KR101851536B1 - 웨이브형 탱크 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이브형 탱크 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 곡면으로 돌출되는 산부와, 산부와 산부가 만나는 골부가 연속적으로 형성되는 측벽을 갖는 웨이브구조와, 상기 웨이브구조의 측벽 상부에 고정되는 상판과, 상기 측벽 하부에 고정된 바닥판과 상기 골부에 구성되는 보강부를 포함하는 패널 용접식 웨이브형 탱크에 있어서, 상기 골부에 해당하는 좌우측 양변에서 각각 정면방향으로 절곡된 좌우 절곡부위와 상하측변에서 각각 후면방향으로 절곡된 상하 절곡부위를 형성한 복수의 라운드패널과; 상기 웨이브형 탱크의 단열 및 외장 시공을 위해서, 상기 측벽에 수직하게 고정되는 복수개의 스터드볼트들과; 상기 측벽을 감싸게 결합되는 단열재와; 상기 단열재의 외표면을 감싸는 박판의 외장재와; 상기 단열재 및 상기 외장재를 상기 스터드볼트에 고정시켜 상기 측벽에 밀착시키기 위한 고정용 폴대를 포함함으로써, 상기 단열재와 상기 외장재가 상기 측벽의 연속적 웨이형 외표면에 대응하게 연속적으로 '3'자 단면 형상을 갖도록 구성되어, 특정 지점의 응력집중을 방지, 저장유량, 경제성에서 유리하고 바닥판을 콘크리트 기초에 밀착시켜 부착이 가능하므로 토압, 수압, 바닥판과 콘크리트 기초 사이로 수분의 침투 등에 의해 야기되는 바닥판의 변형을 방지할 수 있어 전체적으로 구조적 안정성을 도모할 수 있는 장점이 있는 웨이브형 탱크 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

Description

웨이브형 탱크 및 이의 시공방법{Wave type tank and constructing method thereof}

본 발명은 웨이브형 탱크 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탱크의 측벽구조를 웨이브 형상으로 마련하여 특정 지점의 응력집중을 방지, 저장유량, 경제성에서 유리하고, 바닥판을 콘크리트 기초에 매립된 매립채널에 부착시킴으로써 토압, 수압, 바닥판과 콘크리트 기초 사이로 수분의 침투 등에 의해 야기되는 바닥판의 변형을 방지할 수 있어 전체적으로 구조적 안정성을 도모할 수 있는 웨이브 형 탱크 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 공장, 건축, 농축산, 건물 등에 설치되는 대형 물탱크는 시설 규모나 용도에 따라 다양한 형태를 갖는다. 이런 대형 물탱크는 시공방법에 따라 돌, 벽돌을 쌓아 올린 조적식, 콘크리트 타설식, 미리 성형한 철제패널이나 플라스틱 수지패널을 볼트 내지 용접에 의해 이어 붙인 패널조립식, 플라스틱 수지를 일체형으로 형성한 몰딩식, 철제 스트립의 길이방향의 변을 스파이럴 방향으로 용접한 LIPP 방식, 다수의 원통형 플랜지 유닛을 높이 방향으로 적층하여 결합시킨 원통형 유니트 적층식 등으로 분류된다.

또한, 물탱크들은 재질상으로, 비위생적이며 유지 보수가 매우 어려운 콘크리트 재질과, 소형이면서 수명이 7∼8년 정도 되는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 재질과, 10년 정도 사용이 가능한 SMC(Sheet Molding Compound) 재질과, 반영구적 사용이 가능하여 물탱크의 사용처 대비 경제성이 매우 뛰어난 스테인레스 재질로 구분된다.

특히, 스테인레스 재질의 물탱크는 재질의 특성상 반영구적 사용과 함께 뛰 어난 내구성, 내식성, 부식성이 강하여 수질 오염을 최소화하는 것으로 잘 알려져 있으며, 비록 재질 단가는 다른 재질에 비해 상대적으로 높으나, 한번 설치되면 20년 이상 사용되는 물탱크의 사용처의 특성상 사용 연수대비 경제성은 다른 재료와 비교할 수 없을 정도이다.

종래 기술에 따른 물탱크는 소정 면적의 사각형 패널의 각 변을 용접 내지 볼트조립에 의해 연결하고, 탱크내부에서 각 모서리가 접하는 사각형 패널의 내표면 사이에 고정되어 탱크 내부를 횡단하는 보강 부재인 다수의 가로, 세로 방향의 보강지주를 세워서 수압을 지탱하도록 되어 있다. 그러나, 이러한 종래 기술은 내부에 서로 엉켜있는 듯한 다수의 보강대들에 의해서 청소 작업이 매우 어려우며, 보강 부재의 부식에 따라 수질 오염의 위험이 있고, 계속된 수압이 작용으로 측벽의 변형을 유발하는 문제가 있었다.

대한민국 실용신안등록 제20-169806호

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 지중 또는 지상에 탱크를 설치하는 경우에 토압 또는 수압에 대한 응력완화면에서 유리하고, 지중의 수분의 침투 등에 의한 바닥판의 변형을 방지할 수 있는 웨이브형 탱크 및 이의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 문제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 웨이브형 탱크는 곡면으로 돌출되는 산부와, 산부와 산부가 만나는 골부가 연속적으로 형성되는 측벽을 갖는 웨이브구조와, 상기 웨이브구조의 측벽 상부에 고정되는 상판과, 상기 측벽 하부에 고정된 바닥판과 상기 골부에 구성되는 보강부를 포함하는 패널 용접식 웨이브형 탱크에 있어서, 상기 골부에 해당하는 좌우측 양변에서 각각 정면방향으로 절곡된 좌우 절곡부위와 상하측변에서 각각 후면방향으로 절곡된 상하 절곡부위를 형성한 복수의 라운드패널과; 상기 웨이브형 탱크의 단열 및 외장 시공을 위해서, 상기 측벽에 수직하게 고정되는 복수개의 스터드볼트들과; 상기 측벽을 감싸게 결합되는 단열재와; 상기 단열재의 외표면을 감싸는 박판의 외장재와; 상기 단열재 및 상기 외장재를 상기 스터드볼트에 고정시켜 상기 측벽에 밀착시키기 위한 고정용 폴대를 포함함으로써, 상기 단열재와 상기 외장재가 상기 측벽의 연속적 웨이형 외표면에 대응하게 연속적으로 '3'자 단면 형상을 갖도록 한 것이 특징이다.

이때, 상기 웨이브형 탱크의 상기 측벽 상단부위의 통기공에 공기 배출관을 결합함으로써 내부 공기를 외부 공기와 교환시킬 수 있도록 한 것이 특징이다.

또한, 상기 상판은 다수의 허니콤(honeycomb)패널을 평행방향으로 배열한 후, 각각의 연변을 용접하여 직사각형이 되도록 결합시킨 것으로서, 개폐 가능한 맨홀 커버를 구비한 것이 특징이다.

아울러, 상기 웨이브구조는 상기 측벽에 세로 보강앵글을 사용하여 지지하도록 한 것이 특징이다.

한편, 상기 보강부는 상기 골부와 동일한 곡률을 형성하는 보강판인 것이 특징이다.

일례로써, 상기 보강판은 측벽에 있어 상단에서 하단방향으로 동일 유격으로 차례로 1,2,3구간으로 구획할시에 2구간 및 3구간에 구성되며, 각각의 구간에서 보강판의 갯수는 2구간보다 3구간이 더 많도록 보강되는 것이 특징이다.

다른 예로써, 상기 보강판은 측벽에 있어 상단에서 하단방향으로 동일 유격으로 차례로 1,2,3구간으로 구획할시에 1, 2, 3구간에 구성되되, 각각의 구간에서 보강판의 갯수는 1구간보다 2구간이 더 많이 보강되며, 2구간보다 3구간이 더 많이 보강되는 것이 특징이다.

이때, 상기 보강부에는 상기 보강판의 일단과 상기 골부의 외측면에 부착되는 측면 보강판이 더 포함되되, 상기 측면 보강판은 상기 3구간에 구성되는 것이 특징이다.

또한, 상기 측벽에 구성된 상기 보강판, 상기 측면 보강판 및 상기 골부의 외측면에 의해 형성되는 공간에는 몰탈이 충진되는 것이 특징이다.

아울러, 상기 측벽은 콘크리트 기초에 매립되어 상면이 노출되는 매립채널과 상기 매립채널의 노출된 상면에 부착되는 바닥판의 상면에 구성되되, 매립채널의 상면과 콘크리트 기초의 상면은 연하도록 구성되는 것이 특징이다.

한편, 본 발명의 웨이브형 탱크의 시공방법은 콘크리트 기초를 타설하면서 탱크의 형상에 대향하도록 상면을 노출시켜 매립채널을 콘크리트 기초에 매립하는 단계와; 매립채널의 상면에 바닥판을 부착하는 단계와; 바닥판의 상면에 곡면으로 돌출되는 산부와, 산부와 산부가 만나는 골부가 연속적으로 형성되는 측벽을 부착하는 단계와; 골부에 보강부를 부착하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.

이때, 콘크리트 기초를 타설하면서 탱크의 형상에 대향하도록 상면을 노출시켜 매립채널을 콘크리트 기초에 매립하는 단계에는, 매립채널의 노출된 상면과 콘크리트 기초의 상면이 연하도록 매립채널을 콘크리트 기초에 매립하는 것을 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.

이와 같이, 상기한 본 발명에 따른 웨이브형 탱크 및 이의 시공방법은 좌굴방지 및 응력분산에 유리한 웨이브 형상의 측벽을 차용하면서 특정 지점의 응력집중을 방지, 저장유량, 경제성에서 유리한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 웨이브형 탱크 및 이의 시공방법은 바닥판을 콘크리트 기초에 밀착시켜 부착이 가능하므로 토압, 수압, 바닥판과 콘크리트 기초 사이로 수분의 침투 등에 의해 야기되는 바닥판의 변형을 방지할 수 있어 전체적으로 구조안정성을 도모할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 웨이브형 탱크의 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 웨이브형 탱크의 우측면도.
도 3은 도 1에 도시된 웨이브형 탱크의 라운드패널과 결합방법을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 웨이브형 탱크의 단열시공 방법을 설명하기 위한 부분사시도.
도 5는 도 1에 도시된 웨이브형 탱크의 조립상태를 설명하기 위한 단면도 및 그의 확대도.
도 6은 본 발명의 웨이브형 탱크의 일 구성인 보강부를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 웨이브형 탱크의 일 구성인 보강부의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 웨이브형 탱크의 시공플로우를 나타내는 개략도.
도 9 내지 도 13은 유한요소 해석결과를 나타내는 그래프

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적은 패널 용접식 웨이브형 탱크에 있어서, 다수의 라운드패널(110)을 가로방향으로 용접하여 연속적인 라운드 곡면의 측벽(100)을 갖도록 한 연속적 웨이브구조와, 이 연속적 웨이브구조의 측벽(100) 상부에 고정되는 상판(100)을 포함하여 이루어지며, 상기 라운드패널(110)이 스테인레스 재질의 바닥판(130)의 상면에 수직하게 세워져 있으며 상하방향으로 어떠한 패널들이 조립되거나 용접되지 않는 단일체로서, 처음부터 휨변형을 갖게 제작된 것을 특징으로 하는 연속적 웨이브구조를 갖는 웨이브형 탱크에 의해 달성된다.

또한, 각각의 실시 예들 전반에 걸쳐 제공되는 연속적 웨이브구조란, 상하방향으로 어떠한 패널들이 조립되거나 용접되지 않는 단일체로서, 처음부터 휨변형을 갖게 제작한 일자형 라운드패널(110)을 연속적으로 용접시공하여 곡면을 형성하는 산부와, 산부와 산부가 만나는 골부가 연속적으로 연결되는 벽체 구조를 의미한다. 이런 본 발명의 연속적 웨이브구조는 각각의 라운드패널(110)을 바닥면에 높이 방향으로 세운 후 연속적으로 그의 양 측변들을 용접시공함으로써 전체적으로는 사각형이나, 만곡하게 각각 부풀어오른 라운드패널이 수압을 분산수용하며, 용접 부위 자체가 가로 방향의 지주 역할을 담당하고, 라운드 곡면을 따라 분산됨으로, 가로방향의 보강앵글이 필요 없이 자연스럽게 전단방향으로 응력을 분산시킬 수 있는 구조이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 연속적 웨이브구조를 갖는 탱크의 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 웨이브형 탱크의 우측면도를 보여주고 있다. 또한, 도 3은 도 1에 도시된 웨이브형 탱크의 라운드패널과 결합방법을 보여주고 있으며, 도 4a와 도 4b는 도 1에 도시된 웨이브형 탱크의 연속적 웨이브구조의 단열시공 방법을 설명하기 위한 부분사시도들이다. 그리고, 도 5는 도 1에 도시된 웨이브형 탱크의 조립상태를 설명하기 위한 단면도 및 그의 확대도들이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 대체적으로 평활한 표면을 라운드형상으로 만곡시킨 라운드패널(110)이 제공된다.

개략적으로, 웨이브형 탱크는 콘크리트 기초(160)위에 설치되는 스테인레스 재질의 바닥판(130)과, 그의 상면에 수직하게 세워져 있으며 다수의 라운드패널(110)을 가로방향으로 용접하여 연속적인 웨이브구조의 측벽(100)과, 이러한 측벽(100) 상부에 고정되는 상판(120)으로 이루어져 있다.

본 실시 예에 따른 웨이브형 탱크는 길이 4.5m, 높이 2.5m, 폭 2.5m인 경우 대 략 2톤의 물을 저장할 수 있는 용량이고, 길이, 높이, 폭의 변경에 따라 수십 톤의 용량을 가질 수 있으며, 동일 체적 웨이브형 탱크에 비해 획기적으로 내부 용접선 사용이 적은 특징을 갖는다.

더욱 상세하게 설명하면, 웨이브형 탱크의 받침대인 콘크리트 기초(160)는 웨이브형 탱크를 지면으로부터 소정 높이에서 지지하는 역할과 함께 배관부재(140)의 설치공간을 제공하는 역할을 담당한다. 물론, 콘크리트 기초(160)가 없는 웨이브형 탱크의 경우, 배관부재(140)는 측벽(100)을 관통하여 배관부재(140)가 배관될 수 있음은 물론이다.

바닥판(130)은 염소가스에 의한 부식방지 효과와, 내식성, 내구성, 내충격성이 강한 'STS444', 'DUPLEX2205, 2206' 등이 사용되며, 상기 배관부재(140)의 재질은 'KS D 3595', 'KS D 3576' 등이 사용 가능하다.

상기 라운드패널(110)은 상기 바닥판(130)과 동일 재질로서 응력 분산 효과를 발생시키는 라운드된 곡면을 갖는다.

이런 라운드패널(110)은 가로방향으로 용접되어 연장될 때, 그의 용접부위는 예각으로 접하는 두 모재를 용접하는 경우와 같이 상대적으로 가장 큰 접합력을 갖는다. 즉, 라운드패널(110) 하나만을 놓고 볼 경우에는, 수압이 곡면 접선방향의 수직방향으로 전달될 경우, 휨변형이나, 벌징(bulging)이 발생되기 쉬우나, 두 개 이상의 라운드패널(110)이 폐쇄적으로(연속적으로) 연결될 때, 수톤에서 수십톤의 물을 지탱할 수 있는 강력한 구조적 안정성을 갖는다.

다만, 본 발명에서와 같이, 라운드된 곡면을 갖는 라운드패널(110)을 길이방향으로 용접시공하여 길이방향으로 연속하는 연속적 웨이브구조의 측벽(100)을 형성한 후, 이 측벽(100)에 바닥면(130)과 허니콤 재질의 상판(120)을 고정시키고 라운드패널(110)로 이루어진 측벽의 주위에는 보온을 위해 단열재와 박판의 알루미늄 외장재와 고정대(183, 185)가 마감처리 될 수 있다.

상기 상판(120)은 허니콤(honeycomb)패널로서 통상의 규격 제품을 사용한다. 이때, 허니콤패널은 평행방향으로 배열된 후, 각각의 연변을 용접하여 직사각형이 되도록 연결한 것으로서, 경량이면서도 수직 및 인장 하중에 매우 강하고 보온 단열 효과가 뛰어나며, 길이방향의 휨변형이 매우 작아서 별도의 보강대를 필요로 하지 않는다. 이러한 상판(120)은 상술한 연속적 웨이브구조의 측벽(100) 상부에 올려진 후 용접되며, 다수의 후크 형상의 고정구(121, 122)들에 의해 고정된다.

또한, 상판(120)은 커버 사각 구멍 프레임(126)에서 힌지 개폐식으로 열고 닫을수 있는 맨홀 커버(123)를 구비하고 있으며, 필요에 따라 맨홀 커버(123)의 안쪽으로 내부 사다리가 장착될 수 있다.

또한, 상판(120)은 공기 배출구를 더 구비할 수 있으며, 본 발명에서는 두 개의 공기 배출관(124)이 각각 측벽 양측의 상단부에 결합되어서, 웨이브형 탱크의 내부 공기와 외부 공기를 서로 전달시킬 수 있게 관통되어 있다.

아래에서, 앞서 설명한 라운드패널(110)의 제작방법에 대해서 상세히 설명하겠다.

도 3의 (a)로 표시한 바와 같이, 스테인레스 판재(110')는 절곡 및 벤딩 성 형장치나, 폼블록(form block)을 갖는 인장성형장치에 의해서, (b)와 같이, 라운드패널(110)로 성형된다. 즉, 스테인레스 판재(110')는 소정 면적을 갖게 직사각형으로 절단된 후, 네개의 모서리 부위(101 ∼ 104)를 절개시키고, 이후, 성형장치에서 절곡 및 벤딩되어서 도시된 바와 같은 라운드패널(110)의 형상을 갖게 된다.

상기 라운드패널(110)은 안쪽면을 기준으로 볼 때, 볼록한 산부(119)의 좌우측변인 골부(111)에서 각각 정면방향으로 절곡된 좌우 절곡부위(111a, 111b)와, 그의 상하측변에서 수직하게 각각 반대 방향인 후면방향으로 절곡될 때 상기 산부(119)의 원주율에 대응하게 부채꼴 형상을 갖게 되는 상하 절곡부위(118a, 118b)를 일체형으로 갖는다.

이때, 라운드패널(110)의 스테인레스 스트립 두께(t)는 1.5t ∼ 2.0t로서 기존의 웨이브형 탱크에 사용되는 판재의 두께에 비해 두껍지 않고, 라운드 곡면의 가로방향 폭(w)은 대략 1m 정도이며, 라운드된 깊이(g)는 25㎝이고, 각각의 절곡부위(111a, 111b, 118a, 118b)의 높이(h)는 3㎝이다.

(c)와 같이, 라운드패널(110)들은 각각 폭방향으로 결합부재(114)를 통해 결합되되, 결합부재(114)는 연속적 웨이브구조의 측벽 연결부위를 결합하는 수단으로서, 물을 담을 때 발생하는 수압을 벽체에 흡수하는 구조에 적합하도록 다양한 단면 형상의 빔, 앵글 등이 사용가능하다.

즉, 도 3의 (c)와 같이 결합부재(114)는 직각 후크 단면 형상을 갖는 앵글 내지 빔으로서, 용접선의 연장방향을 증가시키고, 돌출된 거리만큼 관성모멘트를 상대적으로 증가시킬 수 있고, 라운드패널(110)의 좌우 절곡부위(111a, 111b)의 표면 중 어느 하나에 용접되거나 볼트 고정되는 것이다.

도 4a와 도 4b에 도시한 바와 같이, 라운드패널(110)로 이루어진 짧은 측벽(110b) 두 개와 긴 측벽(110a) 두 개는 동일 재질의 바닥판(130)의 상면에 수직하게 세워진 후 바닥판(130)에 용접되고, 각각의 모서리 부위에서 긴 측벽(110a)과 짧은 측벽(110b)이 접촉하는 좌우 절곡부위를 일자로 용접하여 벽체를 이루도록 한 다.

또한, 짧은 측벽(110b) 쪽의 상단부위에는 공기 배출관(124) 결합용 통기공(125)이 형성되어 있다.

한편, 본 발명의 웨이브형 탱크는 필요한 경우 아래와 같은 단열 및 마감 처리가 가능하다.

즉, 각각의 측벽(110a, 110b)의 외표면에는, 더욱 상세하게 설명하면, '3'자 단면의 골부에 수직하게 복수개의 스터드볼트(182)의 헤드를 용접한 후, 각각의 측벽(100)을 감싸도록 단열재(180)를 부착시키고, 이후, 단열재(180)의 외부에 박판의 알루미늄 외장재(181)를 배치시킨다. 여기에서, 단열재(180)는 측벽(100)의 외 표면과 별도의 스프레이형 접착제에 의해 고정될 수 있으며, 자체적으로 접착테잎을 갖는 경우, 접착테잎의 접착력으로 고정된다.

또한, 본 웨이브형 탱크가 외형적으로 앞서 설명한 연속적 웨이브구조의 외형상을 갖기 위해서, 각각의 스터드볼트(182)에는 체결구멍을 갖는 고정용 폴대(183, 185)가 삽입된 후, 너트(184)와 와셔에 의해 체결된다.

이런 경우, 단열재(180)와 외장재(181)는 측벽(100)의 연속적 라운드형 외표면에 대응하게 연속적으로 '3'자 단면 형상을 갖게 된다.

또한, 외부 공기와 내부 공기가 통할 수 있도록, 통기공(125)쪽 단열재와 외장재를 전개한 후, 짧은 측벽(110b) 쪽의 통기공(125)에 공기 배출관(124)을 용접에 의해 결합시킨다.

이후, 각각의 라운드패널(110)의 상단 중앙 내표면에는 상판을 체결시키기 위한 다수의 후크 형상의 고정구(121, 122)들이 각각 용접에 의해 고정된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 고정구(121)에는 상판(120)의 일측부가 끼워져서 고정되고, 상판(120)의 내표면은 측벽(100)의 상부에서 용접되어서 더욱 견고하게 고정된다.

또한, 웨이브형 탱크에 배관된 배관부재(140) 중, 물이 들어오도록 밸브를 구비한 입수관(141)은 짧은 측벽(110b)에 관통하게 용접시공되어 있으며, 필요에 따라 물을 외부로 배출시키도록 밸브를 구비한 출수관(142)은 바닥판(130)에 관통하게 용접시공되어 있고, 청소시 오수를 외부로 배출시키기 위한 청소관(143)도 바닥판(130)에 배관되어 있다. 물론, 필요에 따라 상기 배관부재(140)는 바닥판(130)을 통하지 않고, 측벽(100)을 통해 배관될 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 구성인 보강부가 웨이브형 탱크에 적용되는 예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 보강부(150)에는 도 6에서 보는 바와 같이 상기 골부(112)와 동일한 곡률을 형성하는 보강판(151)을 포함한다. 상기 보강판(151)은 상기 골부(112)에 부착됨에 의해 골부(112)에서의 응력집중을 완화하게 되는 것이다.

또한, 이에 더하여 상기 보강부(150)에는 도 6에서 보는 바와 같이 상기 보강판(151)의 일단과 상기 골부(112)의 외측면에 부착되는 측면 보강판(152)이 더 구성되어 골부(112)에서의 응력집중을 더욱 완화시킬 수 있다.

여기서 상기 측면 보강판(152)은 골부(112)에서 이에 부착된 상기 보강판(151)과 상기 골부(112)에 의해 형성되는 공간을 마감하도록 구성되는 것이다. 상기 측면 보강판(152)은 도 6에서 보는 바와 같이 사각 판 형상으로 구성된다.

한편 상기 보강판(151)은 측벽(110)에 있어 도 6에서 보는 바와 같이 상단에서 하단방향으로 동일 유격으로 차례로 1,2,3구간으로 구획할시에 2구간 및 3구간에 구성될 수 있다.

또한, 각각의 구간에서 보강판(151)의 갯수는 2구간보다 3구간이 더 많도록 구성됨이 타당하다. 이는 토압에 의한 하중이 측벽의 하단방향으로 커짐에 따라(탱크 내부에 물이 없다고 가정하여 보강) 상기 보강판을 상기 측벽의 하부구간에 집중적으로 보강을 하는 것이며, 이에 더하여 하부 구간만을 보강할 시에는 상부구간에 응력취약지점을 형성할 수 있어 하부구간보다 적은 갯수로 중부구간에도 보강을 하는 것이다.

즉 이렇게 효율적인 보강을 함으로써 구조적 내실을 다지고 재료적인면에서 경제성을 달성할 수 있게 되는 것이다. 이는 하기에서 보는 유한요소 해석결과를 토대로 실험적으로도 도출할 수 있었다.

-.보강판의 부분적 보강에 따른 검토

본 검토는 보강판을 모든 측벽의 골부에 설치하지 않고 부분적으로 보강함으로써 그에 따른 보강효과를 검증해 보았다. 도 9 및 도 10은 보강판을 측벽 하부 4곳에 보강한 경우 해석결과에 대한 응력 분포를 나타낸 것이다.

아래 표 1은 측벽의 골부에 직경이 작은 보강판과 직경이 큰 보강판을 하부 4곳만을 보강한 두 가지 해석결과 중 일부의 위치에서 최대응력을 나타낸 것이다. 또한 비교를 위하여 보강판이 없는 비교 예에 대한 해석결과도 함께 나타내었다. 단, 표에서 괄호 안의 숫자는 요소번호를 나타낸 것이고 최대응력의 단위는 kgf/㎜ㅂ이다

하기 표 1에서 보는 바와 같이 큰 보강판으로 보강한 경우가 작은 보강판으로 보강한 경우보다 보강효과가 약 10%정도 우수함을 알 수 있었다.

그리고 보강판으로 하부 4곳만을 보강한 경우와 보강이 없는 경우에 대한 해석결과를 비교해 보면, 보강판으로 보강한 경우의 최대응력은 보강이 없는 경우에 비하여 측벽 하부에서는 감소하였지만 측벽 상부에서는 오히려 증가하였다. 즉 측벽의 하부를 보강함으로써 하부의 응력은 감소하였지만 상부의 응력은 증가하는 결과가 나타났다. 그 이유는 하부 보강에 따른 상부의 상대적인 강성의 감소 때문이라고 판단된다.

- 보강판을 하부 4곳과 중부 3곳에 보강한 경우의 검토

도 11 및 도 12는 작은 보강판 및 큰 보강판을 하부 4곳과 중부 3곳에 보강한 경우 해석결과에 의한 응력 분포를 나타낸 것이다.

하기 표 2는 측벽의 골부에 작은 직경의 보강판과 큰 직경의 보강판을 하부 4곳과 중부 3곳을 보강한 두 가지 해석결과 중 일부 위치에서의 최대응력을 나타낸 것이다. 또한 비교를 위하여 보강판이 없는 비교 예에 대한 해석결과도 함께 나타내었다. 단, 표에서 괄호 안의 숫자는 요소번호를 나타낸 것이고 최대응력의 단위는 kgf/㎜ㅂ이다.

이 경우도 큰 보강판으로 보강한 경우가 작은 보강판으로 보강한 경우보다 보강효과가 우수함을 확인할 수 있었다. 그리고 보강판으로 하부 4곳과 중부 3곳을 보강한 경우와 보강이 없는 경우에 대한 해석결과를 비교해 보면, 보강판으로 보강한 경우의 최대응력은 보강이 없는 경우에 비하여 전반적으로 감소함으로써 보강효과가 나타났다.

또한, 본 해석결과를 통해 측벽의 하부 및 중부를 보강하는 경우가 상기 해석결과에서 보는 바와 같이 하부만을 보강한 경우 측벽 상부에서 응력이 증가하는 현상을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서 보강판은 측벽의 하부 및 중부에 보강하는 것이 타당하고, 토압이 하부에서 크게 작용하므로 보강갯수는 하부의 보강갯수를 중부의 보강갯수보다 많게 하는 것이 타당하다. 그런데 본 해석결과에서는 측벽 상부의 골부에서의 최대응력이 재료의 극한강도보다 큰 값을 나타내는 경우가 도출됨을 알 수 있다.

-. 보강판 및 측면 보강판의 부분적 보강에 따른 검토

상기에서 보는 바와 같이 보강판의 부분적인 보강에 따른 보강효과를 확인해 본 결과 큰 보강판을 하부 4곳과 중부 3곳에 설치하는 것이 가장 효과적인 것을 알 수 있었으나, 경우에 따라 상부 측벽의 골부에서 최대응력이 재료의 극한강도보다 큰 값을 나타낼 수 있어 이에 대한 보강의 필요성이 도출되었다.

이에 본 검토에서는 큰 보강판을 하부 4곳과 중부 3곳에 설치하는 것 외에 측면 보강판을 하부 3곳에 설치함으로써 보강효과를 검증하였다.

도 13은 큰 보강판을 하부 4곳과 중부 3곳에 설치하고 이에 따른 측면 보강판을 하부 3곳에 보강한 해석결과에 의한 응력 분포를 나타낸 것이다.

상기 표 3에서 보는 바와 같이 측벽의 골부에 보강판으로 하부 4곳과 중부 3곳, 그리고 측면 보강판으로 하부 3곳을 보강한 웨이브형 탱크에 대하여 지붕이 없는 경우와 지붕이 있는 경우에 대한 해석결과를 나타낸 것이다. 표에서 괄호 안의 숫자는 요소번호를 나타낸 것이고 최대응력의 단위는 kgf/㎜ㅂ이다.

본 검토 결과에서 알 수 있듯이 보강판으로만 보강한 경우에 비하여 측면 보강판을 하부 3곳에 더 구성하는 경우가 측벽 하부의 골부는 물론 측벽 상부의 골부에 있어서도 최대응력이 매우 감소함을 알 수 있었다.

이러한 유한요소해석 결과들에 의해서 결론적으로 본 발명의 웨이브형 탱크를 지중에 설치하는 경우는 보강판(151)은 도 4에 도시된 바와 같이 측벽(110)의 상단에서 하단방향으로 동일 유격으로 차례로 1,2,3구간으로 구획할시에 2구간 및 3구간에 게재되도록 하는 것이 타당하며, 각각의 구간에서 보강판(151)의 갯수는 2구간보다 3구간이 더 많도록 보강됨이 타당하고, 이에 더하여 3구간에는 측면 보강판(152)을 더 구성하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명에서는 도 7에서 보는 바와 같이 보강부(150)의 다른 실시 예가 제시된다. 본 실시 예의 보강부(150)는 그 설치 개소는 각각 도 6의 보강부(150)와 동일하나, 측벽의 하부 즉 3구간에서 보강판(151a) 및 측면 보강판(152)에 의해 형성되는 공간에 몰탈을 충진하는 예가 제시된다.

이를 위해서 상기 보강판(151a)에는 중앙에 관통공(151a-1)이 형성되어 각각의 보강판(151a)을 골부(111)에 부착하고, 보강판(151a)과 골부(111)에 의해 형성되는 공간에 상부의 보강판(151a)의 관통공(151a-1)으로 몰탈(153)을 주입하여 충진함으로써 보강판(151a), 골부(111) 및 측면 보강판(152)에 의해 형성되는 공간을 몰탈(153)로 충진함으로써 측벽(100) 하부의 골부(111)를 더욱 견고하게 보강하게 되는 것이다. 이 경우는 중간에 게재되는 보강판(151a)의 수를 줄여도 몰탈(153)에 의한 보강이 이루어지므로 충분한 보강효과가 있게 된다.

한편 본 발명에서는 웨이브형 탱크의 시공방법을 제시하고 있는 바, 이를 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한다.

도면에 도시된 바는 없으나 지중에 설치하는 경우는 매립될 지반에 대한 굴착이 선행되어야 할 것이다. 이 경우 본 발명의 웨이브형 탱크는 지반에 매립형으로 생물반응조 등의 용도로 사용될 수 있다.

먼저, 도 8a에서 보는 바와 같이 굴착지 지반에 콘크리트 기초를 타설하면서 시공되는 탱크의 형상에 대향하도록 상면을 노출시켜 매립채널(170)을 콘크리트 기초에 매립하는 단계를 갖는다. 즉 굴착지 지반에 콘크리트 기초(160)를 타설하되, 매립채널(170)의 상면(171)이 콘크리트 기초(160)의 상면(161)과 연하도록 하는 것이다. 이를 위해서는 거푸집을 설치하면서 콘크리트 타설 높이에 맞추어 매립채널(170)을 설치하고 콘크리트를 타설하여 콘크리트 기초(160)를 시공하여야 한다.

상기 매립채널(170)은 도 8a에서는 "ㄷ"자 형상의 단면을 갖는 예가 제시되나 이에 한정하는 것은 아니며 이렇게 매립채널(171)을 콘크리트 기초(160)에 각각의 상면(171, 161)이 연하도록 매립함으로써 이후 단계에서 설치되는 바닥판(130)이 콘크리트 기초(160) 상면(161)과 완전히 접하도록 설치될 수 있고, 상기 바닥판(130)을 모든 방향에서 완전히 부착이 되도록 하는 것이다. 이렇게 함으로써 바닥판(130)과 콘크리트 기초(160) 사이에는 공간이 형성되지 않아 수밀한 구조가 제공되어 바닥판(130)의 변형이 방지되고, 토압, 수압 등에 의해 야기되는 바닥판(130)의 변형을 방지할 수 있게 되는 것이다.

그 다음으로 도 8b에서 보는 바와 같이 매립채널(170)의 상면(171)에 바닥판(130)을 부착하는 단계를 갖는다. 본 단계에서는 매립채널(170)의 상면(171)에 바닥판(130)을 용접 등에 의한 공지방법으로 부착을 하되 매립채널(170)과 바닥판(130) 사이로 수분이 침투되지 않도록 수밀하게 부착이 되어야 한다.

그 다음으로 도 8c에서 보는 바와 같이 바닥판(130)의 상면에 외측으로 곡면을 형성하는 산부(119)와, 상기 산부(119)와 산부가 만나는 골부(111)가 연속적으로 형성되는 측벽(100)을 부착하는 단계를 갖는다.

그 다음으로 도 8d에 도시된 바와 같이 골부(111)에 보강부(150)를 부착하는 단계를 갖는 바, 이러한 보강부(150)는 보강판(151) 및 측면 보강판(152)을 포함하되 상기에서 언급한 바와 같이 보강판(151)은 도 6에 도시된 바와 같이 측벽(110)의 상단에서 하단방향으로 동일 유격으로 차례로 1,2,3구간으로 구획할시에 2구간 및 3구간에 게재되도록 하는 것이 타당하며, 각각의 구간에서 보강판(151)의 갯수는 2구간보다 3구간이 더 많도록 보강됨이 타당하고, 이에 더하여 3구간에는 측면 보강판(152)을 더 구성하는 것이 바람직하다.

마지막으로 도면에 도시된 바는 없으나 지중에 설치되는 경우는 굴착된 부분을 메움으로써 본 발명의 웨이브형 탱크가 지반에 매립이 되도록 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 측벽 110 : 라운드패널
120 : 상판 130 : 바닥판
140 : 배관부재 150 : 보강부
160 : 콘크리트 기초 170 : 매립채널

Claims (12)

1. 곡면으로 돌출되는 산부와, 산부와 산부가 만나는 골부가 연속적으로 형성되는 측벽을 갖는 웨이브구조와, 상기 웨이브구조의 측벽 상부에 고정되는 상판과, 상기 측벽 하부에 고정된 바닥판과 상기 골부에 구성되는 보강부를 포함하는 패널 용접식 웨이브형 탱크에 있어서, 상기 골부에 해당하는 좌우측 양변에서 각각 정면방향으로 절곡된 좌우 절곡부위와 상하측변에서 각각 후면방향으로 절곡된 상하 절곡부위를 형성한 복수의 라운드패널과; 상기 웨이브형 탱크의 단열 및 외장 시공을 위해서, 상기 측벽에 수직하게 고정되는 복수개의 스터드볼트들과; 상기 측벽을 감싸게 결합되는 단열재와; 상기 단열재의 외표면을 감싸는 박판의 외장재와; 및 상기 단열재 및 상기 외장재를 상기 스터드볼트에 고정시켜 상기 측벽에 밀착시키기 위한 고정용 폴대를 포함함으로써, 상기 단열재와 상기 외장재가 상기 측벽의 연속적 웨이브형 외표면에 대응하게 연속적으로 '3'자 단면 형상을 갖도록 구성되고,
   상기 보강부는 2변의 길이가 같은 이등변삼각형 구조로 구성되되, 길이가 같은 2변은 각각 상기 골부과 동일한 곡률을 갖는 곡선 구조로 마련되어 2변이 상기 골부에 밀착되는 보강판인 것으로,
   상기 보강판은 측벽에 있어 상단에서 하단방향으로 동일 유격으로 차례로 1,2,3구간으로 구획할시에 1, 2, 3구간에 구성되되, 각각의 구간에서 보강판의 갯수는 1구간보다 2구간이 더 많이 구성되며, 2구간보다 3구간이 더 많이 구성되며,,
   상기 보강부에는 상기 보강판의 일단과 상기 골부의 외측면에 부착되는 측면 보강판이 더 포함되되, 상기 측면 보강판은 상기 3구간에 구성되고,
   상기 측벽에 구성된 상기 보강판, 상기 측면 보강판 및 상기 골부의 외측면에 의해 형성되는 공간에는 몰탈이 충진되되, 3구간에서의 보강판은 그 중앙에 관통공을 형성시켜, 최상부의 보강판의 관통공에 몰탈을 주입함으로써 최하부의 보강판까지 몰탈이 주입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이브형 탱크.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 웨이브형 탱크의 상기 측벽 상부의 통기공에 공기 배출관을 결합함으로써 내부 공기를 외부 공기와 교환시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 웨이브형 탱크.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 상판은 다수의 허니콤(honeycomb)패널을 평행방향으로 배열한 후, 각각의 연변을 용접하여 직사각형이 되도록 결합시킨 것으로서, 개폐 가능한 맨홀 커버를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이브형 탱크.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 웨이브구조는 상기 측벽에 세로 보강앵글을 사용하여 지지하도록 한 것을 특징으로 하는 웨이브형 탱크.
   
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7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1항에 있어서,
    상기 측벽은 콘크리트 기초에 매립되어 상면이 노출되는 매립채널과 상기 매립채널의 노출된 상면에 부착되는 바닥판의 상면에 구성되되, 매립채널의 상면과 콘크리트 기초의 상면은 연하도록 구성됨을 특징으로 하는 웨이브형 탱크.
    
    
    
    
    
    
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