KR20030049395A - 방파제용 파도 소거 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항구 또는 내항에 사용되는 방파제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내항과 바다 사이의 바닷물 순환이 원활이 이루어지면서도, 파도의 충격을 소거할 수 있는 방파제용 파도 소거 구조체에 관한 것이다. 이를 위해, 일단이 해저에 고정되고, 타단이 해면위로 일정높이만큼 돌출된 컬럼(35)을 복수개 포함하고, 상기 복수개의 컬럼(35)은 연속되는 정육각형 격자의 각 꼭지점 영역에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방파제용 파도 소거 구조체가 제공된다.

Description

방파제용 파도 소거 구조체{Waves Scattering Structures for a Bulwark}

본 발명은 항구 또는 내항에 사용되는 방파제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내항과 바다 사이의 바닷물 순환이 원활이 이루어지면서도, 파도의 충격을 소거할 수 있는 방파제용 파도 소거 구조체에 관한 것이다.

도 1은 종래의 항구(또는 내항(20))에 설치된 방파제(22)를 개략적으로 도시한 설명도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 내항(20)은 바다(24)와 접해있고, 바다(24)로부터 파도가 밀려 들어온다. 이러한 파도로부터 배를 보호하기 위하여 내항(20)의 입구 영역에는 콘크리트 방파제(22)가 설치되어 있다. 이러한 방파제(22)는 육지(10)로부터 연장되어 있고, 배가 출입할 수 있도록 간격을 유지하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 방파제(22)는 콘크리트 구조물로 되어 있기 때문에 바닷물이 방파제(22)를 전혀 통과할 수 없다는 단점이 있었다. 이로 인해, 내항(20)의 바닷물이 바다(24)와 순환이 방해되고 따라서 오염되기 쉽게 일어나곤 했다. 최근 바다환경에 대한 오염문제가 크게 대두되면서, 내항(20)의 환경을 개선하기 위한 친환경적인 방파제 구조에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

또한, 종래의 방파제는 콘크리트를 이용하여 제방 또는 뚝을 축조하거나 테트라포트를 배열하여 만들어지곤 하였는데, 이러한 종래의 공법에 따르면 많은 재료비와 건설비, 인건비 등이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1 목적은, 내항(20)과 바다(24) 사이의 바닷물 순환이 원활히 이루어질 수 있는 방파제용 파도 소거 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 불규칙한 방향으로부터 접근하는 파도의 충격을 효과적으로 소거할 수 있는 방파제용 파도 소거 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 콘크리트 및 철근 등 재료를 최소한으로 사용하면서도 방파제의 기능을 수행할 수 있도록 하는 방파제용 파도 소거 구조체를 제공하는것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은,

일단이 해저에 고정되고, 타단이 해면위로 일정높이만큼 돌출된 컬럼(35)을 복수개 포함하고,

상기 복수개의 컬럼(35)은 연속되는 정육각형 격자의 각 꼭지점 영역에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방파제용 파도 소거 구조체.

제 1 항에 있어서, 상기 컬럼(35)은 원기둥인 것을 특징으로 하는 방파제용 파도 소거 구조체에 의하여 달성될 수 있다.

또한, 상기 컬럼(35)은 콘크리트와 철근을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 컬럼(35)간의 거리(R_gr)은 상기 컬럼(35)의 반경(a_gr)의 약 4배인 것이 가장 바람직하다.

그리고, 상기 컬럼(35)은 복수의 봉재(55)를 원형으로 조합하여 형성되는 것이 바람직하고, 이 때의 조합은 복수의 봉재(55)를 원형으로 배열하는 것이 더욱 바람직하다. 아울러, 각 봉재(55) 간의 거리는 일정간격을 유지하거나 상호 접하도록 배열할 수도 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 종래의 항구(또는 내항(20))에 설치된 방파제(22)를 개략적으로 도시한 설명도,

도 2는 본 발명에 따른 방파제용 파도 소거 구조체가 설치된 상태를 도시한 설명도,

도 3은 도 2에 도시된 구조체(30)중 각 컬럼이 정사각형의 격자형태로 배열된 상태를 나타내는 평면도,

도 4는 도 3은 도 2에 도시된 구조체(30)중 각 컬럼이 정삼각형의 격자형태로 배열된 상태를 나타내는 평면도,

도 5는 도 2에 도시된 구조체(30)중 각 컬럼이 정육각형의 격자형태로 배열된 상태를 나타내는 평면도,

도 6은 도 3에 도시된 구조체(30)를 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프,

도 7은 도 4에 도시된 구조체(30)를 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프,

도 8은 도 5에 도시된 구조체(30)를 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예로써, 도 5에 도시된 구조체(30)중 각 컬럼(35)을 각 컬럼(30)보다 작은 직경을 갖는 봉재로 대체한 경우의 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

10 : 육지, 20 : 내항,

22 : 방파제, 24 : 바다,

30 : 방파제, 31, 33, 35 : 컬럼,

50 : 방파제, 55 : 봉재

a_sq: 정사각형 격자에서 각 컬럼의 반경,

a_tr: 정삼각형 격자에서 각 컬럼의 반경,

a_gr: 정육각형 격자에서 각 컬럼의 반경,

R_sq: 정사각형 격자에서 각 컬럼간의 거리,

R_tr: 정삼각형 격자에서 각 컬럼간의 거리,

R_gr: 정육각형 격자에서 각 컬럼간의 거리.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 방파제용 파도 소거 구조체가 설치된 상태를 도시한 설명도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내항(20)의 입구영역에는 다수의 컬럼(추후 설명)을 조합한 다양한 형태의 방파제(30)가 설치된다. 따라서, 바다(24)로부터 방파제(30)를 통해 바닷물의 순환이 원활히 이루어질 수 있다.

그러나, 도 2에서 각 컬럼(추후 설명)의 배열 형상에 따라 바닷물의 순환정도 및 파도 충격력의 소거에 커다란 차이가 있음을 발견하였다. 따라서, 컬럼(추후 설명)을 배열 형상에 대해 다양한 변화를 주었으며, 각각에 대해 시뮬레이션을 실시하여 최적의 형상을 얻어냈다.

도 3은 도 2에 도시된 구조체(30)중 각 컬럼이 정사각형의 격자형태로 배열된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3은 도 2에 도시된 구조체(30)중 각 컬럼이 정삼각형의 격자형태로 배열된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 구조체(30)중 각 컬럼이 정육각형의 격자형태로 배열된 상태를 나타내는 평면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 원통형의 컬럼(31)은 연속적으로 배열된 정사각형의 각 꼭지점 영역에 위치하고 있으며, 파도는 방파제(30)에 수직하는 방향(Γ-X)과 방파제(30)에 대해 45도 경사진 방향(Γ-M)으로 접근하는 것으로 가정하였다. 이 때, 각 컬럼(31)의 반경은 "a" 이고, 각 컬럼(31)간의 거리는 "R"로 표시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 원통형의 컬럼(33)은 연속적으로 배열된 정삼각형의 각 꼭지점 영역에 위치하고 있으며, 파도는 방파제(30)에 수직하는 방향(Γ-X)과 방파제(30)에 대해 45도 경사진 방향(Γ-M)으로 접근하는 것으로 가정하였다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 원통형의 컬럼(35)은 연속적으로 배열된 정육각형의 각 꼭지점 영역에 위치하고 있으며, 파도는 방파제(30)에 수직하는 방향(Γ-X)과 방파제(30)에 대해 45도 경사진 방향(Γ-M)으로 접근하는 것으로 가정하였다.

도 3, 4, 5에 도시된 배열형태 및 초기조건에 대한 시뮬레이션 한 결과가 도 6, 7, 8이다. 도 6은 도 3에 도시된 구조체(30)를 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 7은 도 4에 도시된 구조체(30)를 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프이며, 도 8은 도 5에 도시된 구조체(30)를 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, fsq는 정사각형구조에서의 각 대칭방향으로의 투과율을 나타내며, 공간을 컬럼이 채우는 비율을 의미한다. 도 6의 (a)는 a_tr= 0.35R_tr인 경우 투과율을 계산한 것이다. 이 때, fsq는 3.14 * 0.35 * 0.35 = 0.385 이다. 그리고, 도 6의 (b)는 fsq의 변화에 따른 띠간격의 위치아 폭의 변화를 나타낸 것이다. 도 6의 (b)에서 빗금친 부분은 모든 방향에서 입사되는 파도를 반사시킬 수 있는 주파수 영역을 나타낸다.

도 7은 a_tr= 0.225R_tr일 때, 투과율을 나타낸 것이다. 도 7의(b)에서 빗금친 부분이 매우 적다는 것을 알 수 있다.

도 8은 a_gr= 0.25R_gr일 때, 투과율을 나타낸 것이다. 도 8의(b)에서 알 수 있는 바와 같이 빗금친 부분이 매우 넓다다는 것을 알 수 있다. 즉, 빗금친 부분이 넓다는 것은 정사각형 격자 및 정삼각형 격자에 비해 전방향반사영역이 넓음을 알 수 있다.

즉, 도 6, 7, 8에서 알 수 있는 바와 같이, a_gr= 0.25R_gr의 조건에서, 컬럼(35)을 연속된 정육각형의 격자형태로 배열할 때, 파도의 충격을 최대한 소거하는 것이다. 이로 인해, 바닷물은 컬럼사이의 공간을 통해 내항(20)과 원활히 순환되고, 파도의 충격력은 최대한 반사되면서 상쇄되어 소거되는 것이다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예로써, 도 5에 도시된 구조체(30)중 각 컬럼(35)을 각 컬럼(35)보다 작은 직경을 갖는 봉재(55)로 대체한 경우의 평면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 원형 컬럼은 8개의 봉재(55)가 원형으로 위치하여 이루어진다. 이 때, 각 봉재(55)의 직경이나 거리 및 그 갯수는 파도의 높이, 수심 등을 감안하여 적절히 조절할 수 있다.

비록, 본 발명에서는 원통형의 컬럼을 도시하고 설명하였으나, 필요에 따라, 정삼각형, 정사각형, 정오각형, 정육각형, 정칠각형, 정팔각형, 타원형, 중공 등으로 쉽게 변형할 수 있다.

또한, 컬럼의 단면적, 높이, 컬럼간의 간격 역시 내항의 규모, 설계 시공법 등에 따라 변형을 줄 수 있다.

그리고, 도 9의 변형례로서, 도 9에서는 육각형 격자 형태로 배열하였으나, 이를 정사각형, 정삼각형 또는 원형 등의 격자구조로 배열할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 각 컬럼은 일단이 바다밑 땅속에 박히고, 타단이 일정높이 이상 수면위로 노출되는 것을 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 구조에만 한정되는 것은 아니다. 따라서, 별도의 지지 구조물을 이용하여 컬럼의 일단이 바다속에 떠 있고, 컬럼의 타단이 수면위로 일정 높이 이상 노출되도록 구성할 수도 있다. 또한, 컬럼의 일단이 바다밑 땅속에 박히고, 타단이 수면아래에 위치하도록 구성할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 방파제용 파도 소거 구조체에 의하면, 내항(20)과 바다(24) 사이의 바닷물 순환이 원활히 이루어질 수 있기 때문에, 내항의 생태계가 유지되고, 바닷물이 오염되지 않는 특징이 있다.

또한, 불규칙한 방향으로부터 접근하는 파도의 충격을 효과적으로 소거할 수 있기 때문에, 내항에 정박한 배를 안전하게 보호할 수 있다.

그리고, 콘크리트 및 철근 등 재료를 최소한으로 사용하면서도 방파제의 기능을 수행할 수 있기 때문에 경제성이 매우 높은 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (5)

1. 일단이 해저에 고정되고, 타단이 해면위로 일정높이만큼 돌출된 컬럼(35)을 복수개 포함하고,

   상기 복수개의 컬럼(35)은 연속되는 정육각형 격자의 각 꼭지점 영역에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방파제용 파도 소거 구조체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 컬럼(35)은 원기둥인 것을 특징으로 하는 방파제용 파도 소거 구조체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 컬럼(35)은 콘크리트와 철근을 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제용 파도 소거 구조체.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 컬럼(35)간의 거리(R_gr)은 상기 컬럼(35)의 반경(a_gr)의 약 4배인 것을 특징으로 하는 방파제용 파도 소거 구조체.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 컬럼(35)은 복수의 봉재(55)를 조합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방파제용 파도 소거 구조체.