KR101251148B1

KR101251148B1 - 수중 구조체, 그 시공 방법, 수중 구조체의 설계 방법 및 개수 방법

Info

Publication number: KR101251148B1
Application number: KR1020127013383A
Authority: KR
Inventors: 신지 다에나까; 료이찌 가노; 요시아끼 오이까와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2013-04-05
Also published as: EP2508677A1; US20120282036A1; EP2508677A4; KR20120059661A; US8517638B2; JPWO2011068152A1; CN102667003B; ES2589781T3; EP2508677B1; JP4897111B2; DK2508677T3; WO2011068152A1; CN102667003A

Abstract

이 수중 구조체는, 물밑에 설치되고, 수상에 설치된 수상 구조체를 지지하는 수중 구조체이며, 상기 물밑부터 상기 수상까지 연장되고, 내부에 제1 공간을 갖는 강의 제1 지지 부재를 구비하고, 상기 제1 공간의 일부에 충전재가 충전되어 있다.

Description

수중 구조체, 그 시공 방법, 수중 구조체의 설계 방법 및 개수 방법 {UNDERWATER STRUCTURE, METHOD FOR CONSTRUCTING SAME, METHOD FOR DESIGNING UNDERWATER STRUCTURE, AND METHOD FOR MODIFYING SAME}

본 발명은, 수상 구조체를 지지하기 위해 이용되는 재킷 구조 등의 수중 구조체, 그 시공 방법, 및 수중 구조체의 설계 방법 및 개수 방법에 관한 것이다.

본원은, 2009년 12월 2일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-274365호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 물밑 지반에 설치되는 수중 골조 구조물의 대표예로서는, 석유 굴삭용 구조물로서 이용되는 재킷 구조가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조). 이 재킷 구조는, 각각 강제의 레그와 수평 브레이스 및 경사 브레이스를 육상 야드에서 미리 조립한 것을 설치 장소까지 이송하고, 물밑 지반에 말뚝으로 고정하여 구성된다. 이에 의해, 설치 현장에서의 공사의 간이화나 공사 기간이 단축된다.

이러한 재킷 구조에 있어서, 레그나 각 브레이스 등으로 구성되는 골조는, 특허문헌 1, 2에 기재한 바와 같이 강재로 제작되는 것이 일반적이다. 한편, 철근 콘크리트제(RC 구조)의 레그 및 수평재를 갖는 재킷 구조도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조).

이상의 재킷 구조에 있어서의 말뚝과의 접속 구조로서는, 레그 및 말뚝의 한쪽에 다른 쪽을 삽입 관통시키는 동시에, 이 삽입 관통 부분에 있어서의 서로의 간극에 그라우트재를 충전함으로써, 레그와 말뚝을 일체화하는 구조가 채용되어 있다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 RC 구조의 레그와 수평재는, 강제의 조인트 부재를 통하여 볼트 접합된다. 이 조인트 부재의 내부에 그라우트재나 그것과 비슷한 재료를 충전함으로써 레그와 수평재를 일체화하는 조인트 구조가 채용되고 있다.

특허 제4066256호 공보 특허 제3871937호 공보 일본 특허 공개 제2004-11130호 공보

그런데, 전술한 일반적인 재킷 구조와 같은 종래의 수중 구조체의 경우, 물밑까지의 깊이 외에, 상부 구조나 파랑으로부터의 외력에 대하여 골조가 설계되어 있다. 구체적으로는, 골조를 구성하는 부재의 단면의 강도가 향상하도록, 각 부재의 단면이 결정되어 있다. 이로 인해, 상부 구조의 하중 조건이나 물밑까지의 깊이 등의 여러 조건에 따라 개별로 설계하고, 이 설계 결과에 기초하여 제조, 시공할 필요가 있다. 이 때문에 종래의 수중 구조체에서는, 여러 조건이 변화할 때마다 설계를 다시 할 필요가 있고, 조건마다 부재 단면 등의 제조 조건도 상이하므로, 제조 효율이 저하한다. 나아가 공용 후에 조건이 변화한 경우에, 대폭적인 보강 공사가 필요하게 되는 등, 설치 전의 설계 단계 및 제조 단계의 수고 및 비용이 든다. 나아가, 공용 후의 유지 보수 수고나 비용도 든다는 문제가 있다.

특히, 석유 굴삭 구조물과 달리, 수상 구조체로서 풍력 발전용의 풍차를 지지하는 경우에는, 풍차 특유의 블레이드의 회전 수에 따른 고유 주기가 수중 구조체에 끼치는 영향이 크다. 이에 의해, 풍차와 수중 구조체가 공진하지 않도록, 적절한 고유 주기로 되도록 수중 구조체를 설계할 필요가 생긴다. 그러나 전술한 바와 같이 여러 조건으로부터 필요해지는 골조 강도를 향상시키고, 또한 적절한 고유 주기로 되도록 골조를 설계하고자 하면, 설계의 번잡함이 증가한다. 그 번잡함에 수반하여 부재 단면도 증가하여 제조 효율이 한층 저하되어 버린다는 문제가 발생한다.

한편, 수상 구조체의 조건뿐만 아니라, 설치 후의 공용 시에 있어서, 말뚝 주변의 물밑 지반이 해류 등에 의해 세굴되는 등의 환경 변화에 따라 물밑 지반면이 이동하여 말뚝의 내력이나 강성이 변화한다. 이에 의해, 수중 구조체의 고유 주기가 설계값으로부터 벗어나, 그 결과로서, 수중 구조체와 수상 구조체의 공진이나, 수중 구조체와 파랑의 공진이 발생할 가능성이 있다. 또한, 설치 후에 수상 구조체(예를 들어, 풍차 등)를 교환함으로써, 그 고유 주기가 변화한 경우(예를 들어, 풍차의 회전 수가 변화한 경우 등)에는, 수중 구조체의 고유 주기가 설계값을 유지하고 있었다고 해도, 수중 구조체와 수상 구조체의 공진이나, 수중 구조체와 파랑의 공진이 발생할 가능성도 있다.

본 발명의 목적은, 설계 및 제조에 필요로 하는 수고나 비용의 저감과 함께 공용 후의 유지 보수성을 향상시킬 수 있는 수중 구조체, 그 시공 방법 및 수중 구조체의 설계 방법 및 개수 방법의 제공을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 수중 구조체는, 물밑에 설치되고, 수상에 설치된 수상 구조체를 지지하는 수중 구조체이며, 상기 물밑부터 상기 수상까지 연장되고, 내부에 제1 공간을 갖는 강의 제1 지지 부재를 구비하는, 상기 제1 공간의 일부에 충전재가 충전되어 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 수중 구조체는, 상기 제1 지지 부재가 복수 설치되고,

상기 복수의 제1 지지 부재 사이를 연결하고, 내부에 제2 공간을 갖는 강의 제2 지지 부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.

(3) 상기 (2)에 기재된 수중 구조체는, 상기 제2 공간의 적어도 일부에 충전재가 충전되어 있는 것이 바람직하다.

(4) 상기 (1)에 기재된 수중 구조체는, 상기 수상 구조체와 상기 제1 지지 부재를 연결, 혹은 상기 제1 지지 부재와 상기 물밑에 설치된 다른 부재를 연결하고, 내부에 제2 공간을 갖는 강의 제2 지지 부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.

(5) 상기 (4)에 기재된 수중 구조체는, 상기 제2 공간의 적어도 일부에 충전재가 충전되어 있는 것이 바람직하다.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체는, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 중 적어도 상기 제1 지지 부재가, 폐단면을 갖는 강관을 포함하고, 상기 강관의 내부에 상기 충전재가 충전되어 있는 것이 바람직하다.

(7) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체는, 상기 충전재가, 콘크리트, 철근 콘크리트, 섬유 보강 콘크리트, 모르타르 및 쇄석 중 어느 하나를 포함하고 있는 것이 바람직하다.

(8) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체는, 상기 수상 구조체가 회전체를 구비하는 것이 바람직하다.

(9) 상기 (2) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체의 시공 방법은, 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 중 적어도 상기 제1 공간의 일부에 상기 충전재를 충전하는 충전 공정과, 상기 충전 공정 후, 상기 물밑에 상기 수중 구조체를 설치하는 설치 공정을 구비하는 것이 바람직하다.

(10) 상기 (2) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체의 시공 방법은, 상기 물밑에 상기 수중 구조체를 설치하는 설치 공정과, 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 중 적어도 상기 제1 공간의 일부에 상기 충전재를 충전하는 충전 공정을 구비하는 것이 바람직하다.

(11) 상기 (1)에 기재된 수중 구조체의 시공 방법은, 상기 제1 공간의 일부에 상기 충전재를 충전하는 충전 공정과, 상기 충전 공정 후, 상기 물밑에 상기 수중 구조체를 설치하는 설치 공정을 구비하는 것이 바람직하다.

(12) 상기 (1)에 기재된 수중 구조체의 시공 방법은, 상기 물밑에 상기 수중 구조체를 설치하는 설치 공정과, 상기 설치 공정 후, 상기 제1 공간의 일부에 상기 충전재를 충전하는 충전 공정을 구비하는 것이 바람직하다.

(13) 상기 (2) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체의 설계 방법은, 상기 수상 구조체의 고유 주기에 기초하여, 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 중 적어도 상기 제1 공간의 일부에 충전하는 상기 충전재의 충전 위치 및 충전량을 산출하고, 상기 충전 위치에 상기 충전량의 상기 충전재를 충전하는 것이 바람직하다.

(14) 상기 (1)에 기재된 수중 구조체의 설계 방법은, 상기 수상 구조체의 고유 주기에 기초하여, 상기 제1 공간의 일부에 충전하는 상기 충전재의 충전 위치 및 충전량을 산출하고, 상기 충전 위치에 상기 충전량의 상기 충전재를 충전하는 것이 바람직하다.

(15) 본 발명의 일 형태에 관한 수중 구조체의 개수 방법은, 물밑에 세워 설치되고 또한 수상에 설치된 수상 구조체를 지지하는 강의 제1 지지 부재를 구비한 기설의 수중 구조체의 주위 환경의 변화에 따라 개수하는 방법이며, 상기 주위 환경의 변화량에 기초하여 구한 충전량의 충전재를, 상기 제1 지지 부재 내에 형성된 제1 공간의 일부에 충전한다.

(16) 본 발명의 일 형태에 관한 수중 구조체의 개수 방법은, 물밑에 세워 설치되고 또한 수상에 설치된 수상 구조체를 지지하는 강의 제1 지지 부재를 구비한 기설의 수중 구조체를 개수하는 방법이며, 개수 전후에 상기 수상 구조체의 고유 주기가 변화하는 경우에, 이 고유 주기의 변화량에 기초하여 구한 충전량의 충전재를, 상기 제1 지지 부재 내에 형성된 제1 공간의 일부에 충전한다.

(17) 상기 (15) 또는 (16)에 기재된 수중 구조체의 개수 방법은, 상기 제1 지지 부재가 복수 설치되고, 이들 제1 지지 부재 사이를 접속하는 동시에 내부에 제2 공간을 갖는 강의 제2 지지 부재를, 상기 수중 구조체가 더 구비하는 경우에, 상기 제2 공간의 적어도 일부에 충전재를 충전하는 것이 바람직하다.

상기 (1)에 기재된 수중 구조체에 의하면, 수중 구조체가 원하는 고유 주기로 되도록, 제1 지지 부재의 제1 공간의 일부에 충전재가 충전되어 있다. 이에 의해, 원하는 고유 주기를 갖는 수중 구조체를 제공하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 충전재의 충전 위치로서는, 제1 지지 부재의 일부에 충전되어 있다. 예를 들어, 수중 구조체의 고유 주기를 길게 하는(고유 진동수를 짧게 하는) 경우에는, 상부측, 즉 수면에 가까운 측에 충전재의 부가 중량을 부여하는 것이 바람직하다. 반대로 수중 구조체의 고유 주기를 짧게 하는(고유 진동수를 길게 하는) 경우에는, 하부측, 즉 물밑에 가까운 측에 충전재의 부가 강성을 부여하는 것이 바람직하다. 또한, 충전재로서는, 종래의 그라우트재와 같이 부재끼리의 접합에 사용되는 외부관과 내부관 사이라는 한정적인 구조재가 아니다. 충전재는, 부가 중량 및 부가 강성으로서 사용된다. 따라서, 충전 위치로서는, 각 부재끼리의 접합부나, 예를 들어 물밑에 타입된 말뚝과 각 부재의 접합부에 한정되지 않고, 제1 지지 부재의 내부의 제1 공간이다. 즉, 충전재의 충전 또는 비충전이 적절하게 선택 가능한 위치에 충전하는 것이 가능하고, 또한 주파수(진동수)의 조절에 기여도가 큰 부분에 충전재를 충전하는 것이 바람직하다.

또한, 각 부재끼리의 접합부나 말뚝과 각 부재의 접속부에 충전되는, 예를 들어 그라우트재 등에 관해서도, 제1 지지 부재에 있어서는 부가 중량 및 부가 강성이 되어, 수중 구조체의 고유 주기에 영향을 준다. 이에 의해, 이러한 그라우트재 등의 충전재에 따른 충전 위치나 충전량이 설정된다.

상기 (2)에 기재된 수중 구조체는, 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재를 구비한 재킷 구조이며, 제1 지지 부재의 제1 공간에 충전재가 충전되어 있다. 즉, 수중 구조체가 원하는 고유 주기로 되도록, 골조를 구성하는 제1 지지 부재의 일부에 충전재가 충전되어 있다. 따라서, 강제의 골조 강도로서는 소정의 조건에 따라 설계함으로써 설계 공정의 간소화를 도모하고, 설계 후에 있어서, 수상 구조체의 고유 주기에 따라 충전재의 충전 위치 및 충전량을 적절하게 설정한다. 이에 의해, 골조 강도 즉 부재의 단면 등을 변경하지 않아도, 충전재에 의해 수중 구조체의 고유 주기를 조정할 수 있으므로, 수중 구조체와 수상 구조체의 공진을 방지할 수 있어, 수중 구조체의 설계 공정을 효율화하여 경제적인 설계를 실현할 수 있다. 또한, 수중 구조체의 설계 공정이 간소화됨으로써, 골조를 구성하는 제1, 제2 지지 부재의 표준화가 도모되거나, 제1, 제2 지지 부재에 대한 불필요한 보강을 생략할 수 있는 등, 제조 공정에 미치는 악영향을 배제하여 제조 효율도 향상시킬 수 있다. 또한, 수중 구조체를 물밑에 설치한 후의 공용 시에 있어서의 물밑 지반의 세굴 등의 환경 변화나, 수상 구조체의 교환에 의한 고유 주기의 변화 등에 대해서도, 골조의 일부에 충전재를 충전하는 것만으로 수중 구조체의 고유 주기를 조절할 수 있다. 이 결과, 수중 구조체와 수상 구조체나 파랑의 공진을 방지할 수 있다. 나아가, 골조 자체에 대폭적인 보강을 실시하지 않아도 되므로, 유지 보수의 수고나 비용을 억제할 수 있다.

상기 (3)에 기재된 수중 구조체에 의하면, 제1 공간뿐만 아니라, 제2 공간에도 충전재가 충전되어 있기 때문에, 수중 구조체의 고유 주기를 미세 조정하는 것이 가능하게 된다.

상기 (4)에 기재된 수중 구조체는, 수상 구조체와 제1 지지 부재를 연결하는 제2 지지 부재를 구비한 트라이 파일(트라이 포드) 구조나 제1 지지 부재와 물밑에 설치된 다른 부재(예를 들어, 말뚝)를 연결하는 제2 지지 부재를 구비한 트라이 파일(트라이 포드) 구조에 있어서도 유효하다.

이들 구조에서도, 수중 구조체가 원하는 고유 주기로 되도록, 제1 공간에 충전재가 충전되어 있다. 이에 의해, 상술한 바와 같이, 골조 강도 즉 부재의 단면 등을 변경하지 않아도, 수중 구조체와 수상 구조체의 공진을 방지할 수 있어, 수중 구조체의 설계 공정을 효율화하여 경제적인 설계를 실현할 수 있다.

상기 (5)에 기재된 수중 구조체에 의하면, 제1 공간 및 제2 공간에 충전재가 충전되어 있다. 즉, 제1 공간뿐만 아니라, 제2 공간에도 충전재가 충전되어 있기 때문에, 수중 구조체의 고유 주기를 미세 조정하는 것이 가능하게 된다.

상기 (6)에 기재된 수중 구조체에 의하면, 폐단면의 강재(예를 들어, 강관)의 내부에 충전재를 충전함으로써, 틀 프레임 등의 누설 방지부를 설치하지 않아도 확실하게 충전재를 충전할 수 있어, 충전 작업의 작업성을 향상시킬 수 있다. 또한, 폐단면의 강재이면, 비교적 용이하고 또한 밀실하게 충전재를 충전할 수 있어, 강관과 충전재의 일체성을 높일 수 있다. 이에 의해, 충전한 후의 수중 구조체의 부가 강성을 확실하게 발휘시킬 수 있다.

상기 (7)에 기재된 수중 구조체에 의하면, 수중 구조체의 골조 구조나 각 부재의 단면 형상 등에 따라 적절한 충전재를 선택함으로써 충전성을 확보하면서, 필요해지는 부가 중량이나 부가 강성을 적절하게 조절할 수 있다. 이에 의해, 한층 더한 경제 설계나 효율화를 도모할 수 있다.

상기 (8)에 기재된 수중 구조체에 의하면, 회전체를 포함한 수상 구조체로서, 예를 들어 발전용의 대형 풍차 등을 예시할 수 있다. 수중 구조체에 의해, 이 풍차를 지지하는 경우에, 회전체의 회전 주기와 수중 구조체의 고유 주기가 합치되어 버리면, 서로 공진해 버릴 가능성이 있다.

이에 대해, 본 발명의 일 형태에 관한 수중 구조체에서는, 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재 중 적어도 제1 지지 부재의 제1 공간에 충전재를 충전하여 중량 및 강성을 부가한다. 즉, 수중 구조체가 원하는 고유 주기로 되도록, 충전재가 충전되어 있기 때문에, 수중 구조체와 회전체의 공진을 방지할 수 있다.

상기 (9), (11)에 기재된 수중 구조체의 시공 방법에 의하면, 수중 구조체를 설치하기 전에, 예를 들어 야드(육상)에서 골조를 조립한 상태로 충전재를 충전함으로써, 충전 작업의 작업성이 향상하고, 또한, 각 부재 내의 충전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 수중 구조체를 물밑에 설치한 후에 충전재를 충전하는 경우보다 충전용의 배관 길이 등을 짧게 할 수 있다.

상기 (10), (12)에 기재된 수중 구조체의 시공 방법에 의하면, 수중 구조체를 물밑에 설치하고 나서 충전재를 충전함으로써, 수중 구조체를 설치 장소까지 반송할 때의 중량을 경량화할 수 있어, 반송 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 (13), (14)에 기재된 수중 구조체의 설계 방법에 의하면, 전술한 바와 같이, 강제의 골조 강도로서는 소정의 조건에 따라 설계함으로써, 설계 공정의 간소화를 도모할 수 있다. 즉, 수중 구조체를 설계한 후에 있어서, 수상 구조체의 고유 주기에 따라 충전재의 충전 위치 및 충전량을 적절하게 설정한다. 이에 의해, 골조 강도, 즉 각 부재의 단면 등을 변경하지 않아도 수상 구조체의 공진을 방지할 수 있어, 수중 구조체의 설계 공정을 효율화하여 경제적인 설계를 실현할 수 있다.

상기 (15), (16)에 기재된 수중 구조체의 개수 방법에 의하면, 전술한 바와 같이, 설치 후의 공용 시에 있어서의 환경 변화에 의한 수중 구조체의 고유 주기의 변화나, 수상 구조체의 교환에 의한 고유 주기의 변화 등에 대해서도, 제1 지지 부재의 일부에 충전재를 충전하는 것만으로 수중 구조체의 고유 주기를 조절할 수 있다. 따라서, 수상 구조체나 파랑과 수중 구조체의 공진을 방지할 수 있고, 나아가, 제1 지지 부재 자체에 대폭적인 보강을 실시하지 않아도 되므로, 유지 보수의 수고나 비용을 억제할 수 있다.

상기 (17)에 기재된 수중 구조체의 개수 방법에 의하면, 제1 공간뿐만 아니라, 제2 공간에도 충전재가 충전되어 있기 때문에, 수중 구조체의 고유 주기를 미세 조정하는 것이 가능하게 된다.

이상과 같은 본 발명의 일 형태에 관한 수중 구조체, 그 시공 방법, 수중 구조체의 설계 방법 및 수중 구조체의 개수 방법에 의하면, 수중 구조체의 골조인 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재 자체에 대폭적인 설계 변경이나 보강 등을 실시할 필요가 없다. 이에 의해, 설계 공정을 효율화하여 경제적인 설계를 실현할 수 있고, 제1, 제2 지지 부재나 기타 각 부재의 제조에 관한 효율을 향상시킬 수도 있다. 따라서, 소정의 조건에 기초하여 각 부재나 골조를 표준화한 수중 구조체를 설계해 두고, 이 수중 구조체의 적절한 위치에 충전재를 충전하여 부가 중량 및 부가 강성을 부여하는 것만으로, 수상 구조체의 고유 주기 등의 조건에 용이하게 대응할 수 있다. 이에 의해, 대량 생산에 적합한 수중 구조체의 표준화를 도모하여, 대량 생산에 의한 제조 효율의 한층 더한 향상을 실현할 수 있다. 또한, 공용 시에 있어서의 환경 변화나 수상 구조체의 교환에도 용이하게 대응하여, 수중 구조체의 고유 주기를 조절할 수 있으므로, 효율적으로 개수할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수중 구조체를 사용한 풍력 발전 시설을 도시하는 측면도이다.
도 2는 상기 수중 구조체의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수중 구조체의 확대도이다.
도 4는 상기 수중 구조체의 설계용 주기를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시 형태에 관한 수중 구조체를 사용한 풍력 발전 시설의 다른 구조예를 도시하는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시 형태에 관한 수중 구조체를 사용한 풍력 발전 시설의 다른 구조예를 도시하는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시 형태에 관한 수중 구조체를 사용한 풍력 발전 시설의 다른 구조예를 도시하는 측면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

풍력 발전 시설(1)은, 해양 연안부의 해상이나 평야 내륙부의 호수 위 등에 설치되어 있다. 풍력 발전 시설(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 수면(S)보다 상방에 설치되는 수상 구조체로서의 풍차(2)와, 이 풍차(2)를 지지하는 수중 구조체로서의 재킷(3)과, 이 재킷(3)을 물밑(G)에 고정하는 복수의 말뚝(4)을 구비하고 있다. 또한, 도시하지 않은 발전 설비가, 풍차(2)의 내부나 재킷(3)의 상부에 설치되고, 풍력 발전 시설(1)에 의해 발전한 전력을 변전 시설 등에 송전 가능하게 구성되어 있다.

풍차(2)는, 재킷(3)의 상부에 고정되는 베이스(21)와, 이 베이스(21)로부터 상방으로 연장되는 지주(22)와, 지주(22)의 상단부에 고정되는 회전 지지부(23)와, 회전 지지부(23)에 회전 가능하게 지지되는 회전체(24)를 구비하여 구성되어 있다. 회전체(24)는, 회전 지지부(23)에 지지되는 축지지부(25)와, 이 축지지부(25)에 고정되어 직경 방향으로 연장되는 복수(예를 들어, 3개)의 블레이드(날개)(26)를 갖는다. 블레이드(26)가 바람을 받아 회전체(24)가 회전함으로써, 이 회전 에너지를 받은 발전 설비에 의해 발전된다.

재킷(3)은, 각각 강제의 골조(31)와, 이 골조(31) 상부의 수면(S) 상에 설치되고 풍차(2)를 지지하는 받침대(32)와, 골조(31)의 하부에 설치되고 말뚝(4)에 접속되는 접속부(33)를 구비하여 형성되어 있다. 골조(31)는, 주 부재로서의 복수의 레그(제1 지지 부재)(34)와, 부 부재로서의 수평 브레이스(제2 지지 부재)(35) 및 경사 브레이스(제2 지지 부재)(36)를 갖고 구성되어 있다.

레그(34)는, 물밑(G) 근방부터 수면(S)을 넘어 수상까지 연장되어 있다. 또한, 수평 브레이스(35) 및 경사 브레이스(36)는, 복수의 레그(34)를 연결하고, 인접하는 레그(34)끼리에 걸쳐 가설되어 있다.

레그(34), 수평 브레이스(35) 및 경사 브레이스(36)는, 각각 원통 형상의 폐단면을 갖는 강관에 의해 구성되고, 용접 접합에 의해 서로 연결되어 있다. 접속부(33)는, 레그(34)의 하단부에 아암을 개재하여 연결된 강관으로 구성되고, 이 강관의 내부에 삽입 관통한 말뚝(4)과 적절한 그라우트재를 개재하여 고정되도록 되어 있다.

말뚝(4)은, 각각 원형 강관 등에 의해 구성되고, 물밑 지반의 적절한 깊이까지 관입되어, 물밑(G)으로부터 적절한 높이까지 돌출된 말뚝머리부(4a)가 재킷(3)의 접속부(33)에 고정되어 있다. 이들 말뚝(4)은, 재킷(3)의 설치 전에 미리 물밑 지반에 관입된 상태에서, 그 상방까지 반송한 재킷(3)의 접속부(33)에 삽입 관통하여 고정되어도 좋다. 또는, 말뚝(4)은, 재킷(3)의 접속부(33)에 미고정 상태이고 삽입 관통된 상태에서, 재킷(3)과 함께 반송되어, 물밑 지반에 관입한 후 그라우트재에 의해 접속부(33)에 고정되어도 좋다.

제1 실시 형태의 재킷(3A)에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 골조(31) 중 하부, 즉 물밑(G)측에 위치하는 레그(34)의 내부의 제1 공간(34a), 수평 브레이스(35)의 내부의 제2 공간(35a) 및 경사 브레이스(36)의 내부의 제2 공간(36a)의 일부에 충전재로서의 콘크리트 C가 충전되어 있다.

또한, 제2 실시 형태의 재킷(3B)은, 도 3에 도시한 바와 같이 골조(31) 중 상부, 즉 수면(S)측에 위치하는 레그(34)의 내부의 제1 공간(34a)의 일부와, 경사 브레이스(36)의 제2 공간(36a)의 일부와, 받침대(32)의 내부(32a)에 충전재로서의 콘크리트 C가 충전되어 있다. 여기서, 레그(34)의 내부의 제1 공간(34a) 및 경사 브레이스(36)의 제2 공간(36a)에만 콘크리트 C를 충전함으로써, 원하는 고유 주기가 되는 경우에는 받침대(32)의 내부(32a)에 콘크리트 C를 충전할 필요는 없다.

우선, 제1 실시 형태의 재킷(3A)에 있어서, 콘크리트 C는, 최하단의 수평 브레이스(35B)와, 최하단의 경사 브레이스(36B)와, 물밑(G)측(하단부)의 레그(34)에 충전되어 있다. 여기서, 물밑(G)측의 레그(34)는, 구체적으로는 레그(34)의 하단부(34b)부터 경사 브레이스(36B)와 레그(34)가 연결되는 레그(34)의 접속부(34c)까지의 범위이다.

또한, 밑에서부터 2단째의 수평 브레이스(35)보다 상측에 위치하는 골조(31)와 접속부(33)에는 콘크리트 C가 충전되어 있지 않다. 이러한 제1 실시 형태의 재킷(3A)은, 그 골조(31)의 하부(물밑(G)측)에 콘크리트 C가 충전됨으로써, 상부(수면(S)측)에 콘크리트 C를 충전하는 경우에 비하여, 하부의 중량과 강성이 증대된다. 즉, 부가 중량 및 부가 강성이 부여되어 있다. 특히, 부가 강성이 끼치는 영향에 의해, 콘크리트 C를 충전하지 않는 경우의 골조(31)의 고유 주기 Ts0와 비교하여, 하부에 콘크리트 C가 충전된 골조(31A)는, 그 고유 주기 Ts1이 짧아져(Ts1<Ts0), 즉 주기가 짧아진다.

재킷(3A)의 높이 40m 정도의 구조체에 있어서, 물밑(G)측에 위치하는 레그(34)의 내부의 제1 공간(34a)의 일부에만, 콘크리트 C를 충전했을 때의 진동수(주기)의 변화의 일례를 하기 표 1에 나타낸다. 길이비는, 레그(34)의 전체 길이에 대한 콘크리트 C의 충전 범위의 비이다. 즉, 재킷(3A)의 전체 길이 모두에 콘크리트 C가 충전되어 있는 경우, 길이비는 1이다.

진동수의 비는, 재킷(3A)에 콘크리트 C가 충전되어 있지 않을 때의 진동수에 대한, 콘크리트 C의 충전량에 따른 재킷(3A)의 진동수의 비이다. 또한, Case1, 2, 3, 4, 5의 순서대로 재킷(3A)의 하부로부터의 충전량이 많아지고 있다.

표 1에 나타내는 제1 실시 형태의 재킷(3A)의 Case1 내지 3에서는, 재킷(3A)의 골조 구조를 변화시키지 않고, 고유 주기를 10％ 이하 정도, 고유 진동수가 길어지는(고유 주기가 짧아지는) 것이 확인된다. 이 고유 주기의 변화율은 충전 전의 구조에 있어서의 강성에 강하게 영향받아, 충전 전 구조의 강성이 낮은 경우는, 더 현저한 효과를 얻는 것이 가능하다.

한편, 재킷(3A) 모두에 콘크리트 C를 충전한 Case4에서는, 그 고유 진동수가 짧아지는(고유 주기가 길어지는) 결과로 되어 있다. 이 결과로부터, 콘크리트 C의 충전 범위는, 재킷(3A)의 일부에 충전되는 것이 바람직하다. 즉, 재킷(3)의 고유 주기를 짧게 하고 싶은 경우에는, 도 2에 도시한 바와 같이 하부에 집중시키는 것이 바람직하다.

또한, 하부로부터의 길이비가 약 50％를 초과하여 100％로 됨에 따라, 고유 진동수가 짧아지는 경향이 있다. 이로 인해, 고유 진동수를 길게 하고 싶은 경우에 있어서는, 상부로부터의 길이비를 50％ 이하 또는 60％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 최소 길이비는 수평 브레이스(35)가 레그(34)와 교차하는 격점부(31a, 31b, 31c) 사이의 레그의 길이, 즉 격점부(31a)와 격점부(31b) 사이의 길이나 격점부(31b)와 격점부(31c) 사이의 길이에 의존하는 경우가 많아, 레그의 축 압축 및 굽힘 변형을 억제하기 위해, 적어도 1층분의 레그 길이는 충전하는 편이 바람직하다. 많은 경우, 재킷 구조는 10층 구성 이하로 되기 때문에, 그의 바람직한 길이비는 약 10％가 최소 범위로 된다. 즉, 하부로부터의 길이비는 10％ 이상, 15％ 이상 또는 20％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 하부로부터의 길이로 하면, 5m 이상, 8m 이상 또는 10m 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 3에 도시하는 제2 실시 형태의 재킷(3B)에 있어서, 콘크리트 C는, 최상단의 경사 브레이스(36T)와, 수면(S)측(상단부)의 레그(34)와, 받침대(32)의 내부(32a)에 충전되어 있다. 여기서 수면(S)측의 레그(34)는, 구체적으로는 레그(34)의 상단부(34d)부터 경사 브레이스(36T)와 레그(34)가 연결되는 레그(34)의 접속부(34e)까지의 범위이다.

또한, 위에서부터 1단째의 수평 브레이스(35)보다 하측에 위치하는 골조(31)와 접속부(33)에는 콘크리트 C가 충전되어 있지 않다. 이러한 제2 실시 형태의 재킷(3B)은, 그 골조(31)의 상부(수면(S)측)에 콘크리트 C가 충전됨으로써, 하부(물밑(G)측)에 콘크리트 C를 충전하는 경우에 비하여, 상부의 중량과 강성이 증대된다. 즉, 부가 중량 및 부가 강성이 부여되어 있다. 특히, 부가 중량이 끼치는 영향에 의해, 콘크리트 C를 충전하지 않은 경우의 골조(31)의 고유 주기 Ts0와 비교하여, 상부에 콘크리트 C가 충전된 골조(31B)는, 그 고유 주기 Ts2가 길어져(Ts2>Ts0), 즉, 주기가 길어진다.

재킷(3B)의 높이 40m 정도의 구조체에 있어서, 수면(S)측(상단부)의 레그에만, 콘크리트 C를 충전했을 때의 진동수(주기)의 변화의 일례를 하기 표 2에 나타낸다. 길이비는, 레그(34)의 전체 길이에 대한 콘크리트 C의 충전 범위의 비이다. 즉, 재킷(3B)의 전체 길이 모두에 콘크리트 C가 충전되어 있는 경우, 길이비는 1이다.

진동수의 비는, 재킷(3A)에 콘크리트 C가 충전되어 있지 않을 때의 진동수에 대한, 콘크리트 C의 충전량에 따른 재킷(3B)의 진동수의 비이다. 또한, Case1, 2, 3, 4, 5의 순서대로 재킷(3A)의 상부로부터의 충전량이 많아지고 있다.

표 2에 나타내는 제2 실시 형태의 재킷(3B)의 Case1 내지 3에서는, 재킷(3B)의 골조 구조를 변화시키지 않고, 고유 주기를 20％ 이하 정도, 고유 진동수가 짧아지는(고유 주기가 길어지는) 것이 확인된다. 이 고유 주기의 변화율은 충전 전의 구조에 있어서의 강성에 강하게 영향받아, 충전 전 구조의 강성이 낮은 경우는, 더 현저한 효과를 얻는 것이 가능하다.

한편, 재킷(3B) 모두에 콘크리트 C를 충전한 Case4에서는, 그 고유 주기의 변화율이 낮다. 이 결과로부터, 콘크리트 C의 충전 범위는, 재킷(3B)의 일부에 충전되는 것이 바람직하다. 즉, 재킷(3)의 고유 주기를 길게 하고 싶은 경우에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 상부에 집중시키는 것이 바람직하다.

또한, 상부로부터의 길이비가 약 50％를 초과하여 100％로 됨에 따라, 고유 진동수가 길어지는 경향이 있다. 이로 인해, 고유 진동수를 짧게 하고 싶은 경우에 있어서는, 상부로부터의 길이비를 50％ 이하 또는 60％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 최소 길이비는 수평 브레이스(35)가 레그(34)와 교차하는 격점부(31a, 31b, 31c) 사이의 레그의 길이, 즉 격점부(31a)와 격점부(31b) 사이의 길이나 격점부(31b)와 격점부(31c) 사이의 길이에 의존하는 경우가 많아, 적어도 1층분의 레그 길이는 충전하는 편이 바람직하다. 많은 경우, 재킷 구조는 10층 구성 이하로 되기 때문에, 그의 바람직한 길이비는 약 10％가 최소 범위로 된다. 즉, 상부로부터의 길이비는 10％ 이상, 15％ 이상 또는 20％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상부로부터의 길이로 하면, 5m 이상, 8m 이상 또는 10m 이상으로 하는 것이 바람직하다.

제1 실시 형태의 재킷(3A) 및 제2 실시 형태의 재킷(3B)의 진동수(주기)의 변화의 일례는, 진동수의 변화량이 6％ 내지 15％ 정도로 크지 않지만, 수중 구조체에 있어서의 고유 주기를 조정하는 목적이, 상부 구조인 풍차의 회전 수에 의한 주파수 영역과 공진하지 않도록, 공진 영역을 분리하는 것이기 때문에, 상기와 같은 진동수의 변화량에 있어서도, 소정의 목적을 달성하는 것은 가능하다. 또한, 변화량을 크게 하고 싶은 경우에 있어서는, 경사 브레이스(36B 혹은 36T)의 일부에도 콘크리트 C를 충전하는 것이 바람직하다.

또한 수중 구조체의 높이가 10m 변화한 경우의 콘크리트를 충전하지 않는 구조체에 있어서의 진동수의 변화는 약 10％ 정도인 점에서, 설계 수심이 약 5m 변화하는 경우나, 세굴에 의해 수심이 약 5m 변화하는 경우 등에 있어서는, 앞선 콘크리트 충전 범위에서도, 고유 주기 조정이 가능하게 되기 때문에, 본 발명에 있어서의 콘크리트 충전 방법은, 실용 상 충분히 효과가 있다.

이어서, 이상과 같은 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 재킷(3A, 3B)의 설계 방법에 대하여 설명한다.

골조(31A, 31B)의 고유 주기 Ts1, Ts2는, 도 4에 도시한 바와 같이, 바다나 호수에 있어서의 파랑의 스펙트럼 Sw0의 피크 주기 Tw0이나, 풍차(2)의 회전체(24)의 고유 주기 영역 Tr, 나아가 블레이드(26)의 회전에 따른 고유 주기 영역 Tb의 어느 것과도 겹치지 않는 영역, 혹은 겹침이 최소로 되는 설계용 주기 영역(타깃 주기) Tst에 들어가도록 조절되고 있다. 즉, 고유 주기 Ts1, Ts2가 설계용 주기 영역 Tst에 들어가도록, 레그(34)의 제1 공간(34a), 수평 브레이스(35)의 제2 공간(35a), 경사 브레이스(36)의 제2 공간(36a) 중 적어도 레그(34)의 제1 공간(34a)의 일부에 충전하는 콘크리트 C의 충전 위치 및 충전량을 산출한다. 그리고, 산출된 충전 위치에, 산출된 충전량의 콘크리트 C를 충전한다.

구체적으로는, 콘크리트 C를 충전하지 않은 경우의 골조(31)의 고유 주기 Ts0이 파랑의 피크 주기 Tw0이나 회전체(24)의 고유 주기 영역 Tr과 가까운 경우에는, 도 3에 도시하는 제2 실시 형태의 재킷(3B)과 같이, 골조(31B)의 상부에 콘크리트 C를 충전하여 장주기화한다.

반대로, 고유 주기 Ts0가 블레이드(26)의 회전에 따른 고유 주기 영역 Tb측에 들어가는 경우에는, 도 2에 도시하는 제1 실시 형태의 재킷(3A)과 같이, 골조(31A)의 하부에 콘크리트 C를 충전하여 단주기화한다.

이어서, 상술한 바와 같이 설계된 재킷(3)(제1 실시 형태의 재킷(3A) 또는 제2 실시 형태의 재킷(3B))의 시공 방법에 대하여 설명한다.

우선, 제1 재킷(3)의 시공 방법(설치 수순)에 대하여 설명한다. 이 시공 방법은, 우선 도시하지 않은 연안부나 육상의 조립 야드에서, 레그(34), 수평 브레이스(35) 및 경사 브레이스(36)를 조립하여 골조(31)를 제작한다. 이 골조(31)에 받침대(32) 및 접속부(33)를 고정하여 재킷(3)을 형성한다. 이어서, 전술한 설계 결과(산출된 콘크리트 C의 충전 위치 및 충전량)에 기초하여 골조(31)의 상부 또는 하부에 대하여, 조립 야드에서, 콘크리트 C를 충전한다(충전 공정). 이렇게 콘크리트 C를 충전하여 제1 실시 형태의 재킷(3A) 또는 제2 실시 형태의 재킷(3B)을 제작하면, 이것을 바지 등의 반송 수단에 의해 설치 장소까지 반송한다. 이어서, 설치 장소에 있어서, 전술한 말뚝(4)에 의한 고정 방법으로 물밑(G)에 고정함으로써 재킷(3)의 설치가 완료되고(설치 공정), 그 후, 별도로 반송한 풍차(2)를 받침대(32)에 고정함으로써, 풍력 발전 시설(1)이 완성된다.

이 시공 방법에서는, 충전 작업의 작업성이 향상하고, 또한, 각 부재 내의 충전성을 향상시킬 수 있고, 또한 재킷(3A, 3B)을 물밑(G)에 설치한 후에 콘크리트 C를 충전하는 경우보다 충전용의 배관 길이 등을 짧게 할 수 있다.

이어서, 제2 재킷(3)의 시공 방법(설치 수순)에 대하여 설명한다. 우선, 조립 야드에서, 레그(34), 수평 브레이스(35) 및 경사 브레이스(36)를 조립하여 골조(31)를 제작한다. 이 골조(31)에 받침대(32) 및 접속부(33)를 고정하여 재킷(3)을 형성한다. 이때, 재킷(3)의 소정 위치에 콘크리트 반송용의 배관 등을 고정해 둔다. 이어서, 재킷(3)을 바지 등의 반송 수단에 의해 설치 장소까지 반송하고, 설치 장소에서, 전술한 말뚝(4)에 의한 고정 방법으로 재킷(3)을 물밑(G)에 고정한다(설치 공정). 물밑(G)에 재킷(3)을 고정한 후, 전술한 설계 결과(산출된 콘크리트 C의 충전 위치 및 충전량)에 기초하여 골조(31)의 상부 또는 하부에 대하여, 배관을 통하여 압송 펌프에 의해 콘크리트 C를 압송하여 충전한다(충전 공정). 이렇게 콘크리트 C를 충전하여 제1 실시 형태의 재킷(3A) 또는 제2 실시 형태의 재킷(3B)을 제작하면, 그 후 별도로 반송한 풍차(2)를 받침대(32)에 고정함으로써, 풍력 발전 시설(1)이 완성된다. 또한, 골조(31)에의 콘크리트 C 충전은, 풍차(2)의 고정 후에 행해도 좋다. 이 경우에는, 고정한 풍차(2)의 회전체(24)나 블레이드(26)의 고유 주기를 실측하고, 이 실측값을 사용하여 전술한 설계용 주기 영역 Tst를 보정한다. 이 보정한 설계용 주기 영역 Tst에 기초하여 충전하는 콘크리트 C의 충전 위치나 충전량을 재설정하고 나서, 골조(31)에 콘크리트 C를 충전하도록 해도 좋다.

이 시공 방법에서는, 재킷(3A, 3B)을 설치 장소까지 반송할 때의 중량을 경량화할 수 있어, 반송 효율을 향상시킬 수 있다.

이상과 같은 본 실시 형태에 따르면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

즉, 골조(31)의 상부 또는 하부에 콘크리트 C를 충전함으로써, 재킷(3)의 고유 주기 Ts1, Ts2를 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 골조(31)의 강도 설계에 기초하여 결정된 레그(34), 수평 브레이스(35) 및 경사 브레이스(36)의 단면 치수를 변경하지 않고, 파랑이나 회전체(24), 블레이드(26)의 고유 주기와 재킷(3)의 고유 주기 Ts1, Ts2를 어긋나게 할 수 있다. 이에 의해, 회전체(24), 블레이드(26)와 재킷(3)이 공진하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 재킷(3)의 설계 공정의 간소화를 도모하고, 또한 경제적인 설계를 실현할 수 있다. 나아가, 설계 공정이 간소화됨으로써, 골조(31)를 구성하는 레그(34) 등의 부재의 표준화가 도모되거나, 골조(31)에 대한 불필요한 보강을 생략할 수 있는 등, 제조 공정에 미치는 악영향을 배제하여 제조 효율도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 각 실시 형태에만 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 다른 구성 등을 포함하고, 이하에 도시한 바와 같은 변형 등도 본 발명에 포함된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 수중 구조체로서 재킷(3)을 사용한 풍력 발전 시설(1)을 예시했지만, 본 발명의 수중 구조체는, 재킷(3)에 한하지 않고, 다음 도 5, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같은 구성이어도 좋다.

도 5에 있어서, 수중 구조체(3C)는, 지주 연장부(제1 지지 부재)(22A)와, 트러스 형상의 베이스(제2 지지 부재)(21A)를 구비한 트라이 포드 구조로 되어 있다.

베이스(21A)는, 물밑(G)에 설치된 3개의 말뚝(4)의 말뚝머리부와 지주 연장부(22A)가 연결되어 있다. 지주 연장부(22A)는, 풍차(2)의 지주(22)에 연속하여 물밑(G) 부근까지 연장되어 베이스(21A)에 연결되어 있다.

이 수중 구조체(3C)에는, 일례로서, 베이스(21A)와 물밑(G)측의 지주 연장부(22A)의 일부에 콘크리트 C가 충전되어 있다.

도 6에 있어서, 수중 구조체(3D)는, 3개의 말뚝(4)에 연속하여 수상까지 연장된 말뚝 연장부(38)에 의해 구성되어 있다. 이들 말뚝 연장부(제1 지지 부재)(38)의 상단부와 풍차(수상 구조체)(2)가 삼각대 형상의 베이스(제2 지지 부재)(21B)로 연결된 트라이 파일 구조로 되어 있다. 수중 구조체(3D)에는, 일례로서, 물밑(G)측의 말뚝 연장부(38)의 일부에 콘크리트 C가 충전되어 있다. 콘크리트 C의 충전 위치는 한정되지는 않지만, 물밑(G)의 말뚝 연장부(38) 내에 콘크리트 C를 충전하는 것보다, 고유 진동수의 조절에 기여도가 큰 수중의 말뚝 연장부(38) 내에 콘크리트 C를 많이 충전하는 것이 바람직하다. 또한, 수중 구조체(3D)의 고유 주기를 길게 하는 경우에는, 베이스(21B) 및 말뚝 연장부(38)의 수면(S)측에 콘크리트 C를 충전한다. 이에 의해, 원하는 고유 주기를 갖는 수중 구조체를 제공하는 것이 가능하게 된다.

이상과 같은 수중 구조체(3C, 3D)에 있어서, 베이스(21A)나 지주 연장부(22A), 말뚝 연장부(38)의 내부에 충전재로서의 콘크리트 C가 충전됨으로써, 부가 중량 및 부가 강성이 부여되어, 수중 구조체(3C, 3D)의 고유 주기를 조절할 수 있도록 구성되어 있다.

도 7에 있어서, 수중 구조체(3E)는, 물밑(G)부터 수상(S)까지 연장되고, 내부에 제1 공간(41a)을 갖는 강의 강관 말뚝(제1 지지 부재)(41)을 구비한 모노 파일 구조이다. 이 구성에서는, 지주(22)와 강관 말뚝(41)은 그라우트 접합부(42)에 의해 접합되어 있다. 강관 말뚝(41)의 제1 공간(41a)의 일부에 콘크리트(충전재) C가 충전되어 있고, 도 7에서는 물밑(G)부터 강관 말뚝(41)의 한가운데 근처까지 콘크리트 C가 충전되어 있다. 콘크리트 C의 충전 위치는 한정되지는 않지만, 물밑(G)의 강관 말뚝(41) 내에 콘크리트 C를 충전하는 것보다, 고유 진동수의 조절에 기여도가 큰 수중의 강관 말뚝(41) 내에 콘크리트 C를 많이 충전하는 것이 바람직하다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 모노 파일 구조의 설계 방법은, 상술한 재킷 구조와 마찬가지로, 수중 구조체(3E)의 고유 주기가 설계용 주기 영역 Tst에 들어가도록, 강관 말뚝(41)의 제1 공간(41a)의 일부에 충전하는 콘크리트 C의 충전 위치 및 충전량을 산출한다. 그리고, 산출된 위치에, 산출된 충전량의 충전재를 충전하므로, 강관 말뚝(41)의 단면 치수를 변경하지 않고, 파랑이나 회전체(24), 블레이드(26)의 고유 주기와 수중 구조체(3E)의 고유 주기를 어긋나게 할 수 있다. 이에 의해, 회전체(24), 블레이드(26)와 수중 구조체(3E)가 공진하는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 제1 수중 구조체(3E)의 시공 방법으로서는, 강관 말뚝(41)의 제1 공간(41a)에 콘크리트 C를 충전하고(충전 공정), 그 후, 물밑(G)에 수중 구조체(3E)를 설치한다(설치 공정). 또한, 제2 수중 구조체(3E)의 시공 방법으로서는, 물밑(G)에 수중 구조체(3E)를 설치하고(설치 공정), 그 후, 강관 말뚝(41)의 제1 공간(41a)에 콘크리트 C를 충전한다(충전 공정). 모노 파일 구조에 있어서도, 상술한 제1, 제2 수중 구조체의 시공 방법을 사용할 수 있어, 재킷 구조와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 상부 구조체로서 풍차(2)를 구비한 풍력 발전 시설(1)을 예시했지만, 본 발명의 수중 구조체는, 풍차(2)를 지지하는 것에 한하지 않고, 석유 굴삭용 구조물로서 이용되는 것이어도 좋고, 혹은 부두 등의 항만 시설이나 인공섬 등으로서 이용되는 것이어도 좋다. 또한, 풍력 발전 시설(1)로서도, 상기 실시 형태와 같이, 단일 재킷(3)으로 단일 풍차(2)를 지지하는 구성에 한하지 않고, 단일 재킷(3)으로 복수의 풍차(2)를 지지하는 구성이어도 좋고, 복수의 재킷(3)으로 단일 풍차(2)를 지지하는 것이어도 좋다. 이렇게 재킷(3)과 풍차(2)의 조합을 다양하게 변경한 경우에도, 상기 실시 형태와 같이 골조(31)에 충전재를 충전함으로써, 그 고유 주기를 용이하게 조절할 수 있다. 이에 의해, 풍차(2)와 재킷(3)의 공진을 효과적으로 방지할 수 있어, 경제적인 설계 및 제조를 실현할 수 있다.

또한, 충전재는, 콘크리트에 한하지 않고, 철근 콘크리트, 섬유 보강 콘크리트, 모르타르 및 쇄석 중 어느 하나이어도 좋고, 이들로부터 적절하게 선택한 것을 혼합하거나 또는 따로따로 사용하여 골조(31)에 충전해도 좋다.

또한, 레그(34), 수평 브레이스(35) 및 경사 브레이스(36)가, 폐단면을 갖는 강관으로 했지만, 이것에 한정하지 않는다. 즉, 레그(34)에만 콘크리트 C를 충전할 때는 적어도 레그(34)가 폐단면을 갖고 있으면 된다.

또한, 레그(34), 수평 브레이스(35) 및 경사 브레이스(36)에 콘크리트 C를 충전시켰지만, 레그(34)에만 콘크리트 C를 충전함으로써, 원하는 고유 주기가 되는 경우에는, 수평 브레이스(35) 및 경사 브레이스(36)에 콘크리트 C를 충전할 필요는 없다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 풍력 발전 시설(1)을 신설할 때의 설계부터 설치까지의 수순을 설명했지만, 본 발명은, 기존의 수중 구조체의 개수 방법에도 유용하다.

즉, 상기 실시 형태의 도 1에 도시한 바와 같은 풍력 발전 시설(1)이 이미 공용되어 있는 상태에서, 기설의 재킷(3)의 주위 환경의 변화에 따라 개수하는 경우, 예를 들어 물밑(G)의 지반이 해류 등에 의해 세굴되는 등의 환경 변화가 있는 경우, 물밑(G)의 지반면이 내려가 말뚝(4)의 돌출 길이가 길어진다. 이에 의해, 재킷(3)의 고유 주기가 설계 당초의 값으로부터 벗어나, 파랑의 주기나 풍차(2)의 회전체(24)나 블레이드(26)의 회전 주기와 합치되어 버릴 가능성이 있다. 이 경우, 주위 환경의 변화량에 기초하여 산출한 충전량의 콘크리트 C를 레그(34)의 제1 공간(34a), 수평 브레이스(35)의 제2 공간(35a), 경사 브레이스(36)의 제2 공간(36a) 중 적어도 레그(34)의 제1 공간(34a)의 일부에 충전한다.

또한, 이미 공용되어 있는 풍력 발전 시설(1)에 있어서, 개수 전후에 풍차(2)의 고유 주기가 변화하는 경우, 예를 들어 풍차(2) 전체를 교환하거나, 매수나 길이 등이 다른 블레이드(26)로 교환하는 등, 설계 조건이 변화한 경우, 블레이드(26)의 회전에 따른 고유 주기 영역 Tb가 변동되어, 공용 중의 재킷(3)의 고유 주기와 겹쳐 버릴 가능성이 있다. 이 경우, 고유 주기 Tb의 변화량에 기초하여 산출한 충전량의 콘크리트 C를 레그(34)의 제1 공간(34a), 수평 브레이스(35)의 제2 공간(35a), 경사 브레이스(36)의 제2 공간(36a) 중 적어도 레그(34)의 제1 공간(34a)의 일부에 충전한다. 즉, 미리 재킷(3)의 골조(31A, 31B)에 충전재 반송용의 배관 등을 고정해 두고, 전술한 제2 재킷(3)의 시공 방법(설치 수순)과 마찬가지로, 골조(31)의 상부 또는 하부에 충전재를 압송하여 충전함으로써, 재킷(3)의 고유 주기를 용이하게 조절할 수 있어, 파랑이나 회전체(24), 블레이드(26) 등과 재킷(3)의 공진을 방지할 수 있다.

또한, 상술한 수중 구조체의 개수 방법은, 도 7에 도시한 모노 파일 구조에도 적용하는 것이 가능하여, 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.

그 외, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 구성, 방법 등은, 이상의 기재에서 개시되어 있지만, 본 발명은, 이것에만 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은, 주로 특정한 실시 형태에 관하여 특별히 도시되고, 또한 설명되어 있지만, 본 발명의 기술적 사상 및 원하는 범위로부터 일탈하지 않고, 이상 설명한 실시 형태에 대하여, 형상, 재질, 수량, 그 밖의 상세한 구성에 있어서, 당업자가 여러 변형을 가할 수 있는 것이다.

따라서, 상기에 개시한 형상, 재질 등을 한정한 기재는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 예시적으로 기재한 것이며, 본 발명을 한정하는 것이 아니기 때문에, 그들의 형상, 재질 등의 한정의 일부 혹은 전부의 한정을 벗어난 부재의 명칭에서의 기재는, 본 발명에 포함되는 것이다.

2: 풍차(수상 구조체)
3(3A, 3B): 재킷(수중 구조체)
3C, 3D: 재킷(수중 구조체)
3E: 수중 구조체
24: 회전체
31: 골조
34: 레그(제1 지지 부재)
35: 수평 브레이스(제2 지지 부재)
36: 경사 브레이스(제2 지지 부재)
41: 강관 말뚝(제1 지지 부재)
G: 물밑
S: 수면

Claims

물밑에 설치되고, 수상에 설치된 수상 구조체를 지지하는 수중 구조체이며,
상기 물밑부터 상기 수상까지 연장되고, 내부에 제1 공간을 갖는 강의 제1 지지 부재와,
상기 제1 공간에 충전되는 충전재를 구비하고,
상기 수중 구조체의 고유 주기가 상기 수상 구조체의 고유 주기와는 다른 주기가 되도록, 상기 제1 공간의 일부이며, 상기 제1 지지 부재의 상단부를 포함하는 상부측 혹은 하단부를 포함하는 하부측에 충전재가 충전되어, 상기 수중 구조체의 고유 주기가 조정되어 있는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체.
제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재가 복수 설치되고,
상기 복수의 제1 지지 부재 사이를 연결하고, 내부에 제2 공간을 갖는 강의 제2 지지 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체.
제2항에 있어서, 상기 제2 공간의 적어도 일부에 충전재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체.
제1항에 있어서, 상기 수상 구조체와 상기 제1 지지 부재를 연결, 혹은 상기 제1 지지 부재와 상기 물밑에 고정된 부재를 연결하고, 내부에 제3 공간을 갖는 강의 제3 지지 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체.
제4항에 있어서, 상기 제3 공간의 적어도 일부에 충전재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 제1 지지 부재가, 폐단면을 갖는 강관을 포함하고,
상기 강관의 내부에 상기 충전재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재가, 콘크리트, 철근 콘크리트, 섬유 보강 콘크리트, 모르타르 및 쇄석 중 어느 하나를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수상 구조체가, 회전체를 구비하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체의 시공 방법이며,
적어도 상기 제1 공간의 일부에 상기 충전재를 충전하는 충전 공정과,
상기 충전 공정 후, 상기 물밑에 상기 수중 구조체를 설치하는 설치 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 시공 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체의 시공 방법이며,
상기 물밑에 상기 수중 구조체를 설치하는 설치 공정과,
적어도 상기 제1 공간의 일부에 상기 충전재를 충전하는 충전 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 시공 방법.
제1항에 기재된 수중 구조체의 시공 방법이며,
상기 제1 공간의 일부에 상기 충전재를 충전하는 충전 공정과,
상기 충전 공정 후, 상기 물밑에 상기 수중 구조체를 설치하는 설치 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 시공 방법.
제1항에 기재된 수중 구조체의 시공 방법이며,
상기 물밑에 상기 수중 구조체를 설치하는 설치 공정과,
상기 설치 공정 후, 상기 제1 공간의 일부에 상기 충전재를 충전하는 충전 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 시공 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 수중 구조체의 설계 방법이며,
상기 수상 구조체의 고유 주기에 기초하여, 상기 고유 주기와 겹치지 않는 설계용 주기 영역을 산출하고,
상기 수중 구조체의 고유 주기가 상기 설계용 주기 영역에 들어가도록, 적어도 상기 제1 공간의 일부에 충전하는 상기 충전재의 충전 위치 및 충전량을 산출하고,
상기 충전 위치에 상기 충전량의 상기 충전재를 충전하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 설계 방법.
제1항에 기재된 수중 구조체의 설계 방법이며,
상기 수상 구조체의 고유 주기에 기초하여, 상기 고유 주기와 겹치지 않는 설계용 주기 영역을 산출하고,
상기 수중 구조체의 고유 주기가 상기 설계용 주기 영역에 들어가도록, 상기 제1 공간의 일부에 충전하는 상기 충전재의 충전 위치 및 충전량을 산출하고,
상기 충전 위치에 상기 충전량의 상기 충전재를 충전하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 설계 방법.
물밑에 세워 설치되고 또한 수상에 설치된 수상 구조체를 지지하는 강의 제1 지지 부재를 구비한 기설의 수중 구조체를 주위 환경의 변화에 따라 개수(改修)하는 방법이며,
상기 수중 구조체의 고유 주기와 설계 당초의 수중 구조체의 고유 주기의 차분(差分)에 기초하여 충전재의 충전 위치 및 충전량을 산출하고, 산출한 충전량의 충전재를, 상기 충전 위치인 상기 제1 지지 부재 내에, 상기 충전재가 충전가능하게 형성된 제1 공간의 일부에 충전하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 개수 방법.
물밑에 세워 설치되고 또한 수상에 설치된 수상 구조체를 지지하는 강의 제1 지지 부재를 구비한 기설의 수중 구조체를 개수(改修)하는 방법이며,
개수(改修) 전후에 상기 수상 구조체의 고유 주기가 변화하는 경우에, 이 고유 주기의 변화량에 기초하여 충전재의 충전 위치 및 충전량을 산출하고, 산출한 충전량의 충전재를, 상기 충전 위치인 상기 제1 지지 부재 내에, 상기 충전재가 충전가능하게 형성된 제1 공간의 일부에 충전하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 개수 방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제1 지지 부재가 복수 설치되고, 이들 제1 지지 부재 사이를 접속하는 동시에 내부에 제2 공간을 갖는 강의 제2 지지 부재를, 상기 수중 구조체가 더 구비하는 경우에,
상기 제2 공간의 적어도 일부에 충전재를 충전하는 것을 특징으로 하는, 수중 구조체의 개수 방법.