KR101198568B1 - 부유식 방파제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부유식 방파제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미리 정해진 강도 이상의 에너지 레벨을 가진 해수가 밀려오는 경우 그 해수의 일부가 부유식 방파제에 하중을 전달하지 않고 바이패스 되도록 함으로써 극한의 상황에서 생존가능하면서도 보다 효율적인 설계가 가능한 부유식 방파제에 관한 것이다.
본 발명은, 부력을 가지며 파랑에 의한 에너지를 소산하는 소파블록과, 해저면 아래에 매립되거나 고정되어 해저면 부근에 배치되어 자중에 의해 위치 고정되는 고정블록과, 일단부는 상기 소파블록에 연결되고 타단부는 상기 고정블록에 연결되어 상기 소파블록이 부력에 의해 상하방향으로 이동하거나 파랑에 의해 수평방향으로 이동하는 것을 방지하는 계류라인; 및, 상기 소파블록을 기준으로 외해로부터 상기 소파블록에 미리 정해진 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우 그 일부를 통과시켜 상기 소파블록에 작용하는 에너지를 줄이기 위한 바이패스 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 부유식 방파제를 제공한다.
본 발명에 의하면 평상시에는 전단면을 통하여 해수의 흐름에 의한 파랑 에너지를 소산하고 특정 강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우에는 일부를 바이패스하도록 하여 해수에 의한 하중의 일부만이 부유식 방파제에 작용하도록 함으로써 보다 효율적인 설계가 가능한 부유식 방파제를 제공할 수 있다.

Description

부유식 방파제{Floating Breakwater}

본 발명은 부유식 방파제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미리 정해진 강도 이상의 에너지 레벨을 가진 해수가 밀려오는 경우 그 해수의 일부가 부유식 방파제에 하중을 전달하지 않고 바이패스 되도록 함으로써 극한의 상황에서 생존가능하면서도 보다 효율적인 설계가 가능한 부유식 방파제에 관한 것이다.

방파제란 외해로부터 끊임없이 밀려들어오는 파랑의 진입을 차단하여 항만 내 해수면의 정온을 유지함으로써 항만 내의 각종 시설물과 항만에 정박하고 있는 선박들의 안전이 유지될 수 있도록 하기 위한 항만 구조물로서, 방파제를 시공할 때에는 방파제의 시공 위치, 최대 파랑의 크기, 지반조건 및 시공방법 등을 고려하여 어떤 특정한 항만에 적합한 방파제를 선택하게 된다.

방파제의 형태는 크게 중력식(고정식) 방파제와 부유식 방파제로 나눌 수 있는데, 중력식 방파게는 콘크리트 구조체 또는 암석 등을 해양에 투석하여 해저로부터 제방을 쌓아 올리는 형태이고, 부유식 방파제는 부유식 구조물을 해안에 정렬시켜 부유식 구조물이 방파제로서의 역할을 하게 하는 방파제이다.

중력식 방파제의 경우 외해로부터 입사되는 파랑을 효과적으로 막아주는 장점은 있으나 연약지반에 시공할 경우에는 지반을 보강하기 위한 공사가 추가로 진행되어야 하므로 비용 및 공기가 긴 단점이 있고, 그나마 수심이 깊은 곳에는 시공이 매우 어려운 단점 또한 가지고 있다. 또한, 일반적으로 중력식 방파제는 시공비용이 고가이고 공사기간이 길어 비경제적이며 내항과 외항의 해수 순환이 차단됨으로 인해 내항의 수질이 악화되는 등 환경오염을 유발하는 문제가 있다. 더욱이 방파제 구조물로 인하여 선박의 시계확보가 불안전하고 항구의 조망권을 차단하는 문제점도 가지고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 부유식 방파제에 대한 연구와 개발이 진행되고 있다. 도 1은 종래의 부유식 방파제의 한 예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 부유식 방파제는 일반적으로 소파블록(1), 계류라인(2) 및 고정체(3)로 구성된다.

상기 소파블록(1)은 내부에 중공부를 가져 부력을 가지게 되며 강구조물이나 철근콘크리트 구조물로 제작될 수 있다. 상기 고정체(3)는 해저면 아래에 매립되어고정되거나 해저면 부근에 설치되어 자중으로 고정될 수 있는데 도 1에 도시된 고정체는 해저면 아래에 매립된 형태이다.

이러한 부유식 방파제를 설계할 때, 지역에 따라 조건의 차이는 있으나, 대부분의 경우에 있어서 50년 혹은 100년에 한번 오는 정도의 강한 에너지를 가진 해수가 부유식 방파제의 소파블록에 입사하는 경우에도 손상이 발생하지 않도록 설계한다.

그러나 50년 혹은 100년 빈도의 태풍 혹은 해일이 밀려오는 경우 재난대비 프로그램에 의해 부유식 방파제의 내해는 대피 상태가 된다. 따라서 극한 상황에서 부유식 방파제는 외해에서 밀려오는 해수의 파랑 에너지를 효과적으로 소산하기 보다는 파괴되지 않고 태풍 또는 해일과 같은 이벤트 이후에도 계속 그 기능을 유지할 수 있느냐가 매우 중요한 문제이다.

따라서, 극한 상황을 고려한 설계는 그러한 극한 상황에서 부유식 방파제가 구조적으로 안전하게 유지될 수 있도록 하는 점에 주안점을 가지고 이루어지게 되며, 소파블록의 강도나 고정블록, 계류라인에 대한 설계가 이루어지게 되어 평시의 관점에서 보면 매우 과도한 강도로 설계된다.

본 발명은 종래기술에서 설명한 바와 같이 극한 상황에 대비하여 과도한 설계하중으로 설계되는 문제점을 해결하기 위하여 평상시에는 전체 단면으로 파랑에너지를 감소시키고, 극한 상황에서는 단면의 일부를 통하여 해수의 일부를 바이패스 시킴으로써 부유식 방파제에 작용하는 하중을 줄여 효율적인 설계가 가능한 부유식 방파제를 제공하는 것이 본 발명이 해결하려는 과제이다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

부력을 가지며 파랑에 의한 에너지를 소산하는 소파블록과,

해저면 아래에 매립되거나 고정되어 해저면 부근에 배치되어 자중에 의해 위치 고정되는 고정블록과,

일단부는 상기 소파블록에 연결되고 타단부는 상기 고정블록에 연결되어 상기 소파블록이 부력에 의해 상하방향으로 이동하거나 파랑에 의해 수평방향으로 이동하는 것을 방지하는 계류라인; 및,

상기 소파블록을 기준으로 외해로부터 상기 소파블록에 미리 정해진 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우 그 일부를 통과시켜 상기 소파블록에 작용하는 에너지를 줄이기 위한 바이패스 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 부유식 방파제를 제공한다.

또한, 상기 바이패스 수단은,

상기 해수가 소파블록을 관통할 수 있도록 해수의 이동경로가 되는 바이패스 공과,

상기 소파블록의 주파향에 대면하는 부분에 설치되어 중력에 의해 상기 바이패스 공을 폐쇄하며, 상기 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우 그 해수의 에너지에 의해 이동하여 상기 바이패스 공을 개방하는 바이패스 도어로 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 방파제를 제공한다.

이때, 상기 바이패스 도어는 상기 바이패스 공 중 상기 파랑의 주향면 쪽 상부에 힌지결합 하는 것을 특징으로 하는 부유식 방파제 역시 본 발명은 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 바이패스 도어가 상기 바이패스 공을 개방하는 방향으로 이동하는 것에 저항하고 개방된 후에는 폐쇄되는 속도를 줄이기 위한 점성댐퍼가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 부유식 방파제를 제공한다.

이때, 상기 점성댐퍼에는

상기 점성댐퍼의 실린더 내에서 피스톤로드가 상기 바이패스 공을 개방하는 방향으로 이동할 때의 점성유체의 이동은 허용하지만 그 반대 방향의 점성유체 이동은 제한하는 체크밸브가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 출원이 제공하는 발명은 상기 바이패스 수단은,

상기 소파블록의 하부에 힌지결합하며 일정한 면적을 가지며 파랑의 주파방향에 대향하는 판상구조로 이루어져 상기 설정강도 이하의 에너지를 가지는 해수의 흐름에는 저항하고, 설정강도 이상의 에너지를 가지는 해수가 입사하는 경우 그 에너지에 의해 소파블록 방향으로 회전하여 파랑에 대한 대향면적을 줄임으로써 해수의 흐름을 허용하는 바이패스판인 것을 특징으로 하는 부유식 방파제이다.

본 발명에 의하면 평상시에는 전단면을 통하여 해수의 흐름에 의한 파랑 에너지를 소산하고 특정 강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우에는 일부를 바이패스하도록 하여 해수에 의한 하중의 일부만이 부유식 방파제에 작용하도록 함으로써 보다 효율적인 설계가 가능한 부유식 방파제를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 부유식 방파제를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 부유식 방파제의 사시도.
도 3은 도 2에 표시된 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도.
도 4는 도 2에 표시된 Ⅳ-Ⅳ선의 단면도.
도 5는 도 3에 표시된 점성댐퍼의 단면도.
도 6은 도 3에 도시된 바이패스 도어가 해수의 흐름에 의해 개방된 상태를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 부유식 방파제의 측면도.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 하나의 실시예에 따른 부유식 방파제에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 부유식 방파제의 사시도, 도 3은 도 2에 표시된 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도, 도 4는 도 2에 표시된 Ⅳ-Ⅳ선의 단면도, 도 5는 도 3에 표시된 점성댐퍼의 단면도, 도 6은 도 3에 도시된 바이패스 도어가 해수의 흐름에 의해 개방된 상태를 도시한 도면이다..

우선 도 2 내지도 4를 참조하면서 본 발명의 하나의 실시예에 따른 부유식 방파제에 대하여 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 부유식 방파제는 소파블록(10), 고정블록(20), 계류라인(30), 바이패스 수단으로 구성된다.

상기 소파블록(10)은 부력을 가지며 파랑에 의한 에너지를 소산하는 구조물이다. 상기 소파블록(10)에는 도 4의 단면도에서와 같이 중공부(11)가 마련있고, 중공부(11)는 공기나 발포 스티렌과 같이 비중이 낮은 물질로 채워져 있어서 소파블록(10)이 물에 뜰 수 있도록 한다.

상기 고정블록(20)은 해저면 아래에 매립되거나 해저면 부근에 배치되어 자중에 의해 위치되는 구조물이다. 해저면 아래에 매립되는 경우에는 앵커라고 하고 해저면 부근에 배치되어 자중으로 위치되는 경우 싱커라고 하며, 앵커라는 명칭으로 앵커와 싱커를 모두 포함하기도 한다. 본 실시예에서는 도 2에 간략하게 도시된 바와 같이 해저면 아래에 매립되는 형태의 고정블록(20)이다.

상기 계류라인(30) 상기 고정블록(20)과 상기 소파블록(10)을 서로 연결하는 구조물이다. 상기 계류라인(30)으로는 체인, 강케이블, 합성섬유 재질 등 다양한 제품을 사용할 수 있다.

상기 바이패스 수단은 상기 소파블록(10)을 기준으로 외해로부터 상기 소파블록(10)에 미리 정해진 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우 그 일부를 통과 시켜 상기 소파블록(10)에 직접 작용하는 에너지를 줄여 소파블록(10)에 가해지는 하중을 줄이기 위한 구성이다.

상기 설정강도로는 설계강도의 70 내지 80%가 적용될 수 있으며, 필요에 따라 좀 더 줄이거나 좀 더 늘일 수도 있다.

상기 바이패스 수단은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 바이패스 공(43), 바이패스 도어(41),점성댐퍼(50)로 이루어진다.

상기 바이패스 공(43)은 설정강도 이상의 해수가 소파블록(10)에 입사하는 경우 소파블록(10)을 관통하여 소파블록(10)을 기준으로 내해로 진입할 수 있도록 하는 해수의 이동경로가 된다.

상기 바이패스 도어(41)는 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 소파블록(10)의 주파향에 대면하는 부분의 상부에 힌지(42)에 의해 회전가능하게 결합하며 중력에 의해 상기 바이패스 공(43)을 폐쇄한 상태로 있다가 상기 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우 그 해수의 에너지에 의해 회전함으로써 상기 바이패스 공을 개방하게 된다. 상기 바이패스 도어(41)는 상기 바이패스 공(43) 중 상기 파랑의 주향면 쪽 상부에 마련된 힌지와 결합하는 것이다.

상기 점성댐퍼(50)는 상기 바이패스 도어(41)가 상기 바이패스 공(43)을 개방하는 방향으로 이동하는 것을 저항하는 구성이다.

상기 점성댐퍼(50)는 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스 공(43)의 내부에 마련되며, 일단부는 상기 바이패스 도어(41)의 하부쪽에 타단부는 상기 바이패스 공(43)의 상부쪽에 결합한다.

도 5는 상기 점성댐퍼(50)의 단면도이다. 상기 점성댐퍼(50)는 실린더(51)와, 피스톤 로드(52)와 점성유체(53)으로 구성된다.

상기 피스톤 로드(52)의 일단부는 상기 실린더(51)의 내부에 타단부는 상기 실린더(51)를 관통한 상태로 상기 바이패스 도어(41)에 결합한다.

상기 점성유체(53)는 상기 피스톤 로드(52)가 상기 실린더(51)의 내부에서 이동하는 것을 제한하는 구성으로서, 상기 실린더(51)의 내부공간 중 상기 피스톤 로드(52)가 차지하지 않은 나머지 공간을 채우고 있다.

상기 피스톤 로드(52)에는 상기 피스톤 로드(52)의 길이방향으로 관통공(521)이 마련되어 있어서 관통공(521)을 통하여 점성유체(53)가 이동할 수 있도록 함으로써 피스톤 로드(52)가 이동가능하게 하는데, 일부의 관통공(521)에는 도 5의 확대도에 도시된 바와 같이 체크밸브(522)가 마련되어 있어서 상기 피스톤 로드(52)가 상기 바이패스 도어(41)가 개방되는 방향으로 이동하는 경우 점성유체(53)의 흐름은 허용하지만 그 반대 방향의 점성유체(53)의 흐름은 제한한다.

이하에서는 전술한 실시예의 기능, 작용 및 효과에 대하여 설명하기로 한다.

상기 소파블록(10), 고정블록(20) 및 계류라인(30)은 일반적인 부유식 방파제에서 사용되는 구성이므로 그 설명을 생략하고 본 발명의 특징적인 구성인 바이패스 수단에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

바이패스 공(43)은 해수의 이동경로가 되는 빈 공간으로 파도의 주파향에 대면하는 쪽은 바이패스 도어(41)에 의해 평소에는 폐쇄되어 있다가 설정 강도 이상의 에너지를 가진 해수가 바이패스 도어(41)로 입사하게 되면 그 해수의 운동에너지에 의해 도 6에 도시된 바와 같이 바이패스 도어(41)가 회전함으로써 바이패스 공(43)이 개방되어 해수가 이동할 수 있게 된다.

상기 바이패스 도어(41)에는 점성댐퍼(50)가 마련되어 있어서 상기 바이패스 도어(41)가 개방되는 방향으로 회전하는 것을 방해하게 된다. 따라서 점성댐퍼(50)와 바이패스 도어(41)의 자중을 이용하여 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우 바이패스 도어(41)를 개방하는 것을 조절하게 되는 것이다. 설정강도가 커지면 점성댐퍼(50)의 저항을 크게 하는 것이다.

설정강도 이상의 해수가 입사하는 이벤트가 종료되면 바이패스 도어(41)를 폐쇄하여 소파블록(10)의 모든 면에 의해 해수의 에너지를 소산하는 것이 필요하게 되는데 이는 바이패스 도어(41)의 자중에 의해 도 3에 도시된 상태로 이동하게 된다.

한편, 상기 점성댐퍼(50)의 피스톤 로드(52)에는 체크밸브(522)가 마련되어 있어서 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수에 의해 일단 바이패스 도어(41)가 개방되면 바이패스 도어(41)가 개방될 때 보다 느린 속도로 바이패스 공(43)을 폐쇄하게 되는데 이러한 특성에 의해 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 계속해서 입사하는 경우에 바이패스 공(43)이 개방된 상태를 유지하는 시간이 커지게 되므로 보다 자유로운 해수의 이동이 가능하게 함으로써 소파블록(10)에 작용하는 에너지를 줄임으로써 보다 소파블록(10)이 보다 안전한 상태를 유지할 수 있도록 한다.

설명된 실시예에서 점성댐퍼가 사용된 경우에 대하여 설명하였으나, 반드시 점성댐퍼가 사용되어야 하는 것은 아니며 점성댐퍼를 제외한 실시 역시 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 보아야 한다.

이하에서는 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 방파제에 대하여 설명하기로 한다.

본 실시예의 부유식 방파제 역시 소파블록(10), 계류수단(20), 고정블록, 바이패스 수단으로 구성된다.

이 중 상기 소파블록(10), 계류수단(20) 및 고정블록은 전술한 실시예의 구성과 동일하므로 설명을 생략하기로 하며 고정블록은 도시상의 편의를 위하여 도면에서 생략하였다.

본 실시예의 바이패스 수단은 상기 소파블록(10)의 하부에 힌지(142)에 의해 회전가능하게 결합하는 바이패스 판(141)이다.

상기 바이패스 판(141)은 일정한 면적을 가지며 파랑의 주파방향에 대향하는 판상의 구성으로서, 설정강도 이하의 에너지를 가지는 해수가 입사하는 경우 그 해수의 흐름에 저항하여 해수의 파랑 에너지를 소산하다가 설정강도 이상의 에너지를 가지는 해수가 입사하는 경우 그 해수의 운동에너지에 의해 소파블록(10)방향으로 회전함으로써 해수의 이동을 자유롭게 하는 방식으로 해수가 바이패스 하도록 함으로써 소파블록(10) 전체에 작용하는 에너지를 줄이는 역할을 하게 된다.

상기 바이패스 판(141)은 자중에 의해 도 7에 도시된 상태를 유지하게 되며, 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수만이 바이패스 판(141)을 회전할 수 있도록 그 하중을 설정하는 방식이 적용될 수 있으며, 힌지(142)에 토셔널 스프링을 설치함으로써 바이패스 판(141)의 회전에 저항할 수도 있으며, 앞선 실시예와 같이 점성 댐퍼를 설치할 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명함으로써 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 아니하는 범위 안에서 다양한 형태의 부유식 방파제로 구체화될 수 있다.

10 : 소파블록
20 : 고정블록
30 : 계류라인
40 : 바이패스 수단

Claims (6)

1. 부력을 가지며 파랑에 의한 에너지를 소산하는 소파블록과,
   해저면 아래에 매립되거나 고정되어 해저면 부근에 배치되어 자중에 의해 위치 고정되는 고정블록과,
   일단부는 상기 소파블록에 연결되고 타단부는 상기 고정블록에 연결되어 상기 소파블록이 부력에 의해 상하방향으로 이동하거나 파랑에 의해 수평방향으로 이동하는 것을 방지하는 계류라인; 및,
   상기 소파블록을 기준으로 외해로부터 상기 소파블록에 미리 정해진 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우 그 일부를 통과시켜 상기 소파블록에 작용하는 에너지를 줄이기 위한 바이패스 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 부유식 방파제.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스 수단은,
   상기 해수가 소파블록을 관통할 수 있도록 해수의 이동경로가 되는 바이패스 공과,
   상기 소파블록의 주파향에 대면하는 부분에 설치되어 중력에 의해 상기 바이패스 공을 폐쇄하며, 상기 설정강도 이상의 에너지를 가진 해수가 입사하는 경우 그 해수의 에너지에 의해 이동하여 상기 바이패스 공을 개방하는 바이패스 도어로 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 방파제.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 바이패스 도어는 상기 바이패스 공 중 상기 파랑의 주향면 쪽 상부에 힌지결합 하는 것을 특징으로 하는 부유식 방파제.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 바이패스 도어가 상기 바이패스 공을 개방하는 방향으로 이동하는 것에 저항하고 개방된 후에는 폐쇄되는 속도를 줄이기 위한 점성댐퍼가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 부유식 방파제.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 점성댐퍼에는
   상기 점성댐퍼의 실린더 내에서 피스톤로드가 상기 바이패스 공을 개방하는 방향으로 이동할 때의 점성유체의 이동은 허용하지만 그 반대 방향의 점성유체 이동은 제한하는 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 방파제.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스 수단은,
   상기 소파블록의 하부에 힌지결합하며 일정한 면적을 가지며 파랑의 주파방향에 대향하는 판상구조로 이루어져 상기 설정강도 이하의 에너지를 가지는 해수의 흐름에는 저항하고, 설정강도 이상의 에너지를 가지는 해수가 입사하는 경우 그 에너지에 의해 소파블록 방향으로 회전하여 파랑에 대한 대향면적을 줄임으로써 해수의 흐름을 허용하는 바이패스판인 것을 특징으로 하는 부유식 방파제.

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