KR102196017B1 - 수상 부유 구조물 - Google Patents

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KR102196017B1
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Abstract

본 발명은 일정길이의 직육면체 구조로 형성되고 수평방향으로 하나 이상 이격 설치되는 플로팅 유닛; 상기 플로팅 유닛은 연결 파이프를 매개로 하나 이상 고정 설치되며; 상기 연결파이프 상부에는 연결파이프와 수직한 방향으로 하나 이상의 지지부재가 설치되며; 상기 지지부재 및 연결 파이프 말단부에는 완충부재가 가로 및 세로방향으로 연결되어 틀 형상을 이루며; 상기 지지부재 상부에는 사각판 구조의 데크부가 설치되어 이루어진 수상 부유구조물을 제공한다.

Description

수상 부유 구조물{Floating structures.}
본 발명은 해상에 설치되는 부유 구조물에 관한 것으로 시설물의 부력을 제공하는 플로팅 유닛을 이중구조의 연결파이프가 하나 이상 삽입 고정하여 시설의 설치가 용이하면서 내구력이 우수한 수상 부유 구조물에 관한 것이다.
부잔교(FLOATING PIER)는 선박의 접안시설물로써, 물에 대해 부력을 갖는 폰툰(PONTOON: 물에 뜨도록 만든 상자형의 부체)을 물에 띄우고, 그 위에 철근콘크리트, 강판, 목재 등으로 바닥판을 깔아 여객의 승하선, 화물의 적재에 편하도록 만든 구조물이다.
수위에 따라 폰툰과 함께 바닥판도 함께 상하 유동되므로 조석간만의 차이가 큰 곳이나 그 밖의 수위변화가 많은 곳에서 주로 사용된다. 일반적으로 폰툰은 비중이 물보다 낮은 물체를 이용하여 수면 위에 가옥, 각종 바지선, 수상자전거 도로, 부잔교, 수상무대, 수상태양광발전소, 보트나 요트 등의 선박 계류장, 접안시설, 부두, 부잔교시설(부선, 도교), 어항시설, 해상 가두리양식장, 해상 산책로 및 부교 또는 해상 낚시터로서의 역할을 수행하는 것을 비롯하여 다양한 해상 구조물 및 수상건축물을 시공할 수 있도록 하기 위한 수상 부력체로 사용되고 있다. 최근에는 세계적으로 수상스포츠의 수요와 보급이 확대되면서 다양한 용도와 형태의 해상구조물에 대한 요구와 필요성으로 폰툰에 대한 관심과 개발이 증가하고 있다.
통상적인 부잔교 구조는 시설물이 해상에 부유할 수 있도록 부력을 부여하는 부력재가 복수개 설치되고 상부에는 목적에 따라 선박 또는 시설물을 설치할 수 있도록 데크(deck)가 설치되어 이루어진다. 또한, 전체 경로에 걸쳐 복수개의 부잔교를 연결이 가능하도록 설치된다.
과거에는 통나무 또는 스티로폼과 같은 부력재를 일정한 형상으로 엮어서 부력베이스를 구축한 다음, 부력 베이스의 상부면에 데크를 설치하였다. 그러나, 상기와 같은 부력재는 설치과정에서 설치비용 및 노동력이 증가하고 파도나 외부의 충격에 의하여 부력재가 쉽게 파손됨으로 부잔교의 수명과 안전성을 저해시키는 원인이 되며, 장치 파손에 의한 해양오염이 심화될 수 있는 문제점이 있다.
최근에는 내부식성과 기계적 강도 및 재활용성이 우수하며, 열융착 방식에 의하여 손쉽고 견고하게 조립 및 접착이 가능한 폴리에틸렌 또는 고밀도 폴리에틸렌 재질의 부력파이프와 연결브라켓을 토대로 한 부잔교가 설치되고 있고 국내 등록특허번호 제10-1291288호에는 이와 관련한 발명이 개시되어 있다.
상기 개시된 발명의 브라켓은 부력파이프가 고정될 수 있도록 복수개의 파이프링이 하부측에 설치되고 상기 파이프링의 상부측과 파이프링의 사이에 격자형태의 보강용 지지살이 형성되고, 상기 지지살의 상단부에 데크가 설치되는데, 상기와 같은 구조는 데크 하중에 증가함에 따라 연결 브라켓이 피로하중에 취약한 문제점이 있어 피로하중으로 누적되면 장치파손율이 크다. 이에 본 발명은 보다 설치가 용이하고 피로하중에 강한 장치 개발을 제공하고자 한다.
국내 등록특허번호 제10-0823140호에는 함체형상의 부유블록이 결합부재에 의하여 결합되고, 부유블록의 결합면에는 상기 결합부재가 끼워지도록 원형의 결합공이 형성되고, 결합부재는 에어튜브로 형성되어지되, 상기 결합부재의 일측에 형성된 공기주입구로 공기가 주입되면 중앙에 오목부가 형성되고, 상기 오목부를 중심으로 양측에 볼록부가 형성되어 상기 볼록부가 상기 부유블록의 결합공에 끼워져 결합됨으로써, 다수의 부유블록이 결합부재에 의하여 결합되기 때문에 수상부유구조물의 설치작업 및 분해작업이 용이하고, 흐트러지지 않고 안정된 형태가 유지되도록 구비되는 에어튜브를 이용한 수상부유구조물에 관하여 개시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-2113698호에는 내부에 부유체가 구비되는 콘크리트 몸체를 포함하여 해상에 부유하는 본체부재와, 본체부재와 연결되어 해저면에 고정되는 복수의 고정부재와, 상기 본체 부재 및 고정부재를 상호 연결하는 탄성로프를 포함하며, 상기 본체부재의 유동을 억제하도록 탄성로프의 장력을 조절하는 장력조절부재를 포함함으로써, 부잔교 계류를 위한 탄성로프의 장력을 상황에 따라 용이하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 복수개의 부잔교를 안정적이고 견고하게 연결시킬 수 있는 탄성로프를 이용한 콘크리트 부잔교에 관하여 개시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-1353950호에는 이동로를 형성하는 상부 구조물과, 상기 상부 구조물의 아래쪽에 연결되는 브라켓과, 상기 상부 구조물과 평행하게 상기 브라켓에 삽입되며 양 끝이 밀봉된 부양 파이프와, 상기 부양 파이프와 평행하게상기 브라켓에 삽입되며 적어도 한 끝이 개방되어 내부에 물이 채워지는 롤링 방지 파이프를 구비한 다기능 피이 부잔교에 관하여 개시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-1291288호에는 콘크리트덱크의 내부에 다수 개의 부력파이프를 매입 설치하고, 상기 부력파이프의 내부로 헬륨가스 등을 주입시킬 수 있도록 하며, 콘크리트 덱크의 상단면에는 배수채널을 설치하고, 콘크리드덱크의 하단측에는 요동저감을 위한 하단돌출부를 제공함으로서, 상기 부력파이프와 하단돌출부에 의하여 상부측이 가볍고 하부측이 무거운 안정적인 구조로 부잔교가 설치될 수 있도록한 요동저감형 콘크리트 부잔교에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 종래의 수상 부유구조물에서 발생하는 피로하중에 취약하고 해류에 의한 롤링으로 안정적으로 시설물 설치 및 사용자의 안전성이 감소되는 문제점을 해결하기 위하여 시설물의 부력을 제공하는 플로팅 유닛을 이중구조의 연결파이프가 하나 이상 삽입 고정하여 시설물의 설치가 보다 용이하면서 내구력이 우수한 수상 부유구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수상 부유구조물은 일정길이의 직육면체 구조로 형성되고 수평방향으로 하나 이상 이격 설치되는 플로팅 유닛; 상기 플로팅 유닛은 연결 파이프를 매개로 하나 이상 고정 설치되며; 상기 연결파이프 상부에는 연결파이프와 수직한 방향으로 하나 이상의 지지부재가 설치되며; 상기 지지부재 및 연결 파이프 말단부에는 완충부재가 가로 및 세로방향으로 연결되어 틀 형상을 이루며; 상기 지지부재 상부에는 사각판 구조의 데크부가 설치되어 이루어질 수 있다. 상기 플로팅 유닛은 상부에는 연결파이프가 삽입 고정될 수 있는 고정홈이 형성되고, 내부는 비어있는 구조로 기체가 충전되는 것일 수 있다.
상기 연결파이프는 하나 이상의 플로팅 유닛의 고정홈에 삽입 고정되며, 폴리에틸렌 재질의 외부 연결파이프와 상기 외부 연결파이프 내부에는 도금재질을 폴리에틸렌이 코팅한 재질로 형성되는 내부연결파이프가 설치되는 이중 파이프 구조로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명은 전체적인 수상부유 구조물의 내구성을 향상시키고 파도에 의한 롤링발생으로 연결파이프가 부러지는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고정홈에 삽입 고정하여 설치되는 구조로 보다 설치가 용이하여 설치 시에 소요되는 시간 및 수요를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 수상 부유구조물 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 수상 부유구조물의 실시예 1의 플로팅 유닛 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 수상 부유구조물의 실시예 1의 플로팅 유닛 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 플로팅 유닛 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 연결파이프를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 연결파이프 및 지지부재를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 완충부재를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 데크부를 나타낸다.
본 발명의 수상 부유구조물과 관련한 구체적인 도면을 첨부하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 수상 부유구조물 사시도를 나타낸다.
본 발명의 수상 부유구조물은 일정길이의 직육면체 형상으로 수평방향으로 하나 이상 이격 설치되는 플로팅 유닛(100); 상기 플로팅 유닛은 연결 파이프(200)를 매개로 하나 이상 고정설치되며; 상기 연결파이프 상부에는 연결파이프와 수직하게 하나 이상의 지지부재(400)가 이격 설치되며; 상기 지지부재 및 연결 파이프 말단부를 고정하고, 가로 및 세로방향으로 설치되는 완충부재의 말단부가 연결되어 틀 형상을 이루며; 상기 지지부재 상부에는 사각판 구조의 데크부(300)가 설치되어 이루어질 수 있다. 수상 부유구조물의 하부에는 계류용 닻이 설치 장소의 저질의 상태를 기준으로 하여 선정되어 수상부유구조물의 고정을 위한 지지력을 유지하는데 사용된다.
도 2와 3은 본 발명의 수상 부유구조물의 실시예 1에 따른 플로팅 유닛 사시도를 나타낸다. 본 발명의 실시예 1에 따른 플로팅 유닛(100)은 폴리에틸렌 재질로 바람직하게는 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE:Low Liner Density Poly Ethylene)로 형성될 수 있다. 하기의 표 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 플로팅 유닛의 물성을 나타낸다. 수상부유구조물의 제작에 사용되는 플로팅 유닛의 상부에는 플로팅유닛의 연결조립용 파이프가 설치될 수 있는 파이프 삽입구가 구비된다.
플로팅 유닛의 물성
물 성 항 목 시 험 방 법 대 표 값
항복점 응력 ASTM D638 165㎏f/㎠
파단점 응력 ASTM D638 250㎏f/㎠
파단점 신율 ASTM D638 900%
Izod충격강도(23℃) ASTM D256 60㎏f*㎝/㎝
본 발명의 실시예 1에 따른 플로팅 유닛은 내부가 비어있는 직육면체 구조로 상부에는 연결파이프가 삽입되어 고정할 수 있는 고정홈(101)이 복수개 형성된다. 또한, 플로팅 유닛 비어있는 공간에는 기체, 바람직하게는 공기가 주입됨으로써 부력을 가지게 된다.
플로팅 유닛은 완성되는 폰툰의 면적에 따라 A형(800 X 800 X 2000mm)과 B형(800 X 800 X 1000mm)을 교차 배열하여 1열 폰툰을 만들고 다시 B형(반장)과 A형(전장)을 교차 배열한 1열 폰툰을 횡방향으로 반복 배열한 후, 상부에 형성된 복수개의 고정홈에 연결파이프를 삽입하여 각각의 폰툰의 객체가 분리되지 않도록 고정한다. A형(전장)과 B형(반장)을 교차 배열하는 이유는 벽돌 쌓기 구조로 지그재그로 플로팅유닛이 배열됨으로서 부잔교가 너울에 의한 외력을 받는 경우 너울을 타고 넘을 수 있도록 유연성 및 힘을 분산시킬수 있도록 하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 플로팅 유닛 사시도를 나타낸다. 본 발명의 플로팅 유닛은 직육면체 구조로 형성되는 폰툰프레임(20) 및 고정홈을 갖도록 형성된 금형틀을 쌍으로 준비하여 하나의 금형틀에 일정량의 고분자 화합물을 넣고 나머지 금형틀을 상면에 덮고 금형틀이 맞닿은 측면을 볼트 너트로 고정한 후, 금형틀의 양끝을 회전틀에 고정하고 회전틀 상단 열반사 뚜껑을 덮고 금형틀 하부와 측면에서 가스 가열하면서 금형틀은 회전시켜 일정시간 금형틀을 가열한 후 가스 화력을 줄여 냉각시켜, 상면과 하면 금형틀을 분리하여 상, 하면 금형틀으로부터 수조를 분리하여 2개의 수조를 각각 완성하는 단계로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 실시예 2에 따른 플로팅 유닛은 섬유보강 콘크리트 재질로 형성되어 직육면체 구조로 형성되는 폰툰프레임(20); 상기 폰툰프레임 내부에는 폴리에틸렌 재질로 형성되어 내부가 비어있는 구조의 보조부체(10)가 설치되며; 상기 보조부체 상부 측에는 폰툰프레임 외부와 연결된 투입구(11) 및 연결파이프가 삽입 고정될 수 있도록 고정홈이 형성되어 이루어질 수 있다. 상기 보조부체는 폴리에틸렌(PE; poly ehtylene)재질의 내부가 비어있는 형상으로 상부에는 보조부체 내부로 액체 또는 기체를 주입할 수 있는 투입구가 형성될 수 있다.
콘크리트 폰툰은 부력 조정이 가능하며 제조방법은 알루미늄 또는 철판 등의 합금재질로 상부가 개구되고 내부가 비어있는 직육면체 형상으로 이루어진 거푸집 제조하고 폴리에틸렌(PE; poly ehtylene)재질의 내부가 비어있는 형상으로, 상부에는 내측으로 액체 또는 기체를 주입할 수 있는 투입구가 형성되는 보조부체를 상기 거푸집 내부공간에 설치한 후, 보조부체의 투입구로 공기 또는 액체를 주입시키고 섬유보강 콘크리트 원료를 거푸집에 주입하여 콘크리트를 타설하는 성형하여 콘크리트를 건조시키고 보조부체 내에 주입한 공기 또는 액체를 제거하는 건조단계로 이루어진 것일 수 있다.
상기 지칭하는 콘크리트 원료는 섬유보강 콘크리트(Fiber Reinforced Concrete : 이하 FRC)를 포함하는 것으로 본 발명에서 지칭하는 섬유보강 콘크리트는 모르타르 또는 콘크리트 속에 금속, 유리 또는 합성수지 등을 원료로 강섬유, 유리섬유, 폴리머섬유, 탄소섬유, 석면, 폴리프로필렌 섬유 등의 장,단 섬유를 고르게 분산시켜 만들어진 복합재료를 지칭하며, 콘크리트의 인장강도와 균열에 대한 저항성을 높이고 인성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 플로팅 유닛은 보조부체 내부에 액체가 유입되지 않은 기준으로 Wa<Ww를 유지하는 무게로 형성한다. 상기 Wa는 공기 중 무게를 지칭하고 Wa=Vara=Var0Pa일 수 있다. 상기 식의 실제 체적을 Va, 비중을 Pa, 단위 체적당의 무게인 비중량을 ra라 한다면, 1기압 4℃에서의 순수의 비중량이 r0 이며 r0=1g/cm3=1,000kg/m3를 지칭한다. 또한, Ww는 Wa의 재료가 물속에 잠겼을 경우 그 재료가 차지하는 물의 무게를 지칭한다.
실시예 2에 따른 플로팅 유닛은 섬유보강콘크리트를 원료로 성형되어 수중의 좌우 동요인 롤링(rolling)에 대한 안정성을 제공함과 동시에 파도에 밀리는 힘인 리웨이(reway)에 저항성을 제공하여 시설물이 흔들리거나 파도에 밀리는 것이 방지될 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 연결파이프를 나타낸다. 본 발명의 연결파이프는 상기 고정홈에 삽입 고정 가능하도록 형성되어 하나 이상의 플로팅 유닛을 삽입 고정될 수 있다. 또한 연결파이프는 완충부재와 안전 턱, 폰툰 보강 및 고정용으로 사용할 수 있다. 연결파이프는 PE 사각파이프(도 5 상)와 PE코팅 아연각관(도 5 하)으로 구분될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 외부 연결파이프는 고밀도폴리에틸렌(HDPE: High Density Poly Ethylene) 재질로 이루어지며 압출성형으로 제조될 수 있으며, 견고함을 유지할 수 있도록 두께는 약 10T 이상으로 형성될 수 있다.
PE코팅 아연각관은 아연도금된 각관의 외부에 압출 성형기를 사용하여 PE재질 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 재질을 코팅하여 제조되며 폰툰 조립시 플로팅유닛의 상부 고정홈에 삽입하여 전체적인 수상부유구조물의 내구성을 향상시킨다.
PE 코팅 아연각관은 외부 연결파이프(201)로 폴리에틸렌 재질로 형성되며, 외부 연결파이프 내부에 설치되며 아연도금된 각관으로 형성되는 내부 연결파이프 (202)로 이루어지는 이중파이프 구조로 이루어질 수 있다.
상기 연결파이프를 고정하는데 사용하는 볼트류는 부식 방지를 위하여 스테인레스 스틸 또는 아연 도금된 재질을 사용하고, 풀림 방지를 위하여 스프링 와셔를 사용한다.
이외에도 금속재질을 내부 연결파이프로 사용하여 폴리에틸렌 재질로 형성되는 외부 연결파이프(201)를 내부 연결파이프 외부에 압출성형하여 제조될 수 있다. 이로부터 본 발명의 연결 파이프는 전체적인 수상부유 구조물의 내구성을 향상시킴은 물론 파도에 의한 롤링발생으로 연결파이프가 부러지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 고정홈에 삽입 고정시키는 구조로 보다 설치가 용이하여 설치 시에 소요되는 시간 및 수요를 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 연결파이프 및 지지부재를 나타낸다. 본 발명의 연결 파이프(200)는 플로팅 유닛의 고정홈에 삽입고정되어 하나 이상의 플로팅 유닛을 연결할 수 있다. 또한, 연결 파이프 상부에는 연결파이프와 수직한 방향으로 하나 이상의 지지부재가 이격 설치될 수 있다.
상기 지지부재와 연결파이프는 동일한 재질인 폴리에틸렌 재질로 형성되어 융착방식으로 고정될 수 있다. 지지부재는 플로팅 유닛이 적정 간격으로 이격될 수 있도록 고정하는 한편, 해류에 흐름에도 시설물의 롤링발생의 저감함으로써 안정감을 부여할 수 있을 뿐만 아니라 지지력을 강화시켜 피로하중에 의한 장치파손을 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 완충부재를 나타낸다. 본 발명의 완충부재는 측면에는 상기 연결파이프 및 지지부재의 말단부가 삽입 고정될 수 있는 홈이 형성된 일정길이의 부재구조로 가로방향 및 세로방향으로 설치되며 가로 및 세로로 설치된 지지부재의 말단부가 연결 및 고정되어 전체적으로는 틀구조를 형성한다. 완충부재는 외부 충격으로부터 보호하고 사용자의 안전을 위한 안전턱과 같은 역할을 할 수 있다. 완충부재 및 안전턱은 PE 사각파이프를 이용하여 설치할 수 있다.
도 8은 본 발명의 데크부를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 데크부는 플로팅 유닛을 고정하기 위하여 폰툰 양측에 설치된 사각파이프 상부에 발열선을 포설하고 미끄럼방지 기능이 있는 PE 사각발판을 융착 조립한다. 또한 데크부는 폴리에틸렌 바람직하게는 고밀도폴리에틸렌(HDPE)재질의 판재형상이 하나 이상 이웃하도록 연결되어 사용자 또는 설치되는 공간부를 제공할 수 있다. 또한, 데크부는 지지부재 상부에 설치되는데 이때 EF융착방식으로 고정되어 기존의 볼트고정으로 설치되는 시설물에서 노출된 볼트로 인한 불편함이 없다.
데크부 상측면에는 사용자의 사용시에 미끄러지지 않고 안전한 보행이 가능하도록 미끄럼방지 기능이 부가된 코팅을 실시하거나 측면에 쐐기구조를 형성시킬 수 있다. 또한, 데크부 가장자리를 둘러싸며 사용자가 시설물 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 PE재질의 난간을 설치할 수 있다.
다목적의 해상시설 설치에 사용되는 해상 부유구조물을 제공함으로써 관련 사업인의 경제적인 부담을 절감하고 친환경적인 시설물을 제공함으로써 이익 제고에 보탬이 됨으로 산업상 이용가능성이 있다.
10: 보조 부체 11: 투입구
20: 폰툰 프레임
100: 플로팅 유닛 101: 고정홈
200: 연결파이프 201: 외부 연결파이프
202: 내부 연결파이프 300: 데크부
400: 지지부재 500: 완충부재

Claims (3)

  1. 일정길이의 직육면체 구조로 형성되고 수평 횡방향으로 하나 이상 이격 설치되는 플로팅 유닛; 상기 플로팅유닛은 일정길이를 갖는 전장형과 전장형의 절반길이를 갖는 반장형의 조합으로 배열되어 이루어지고,
    상기 플로팅 유닛의 상부 면에는 상부가 개구되고 수직 단면구조가 철(凸)형상으로 이루어지는 고정홈이 일정간격으로 복수개 형성되며 상기 고정홈에 연결파이프를 삽입하여 배열된 플로팅유닛을 고정하며;
    상기 연결파이프는 아연도금된 각관의 외부에 PE재질 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 재질을 코팅하여 외부와 내부재질이 서로 다른 이중 파이프 구조로 형성되고;
    상기 연결파이프 상부면에는 연결파이프와 수직한 방향으로 하나 이상의 지지부재가 설치되며; 상기 지지부재 및 연결 파이프 말단부에는 완충부재가 가로 및 세로방향으로 연결되어 틀 형상을 이루고; 상기 지지부재 상부에는 사각판 구조의 데크부가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 수상 부유구조물
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