플레이트(132)는 상기 상부 플레이트(110)에 대하여 전단 고정된다. 구체적으로, 앵커(144)가 상기 상부 플레이트(110) 및 상기 상부 엔드 플레이트(132)를 관통하여 해양 상부 구조물(10)에 결합되도록 설치되고, 볼트(146)에 의해 상기 상부 엔드 플레이트(132)가 앵커(144)에 고정됨으로써, 상기 상부 엔드 플레이트(132)는 상기 상부 플레이트(110)에 대하여 고정될 수 있다. 유사한 방법으로, 하부 엔드 플레이트(134) 역시 하부 플레이트(120)에 앵커와 볼트를 이용하여 고정된다.
본 발명의 지진 격리 시스템은 해양 구조물에 사용되는 것이므로, 상기 면진 장치가 외부로 노출될 경우, 염수 등에 의해 손상될 염려가 크다. 상기 제1 보호 부재(140)는 상기 면진 장치의 측면을 둘러쌈으로써, 면진 장치가 염수 등에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 보호 부재(140)는 상기 상부 플레이트(110), 상기 하부 플레이트(120) 및 상기 탄성 받침(130)의 측면을 둘러싸도록 결합된다. 상기 제1 보호 부재(140)는 상기 면진 장치의 변형에 대응할 수 있도록, 신축성이 있으며, 염수에 대한 저항력이 큰 폴리우레탄 등으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 보호 부재(140)는 상기 상부 플레이트(110) 및 상기 하부 플레이트(120)에 각각 고정될 수 있으며, 예를 들어, 볼트(142) 등에 의해 고정될 수 있다. 상기 면진 받침이, 예를 들어, 평면도 상에서 사각형 형상을 갖는 경우, 상기 제1 보호 부재(140)는 사각형의 각 변에 대응하여 4개가 설치될 수 있다. 다른 방법으로, 평면도 상에서 원형 형상을 갖는 경우, 상기 제1 보호 부재(140)는 상기 원형 형상을 둘러싸는 하나의 연속적인 부재일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 장치는 해양 구조물과 이를 지지하는 콘크리트 지지부 사이에 전단 변형이 가능한 면진 장치를 채용함으로써, 해양 구조물의 지진 격리 기능을 실현할 수 있다. 또한, 해양 구조물이 부두 등의 선박 정박을 위한 해양 구조물일 경우, 선박의 정류시 발생하는 수평 충격력을 저감할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 탄성 받침(130)으로 소성 변형 가능한 납 코어를 갖는 납-고무 베어링(LRB)이 사용되었으나, 유사한 지진 격리 기능을 갖는 적층형 탄성 받침, 고무 베어링(RB), 디스크 받침, 포트 받침 등이 사용될 수도 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템의 면진 장치를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템은 해양 상부 구조물(10)이 하부로 돌출된 돌출부(15)를 가지며, 면진 장치의 하부 플레이트(120)와 상기 돌출부(15)에 결합된 탄성 가이드 부재(148)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 3에 도시된 면진 장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 기능과 구조의 부재에 대하여는 동일한 참조 부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 돌출부(15)는 상기 해양 상부 구조물(10)의 하면으로부터 하부로 돌출되어, 상기 면진 장치의 측면을 둘러싸며, 결과적으로, 면진 장치의 제1 보호 부재(140)와 마주한다. 상기 돌출부(15)는 상기 면진 장치의 측면을 둘러쌈으로써, 면진 장치가 염수 등에 노출되는 것을 1차적으로 방지할 수 있으며, 상기 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)에 결합되는 제1 보호 부재(140)가 2차적으로 방지함으로써, 상기 면진 장치는 더욱 보호될 수 있다.
또한, 상기 탄성 가이드 부재(148)는 상기 하부 플레이트(120)의 측면과 상기 돌출부(15)의 내면, 즉, 상기 면진 받침의 측면과 마주하는 상기 돌출부(15)의 측면에 결합된다. 따라서, 상기 탄성 가이드 부재(148)는 상기 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(120)의 분리(dissociation) 거동에 대응하여, 수평 방향으로 압축되며, 수평 방향으로 복원력을 제공한다. 따라서, 상기 상부 플레이트(110)와 하부 플레이트(120)의 분리(dissociation) 거동 후, 정위치로 복원될 수 있도록 한다. 상기 탄성 가이드 부재(148)로는 일반적인 스프링, 또는 MER 스프링 등이 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템은 해양 상부 구조물(10)이 하부로 돌출된 돌출부(15)를 가지며, 면진 장치의 하부 플레이트(120)에 결합된 제2 보호 부재(150)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 3에 도시된 면진 장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 기능과 구조의 부재에 대하여는 동일한 참조 부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 제2 보호 부재(150)는 상기 하부 플레이트(120)의 측면에 결합되며, 상기 하부 플레이트(120)와 상기 돌출부 사이의 간격보다 긴 길이를 가지며, 제1 보호 부재(140)와 유사한 재질로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 제2 보호 부재(150)는 부재 자체의 탄성력에 의해 상기 돌출부(15)의 내면, 즉, 상기 면진 받침의 측면과 마주하는 상기 돌출부(15)의 측면에 접촉한다. 결과적으로, 상기 제2 보호 부재(150)는 상기 돌출부(15)와 상기 콘크리트 지지부(40) 사이의 공간을 커버함으로써, 상기 제2 보호 부재(150)와 상기 돌출부(15)에 의해 면진 장치가 염수 등에 노출되는 것을 1차적으로 방지할 수 있으며, 상기 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)에 결합되는 제1 보호 부재(140)가 2차적으로 방지함으로써, 상기 면진 장치는 더욱 보호될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템은, 제1 보호 부재(140)를 포함하지 않으며, 상부 플레이트(110)에 결합된 제1 측면 보호 플레이트(162) 및 하부 플레이트(120)에 결합된 제2 측면 보호 플레이트(164)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 3에 도시된 면진 장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 기능과 구조의 부재에 대하여는 동일한 참조 부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따르면, 면진 장치는 도 3에 도시된 제1 보호 부재(140) 대신에, 상부 플레이트(110)에 결합된 제1 측면 보호 플레이트(162) 및 하부 플레이트(120)에 결합된 제2 측면 보호 플레이트(164)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 측면 보호 플레이트(162)는 상기 상부 플레이트(110)의 측면에 결합되어 하부로 연장되는 형상을 가지며, 상기 제2 측면 보호 플레이트(164)는 상기 하부 플레이트(120)의 측면에 결합되어 상부로 연장되는 형상을 가진다. 상기 제1 측면 보호 플레이트(162) 및 제2 측면 보호 플레이트(164) 사이에는 간극이 발생하며, 이를 커버하기 위하여 상기 제1 측면 보호 플레이트(162) 및 제2 측면 보호 플레이트(164)에 결합된 보호 커버(166)를 포함한다.
상기 제1 측면 보호 플레이트(162), 제2 측면 보호 플레이트(164) 및 보호 커버(166)는 상기 면진 장치의 측면을 둘러쌈으로써, 면진 장치가 염수 등에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 보호 커버(166)는 상기 면진 장치의 변형에 대응할 수 있도록, 신축성이 있으며, 염수에 대한 저항력이 큰 폴리우레탄 등으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 장치의 콘크리트 및 강재 지지부의 제조방법을 도시한 단면도 및 측면도이다.
도 7 을 참조하면, 먼저 강관 파일(30)의 단부에 거푸집(42)을 설치한다. 구체적으로, 상기 거푸집(42)에 상기 강관 파일(30)이 삽입되도록 거푸집(42)을 배치시킨다.
상기 거푸집(42)은 섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastic, FRP)으로 형성된 것을 사용한다. 상기 FRP는 종래의 거푸집 분야에서 사용되던 것들이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 탄소 섬유 강화 플라스틱, 아라미드 섬유 강화 플라스틱, 유리 섬유 강화 플라스틱이 사용될 수 있다.
상기 거푸집(42)을 상기 강관 파일(30)에 고정하기 위하여, 거치 갈고리(46)를 사용한다. 상기 거치 갈고리(46)는 양단에 형성된 갈고리부를 갖는다. 구체적으로, 상기 거푸집(42)은 내면에 형성된 돌출부(43)를 가치며, 상기 거치 갈고리(46)의 일단의 갈고리부는 상기 돌출부(43)에 결합되며, 타단의 갈고리부는 강관 파일(30)에 결합된다. 결과적으로, 상기 거푸집(42)는 상기 강관 파일(30)에 안정적으로 고정될 수 있다.
또한, 상기 거푸집(42)의 내면에는 콘크리트 내부에 포함되는 보강 철근(48)들의 간격을 조절하기 위한 스터드(44)가 배열되며, 상기 스터드의 배열에 맞추어 보강 철근(48)이 배열된다.
도 8을 참조하면, 상기 보강 철근(48)을 배열한 후, 상기 거푸집(42) 내부에 콘크리트 조성물을 타설하고 양생하여, 콘크리트 지지부(40)를 완성한다. 콘크리트 지지부(40)가 완성된 이후, 상기 거푸집(42)은 제거되지 않는다. 상기 거푸집은 염수로부터 상기 콘크리트 지지부(40)를 보호하는 역할을 한다.
도 9를 참조하면, 상기 콘크리트 지지부(40) 위에 면진 장치(100)가 설치된다. 설명한 바와 같이, 상기 면진 장치(100)는 앵커와 볼트 등을 이용하여, 상기 콘크리트 지지부(40)에 결합될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 면진 장치(100) 위에 해양 상부 구조물(10)을 형성한다. 상기 해양 상부 구조물(10)은 콘크리트를 직접 타설하거나, 미리 제작된 프리-캐스트 슬라브를 거치/조립하여 형성할 수 있으며, 또는 1차적으로 콘크리트를 타설하여 보를 형성한 후, 프리-캐스트 슬라브를 거치/조립하여 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 거푸집(42)으로 염수에 대한 저항성이 뛰어난 섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastic, FRP)을 사용하고, 이를 콘크리트 지지부(40)의 양생 후에 제거하지 않고 그대로 사용함으로써, 염수로부터 상기 콘크리트 지지부(40)를 보호할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템의 충격 완화 장치(50)를 확대 도시한 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 충격 완화 장치(50)는 수평 방향의 충격을 흡수할 수 있는 탄성부 및 수직 방향으로의 미끄러짐을 유도할 수 있는 미끄러짐부를 포함한다.
구체적으로, 상기 충격 완화 장치(50)는 육상 구조물(20)과 마주하는 해양 상부 구조물(10)의 측면에 형성되어 해수면에 수직한 방향으로 연장하는 형상을 갖는 미끄럼판(52), 상기 미끄럼판(52)과 마주하는 육상 구조물(20)의 측면에 형성된 탄성부(56) 및 상기 미끄럼판(52)과 상기 탄성부(56) 사이에 배치되어 해수면에 수직한 방향으로 연장하는 형상을 갖는 불소 수지판(54)을 포함한다. 상기 불소 수지판(54)은 상기 탄성부에 결합된다. 따라서, 상기 미끄럼판(52)과 상기 불소 수지판(54)은 상기 해양 상부 구조물(10)과 상기 육상 구조물(20)의 수평 이동에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이, 서로 접촉할 수도 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이, 서로 이격될 수도 있다.
상기 탄성부(56)는 고무 또는 폴리우레탄 등의 고탄성 소재로 이루어질 수 있으며, 충격에 의한 탄성 소재의 파손을 방지하기 위하여 SUS 등의 고강성 소재로 이루어진 보강 플레이트(58)를 포함할 수 있다. 상기 보강 플레이트(58)는 상기 탄성부(56)에 가해지는 압축력에 수직한 방향, 즉, 해수면에 수직한 방향으로 연장되는 형상을 갖는다.
상기 미끄럼판(52)과 상기 불소 수지판(54)의 계면은 비교적 낮은 마찰 계수를 갖기 때문에, 상기 해양 상부 구조물(10)과 상기 육상 구조물(20)의 수직 변위가 발생하는 경우, 수직 방향으로 쉽게 미끄러짐으로써, 마찰에 의한 파손을 방지할 수 있다
상기 불소 수지판(54)은 불소 수지를 포함한다. 상기 불소 수지의 예로는 PTFE(polytetrafluroethylene), FEP(fluoroethylenepropylene), PEA(perfluoroalkoxy), ETFE(ethylenetetrafluroethylene) 등을 들 수 있다. 상기 불소 수지는 내마찰성, 내마모성, 내크리프성 등이 우수하다. 따라서, 상기 불소 수지판(54)은 상기 미끄럼판(52)의 미끄러짐을 원활하게 할 수 있다.
본 실시예에서, 미끄럼판(52)이 해양 상부 구조물(10)에 결합되고, 불소 수지판(54)이 상기 탄성부(56)에 결합되었으나, 반대로 상기 미끄럼판(52)이 상기 탄성부(56)에 결합되고, 상기 불소 수지판(54)이 상기 해양 상부 구조물(10)에 결합될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서, 충격 완화 장치가 해양 상부 구조물(10)과 육상 구조물(20) 사이에 설치된 것으로 설명되었으나, 인접한 해양 상부 구조물들 사이에 설치될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 해양 상부 구조물과 육상 구조물 사이, 또는 인접한 해양 상부 구조물들 사이에 충격 완화 장치를 채용함으로써, 수평 충격에 의한 해양 상부 구조물 또는 육상 구조물의 손상이 방지 및/또는 감소될 수 있다. 또한, 상기 충격 완화 장치는 수직 방향으로 쉽게 미끄러짐으로써, 마찰에 의한 충격 완화 장치의 손상을 방지할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템의 신축 이음 장치(200)를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 13을 참조하면, 상기 신축 이음 장치(200)는 단부 빔(210)들, 중간 빔(220)들, 신축 부재(230)들, 지지빔(240), 고정 박스(250), 슬라이딩 박스(260) 및 가이드 박스(270)들을 포함한다.
상기 단부 빔(210)들은 한 쌍으로 이루어지며, 해양 상부 구조물과 육상 구조물에 각각 고정된다.
상기 중간 빔(220)들은 상기 단부 빔(210)들 사이에 배치되며, 필요한 신축 정도에 따라, 상기 중간 빔(220)들의 개수가 달라질 수 있다. 예를 들면, 필요한 신축 정도가 작은 경우, 상기 중간 빔(220)이 배치되지 않거나 적은 수가 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 중간 빔(220)들이 세 개인 경우에 대해 설명한다.
상기 신축 부재(230)들은 상기 단부 빔(210)과 상기 중간 빔(220) 사이 및 상기 중간 빔(220)들 사이에 배치되어 고정된다.
상기 지지빔(240)은 상기 중간 빔(220)들의 하부에 상기 중간 빔(220)들을 가로지르도록 배치된다. 상기 지지빔(240)은 상기 중간 빔(220)들을 지지하여 상기 중간 빔(220)의 처짐을 방지한다.
상기 고정 박스(250)는 상기 단부 빔(210)들 중 하나의 하부에 고정되며, 상기 지지빔(240)이 6자유도 운동이 가능하도록 상기 지지빔(240)을 고정한다.
구체적으로, 상기 고정 박스(250)는 제1 사각 프레임(252), 제1 지지부재(254) 및 제2 지지부재(257)를 포함한다.
상기 제1 사각 프레임(252)은 양측면이 개방된 형태를 가지며, 상기 단부 빔(210)들 중 하나의 하부에 고정되고 일단은 횡 방향 변위를 더욱더 크게 수용 할 수 있도록 각도를 크게 하여 구성되는 것도 포함한다.
상기 제1 지지부재(254)는 상기 제1 사각 프레임(252)의 내측 하면에 고정되며, 상기 지지빔(240)의 하부면을 고정한다. 상기 제2 지지부재(257)는 상기 제1 사각 프레임(252)의 내측 상면에 고정되며, 상기 지지빔(240)의 상부면을 고정한다. 상기 제1 지지부재(254) 및 상기 제2 지지부재(257)는 설계변위까지 압축되며, 상기 지지빔(240)에 발생하는 충격 하중에 의한 변위를 수용하면서 지지빔(240)의 피로 파괴를 방지한다.
본 실시예에서, 상기 신축 이음 장치가 해양 상부 구조물(10)과 육상 구조물(20) 사이에 설치된 것으로 설명되었으나, 인접한 해양 상부 구조물들 사이에 설치될 수도 있다.
본 실시예에서는 레일형 신축 이음 장치가 이용되었으나, 유사한 기능을 수행할 수 있는 다른 형태의 신축 이음 장치, 예를 들면, 고무형, 핑거형, 힌지형 등의 신축 이음 장치가 적용될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 해양 상부 구조물과 육상 구조물 사이, 또는 인접한 애양 상부 구조물들 사이에 신축 이음 장치를 채용함으로써, 해양 상부 구조물 및 육상 구조물의 수평 변위에 의해 발생할 수 있는 간극을 일정 범위로 유지시키며, 해양 상부 구조물 위로 운행하는 차량 등의 원활한 소통을 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 해양 구조물의 지진 격리 시스템은 잔교식 해양 구조물, 부유식 해양 구조물 등에 사용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 해수면 위에 위치하며, 해저 지반에 고정된 콘크리트 및 강재 지지부;
    상기 콘크리트 및 강재 지지부 위에 위치한 해양 구조물; 및
    상기 콘크리트 및 강재 지지부와 상기 해양 구조물 사이에 배치되어, 상기 해양 구조물을 지지하는 면진 장치를 포함하며, 상기 면진 장치는,
    상기 콘크리트 및 강재 지지부에 고정된 하부 플레이트;
    상기 해양 구조물에 고정된 상부 플레이트; 및
    상기 하부 플레이트와 상부 플레이트 사이에 배치되며, 상기 해양 구조물 또는 상기 콘크리트 및 강재 지지부에 가해지는 수평력에 대응하여 전단 변형이 가능한 고무 받침을 포함하며,
    상기 해양 구조물은 하면으로부터 돌출되어 상기 면진 장치의 측면을 마주하는 돌출부를 포함하고,
    상기 면진 장치는, 상기 해양 구조물의 돌출부와 상기 하부 플레이트에 결합되어, 상기 면진 장치의 전단 변형시 복원력을 제공하는 탄성 가이드 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 고무 받침은 서로 교대로 적층된 복수의 탄성 플레이트들 및 복수의 보강 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 면진 장치는, 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트의 측면에 결합되어, 상기 면진 장치의 측면을 둘러싸는 제1 보호 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 해수면 위에 위치하며, 해저 지반에 고정된 콘크리트 및 강재 지지부;
    상기 콘크리트 및 강재 지지부 위에 위치한 해양 구조물; 및
    상기 콘크리트 및 강재 지지부와 상기 해양 구조물 사이에 배치되어, 상기 해양 구조물을 지지하는 면진 장치를 포함하며, 상기 면진 장치는,
    상기 콘크리트 및 강재 지지부에 고정된 하부 플레이트;
    상기 해양 구조물에 고정된 상부 플레이트; 및
    상기 하부 플레이트와 상부 플레이트 사이에 배치되며, 상기 해양 구조물 또는 상기 콘크리트 및 강재 지지부에 가해지는 수평력에 대응하여 전단 변형이 가능한 고무 받침을 포함하며,
    상기 해양 구조물은 하면으로부터 돌출되어 상기 면진 장치의 측면을 마주하는 돌출부를 포함하고,
    상기 면진 장치는, 상기 하부 플레이트의 측면에 결합되고 상기 돌출부의 내측면에 접촉하여, 상기 돌출부와 상기 콘크리트 지지부 사이의 공간을 커버하는 제2 보호 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 면진 장치는,
    상기 상부 플레이트의 측면에 결합되어 하부로 연장되는 제1 측면 보호 플레이트;
    상기 하부 플레이트의 측면에 결합되어 상부로 연장되는 제2 측면 보호 플레이트; 및
    상기 제1 측면 보호 플레이트와 상기 제2 측면 보호 플레이트에 결합되어, 상기 제1 측면 보호 플레이트와 상기 제2 측면 보호 플레이트 사이의 간극을 커버하는 보호 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 콘크리트 지지부는 FRP(섬유강화플라스틱)로 이루어진 거푸집에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 해양 구조물과 육상 구조물 사이, 또는 인접하는 해양 구조물들 사이에 배치되어, 상기 해양 구조물의 수평 이동 시, 가해지는 충격을 완화하기 위한 충격 완화 장치를 더 포함하며, 상기 충격 완화 장치는, 상기 해양 구조물과 육상 구조물 사이, 또는 인접하는 해양 구조물들 사이의 수직 변위를 수용할 수 있도록 미끄러짐이 가능한 미끄러짐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 충격 완화 장치는,
    상기 해양 구조물의 측면에 결합되며, 해수면에 수직한 방향으로 연장되는 형상을 갖는 미끄럼판;
    상기 미끄럼판과 마주하는 육상 구조물의 측면에 결합되며, 상기 해양 구조물과 상기 육상 구조물의 접촉 시 가해지는 충격을 완화하는 탄성부; 및
    상기 미끄럼판과 상기 탄성부 사이에 배치되며, 상기 탄성부에 결합되고, 상기 미끄럼판과 면접하여, 상기 해양 구조물의 수평 이동시 상기 미끄럼판과 이격이 가능하며, 상기 해양 구조물의 수직 이동시 상기 미끄럼판과의 미끄러짐이 가능한 불소 수지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 해양 구조물과 육상 구조물 사이, 또는 인접하는 해양 구조물들 사이에 배치되어, 상기 해양 구조물 또는 육상 구조물의 수평 이동에 따라 신축이 가능한 신축 이음 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 구조물의 지진 격리 시스템.


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