KR102643161B1 - 퓨즈 시스템 구조체 및 이를 포함하는 선박충돌방지 시스템 - Google Patents

퓨즈 시스템 구조체 및 이를 포함하는 선박충돌방지 시스템 Download PDF

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Abstract

퓨즈 시스템 구조체가 개시되며, 상기 퓨즈 시스템 구조체는, 상기 선박충돌방지구조의 측면과 대향하는 상기 하부구조의 측면에 대하여 고정되는 제1 고정부; 상기 선박충돌방지구조의 측면에 대하여 고정되는 제2 고정부; 및 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부를 연결하는 연결부를 포함하되, 상기 연결부는, 상기 선박충돌방지구조에 가해지는 충돌하중 중 일부인 전달하중을 상기 하부구조로 전달하도록 구비되고, 상기 전달하중은 상기 하부구조의 여용력에 의해 저항 가능한 하중에 대응하도록 설정된다.

Description

퓨즈 시스템 구조체 및 이를 포함하는 선박충돌방지 시스템{FUSE SYSTEM STRUCTURE AND SHIP COLLISION AVOIDANCE SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본원은 퓨즈 시스템 구조체 및 이를 포함하는 선박충돌방지 시스템에 관한 것이다.
해상 및 하상 교량의 경우, 선박과 교량의 충돌사고가 빈번히 발생하고 있으며 이러한 사고는 인명 피해 및 구조물의 파괴로 이어질 수 있다.
이에 따라, 선박 충돌에 의한 피해를 최소화하기 위해 교량의 하부구조를 보호하는 방안이 강구되었고, 이를 위해, 선박충돌방지공이 충돌 규모에 따라 설계되어 시공되고 있다. 선박충돌방지공은 충돌 규모, 지형적 여건, 경제성 등이 고려되어 형식이 정해지고 있다.
종래에는 여러 형태의 선박충돌방지공의 형식이 제안 및 개발되었고, 선박충돌방지공 자체의 강성으로 충돌하중에 저항 또는 소산하는 형태의 선박충돌방지공이 다수를 이룬다. 그런데 이는 과다한 복구 비용을 발생시키는 원인이 되었다. 예를 들어, 종래의 경우, 선박충돌 사고 후 선박충돌방지공의 복구를 위한 선박충돌방지공 재시공이 이루어져야 하는데, 이는 대규모 해상 공사이므로 작업이 어렵고 공비가 높았다.
본원의 배경이 되는 기술은 공개특허공보 제10-2011-0006386호에 기재되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래 대비 향상된 유지관리성 및 경제성을 가지고 수상교량의 하부구조를 보호할 수 있는 퓨즈 시스템 구조체 및 이를 포함하는 선박충돌방지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 퓨즈 시스템 구조체는, 상기 선박충돌방지구조의 측면과 대향하는 상기 하부구조의 측면에 대하여 고정되는 제1 고정부; 상기 선박충돌방지구조의 측면에 대하여 고정되는 제2 고정부; 및 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부를 연결하는 연결부를 포함하되, 상기 연결부는, 상기 선박충돌방지구조에 가해지는 충돌하중 중 일부인 전달하중을 상기 하부구조로 전달하도록 구비되고, 상기 전달하중은 상기 하부구조의 여용력에 의해 저항 가능한 하중에 대응하도록 설정될 수 있다.
본원의 제1 측면에 따른 선박충돌방지 시스템은, 수상교량의 하부구조로부터 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 선박충돌방지구조 및 본원의 제1 측면에 따른 퓨즈 시스템 구조체를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 선박충돌방지구조에 대한 선박의 충돌시, 충돌하중의 일부가 연결부에 의해 하부구조로 전달되므로, 퓨즈 시스템 구조체가 구비되지 않는 경우 대비 선박충돌방지구조의 손상이 줄어들 수 있다. 이에 따라 충돌 시 연결부에 대한 보수 작업만이 요구되고 선박충돌방지구조에 대한 복수 작업의 일부가 생략 가능해 종래 대비 향상된 유지관리성을 갖는다. 또한 하부구조와 충돌하중을 분담하므로 선박충돌방지구조의 규모 자체를 축소할 수 있어 이를 통한 경제성이 확보될 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체의 개략적인 종 방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C 단면도이다.
도 5는 도 1의 D-D 단면도이다.
도 6은 제1 및 제2 고정부의 홀이 단면 형태로 형성되는 것을 설명하기 위한 도 1의 A-A 단면도이다.
도 7은 제1 및 제2 고정부의 다른 예를 설명하기 위한 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체의 개략적인 평면도이다.
도 8은 내부 강관 부재를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체의 개략적인 종 방향 단면도이다.
도 9는 도 8의 A-A 단면도이다.
도 10은 도 8의 B-B 단면도이다.
도 11은 도 8의 C-C 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 내부 강관 부재를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체의 탄소성 부재(131)의 설치를 설명하는 개념 횡단면도이다.
도 13은 종래의 구조물(원안) 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물(제안)에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 적용되는 해석 흐름도이다.
도 14는 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물의 평면도이다.
도 15는 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 있어서 적용되는 재료의 물성치가 기재된 표이다.
도 16은 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 적용되는 선박의 규모가 기재된 표이다.
도 17은 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 적용되는 선박의 개념도이다.
도 18은 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 적용되는 선박 충돌 유형을 설명하는 개념도이다.
도 19는 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 있어서, 충돌속도 선정과 관련된 내용 및 초기 운동에너지 선정과 관련된 내용이 기재되어 있다.
도 20은 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 있어서, 비선형재료 적용 모델이 도시되어 있다.
도 21은 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 있어서, 유한요소모델이 도시되어 있다.
도 22는 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 있어서, 종래의 구조물에 대한 선박 충돌시의 충돌형상이 도시된 도면이다.
도 23은 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석하는데 있어서, 종래의 구조물에 대한 선박 충돌시의 충돌형상이 도시된 도면이다.
도 24 내지 도 32는 종래의 구조물 및 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 결과를 해석한 결과가 도시된 도면이다.
도 33은 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌에 따른 압축균열폭 및 철근응력과 관련된 해석 결과가 도시된 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(상측, 하측 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설정한 것이다. 예를 들면, 도 1를 보았을 때, 전반적으로 12시 방향이 상측, 전반적으로6시 방향이 하측 등이 될 수 있다.
본원은 퓨즈 시스템 구조체 및 이를 포함하는 선박충돌방지 시스템에 관한 것이다.
먼저, 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체(이하 '본 퓨즈 시스템 구조체'라 함)(1)에 대해 설명한다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체의 개략적인 종 방향 단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B 단면도이고, 도 4는 도 1의 C-C 단면도이며, 도 5는 도 1의 D-D 단면도이다.
본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 수상교량의 하부구조(2) 및 하부구조(2)로부터 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 선박충돌방지구조(3)에 대하여 적용된다.
선박충돌방지구조(3)는 선박충돌방지공을 의미할 수 있다. 구체적으로, 선박충돌방지구조(3)는 말뚝기초 형식의 충돌방지공일 수 있다. 다만, 선박충돌방지구조(3)의 형식은 본원에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 선박충돌방지구조가 선박충돌방지구조(3)로 적용될 수 있다. 선박충돌방지구조(3)는 통상의 기술자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 수상교량이라 함은 해상 교량, 하상 교량 등 다양한 형태의 교량을 포괄할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 제1 고정부(11)를 포함한다. 제1 고정부(11)는 선박충돌방지구조(3)의 측면과 대향하는 하부구조(2)의 측면에 대하여 고정된다. 도 2를 참조하면, 예를 들어, 제1 고정부(11)에는 앵커(29)가 삽입되는 홀이 형성될 수 있고, 앵커(29)에 의해 하부구조(2)의 측면에 고정될 수 있다. 다만, 제1 고정부(11)의 고정 방식은 이에 한정되지 않으며, 이외에도, 용접 등과 같은 다양한 고정 방식에 의해 하부구조(2)에 고정될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 선박충돌방지구조(3)의 측면에 대하여 고정되는 제2 고정부(12)를 포함한다. 제2 고정부(12)는 제1 고정부(11)와 대응될 수 있다. 이에 따라, 상세한 설명은 생략한다.
제1 고정부(11) 및 제2 고정부(12)에 대해서는 자세하게 후술한다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 제1 고정부(11)와 제2 고정부(12)를 연결하는 연결부(13)를 포함한다.
연결부(13)는 선박충돌방지구조(3)에 가해지는 충돌하중 중 일부인 전달하중을 하부구조(2)로 전달하도록 구비된다. 또한, 전달하중은 하부구조(2)의 여용력에 의해 저항 가능한 하중에 대응하도록 설정된다. 다시 말해, 선박충돌방지구조(3)에 대한 선박의 충돌시 선박충돌방지구조(3)에는 충돌하중이 가해질 수 있고, 연결부(13)는 충돌하중 중 하부구조(2)가 여용력으로 저항할 수 있는 일부를 하부구조(2)에 전달될 수 있으며, 하부구조(2)는 여용력으로 전달하중에 저항할 수 있다. 여기에서, 여용력(redundant force 또는 redundancy)은 구조적인 여용력 및 재료적인 여용력 중 적어도 하나 이상을 고려하는 개념(예를 들면 구조물의 응답수정계수를 정함에 있어서 고려되는 항목)으로서, 대상 구조물(하부구조)에 대하여 다양한 하중 조건 및 지지 조건에 기초하여 고려 및 결정될 수 있다. 선박이 선박충돌방지구조(3)에 충돌하여 선박충돌방지구조(3)가 파손되면 선박충돌방지구조(3)의 말뚝부터 선박충돌방지구조(3) 전반을 다시 시공해야 할 수 있는바, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 하부구조(2)가 선박충돌방지구조(3) 대비 강도가 셀 수 있다는 점을 이용하여, 선박충돌방지구조(3)에 가해지는 충돌하중의 일부를 하부구조(2)로 전달하여 하부구조(2)의 여용력으로 저항하게 할 수 있다. 이와 같이, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 선박충돌방지구조(3)에 대한 선박의 충돌시, 충돌하중의 일부를 하부구조(2)로 전달하므로, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 구비되지 않는 경우 대비 선박충돌방지구조(3)의 손상이 줄어들 수 있고 충돌하중을 하부구조와 분담하므로 선발충돌방지구조(3)의 규모를 줄일 수 있다.
또한, 연결부(13)는 탄성 변형 거동 및 탄성 변형 이후의 소성 변형 거동이 가능한 재질을 갖는 탄소성 부재(131)를 길이 방향에 대하여 적어도 일부 포함하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 자세하게 후술하겠지만, 탄소성 부재(131)는 강(steel) 재질일 수 있고, 이를 테면, 속이 빈 강관일 수 있다.
또한, 연결부(13)는 선박충돌방지구조(3)에 충돌하중 작용시 선박충돌방지구조(3)가 소성 변형 거동에 들어가지 않고 탄성 변형 거동 중인 상태에서 탄성 변형 거동 이후 소성 변형 거동까지 유도될 수 있도록 구비될 수 있다. 이를 테면, 연결부(13)는 충돌하중 작용시 연결부(13)가 구비되지 않는 경우 대비 선박충돌방지구조(3)의 소성 변형량이 줄어들도록, 연결부(13)의 탄성 변형 또는 소성 변형으로 충돌하중의 전술한 전달하중을 제외한 잔여하중을 적어도 일부 소산할 수 있도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 선박충돌방지구조(3)에 작용된 충돌하중이 연결부(13)를 소성 변형시키지만 선박충돌방지구조(3)는 탄성 변형시키는 수준에 대응하는 하중인 경우, 소성 변형이 연결부(13)에 발생할 수 있으므로, 연결부(13)에 대한 보수 작업만이 요구되고 선박충돌방지구조(3)에 대한 보수 작업은 적어도 일부 생략 가능하다.
즉, 본 퓨즈 시스템 구조체에 의하면, 선박충돌에 대해서 선박충돌방지구조(3)는 탄성거동을 유지함으로써 연결부(13)의 손상된 부분만 교체하는 시스템이 구현될 수 있어, 보수 작업 최소화가 이루어질 수 있다.
구체적으로, 연결부(13)는, 충돌하중이 연결부(13)에 대해 탄성 변형 거동을 일으키면, 충돌하중에서 전달하중을 제외한 잔여하중 중 일부에 대응하는 제1 충돌에너지를 탄성 변형 거동을 통해 분담하도록 구비되고, 충돌하중이 연결부(13)에 대해 탄성 변형 거동 이후 추가적으로 소성 변형 거동까지 일으키면, 잔여하중 중 다른 일부에 대응하는 제2 충돌에너지를 소성 변형 거동을 통해 소산시키며 분담하도록 구비될 수 있다.
다시 말해, 연결부(13)는 충돌하중 중 전달하중은 하부구조(2)로 전달하여 하부구조(2)가 여용력으로 전달하중을 저항하게 하고, 충돌하중이 연결부(13)에 대해 탄성 변형 거동을 일으키면, 잔여하중 중 일부는 탄성 변형 거동을 통해 분담하며, 충돌하중이 연결부(13)에 대해 소성 변형 거동까지 일으키면, 잔여하중 중 다른 일부는 소성 변형 거동을 통해 소산시킬 수 있다.
이에 따라, 충돌하중이 연결부(13)에 대해 탄성 변형 거동을 일으키되 소성 변형 거동은 일으키지 않으면, 잔여하중 중 일부에 대해 탄성 변형 거동을 통해 분담하고 탄성 복원될 수 있다. 또한, 충돌하중이 연결부(13)에 대해 탄성 변형 거동 이후 추가적으로 소성 변형 거동까지 일으키면, 잔여하중 중 일부는 탄성 변형 거동을 통해 분담하고, 다른 일부는 소성 변형 거동을 통해 소산시키며 분담할 수 있고, 연결부(13)에 대한 수리가 이루어질 수 있다.
예를 들어, 연결부(13)는 선박충돌방지구조(3)에 대한 선박의 교직 방향으로의 충돌(정면 충돌)시 작용하는 충돌하중(Ps)의 1/2을 연결부(13)가 항복전까지 받고, 충돌하중(Ps)의 1/2 이상부터는 소성 변형 거동을 통해 분담할 수 있게 규모(두께, 길이, 직경 등)가 결정되어 구비될 수 있다.
또한, 연결부(13)는 일부가 탄소성 부재(131)가 구비되는 구간(13a)을 포함할 수 있고, 또는 연결부(13)의 전체가 탄소성 부재(131)일 수 있다. 이는, 설계 여건, 시공 여건 등을 고려하여 결정될 사항일 수 있다.
예를 들면 도 1을 참조하면, 연결부(13)는 일부가 탄소성 부재(131)가 구비되는 구간(13a), 다른 일부는 고강성 부재(132)가 구비되는 구간(13b)일 수 있다.
이를 테면, 연결부(13)는 탄소성 부재(131)와 길이 방향에 대하여 연결되는 고강성 부재(132)를 포함할 수 있다. 고강성 부재(132)는, 선박충돌방지구조(3)에 대한 충돌하중 작용시의 변형이 탄소성 부재(131)에 상대적으로 더 많이 유도되도록 탄소성 부재(131)보다 상대적으로 높은 강성을 가지도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 고강성 부재(132)는 소정의 충돌하중 작용시 탄성 변형 거동하지만 탄소성 부재(131)는 소정의 충돌하중 작용시 소성 변형 거동까지 들어가는 강성 차이가 있을 수 있다. 이는 탄소성 부재(131)가 소성 변형되도록 하는 수준의 큰 충돌 하중 작용시에 고강성 부재(132)보다 탄소성 부재(131)가 먼저 소성 변형 거동을 시작하도록 하기 위함일 수 있다. 이에 따라, 연결부(13) 내에서도 탄소성 부재만 교체하면 되는 쪽으로 보수 작업이 더 간편해지게 유도될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 탄소성 부재(131)는 속이 빈 중공형 강관 부재이고, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 고강성 부재(132)는 속이 다른 재질로 충진된 강관 부재일 수 있는데, 여기에서 다른 재질이라 함은 콘크리트와 같은 시멘트 포함 재질일 수 있다. 즉, 고강성 부재(132)는, 콘크리트 채움 강관 부재일 수 있다. 이에 따라, 전술한 바와 같이, 연결부(13)는 일부가 탄소성 부재(131), 즉, 속이 빈 중공형 강관 부재일 수 있고, 일부가 고강성 부재(132), 즉, 내부에 콘크리트부(1322)가 형성된 콘크리트 채움 강관 부재(1321)일 수 있다.
전술한 바에 따르면, 충돌하중의 탄소성 부재(131)의 설계 저항강도(항복강도)이하의 하중은 전달하중으로서 연결부(13)에 의해 하부구조(2)로 전달되어 하부구조(2)의 여용력으로 저항될 수 있다.
또한, 탄소성 부재(131)의 변형이 고강성 부재(132)의 변형보다 상대적으로 더 많이 유도되므로, 충돌하중이 연결부(13)에 대하여 탄성 변형 거동을 일으키면, 연결부(13) 내에서도 탄소성 부재(131)가 고강성부재(132)보다 먼저 탄성 거동하거나, 또는, 탄소성 부재(131)가 고강성부재(132)보다 더 많이 탄성 변형될 수 있고, 충돌하중이 연결부(13)에 대해 탄성 변형 거동 이후 추가적으로 소성 변형 거동까지 일으키면, 고강성 부재(132)보다 탄소성 부재(131)가 먼저 소성 변형 거동을 시작하거나, 또는, 탄소성 부재(131)가 고강성 부재(132)보다 소성 변형을 더 많이 할 수 있다. 이에 따라, 연결부(13) 내에서도 탄소성 부재만 교체하면 되는 쪽으로 보수 작업이 더 간편해지게 유도될 수 있다.
이에 따르면, 충돌하중의 탄소성 부재(131)의 설계 저항강도(항복강도)이하의 하중은 전달하중으로서 연결부(13)에 의해 하부구조(2)로 전달되어 하부구조(2)의 여용력으로 저항될 수 있고, 탄소성 부재(131)의 설계 저항강도 이상의 하중에 대해서는 탄소성 부재(131)의 충돌에너지 소산이 이루어질 수 있고, 선박충돌에 대해서 선박충돌방지구조(3)는 탄성 거동을 유지할 수 있어, 탄소성 부재(131)만 교체하는 시스템이 될 수 있어, 보수 작업이 최소화될 수 있고, 선박충돌방지구조(3)의 규모 최적화가 이루어질 수 있다. 이러한 탄소성 부재(131)는 퓨즈부라고도 할 수 있다.
이를 위해, 연결부(13)의 탄소성 부재(131)인 속이 빈 중공형 강관 부재의 두께, 강도, 길이 등은 선박충돌방지구조(3)에 충돌하중 작용시 선박충돌방지구조(3)가 소성 변형 거동에 들어가지 않고 탄성 변형 거동 중인 상태에서 탄성 변형 거동 이후 소성 변형 거동까지 유도될 수 있도록 설정되며, 충돌하중에서 전달하중을 제외한 잔여하중 중 일부에 대응하는 제1 충돌에너지를 탄성 변형 거동을 통해 분담하도록 설정되고, 충돌하중이 탄소성 부재(131)에 대해 탄성 변형 거동 이후 추가적으로 소성 변형 거동까지 일으키면, 잔여하중 중 다른 일부에 대응하는 제2 충돌에너지를 소성 변형 거동을 통해 소산시키며 분담하도록 설정될 수 있다. 이를 테면, 탄소성 부재(132)는 선박충돌방지구조(3)에 대한 선박의 교직 방향으로의 충돌(정면 충돌)시 작용하는 충돌하중(Ps)의 1/2을 탄소성 부재(131)가 항복전까지 받고, 충돌하중(Ps)의 1/2 이상부터는 소성 변형 거동을 통해 분담할 수 있게 규모(두께, 길이, 직경 등)가 결정되어 구비될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 선박충돌방지구조(3)에 대한 선박충돌시 하중을 교량 하부구조(2)의 여용력을 이용하여 분담함으로써 선박충돌방지구조(3)의 규모가 최적화될 수 있고, 선박충돌시 탄소성 부재(131) 만이 손상(소성변형)되게 유도될 수 있어, 해상 및 하상 환경에서의 보수 작업 최소화가 이루어질 수 있다.
또한, 참고로, 도 1을 참조하면, 연결부(13)에 있어서, 고강성 부재(132)는 탄소성 부재(131)의 길이 방향 일측 및 타측에 구비될 수 있다. 또한, 고강성 부재(132)의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)의 탄소성 부재(131)를 향하는 단부에는 반경 방향 외측으로 돌출되어 둘레 방향을 따라 연장되는 날개부(1323)가 형성될 수 있고, 탄소성 부재(131)의 중공형 강관 부재의 고강성 부재(132)를 향하는 단부 각각에는 반경 방향 외측으로 돌출되어 둘레 방향을 따라 연장되는 날개부(1311)가 형성될 수 있으며, 이들 날개부(1311, 1323)간의 연결(볼팅 연결(참고로, 도 3 및 도 4에는 날개부(1311, 1323)에 볼트가 삽입되는 홀이 도시되어 있음(도면 부호는 생략)), 용접 연결 등 다양한 방식으로 연결될 수 있음)으로 고강성 부재(132)와 탄소성 부재(131)는 결합될 수 있다.
이하에서는, 제1 고정부(11) 및 제2 고정부(12)에 대해 자세하게 설명한다.
도 6은 제1 및 제2 고정부의 홀이 단면 형태로 형성되는 것을 설명하기 위한 도 1의 A-A 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제1 고정부(11) 및 제2 고정부(12) 각각은 앵커(29)가 삽입되는 홀(119)이 장공 형태(또는 슬롯 형태)로 형성되는 플레이트일 수 있다. 이를 테면, 홀(119)은 수평 방향 중 연결부(13)의 길이 방향과 수직하는 방향으로 연장 형성되는 장공(긴 슬롯 홀) 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 시공시, 선박충돌방지구조(3)의 높이 조절이 가능하기 때문에, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 높이 방향 위치는 시공 여건, 지반 여건 등이 달라져도 쉽게 조정하여 대응할 수 있다.
반면에, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 시공시, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 수평 방향 오차는 대응이 곤란할 수 있는데, 이를 테면, 수평 방향 중 하부구조(2)와 선박충돌방지구조(3) 사이의 간격 방향과 수직하는 방향('제1 방향'이라 함)으로 하부구조(2)와 선박충돌방지구조(3)의 위치가 다소 어긋나는 경우가 발생할 수 있는데, 이러한 경우, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 설치가 곤란할 수 있다.
이에 대하여, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)에 의하면, 제1 고정부(11)는 앵커(29)가 삽입되는 홀(119)이 제1 방향으로 연장되는 장공 형태(또는 슬롯 형태)로 형성되는 플레이트이므로, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 수평 방향 중 하부구조(2)와 선박충돌방지구조(3) 사이의 간격 방향과 수직하는 방향(수평 방향 중 연결부(13)의 길이 방향과 수직하는 방향(제1 방향))으로 하부구조(2)에 설치가 가능하고, 이와 대응되게 제2 고정부(12) 또한 선박충돌방지구조(3)에 대하여 위치 보정되어 설치가 가능하다.
예를 들어, 하부구조(2)에 대하여 선박충돌방지구조(3)가 제1 방향으로 어긋나게 시공되는 경우, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 시공시 하부구조(2)에 설치되는 제1 고정부(11)와 선박충돌방지구조(3)에 설치되는 제2 고정부(12)가 제1 방향으로 어긋날 수 있고, 이러한 경우, 연결부(13)의 설치가 어려울 수 있다. 그러나, 본원에 의하면, 상기와 같은 경우, 홀(119)이 제1 방향으로 연장 형성되는 장공 형태이므로, 제1 고정부(11)의 하부구조(2)에 대한 장착시, 제1 고정부(11)가 하부구조(2)의 제1 고정부(11)가 장착되기로 한 부분에 대하여 제1 방향으로 치우쳐져 앵커에 의해 하부구조(2)에 장착되거나, 또는 제2 고정부(12)의 선박충돌방지구조(3)에 대한 장착시 제2 고정부(12)가 선박충돌방지구조(3)의 제2 고정부(12)가 장착되기로 한 부분에 대하여 제1 방향으로 치우쳐져 앵커에 의해 선박충돌방지구조(3)에 장착될 수 있으므로, 제1 고정부(11)와 제2 고정부(12)를 연결하는 연결부(13)의 설치가 용이하게 이루어질 수 있다.
도 7은 제1 및 제2 고정부의 다른 예를 설명하기 위한 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체의 개략적인 평면도이다.
도 7을 참조하면, 연결부(13)에는 연결부(13)로부터 하부구조(2)(연결부(13)의 길이 방향 일측) 및 선박충돌방지구조(연결부(13)의 길이 방향 타측) 각각을 향해 돌출되는 돌출부(112)가 구비될 수 있고, 제1 고정부(11)는 하부구조(2)에 구비되어 돌출부(112)가 상측에서 하측으로 삽입되는 하향 이동을 통해 삽입되어 체결되는 체결부(111)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 고정부(12)는 선박충돌방지구조(3)에 구비되어 돌출부(112)가 상측에서 하측으로 삽입되는 하향 이동을 통해 삽입되어 체결되는 체결부(111)를 포함할 수 있다. 도 7을 참조하면, 체결부(111)는 상향 개구되고 돌출부(112)가 삽입되는 제1 삽입부(1111)(하측은 폐쇄) 및 연결부(13)가 삽입되는 제2 삽입부(1112)가 형성될 수 있는데, 이때, 제2 삽입부(1112)는 돌출부(112)의 탈거는 방지되도록 돌출부(112)의 제1 방향으로의 너비보다 작은 너비를 가질 수 있고, 제1 삽입부(1111)의 제1 방향으로의 너비는 제1 삽입부(1111) 내에서의 돌출부(112)의 제1 방향으로의 이동이 가능하도록 돌출부(112)의 제1 방향으로의 너비 보다 클 수 있다. 이에 따라, 돌출부(112)는 상측에서 하측으로의 하향 삽입을 통해 제1 삽입부(1111)에 삽입되되, 제1 삽입부(1111) 내에서 제1 방향으로의 이동은 가능하다.
이에 따라, 하부구조(2)에 대하여 선박충돌방지구조(3)가 제1 방향으로 어긋나게 시공되었더라도, 연결부(13)의 일측의 돌출부(112) 및 타측의 돌출부(112) 각각이 제1 고정부(11)의 체결부(111)의 제1 삽입부(1111) 및 제2 고정부(12)의 체결부(111)의 제1 삽입부(1111) 각각에 대하여 제1 방향으로 자유도를 가지고 삽입 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 방향(도 6의 3시-9시 방향 또는 도 7의 12시-6시 방향)으로의 오차가 보정될 수 있다.
또한, 하부구조(2)와 선박충돌방지구조(3) 사이의 간격에 오차가 발생할 수 있는데, 본원에 의하면, 이에 대응하여 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 설치가 가능하다.
도 8은 내부 강관 부재를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체의 개략적인 종 방향 단면도이고, 도 9는 도 8의 A-A 단면도이며, 도 10은 도 8의 B-B 단면도이고, 도 11은 도 8의 C-C 단면도이고, 도 12a 및 도 12b는 내부 강관 부재를 포함하는 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체의 탄소성 부재(131)의 설치를 설명하는 개념 횡단면도이다.
구체적으로, 도 8 내지도 12b를 참조하면, 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에는 일단이 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에 삽입되고 타단이 중공형 강관 부재에 삽입되는 내부 강관 부재(1324)가 구비될 수 있다. 내부 강관 부재(1324)의 중공형 강관 부재에 대한 삽입량에 따라 연결부(13)의 길이가 조절될 수 있다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 고강성 부재(132)는 탄소성 부재(131)의 길이 방향 일측 및 타측에 구비될 수 있고, 고강성 부재(132)의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에는 일단이 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에 삽입되고 타단이 중공형 강관 부재에 삽입되는 내부 강관 부재(1324)가 구비될 수 있으며, 탄소성 부재(131)의 중공형 강관 부재는 일측의 고강성 부재(132) 및 타측의 고강성 부재(132) 중 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에 구비되는 내부 강관 부재(1324)를 감싸며 상기 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)와 결합(전술한 날개부(1311, 1323) 간의 결합에 의해)될 수 있으며, 이때, 탄소성 부재(131)의 중공형 강관 부재의 일측의 고강성 부재(132) 및 타측의 고강성 부재(132) 중 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에 구비되는 내부 강관 부재(1324)와 겹침 배치될 수 있는데, 겹침량에 따라 연결부(13)의 길이가 조절될 수 있다. 이를 테면, 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에 구비되는 내부 강관 부재(1324)의 탄소성 부재(131)의 중공형 강관 부재에 대한 삽입량이 증가(겹침량이 증가)할수록 연결부(13)의 길이가 줄어들 수 있고, 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에 구비되는 내부 강관 부재(1324)의 탄소성 부재(131)의 중공형 강관 부재에 대한 삽입량이 감소(겹침량이 감소)할수록 연결부(13)의 길이는 증가할 수 있다.
이에 따라, 본원에 의하면, 하부구조(2)와 선박충돌방지구조(3) 사이의 간격이 미리 설계된 간격보다 크거나, 작은 오차가 발생한 경우, 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에 구비되는 내부 강관 부재(1324)의 탄소성 부재(131)의 중공형 강관 부재에 대한 삽입량(겹침량) 조절에 의해 연결부(13)의 길이 조절이 이루어져 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 설치가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 경우, 충돌하중에 의한 탄소성 부재(131)의 충돌하중 분담 또는 하부구조(2)로의 전달하중 전달은 탄소성 부재(131)의 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)의 탄소성 부재(131)를 향하는 단부에 대한 접촉 이후부터 이루어질 수 있다. 이를 테면, 도 8을 참조하면, 탄소성 부재(131)의 중공형 강관 부재와 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321) 사이에는 탄소성 부재(131)의 중공형 강관 부재와 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)에 구비된 내부 강관 부재(1324)의 겹침량에 따라 간격이 형성될 수 있는데, 충돌하중 작용시, 겹침량이 증가하며 탄소성 부재(131)의 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)의 탄소성 부재(131)를 향하는 단부에 대한 접촉이 이루어지고 난 시점부터 충돌하중에 의한 탄소성 부재(131)의 충돌하중 분담 또는 하부구조(2)로의 전달하중 전달이 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 경우, 탄소성 부재(131)의 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)의 탄소성 부재(131)를 향하는 단부에 대한 접촉이 잘 이루어질 수 있도록, 나머지 하나의 콘크리트 채움 강관 부재(1321)의 탄소성 부재(131)를 향하는 단부에는 반경 방향 외측으로 돌출되어 둘레 방향을 따라 연장되는 턱부(1325)가 구비될 수 있다.
또한, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 탄소성 부재(131)는 그 둘레 방향으로 복수개의 유닛으로 분할 구비될 수 있다. 이를 테면, 두 개의 유닛으로 분할 구비될 수 있는데, 유닛의 개수는 본원에 한정되지 않는다. 또한, 탄소성 부재(131)가 복수개의 유닛으로 분할 구비되는 경우, 복수의 유닛은, 연결부(13)의 둘레 방향으로 서로를 향하는 단부에 연결부(13)의 반경 방향으로 돌출되는 체결부재(1312)가 구비될 수 있고, 체결부재(1312) 간의 연결(볼트 연결, 용접 연결 등 다양한 방식의 연결)에 의해 복수의 유닛은 상호 체결될 수 있다.
또한, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 다음과 같이 시공될 수 있다. 하부구조(2) 및 선박충돌방지구조(3) 각각에 제1 고정부(11) 및 제2 고정부(12)가 설치되고 연결부(13)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 하부구조(2) 및 선박충돌방지구조(3) 각각에 제1 고정부(11) 및 제2 고정부(12)가 설치되고, 제1 고정부(11) 및 제2 고정부(12) 각각에 대하여 연결부(13)의 길이 방향 일측 부분에 위치하는 고강성 부재(132)의 강관 부재(1321)(속이 빈 상태일 수 있음) 및 연결부(13)의 길이 방향 타측 부분에 위치하는 고강성 부재(132)의 강관 부재(1321)(속이 빈 상태일 수 있음)가 설치될 수 있으며, 상기 고강성 부재(132)의 강관 부재(1321)들 사이에 탄소성 부재(131)가 구비될 수 있으며, 이후, 고강성 부재(132)의 강관 부재(1321) 내부에 대한 콘크리트 타설이 이루어져 콘크리트부(1322)가 형성될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는, 일부 빈 공간(퓨즈)을 갖는 탄소성 부재(131) 및 고강성 부재(132)를 가지고 말뚝기초 형식의 선박충돌방지구조(3)와 교량 하부구조(2)를 연결할 수 있다. 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 충돌하중의 일부를 교량 하부구조(2)로 전달하거나, 또는 분담함으로써 말뚝기초 선박충돌방지구조(3)의 최적화 설계가 가능케할 수 있다. 구체적으로, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 연결부(13)의 길이 방향 양측의 고강성 부재(132)는 콘크리트 채움을 통해 강-콘크리트 합성 부재의 증가된 강성으로 선박충돌시 같은 하중을 받지만 강성이 작은 탄소성 부재(131)가 소성변형하도록 유도할 수 있고, 이를 통해, 가급적 결부(13)의 탄소성 부재(131)를 교체하는 시스템을 구현하여 보수 작업이 최소화되게 할 수 있다.
이러한 본 퓨즈 시스템 구조체(1)는 퓨즈부를 갖는 스트럿이라고도 할 수 있다. 기존의 경우, 선박충돌 사고 후 선박충돌방지구조(3)의 재시공이 필요하나, 본 발명은 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 손상된 부분(바람직하게는 손상된 탄소성 부재(131))을 재설치함으로써 유지관리성 및 경제성 향상을 실현할 수 있다.
또한, 구조물(교량과 선박충돌방지구조(3))의 안전성 및 선박의 안전성을 동시에 확보하여 충돌 사고에 따른 경제적 손실 및 인명 손실을 줄이고 해양 환경 오염에 대하여 안전성을 확보한 교량 건설이 이루어지게 할 수 있다.
한편, 구조물(원안) 및 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)에 대한 선박 충돌시 선박충돌방지구조(3)에 대한 충격하중 산출 및 말뚝 응력 분포 파악 등을 해보았다. 대상 선박은 실제 선박의 크기로 모델링하고, 초기 운동에너지를 산정하여 해석을 수행하였다.
도 13에는 해석 흐름도가 도시되어 있고, 도 14에는 구조물(원안) 및 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)의 평면도가 도시되어 있으며, 도 15에는 재료물성치가 도시되어 있고, 도 16에는 선박의 스팩이 도시되어 있으며, 도 17에는 선박의 형상이 도시되어 있다.
대상 구조물의 교량 형식은 사장교이고, 노선연장은 총 4.66km, 육상구간은 1.055km, 해상구간은 3.615km이며, 선박충돌방지구조(3)의 형식은 파일지지식 충돌방지공이다. 또한, 도 17을 참조하면, 선박은 700TEU 선박을 대상으로 하였고, 선박의 모델링은 선박충돌 케이스를 기준으로 선수부분과 선미부분으로 나누어 모델링하였다.
또한, 도 18을 참조하면, 충돌 케이스는 두 개로 나누었는데, 케이스 1은 항로 방향으로 선박충돌방지구조(3)에 정면충돌하는 조건이고, 케이스 2는 항로 방향으로 45도로 선박충돌방지구조(3)에 충돌하는 조건으로 하였다.
또한, 선박 충돌조건과 관련된 사항은 다음과 같다.
AASHTO 시방서 및 일본의 선박항행안전대책보고서에서는 선박과 교량의 충돌시 발생하는 하중을 기존의 사고，사례 등의 기록을 기준으로 선뢰성 평가를 통하여 충돌하중을 산정하고， 이를 등가 정적 하중(Equivalεnt StaticForce)으로 교량에 적용하여 교량의 구조해석을 수행하였다.
AASHTO 기준에서 제시하고 있는 충돌하중(PS) 산정식은 아래와 같다
또한, 종래의 구조물 및 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물에 대한 선박 충돌의 충돌속도 선정과 관련된 내용 및 초기 운동에너지 선정과 관련된 내용은 도 19에 도시되어 있다.
또한, 본 해석과 관련하여 비선형재료 적용 모델은 도 20에 도시되어 있고, 유한요소 모델은 도 21에 도시되어 있다. 유한요소 모델은 크게 선박충돌방지구조, 주탑기초, 말뚝 및 지반으로 구성되어 있고, 구조물은 콘크리트 및 철근 비선형 재료특성을 고려하여 모델링하였다.
도 22에는 구조물(원안)과 관련된 충돌형상이 도시되어 있고, 도 23에는 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)과 관련된 충돌형상이 도시되어 있다.
도 24를 참조하면, 구조물(원안)과 관련해 선박 충돌 결과를 해석해보면, 정면충돌 시 발생하는 최대 변위는 선박충돌방지구조에서 0.31m로 나타났다. 이는 주탑 기초와의 최소 이격거리인8.50m보다 현저히 작으므로 선박충돌방지구조는 선박충돌 상황에서 주탑기초에 직접적인 충돌을 예방할 수 있지만 선박충돌방지구조의 경우 손상이 발생할 우려가 있음을 알 수 있다. 또한, 도 25를 참조하면, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)과 관련해 선박 충돌 결과를 해석해보면, 정면충돌 발생 시 최대 변위는 선박충돌방지구조(3)에서 0.11m로 나타났고, 본 구조물인 주탑기초에서 발생한 변위 0.06m는 구조물의 안전성에 큰 영향이 없을 것으로 판단되었다.
도 26에는 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)과 관련해 선박의 충돌하중과 관련된 그래프가 도시되어 있다.
도 26을를 참조하면, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)과 관련해 정면 충돌시 선박의 충돌하중은 도 26의 그래프와 같이 0.06초에 시작하며 최대 충돌하중은 46.63MN으로 이는 AASHTO 기준에 근거한 48.06MN과 유사한 것으로 나타났다.
도 27에는 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)과 관련해 선박의 속도 변화와 관련된 그래프가 도시되어 있다.
도 27을 참조하면, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)과 관련해 선박의 속도는 도 27의 그래프와 같이 나타났으며, 선박이 구조물에 정면 충돌한 후 반대 방향으로 움직이는 것으로 관찰되며, 45도 충돌 후 2.0m/s의 속도로 선박충돌방지구조(3)와 평행하게 이동하는 것을 확인할 수 있다.
도 28은 구조물(원안)에 대하여 정면충돌 및 45도 충돌 각각과 관련하여 압축손상도 및 선박충돌방지구조(말뚝)의 철근응력 분포를 보여주는 그래프이고, 도 29는 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)에 대하여 정면충돌과 관련하여 압축손상도를 보여주는 그래프이며, 도 30은 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)에 대하여 45도 충돌과 관련하여 압축손상도를 보여주는 그래프이고, 도 31은 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)에 대하여 정면충돌 및 45도 충돌 각각과 관련하여 선박충돌방지구조(말뚝)의 철근응력 분포를 보여주는 그래프이다.
도 32는 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)에 대하여 정면충돌시 선박의 손상된 부분과 관련된 도면이다.
또한, 선박 충돌에 의한 주탑(선박충돌방지구조)의 붕괴를 방지하는 것이 가장 큰 목적이나 선박이 대형화될수록 선박의 침몰에 의한 사고 역시 큰 인적， 물적 피해를 가져오게 될 수 있다. 따라서, 선박의 침몰여부를 검토하여 선박의 안전성을 검토함이 바람직하다. 선박의 침몰여부 검토는 AASHTO 기준에 있는 Damage Length를 계산하여 실제 선박 선수부의 변위와 비교하여 침몰여부를 판단하였다.
도 32를 참조하면, 선박 충돌부에서 최대 손상길이는 정면충돌시 약 2.18m로 허용손상길이 3.56m보다 작으므로 선박의 충돌에 안전함을 판단할 수 있다.
도 33은 본 퓨즈 시스템 구조체(1)가 적용되는 구조물(제안)에 대하여 정면충돌 및 45도 충돌 각각과 관련해 압축균열폭 및 철근응력과 관련된 해석 결과가 도시된 그래프이다.
도 33을 참조하면, 본 퓨즈 시스템 구조체(1)의 설치후, 선박 충돌시 선박충돌방지구조(3)에 국부적인 손상이 발생하나 주탑기초에는 압축 손상이 발생하지 않고, 말뚝 철근 응력도 원안대비 현저하게 감소하여 충분한 구조안전성이 확보됨을 알 수 있다.
또한, 본원은 본원의 일 실시예에 따른 선박충돌방지 시스템을 제공한다. 본원의 일 실시예에 따른 선박충돌방지 시스템은 수상교량의 하부구조(2)로부터 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 선박충돌방지구조(3) 및 전술한 본원의 일 실시예에 따른 퓨즈 시스템 구조체(1)를 포함한다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 퓨즈 시스템 구조체
11: 제1 고정부
111: 체결부
112: 돌출부
12: 제2 고정부
13: 연결부
131: 탄소성 부재
1311: 날개부
132: 고강성 부재
1321: 콘크리트 채움 강관 부재
1322: 콘크리트부
1323: 날개부
1324: 내부 강관 부재
1325: 턱부

Claims (8)

  1. 수상교량의 하부구조 및 상기 하부구조로부터 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 선박충돌방지구조에 대하여 적용되는 퓨즈 시스템 구조체로서,
    상기 선박충돌방지구조의 측면과 대향하는 상기 하부구조의 측면에 대하여 고정되는 제1 고정부;
    상기 선박충돌방지구조의 측면에 대하여 고정되는 제2 고정부;
    상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부를 연결하는 연결부를 포함하되,
    상기 연결부는, 상기 선박충돌방지구조에 가해지는 충돌하중 중 일부인 전달하중을 상기 하부구조로 전달하도록 구비되고,
    상기 전달하중은 상기 하부구조의 여용력에 의해 저항 가능한 하중에 대응하도록 설정되되,
    상기 연결부는,
    탄성 변형 거동 및 상기 탄성 변형 이후의 소성 변형 거동이 가능한 재질을 갖는 탄소성 부재인 중공형 강관 부재; 및
    상기 중공형 강관 부재와 길이 방향에 대하여 연결되고, 상기 선박충돌방지구조에 대한 충돌하중 작용시의 변형이 상기 중공형 강관 부재에 상대적으로 더 많이 유도되도록 상기 중공형 강관 부재보다 상대적으로 높은 강성을 가지는 고강성 부재인 콘크리트 채움 강관 부재를 포함하고,
    상기 콘크리트 채움 강관 부재에는, 일단이 상기 콘크리트 채움 강관 부재에 삽입되고, 타단이 상기 중공형 강관 부재에 삽입되는 내부 강관 부재가 구비되며,
    상기 내부 강관 부재의 상기 중공형 강관 부재에 대한 삽입에 의한 겹침량에 따라, 상기 연결부의 길이가 조절되고, 상기 중공형 강관 부재와 상기 콘크리트 채움 강관 부재 사이에 간격이 형성되며,
    상기 간격 및 상기 겹침량은, 상기 하부구조와 상기 선박충돌방지구조 사이의 배치 간격 오차를 고려하여 설정되고,
    상기 간격은, 상기 겹침량이 증가하여 상기 중공형 강관 부재의 단부와 상기 콘크리트 채움 강관 부재의 단부가 상호 접촉된 이후부터 상기 하부구조로의 전달하중 전달이 이루어지는 것을 고려하여 설정되는 것인, 퓨즈 시스템 구조체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는, 상기 선박충돌방지구조에 충돌하중 작용시 상기 선박충돌방지구조가 소성 변형 거동에 들어가지 않고 탄성 변형 거동 중인 상태에서 상기 탄성 변형 거동 이후 상기 소성 변형 거동까지 유도될 수 있도록 구비되는 것인, 퓨즈 시스템 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 충돌하중이 상기 연결부에 대해 탄성 변형 거동을 일으키면, 상기 충돌하중에서 상기 전달하중을 제외한 잔여하중 중 일부에 대응하는 제1 충돌에너지를 탄성 변형 거동을 통해 분담하도록 구비되고,
    상기 충돌하중이 상기 연결부에 대해 탄성 변형 거동 이후 추가적으로 소성 변형 거동까지 일으키면, 상기 잔여하중 중 다른 일부에 대응하는 제2 충돌에너지를 소성 변형 거동을 통해 소산시키며 분담하도록 구비되는 것인, 퓨즈 시스템 구조체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 수상교량의 하부구조로부터 수평 방향으로 간격을 두고 배치되는 선박충돌방지구조; 및
    제1항에 따른 퓨즈 시스템 구조체를 포함하는 선박충돌방지 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001107601A (ja) * 1999-10-13 2001-04-17 Nippon Steel Corp エネルギー吸収部材
JP2001254340A (ja) 2000-03-08 2001-09-21 Shimizu Corp 防舷設備
JP2006138170A (ja) * 2004-11-15 2006-06-01 Shimizu Corp 境界梁ダンパー

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101042487B1 (ko) * 2008-07-09 2011-06-16 윤성철 교각과 선박의 충돌 충격 흡수장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001107601A (ja) * 1999-10-13 2001-04-17 Nippon Steel Corp エネルギー吸収部材
JP2001254340A (ja) 2000-03-08 2001-09-21 Shimizu Corp 防舷設備
JP2006138170A (ja) * 2004-11-15 2006-06-01 Shimizu Corp 境界梁ダンパー

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