KR20050084055A - 베슬 구조물 및 해양 베슬의 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박, 부유식 플랫폼 등과 같은 해양 베슬에 관한 것으로, 전체적 또는 부분적으로 두 개의 실질적으로 평행한 금속 시트를 포함하는 층상형 구조물을 포함하고 상기 두 개의 실질적으로 평행한 금속 시트 사이에 콘크리트층을 구비하며 상기 콘크리트는 일반 콘크리트의 밀도 보다 상당히 작은 밀도, 바람직하게는 약 1200 kg/m3 보다 작은 밀도를 가지며, 상기 층상형 구조물은 상기 콘크리트 층이 실질적으로 인장력을 지지하지는 않지만 압축력을 지지할 수 있어 상기 금속 시트를 지지하도록 치수화되어 있다. 본 발명은 또한 현존 구조물에서 지지 성능을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 층상형 구조물 모듈, 모듈을 제조하기 위한 요소, 및 본 발명에 따라 층상형 구조물을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

베슬 구조물 및 해양 베슬의 구조물{VESSEL STRUCTURES AND STRUCTURES IN MARINE VESSELS}
본 발명은 선박, 선박내에서 사용되는 층상형 구조물, 층상형 구조물 모듈, 층상형 구조물 모듈을 얻기 위한 요소, 층상형 구조물의 제조 방법, 현존하는 강화 플레이트 구조물, 주름형 구조물 및 선박내의 일반적인 구조물의 강도 및 지지 성능(carrying capacity)을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.
표면 효과(surface effect)를 이용하는 쾌속선을 제외하고, 대부분의 상용 및 군용 선박들은 순수 스틸 플레이트로 제조된 선체(hull)를 구비한다. 스틸 플레이트는 두가지 주요 기능 즉, 해수에 대한 수밀(水密) 박막으로서 작용하여 부력을 제공하는 기능, 그리고, 두번째로 주변으로부터의 로드(load) 및 화물에 의한 로드, 기타 기능과 관련된 로드를 지지하는데 필요한 강도 용량을 제공하는 기능을 갖는다. 구조재 스틸은 매우 높은 강도를 가질 것이나; 얇은 스틸 플레이트는 압축중에 버클링(buckling)될 수 있기 때문에, 강도 용량을 완전히 이용하는 것이 곤란하다. 스틸 플레이트의 버클링 용량을 증대시키는 전통적인 방법은 플레이트에 비임 및 프레임을 연결시키는 것이고, 또 플레이트 필드 그리드 강화(plate field grid stiffening)로서 한방향 또는 두방향을 따라 강화부재를 부착하는 것이다. 높은 응력을 받는 모서리 및 기타 상세부분들은 종종 추가적인 브레이싱(bracing) 또는 지지 부재로 강화된다. 선박내의 화물실들 사이의 분리 벽을 형성하는 격벽의 경우에, 채널-타입 주름부를 가지는 벽 플레이팅(plating)을 형성하고 그에 따라 운송 용량을 높이고 횡방향 로드에 대한 강도를 확보하는 대안적인 강화 원리가 있다. 그러나, 주름형 플레이트도 횡방향 로딩의 경우에 심각한 버클링을 형성할 수 있다는 것을 주지하여야 한다.
통상적인 스틸 선박 디자인을 살펴보면, 복잡하다는 것을 알 수 있을 것이고, 수많은 여러 구조 부재로 선박이 구축된다는 것을 알 수 있을 것이다. 사실상, 대형 선박의 경우에, 100,000개 정도의 많은 스틸 조각들이 서로 용접되어 선체 구조물을 형성할 것이다. 이러한 복잡성은 많은 스틸 조각들의 절단 및 상호 고정의 문제 뿐만 아니라, 보다 중요하게는, 매우 광범위하고도 많은 비용이 소요되는 용접작업을 실시하여야 한다는 문제를 가진다. 플레이트들과 강화 요소들 사이의 용접부는 또한 피로 및 파단의 임계 영역들이 된다. 일반적인 부식에 더하여, 이러한 용접부들은 선박의 수명을 결정하는 주요 인자가 된다.
선체 구조물에 대한 보다 중요한 디자인적인 고려사항은 극한적이고 예기치 못한 로드를 지탱할 수 있는 능력이다. 본 명세서에서, 3가지 문제, 즉 예기치 못한 로드로부터 에너지를 흡수할 수 있는 능력, 구조적인 덧붙임(redundancy)을 통한 로드의 재분포 능력, 및 손상된 상태에서 수밀 및 화물 고정성의 유지 능력이 특히 중요하다. 최근 몇년간, 이러한 목적을 위한 새로운 국가적 및 국제적 규정들이 도입되었다. 예를 들어, 이중 선체 디자인, 즉 오일 탱크와 해수 사이의 이중 배리어가 신규 탱크 선박에서 의무화되었다. 물론, 이러한 대부분의 신규 선체 요건과 관련하여 추가적인 스틸의 사용 및 비용의 추가가 있지만, 이는 안전 및 개선된 환경 관련 요구의 충족을 위한 것이다.
전술한 바와 같은 새로운 수단들은 또한 최초에 해결하고자 했던 문제들 이외의 의미를 가질 수 있다. 종종, 이중 선체내의 스킨(skin)들 사이의 개방 공간은 밸러스트 워터 또는 연료의 저장을 위해 사용된다. 종종, 플레이트 필드 그리드 강화부를 가지는 이러한 공간들은 검사 및 세정이 곤란하다. 이는 손상의 탐지 및 수리를 위한 장치를 가지며, 그 장치는 밸러스트 워터의 오염원이 될 수도 있다.
강화된 안전 및 환경 성능을 달성하기 위한 대안적인 방법들에는 개선된 강도, 내식성, 균열이 발생할 수 있는 곳에서의 응력 집중 감소, 감소된 부식 노출 표면, 부품의 보다 양호한 세정 등이 포함된다. 예를 들어, 복합체 또는 "샌드위치" 플레이트 구성을 통해 상대적으로 가볍고 강한 플레이트 구조물 또는 구조 부품이 얻어질 수 있다. 특히, 표면 스킨에 사용된 섬유강화 플라스틱 및 포옴(foam) 또는 "하니컴" 코어 재료를 구비한 복합 플레이트 및 쉘(shell)은 우주항공분야에서 널리 사용되고 있다.
복합 선체 및 플레이트 패널은 또한 선박에도 이용되고 있다. 예를 들어, 포옴 플라스틱 코어 또는 엘라스토머를 가지는 유리섬유 강화 플라스틱 스킨이 소형 및 중형의 고속 경량 크래프트를 위한 선체 구조물로서 사용되고 있다. 또한, 내부의 엘라스토머 코어를 구비한 스틸 스킨으로 구성된 조립식 플레이트 패널로 이루어진 시스템이 개발되었고, 상기 플레이트 패널은 스틸로 제조되고 특별히 마련된 엣지 프레임을 따라 서로 용접될 것이다. 복합 패널은 선박의 내부에서 분리 벽, 바닥 및 차량 데크로서 사용되고 있다. 그러나, 솔라스(SOLAS)와 같은 현재의 규정은 플라스틱과 같은 연소가능한 재료를 대형 승객용 선박에 사용하는 것을 금지하고 있다. 또한, 그러한 방식으로 제조된 대형 선박은 일반적으로 수용할 수 있는 정도를 넘어서 변형되거나 비용이 많이 소요된다. 선체를 위한 플라스틱 스킨 및 포옴 디자인이 가지는 다른 공지의 문제점은 높은 강도의 표면 로딩중에 "층분리", 즉 스킨과 코어 사이의 분리가 일어나는 경향이 있다는 것이다. 이는 선체의 완전성 및 로드 지지 능력을 상당히 손상시킬 것이다.
전술한 내용으로부터, 플라스틱 스킨-코어 복합체 구성은 대형 선체 구축에 있어서는 아직까지 매력적이지 않다는 것이 명백하다. 그러나, 원칙적으로, 복합체 플레이트 디자인은 구조적으로 매우 효과적이다.
현존하는 베슬 구조물이 갖는 다른 문제점은, 세계의 벌크 운송 선단으로부터의 광범위한 운용 경험에 따르면 주름진 격벽이 벌크 선박의 전체적인 안전 성능에서 약한 링크가 될 수 있다는 것이다. 화물실내로 물이 유입된 후에 격실이 붕괴되어 급속한 격실 파괴 및 선박의 침몰이 유도된 것으로 의심되는 많은 노후 선박의 손실이 있었다. 따라서, 현존하는 벌크 선박 뿐만 아니라 다른 타입의 상선들을 강화시킬 수 있는 효과적이고도 저렴한 방법을 제공하는 것이 중요하다.
초기에, 베슬의 주요 부분이 콘크리트 및 금속 시트를 포함하는 선박을 구축하고자 하는 시도가 있었다. 이러한 예를 들면, US 1,240,129가 있다. 이러한 예에서, 외측, 중간, 및 내측 금속 시트가 있고, 또 내측 금속 시트와 중간 금속 시트 사이에는 콘크리트가 채워진다. 사용되는 콘크리트에 대해 일관되게 요구되는 것은 두 시트들 사이의 공간내에 주입될 수 있기만 하면 된다는 것이다.
선박과 관련되어 콘크리트가 사용되는 다른 적용예들도 있다.
다른 하나의 예를 들면, 미국 특허 제 5,741,571 호에 기재된 이중 스킨 복합 패널의 해양 용도가 있다. 이중 스킨 패널은 다수의 교차-부재에 의해 서로 결합된 두개의 마주하는 스틸 플레이트를 포함한다. 그 후에, 충진재, 예를 들어 콘크리트가 마주하는 플레이트들 사이의 공간내로 도입된다. 미리 제조된 마주하는 플레이트들은 교차-부재에 의해 서로 체결되고 콘크리트의 충진 없이 선반 건조 장소로 공급된다. 패널들은 특별한 기계적 장치에 의해 함께 이동된다. 조립 후에, 콘크리트가 마주하는 플레이트들 사이의 공극내로 주입된다. 콘크리트 특성에 관한 요건이 설정되어 있지 않다. 이러한 이중 스킨 패널들은 반-침수체(semi-submersibles)의 둥근 레그(legs), 석션 앵커 파일(suction anchor piles) 및 침수형 튜브 터널에 사용되는 것으로 광고되고 있다. 이러한 시스템 이용의 장점은 축조 장소로 이송될 때 마주하는 플레이트들의 경량성 및 그 플레이트들이 구축물에 대해 강도를 부여한다는 것이다. 이러한 구상에 대한 통상적인 콘크리트는 표준 또는 일반 콘크리트일 것이고, 또는 특별한 경우에 예를 들어 중량이 1900kg/m3 인 북해의 근해에 사용된 경량의 콘크리트일 수 있다는 것을 주지하여야 한다.
또한, 콘크리트는 해양 구조물과 관련하여 다른 목적에도 이용될 수 있을 것이다. 하나의 용도는 선체를 강화시키는 것과 관련된다. 이러한 것의 예를 들면 공보 SU 1646944가 있으며, 그 공보에서는 시멘트 코팅 층을 상부에 가지는 다른 보강 네팅(netting) 층에 의해 제한되는 충진재 콘크리트 층내에 매립된 나선형 와이어 네팅 층, 및 금속 선체상의 시멘트 접착 층을 이용한다. 선체의 강화를 위한 다른 예를 들면 US 6,009,821가 있으며, 여기서 탱크 선박의 선체는 이중 선체를 구비하며, 여기서 탱크 또는 화물실의 바닥내에 모래를 분산 및 압축시키고, 모래에 보강 콘크리트 층을 도포하고, 양생된 콘크리트의 표면상에 스틸 플레이트를 위치시키며, 플레이트들의 접촉 엣지들을 선체에 용접함으로써, 상기 이중 선체는 실질적으로 내부의 스틸 구조 지지부를 본질적으로 필요로 하지 않는다. 이러한 예는 선박내의 선체의 바닥에 대해서만 효과적으로 이용될 수 있고, 격벽 또는 측부 구조물 및 데크 구조물에 대해서는 해결책을 제시하지 못한다. 이러한 두가지 방법은 몇가지 단계로 구성되며, 그로 인해, 실행시에 작업부하(workload)가 상당하다.
또한, 이들과 다소 유사한 방법이 FR 2 478 015에 개시되어 있다. 개시된 내용은 물과 접촉하는 금속 시트가 수리되거나 또는 개선되어야 하는 분야에서 콘크리트를 이용하는 것이다. 바람직하게, 콘크리트는 1 미만의 비중을 가지며, 5 내지 45 cm의 층으로 도포된다. 콘크리트 층이 외장(armour)될 수 있으며, 그러한 콘크리트에 더하여 다른 타이트(tight) 층이 도포될 수도 있다.
콘크리트 이외의 재료도 기존의 선박 구조를 강화하기 위해 사용되었다. 예를 들면, 내부 데크는 빈 공간이 엘리스토머로 충진된 스틸로 제조된 상부 덮개판을 구비한 보강 리브 시스템으로 강화되었다.
이러한 공지의 방법은, 선박에 대해 가해지는 힘에 적당한 치수로 이루어진 스틸 구조를 이미 가진 기존 선박의 구조를 개선하거나 수리하기 위한 것이다. 이 방법들에서 강판과 콘크리트의 사용조건은 본 발명의 조건과는 상당히 다르며, 본 발명에서는 전체 선체 또는 선박의 일부가 크고 작은 구조 모듈의 조립, 층상 구조 또는 셀 구조로서 단계적으로 건조된다.
도 1은, 본 발명을 도시하도록 선체의 일부가 제거된 본 발명에 따른 층상형 구조물 부분들로 건설된 베슬을 도시하며,
도 2는, 도 1의 베슬을 상세히 도시하며,
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명에 따른 층상형 구조물이 베슬의 전부 또는 일부를 위해 사용되는 베슬의 3개의 다른 실시예들의 단면도를 도시하며,
도 4는, 본 발명에 따른 층상형 구조물을 도시하며,
도 5는, 본 발명에 따른 층상형 구조물의 제 2 실시예를 도시하며,
도 6은, 본 발명에 따른 층상형 구조물의 제 3 실시예를 도시하며,
도 7 및 도 8은, 본 발명에 따른 부재의 다른 실시예들을 도시하며,
도 9는, 층상형 구조물 모듈의 일부를 도시하며,
도 10은, 본 발명에 따른 개선된 격벽의 부분 사시도를 도시하며,
도 11은, 개선된 주름진 플레이트의 부분 단면도를 도시하며,
도 12는, 강화 수단으로 개선된 구조물의 일부의 단면도를 도시하며,
도 13a 내지 도 13d는, 본 발명에 사용되는 은못들의 다른 실시예들을 도시하며, 그리고
도 14a 내지 도 14d는, 본 발명에 사용되는 커넥터들의 다른 실시예들을 도시한다.
본 발명의 주목적은 층상 구조를 갖는 해양 베슬(marine vessel)의 전체 또는 일부를 제조하는 신규한 방법, 베슬(vessel) 또는 다른 구조적 건조물에서 사용하기에 적합한 층상 구조 및 종래의 베슬 디자인과 경쟁할 수 있는 복합 구조를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 주목적은 예를 들면 선체의 여러 부분이 종래의 단일 및 이중 외장 선체 디자인에 비해 폭발, 붕괴 및 좌초와 같은 우발적인 부하에 노출되는 경우 원형 및 전체 성능을 개선하는 강도와 강성을 가진 베슬을 제공하고, 일반 선박에 비해 난파에 대해 개선된 안정성을 갖는 베슬을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 일반적인 단일 선체 선박 그리고 심지어 일반적인 이중 선체 선박과 비교하여 개선된 환경 성과를 가진 예를 들면 선박에 사용하기 위한 층상형 구조물을 제공하는 것이다. 이는 밸러스트 워터(ballast water)와 아울러 위험한 화물 또는 연료의 누설에 대한 저항성과 원형보전성이 상기 선박 구조내에서 처리될 수 있음을 의미한다.
또 다른 목적은 소개, 세척 및 유지보수가 보다 용이하고, 보다 효율적이며, 따라서 저렴해지도록, 최소의 모서리와 연결부를 구비하여 매끄럽게 됨으로써, 전체 노출 표면적을 줄이기 위한 수단으로서 유리한 선박용 층상형 구조물을 제공하는 것이다. 따라서, 방식을 요하는 전체 면적이 줄어든다. 우수한 내화성과 전체적으로 향상된 화재 거동을 갖고, 또한 소음 및 진동에 있어서 우수한 저감 성능을 가진 선박용 층상형 구조물을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 종래의 강선과 경제적으로 경쟁할 수 있으며 그에 따라 해상에서 안전성이 향상된 전체 베슬을 설계하는데 사용될 수 있는 층상형 구조물을 개발하는 것이다. 필수 강도 및 강성을 가짐과 동시에, 스틸을 현저하게 덜 사용함으로써 등가의 선박용 스틸 구조만큼 경량이거나 그보다 더 가벼운 층상형 구조물을 제공하는 것이 또 다른 목적이다. 궁극적으로, 통상의 선박보다 피로 균열이 현저하게 덜 발생하며, 따라서 유지 및 보수가 덜 필요하고, 설계 수명이 향상된 선박을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 구조물 유형에서 기존 구조의 수용 능력을 개선하는 방법을 구현하기 위하여 동일한 발명의 원리를 사용하는 것이다. 구조물의 일예는 외부 선체 구조, 격벽 구조 및 데크 구조로 이루어진 해양 베슬 또는 선박이다. 또 다른 목적은 선박에서 강화된 파형 플레이트, 강화된 격벽 또는 기타 다른 유형의 외피 또는 판 구조를 구현하는 것이다.
이 목적들은 하기된 특허청구범위에서 규정된 바와 같은 본 발명에 의해 구현된다.
본 발명은 선박, 부유식 플랫폼 등과 같은 해양 베슬에 관한 것으로, 전체 또는 일부가 층상형 구조물을 포함하고, 상기 층상형 구조물은 사이에 콘크리트층을 갖춘 실질적으로 평행한 2개의 금속 시트를 포함하며, 상기 콘크리트는 일반 콘크리트보다 상당히 작은 밀도를 가지며, 바람직하게는 약 1200㎏/㎥ 이하이고, 상기 층상형 구조물은 층상형 구조물 내의 콘크리트 층이 본질적으로 인장력은 지지(carry)할 수 없지만 압축력은 지지할 수 있도록 하는 치수로 만들어진다.
해양 베슬은 임의의 형태 및 크기를 갖는 선박, 예를 들면, 산적 화물선, 유조선 또는 컨테이너선 또는 바지선 또는 기타 다른 유형의 보트일 수 있다. 또한, 해양 베슬은 추진 장치를 갖거나 갖지 않은 반잠수식 플랫폼, 기타 다른 원양 구조물 또는 대형 부유식, 고정식 구조물일 수 있다. 상기 해양 베슬은 본 발명에 따른 층상형 구조물로 전체가 건조될 수 있으며, 또는 상기 베슬의 일부가 층상형 구조물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 선체와 격벽이 층상형 구조물을 포함하는 반면 호퍼 탱크와 윙 탱크는 상기 층상형 구조물의 선체 및 격벽에 연결된 강판으로 형성될 수 있다.
또 다른 가능성은 단지 외부 선체만을 층상형 구조물로 하거나, 기관실 주변과 같이 선체의 일부만을 층상형 구조물로 하는 것이다. 상기 층상형 구조물은 사이에 콘크리트층을 갖춘 2개의 금속 시트를 포함한다. 상기 콘크리트층의 콘크리트는 통상적으로 약 2300 내지 2500㎏/㎥의 중량을 가진 일반 콘크리트의 절반인 1200㎏/㎥ 이하의 밀도를 가질 때 초경량 콘크리트(ULWC)로서 표시될 수 있다. 상기 층상형 구조물의 콘크리트는, 층상형 구조물의 치수를 정할 때, 상당한 인장력은 지지(carry)할 수 없지만 층상형 구조물 내의 모든 수직 압축력은 전달(transfer)할 수 있는 것으로 간주된다.
상기 층상형 구조물의 외층은 선급협회 또는 기타 다른 적당한 기관에 의해 선박용으로 승인된 임의의 금속으로 제조될 수 있다. 이는 최소 항복응력이 235㎫인 "보통 강도 스틸(NS)", 최소 항복응력이 265㎫ 내지 390㎫인 "고강도 스틸(HS)" 및 최소 항복응력이 420㎫ 내지 690㎫인 "초고강도 스틸(EHS)" 등과 같은 스틸 품질로 제조된 통상의 선박용 플레이트를 포함한다. 이러한 스틸 품질 분류에 속하는 매우 많은 특수강 표시법이 존재한다. 오스테나이트 및 듀플렉스 스테인레스강과 같은 특수합금도 사용될 수 있다. 또한, 선박에서의 특수한 응용을 위하여, 연속적이면서 일체로 결합된 일측 또는 양측의 박층(클래딩 금속)과 베이스 재료로 이루어진 소위 클래드 강판을 사용할 수 있다. 알루미늄 및 티타늄과 같은 다른 금속도 상기 경량 콘크리트 코어 재료의 구조적 및 화학적 거동과 충분한 적합성을 나타내는 한 사용될 수 있다.
상기 코어 재료, 즉 상기 콘크리트층은 본 발명에 적합한 기계적, 화학적 및 기타 다른 기능적 특성을 나타내는 재료를 포함한다. 바람직한 재료는 통상적으로 약 2400㎏/㎥의 중량을 가진 일반 콘크리트의 절반 이하 중량을 가진 초경량 콘크리트(ULWC), 즉 일반적으로 1200㎏/㎥ 이하의 밀도를 가진 ULWC이다. 이러한 초경량 콘크리트는 예를 들면 북해에서 근해 구조용으로서 초기에 사용된 약 1900㎏/㎥의 중량을 갖는 경량 콘크리트와는 현저하게 상이하다.
상기 ULWC의 조성은 일반 콘크리트의 조성과는 현저하게 상이하다. 이러한 콘크리트를 제조하기 위하여, 콘크리트 배합물에 팽창 혈암, 점토, 질석, 경석(발포 화산암), 화산암재, 발포 글라스, 발포 플라스틱 등의 경량 골재를 사용할 수 있다. 이용가능한 많은 유형의 상용 경량 골재가 존재한다. 선택적으로, 콘크리트 배합물에 많은 공기 또는 기포를 함유시키기 위하여 특수 화학물이 첨가될 수 있다. 경량 골재와 공기 또는 기포의 조합도 사용될 수 있다. 또한, 콘크리트의 연성과 인장 강도를 향상시키기 위하여, 다양한 유형의 섬유 보강재를 첨가할 수 있다.
매우 경량이면서 우수한 구조적 콘크리트를 구현한다는 것은 다소 지나친 요구이다. 본 발명에서 사용하기 위해 이러한 일련의 콘크리트를 개발 및 시험하였다. 배합물 설계는 물, 여러 유형의 세멘트, 실리카, 석회석 충진재, "리아버", "포라버", "페라이트", "레카" 등의 골재 및 다양한 유형의 화학 첨가제의 사용을 포함한다. 예를 들면, 이러한 유형의 콘크리트중 하나는 905㎏/㎥의 생콘크리트 밀도, 14.5㎫의 압축 큐브 강도, 2.6㎫의 할렬 인장 강도, 및 약 6000㎫의 영 계수(E-계수)를 갖는다. 이는 본 발명에서 사용되기에 충분한 강도를 가진 초경량 콘크리트가 얻어질 수 있음을 나타낸다. 상기 배합물은 복합 판 구조내에 배치될 수 있는 우수한 작동성도 갖는다.
또한, 본 발명은 기존 구조의 수용능력을 개선하기 위한 방법을 포함한다. 기존 구조라 함은 선박 또는 베슬 등의 구조물에서 이미 사용된 구조를 의미하며, 예를 들면, 선체, 데크 또는 격벽 또는 사용된 구조의 수용능력이 개선되어야 하는 구조물에서 사용되는 보강판과 같은 기타 다른 구조이다. 기존 구조와 관련하여, 구조물에서는 아직 사용되지 않았으나 구조물에 사용되기 전에 개선된 수용능력을 가져야 하는 판과 같이 미리 제조된 구조를 고려할 수 있다. 개선된 수용능력은 여러 기능, 예를 들면, 일반 강도, 횡압 또는 점부하를 견디는 개선된 능력, 고 강성 등을 포함한다. 기존 구조에 다른 판 요소를 부착함으로써 형성되는 공간을 충진하기 위해 사용되는 상기 콘크리트는 충분한 강도와 적당한 밀도를 가진 콘크리트이다. 선박과 같은 중량 민감성 구조에 있어서, 일반 콘크리트 및 경량 콘크리트보다 현저하게 더 가벼운 특수하게 개발된 콘크리트를 사용하는 것이 유리하다.
본 발명의 강도 및 구조적 완전성은 금속 및 콘크리트의 특성 뿐만 아니라, 이들 재료간의 상호작용 거동에 따라서도 좌우된다. 일반적인 강선에 있어서, 강도의 대부분이 스틸의 운반능력으로부터 발생한다. 대부분의 금속을 층상형 구조물의 2면에 배치하는 것은 해당 구조에 휨 강성을 부여하고 구성요소의 좌굴을 방지하는 최선의 방법이다. 실제로 콘크리트가 약간의 인장강도를 갖을지라도, 사실, 실험한 초경량 콘크리트의 인장강도와 압축강도의 비율은 일반 콘크리트보다 더 큰 것으로 밝혀졌으며, 콘크리트가 상당한 인장력을 전달하지 않는 설계 및 치수결정은 신중하게 가정되어야 한다. 그러나, 복합 판 및 벽체내의 콘크리트는 다음과 같은 여러 중요한 기능을 갖는다.
a. 전체 구조에 대하여 압축 강도와 강성을 제공하고,
b. 좌굴에 대하여 표면 강판을 지지하며,
c. 복합 구조에 대하여, 극심한 부하하에서의 에너지 흡수능력, 내화성, 구조적 댐핑능력 등과 같은 일련의 여러 기능적 특성을 제공한다.
콘크리트 층 구조 강도를 증강시키기 위해 콘크리트 혼합물 안으로 섬유가 추가될 수 있다. 상기 섬유의 길이, 밀도 및 방향은 특정 사용에 적용될 수 있다.
전체 구조를 위한 콘크리트의 압축 강도 및 강성 능력의 이용은 변형만큼 길게 오히려 전방으로 나아가고 스트레스는 적합한 설계 코드(유로코드 등)에 의해 설정된 요구 조건 내에서 유지된다.
구부러짐에 대항하는 표면 금속 시트를 지지하기 위한 기능이 또한 매우 중요하다. 신중한 접근이 이루어져야 하는데; 즉, 실제적인 설계는 콘크리트와 금속 사이의 전면 결합에 의존해서는 안된다. 외측으로의 표면 플레이트 굽힘 및 분리에 대한 저항은 층강 구조 내의 시트들 사이의 커넥터 및/또는 그들 사이에 적합한 공간을 가지며 적합한 위치에 있는, 콘크리트 층 안의 시트로부터의 은못(dowel)을 통하여 달성될 수 있다. 콘크리트는 이러한 고정 지점에서 회전에 대한 지지를 제공하여 이 지점에서 표면 시트의 홀딩이 거의 "고정"되도록 하고, 그 결과, 표면 시트의 구부러짐 능력을 증강시킨다. 그러한 고정 지점에 있는 표면 시트의 구부러짐 능력은 적합한 설계 공식을 사용하여 계산될 수 있고, 그 결과 모든 설계 조건에 대한 구부러짐 파손에 대항하는 충분한 능력이 보장된다. 이러한 연결에서 이러한 방식으로 고정되는 표면 시트는 매우 중요한 다음-구부러짐(post-buckling)을 가지며, 사상의 모든 안전함에 대하여 기여하는 운송 능력을 보전한다는 점 또한 인지되어야 한다. 또한 본 발명의 실시적인 적용에 있어서, 표면 시트는 주어진 위치에서 웹 플레이트와 연속적으로 용접되고, 그 결과 라인 와이즈 고정(line wise fixation) 및 디라미네이션(delimination)의 방지를 보장한다.
금속 시트 사이의 공간이 콘크리트로 채워진 층상형 구조물(layed structure)에서의 주요 장점은 많은 선박 파손의 원인이 되는 구부러짐 파열이 더이상 심각한 파열 모드가 아니라는 점이다. 본 발명과 관련하여 층상형 구조물을 갖는 선체 빔은 보다 강하게 만들어지고, 그 결과, 포스트 더비쉐어(Post Derbyshire) 요구조건과 관련하여 설계되는 강한 해치 구조와 보다 양립할 수 있게 된다. 이는 선박 구조의 서로 다른 부분에 대한 보다 균일한 강성을 제공한다. 콘크리트는 접촉력의 에너지 흡수 및 분배에 대한 좋은 장벽이 되기 때문에 이러한 설계는 폭발, 충돌 및 좌초와 관련한 성능을 개선한다. 강한 격벽 및 가능한 이중 바닥 구조는 화물 조절 설비로부터 구조로의 부하 손상을 줄인다.
복합 구조의 또다른 중요한 기능적 성능들은 특정 설계의 분석 및 실험실에서의 테스트를 통해 특정되고 기록될 수 있다.
건조물 내에 기설 구조(esisting structure)가 본 발명에 따라 향상되는 때, 박스 거더(girder)를 구비하여 형성된 빈 공간(void), 지지 스툴, 니 브레이싱 또는 이와 유사한 것과 같은 건조물의 다른 부분들 또한 전체적으로 향상된 성능을 건조물에 주도록 운송 능력과 관련하여 향상될 수 있다.
플레이트 요소를 부착함으로써 생성되는 빈 공간이 전체적으로 콘크리트로 채워지는 것을 보장하기 위하여, 콘크리트는 빈 공간으로 하나 또는 다수의 접근로를 통하여 공급되고, 하나 또는 다수의 구멍이 빈 공간의 수직으로 가장 높은 위치에 근접하게 존재한다. 콘크리트가 수직으로 가장 높은 부분의 근처에서 틈에 존재할 때까지 빈 공간을 채움으로써 빈 공간으로부터 공기가 배출되고 전체적으로 콘크리트로 채워졌다고 확실하게 말할 수 있게 된다. 빈 공간으로의 틈은 플레이트 요소가 기설 구조에 부착된 후 또는 플레이트 요소의 부착의 결과로서 만들어질 수 있거나, 또는 플레이트 요소 또는 기설 구조에 미리 구멍뚫린 구멍일 수 있다.
기설 구조의 형태 및 사용에 따라, 다른 플레이트 요소가 플레이트의 하나 또는 양면에 부착될 수 있다.
기설 구조는 강화된 구조일 수 있고 플레이트 요소에 부착됨으로써 생성되는 틈은 다양한 형태, 예를 들어 하나 또는 다양한 방향으로 길이 방향일 수 있다. 기설 구조는 또한 교차로 주요하게 평행한 릿지 및 그루브를 갖는, 주름진 형태일 수 있다. 릿지 및 그루브는 기설 구조의 단면에서 볼 때, 날카로운 각을 갖거나, 곡선으로 굽었거나 또는 보다 사각형으로 형성될 수 있다. 또한 단지 기설 구조의 일부만이 주름지는 것도 가능하다. 또다른 선택 사항은 종방향으로 보강재 또는 그루브가 단지 기설 구조의 일부를 지나도록 하는 것이다. 이는 예를 들어 격벽에 대한 경우일 수 있는데, 이 때 격벽의 과도기적인 상부 및 바닥 부분은 격벽 및 선체 또는 갑판과 주로 평행하게 놓인 내부 빈 공간을 갖는 소위 스툴 구조(stool structure)로서 만들어지고, 반면에 중간 부분은 주로 수직 방향으로 향하는 그루브를 갖는 주름진 플레이트 구조이다.
본 발명은 또한 하나 또는 양측에 적어도 하나의 플레이트 요소가 용접 또는 다른 방식으로 고정되어 주름 플레이트의 릿지에 부착됨으로써 플레이트 요소가 적어도 하나의 그루브를 덮어 빈 공간을 형성하는 향상된 주름 플레이트를 포함한다. 이러한 빈 공간은 일반적인 콘크리트의 밀도보다 훨씬 더 작은, 바람직하게는 1200kg/m3보다 더 작은 밀도를 갖는 콘크리트로 채워진다. 모든 그루브에 이렇게 함으로써 본래 주름진 구조의 부드러운 표면이 생성된다. 이는 예를 들어 격벽 안에 사용된 주름진 구조에 대하여 바람직할 수 있는데, 이는 화물칸이 가장 좋은 가능한 방법으로 비워져야 하고 동일한 창안으로 다른 화물이 이송되어 왔을 때 보다 잘 치워질 수 있어야 하기 때문이다.
본 발명은 또한 기설 구조를 향상시키는 방법에 따라 만들어진 향상된 강성 및 수용 능력을 갖는, 예를 들어 격벽, 측벽, 바닥 구조 등과 같은 선박 안의 구조를 포함한다.
금속과 콘크리트 사이의 결합이 증가되어야 할 필요가 있는 경우에, 콘크리트 층과 면하는 금속 시트의 표면은 그 표면에서의 거칠기가 증가될 수 있고, 울퉁불퉁한 또는 접착 층으로 취급되고, 은못(dowel)이 설치될 수 있거나, 또는 이러한 서로 다른 수단의 조합을 구비할 수 있다.
은못은 다양한 형태일 수 있고 단지 콘크리트 층에 작은 거리로 닿을 수 있거나 또는 콘크리트 층의 서로 다른 면에 거의 닿을 수 있다. 은못은 용접되거나, 볼트 결합되거나 또는 다른 결합 방법으로 또는 금속 시트의 표면에 고정될 수 있다.
층상형 구조물 안의 금속 시트 사이에 커넥터가 채용될 수 있다. 커넥터의 목적은 층상형 구조물 안의 금속 시트 사이의 부하를 전달 하는 것이며, 그들은 또한 층상형 구조물 안에서 보강재로서 역할을 한다. 커넥터는 지점 커넥터의 형태일 수 있고 또는 예를 들어 플레이트 거더 또는 웹으로서, 하나 또는 여러 방향으로 연장부를 가질 수 있다. 바람직하게는 층상형 구조물 안에 거더들 사이에 지점 커넥터가 한방향으로 조합되어 존재하는 거더의 형태일 수 있다. 커넥터, 지점 커넥터 또는 거더의 형태 및 수량은 층상형 구조물의 특정 사용에 달려있고, 예를 들어 구부러짐에 대항하는 강도와 관련하여, 격벽과 비교할 때 선체는 서로 다른 요구 조건을 갖는다.
층상형 구조물의 콘크리트 층은 폐쇄된 채널 요소를 포함할 수 있다. 이러한 채널 요소는 일반적으로 양단에서 개방되고 내부 빈 공간을 갖는다. 구조의 다른 부분들과 함께, 그들은 여기에서 또한 "스파-박스(apar-box)"라고 언급되는 폐쇄된 빈 공간, 박스를 형성할 수 있다. 채널 요소들은 층상형 구조물의 총 강성을 증가시키고 또한 층상형 구조물의 중량을 줄이기 위하여 콘크리트 층 안에 포함된다. 채널 요소는 층상형 구조물 안에서 스페이서(spacer)로 인접한 금속 시트와 연결되어 있다. 스페이서는 I빔, U자형 후크 또는 다른 것과 같은 다양한 형태일 수 있고, 그들은 채널 요소 및 금속 시트와 고정 연결된 부분과 용접되거나 활주되거나 볼트결합되거나 쑤셔넣어질 수 있다. 스페이서는 다양한 기능을 갖는데, 표면 금속 시트가 휘어지는 것을 막고, 부하의 전달자로서 전단 응력을 전달하고, 그리고 생성동안 올바른 위치에, 경우에 따라 스파-박스를 고정하는 역할을 한다. (표면 스킨에 수직한 방향인) 측벽은 또한 그들이 표면 스킨과 용접될 수 있도록 연장하고 그 결과 표면 스킨을 지지하고 올바른 연결성을 제공한다.
채널 요소의 개방된 단부는 층상형 구조물의 단부에 있는 근접한 금속 벽 또는 층상형 구조물 안의 거더(girder)에 연결될 수 있다. 연결은 예를 들어 거더로 채널 요소를 용접함으로써 이루어질 수 있고, 이 때 폐쇄된 스파-박스가 형성된다. 이러한 스파-박스는 일반적으로 폐쇄적이나, 빈 공간으로 접근할 수 있어 스파-박스는 서비스 샤프트 또는 점검 샤프트, 물이나 연료 또는 다른 액체의 저장고, 또는 이와 유사한 것들로서 기능할 수 있다.
새로운 선박 또는 현존하는 선박의 대체 부분을 설계하는 경우에, 예를 들어 본 발명과 관련하여 층상형 구조물을 갖는 격벽을 설계할 수 있고, 동시에 층상형 구조물 안의 스파-박스를 치수화할 수 있는데, 이를 통해 그들이 요구되는 안정성을 가지며 파이핑을 통해 접근하거나 또는 수동 접근이 가능한 밸러스트 용수를 위한 구획으로서 기능할 수 있다. 다른 경우에는 선박의 일부를 위한 층상형 구조물이 층상형 구조물 안의 스파-박스가 연료 구획으로서 기능하도록 설계될 수도 있다.
층상형 구조물은 선체 생산에 사용되는 일반 등급 철의 금속 시트를 사용하여 일반적으로 만들어진다. 앞서 언급한 바와 같이, 어떠한 경우에는 화물칸 또는 구획 또는 스파-박스 내부에 이송되어지는 내용물은 일반 형태의 강을 공격하거나 부식시키는 형태일 수 있다. 그러한 경우에 층상형 구조물은 이송되어야 하는 재료에 대하여 보다 저항성을 갖는 다른 소재의 외층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이송되는 소재가 매우 부식성이 강하다면, 층상형 구조물은 스테인레스 강으로 이루어진 외층을 포함할 수 있다. 이는 본 발명과 관련하여 화물칸 또는 탱크의 경우에 경제적으로 실행가능한데, 이는 상기 칸이 부드러운 면을 가지고 이 때문에 화물칸을 덮는 스테인리스 강의 양이 최소이기 때문이다. 페인팅을 통하여 강을 보호하거나 적합한 소재의 보호 층을 적용하는 다른 방법들이 또한 사용될 수 있다.
생산, 사용, 유지에 대하여, 예를 들어 화물 운반자 안의 일반적인 강 구조와 비교할 때 선박의 전체 또는 일부에 대하여 본 발명에 따른 층상형 구조물에 의해 여러 인자가 영향을 받는다. 본 발명에 따른 층상형 구조물에 있어서, 선체 구조의 용접 부피는 공지의 이중 선체 강 운반자와 비교할 때 50% 만큼이나 많이 줄어들 수 있다. 선체 구조는 발열 피스로부터 만들어질 수 있고 피스의 보다 큰 퍼센트는 미리 제조가능하다.
현재 발명의 시행가능성을 증명하기 위해서 어려운 작업이 수행되었다. 이는 소위 판맥스 형태의 화물 운반자의 설계와 분석을 포함한다. 분류 학회의 모든 주요한 부하 및 설계 조건이 본 증명을 위해 고려되었다. 콘크리드 및 강에 대한 강도 높은 제한 요소 모델을 사용한 수치적 분석이 수행되었다. 연구를 통해 본 발명에 따라 공지의 베슬보다 강과 용접을 현저하게 덜 사용하여 건조될 수 있음이 증명되었다. 게다가 그러한 베슬은 공지 형태의 동등한 이중 선체 강 베슬과 동일하거나 작은 무게를 갖는 것으로 알려졌다. 현재의 발명에 따라 설계되고 건조된 베슬은 또한 가격 경쟁력을 포함하는 여러가지 다른 유용한 성능을 보유한다.
본 발명에 따른 층상형 구조물(layered structure)을 구비하여 달성할 수 있듯이, 매끄러운 면(smooth side) 및 최소의 모서리부를 구비한 벌크 화물선, 컨테이너선, 유조선 또는 가스선(oil or gas tanker), 또는 화학물 운반선 또는 다른 형태의 화물선들에서 화물실(hold)을 달성하는 것은 중요한 이점이다. 매끄러운 면은, 용이하고 보다 빠르고 보다 친환경적인 세척(cleaning)을 허용하며, 이러한 세척 작업으로 인해 보다 적은 화학물 사용, 작업 시간, 및 베슬의 다운 타임(down time)의 감소 모두를 구비한 경제적 이점을 줄 수 있다. 또한, 클리닝이 적절히 수행될 수 있기 때문에, 매끄러운 화물실은 화물 및 밸러스트 워터(ballast water) 모두를 위해 동일한 화물실을 사용할 가능성을 제공할 수 있다. 부식으로부터 보호하기 위해 코팅되어야 하는 영역이 감소하며, 또한 부식에 노출된 영역이 보다 적고 검사 및 유지 과정에서 확인해야 할 영역이 보다 적다는 사실로 인하여, 격벽 및 선체 등의 매끄러운 면들은 유지에 관련된 비용 또한 감소시킨다.
콘크리트는 우수한 방화 능력을 갖기 때문에, 본 발명에 따른 층상형 구조물은 화재시 개선된 성능을 제공한다. 또한, 층상형 구조물의 콘크리트층 내에 또는 콘크리트 구조물 내의 빈 공간 내에 베슬에서 필요한 파이핑을 묻을 수 있으며, 이로 인하여 부식을 피하고, 부식으로부터 보호하고, 적어도 부식을 제한하고 방화성은 증가한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 층상형 구조물은, 2개의 금속 시트 및 바람직하게 1200kg/m3 이하의 중량을 구비하고 그 사이에 끼는 콘크리트층을 구비한 간결한 층상형 구조물로 구성될 수 있다. 층상형 구조물은 구조물 내에서 두 개의 금속 시트를 가지며 추가로 충돌 및 정박 성능용으로 중요한 코어 재료(core material)를 갖는다는 사실로 인하여, 이러한 구조물이 자체적인 이중 선체 구조(double hull structure)와 유사한 것으로 고려될 수 있다.
또한, 본 발명은, 예를 들면 선박, 부유식 플랫폼(floating platform) 또는 유사한 또는 다른 구조물 구성들과 같은 베슬에 사용되는 층상형 구조물 모듈을 포함한다. 층상형 구조물 모듈은, 청구 범위 제 2 항 내지 제 12 항의 층상형 구조물에 따르며, 모듈 두께와 주로 동일한 두께를 구비한 적어도 2개의 보다 작은 부재로 구성되며, 추가로 상기 부재들은 커넥터들 또는 2개의 금속 시트 사이에서 연장된 웨브 커넥터들을 포함할 수 있다. 보다 작은 부재들은 모듈 길이와 주로 동일한 길이를 가질 수 있으며, 폭은 먼저의 모듈 부분에 수직인 모듈 부분의 다른 길이와 주로 동일하다. 베슬 전부 또는 일부를 형성하도록, 서로 다르거나 또는 유사한 형태를 가질 수 있는 소정의 모듈들이 함께 놓일 수 있다. 먼저, 소정의 모듈들이 함께 조립될 수 있고, 그 후 모듈들이 연결되어 다른 레벨의 모듈을 형성하며, 상기 모듈은 다시 다른 레벨의 모듈을 형성하도록 모듈들의 다른 조합에 함께 부착된다.
추가로 본 발명은 층상형 구조물 모듈을 획득하기 위한 부재 또한 포함하며, 상기 부재는 그 사이에 콘크리트층을 구비하고 대체로 평행한 2개의 금속 시트를 포함하고, 상기 콘크리트는 일반적인 콘크리트보다 대체로 낮은 바람직하게는 약 1200kg/m3보다 낮은 밀도를 갖는다. 상기 부재는 길이, 폭 및 두께를 갖으며, 상기 두께 및 길이는 층상형 구조물 모듈에 주로 상응하며, 상기 폭은 층상형 구조물 모듈의 하나의 부분에 달한다. 일 실시예에서, 상기 부재는 적어도 하나의 가장자리 위에서 콘크리트층 내에 개방된 채널 부재(open channel element)를 가질 수 있으며, 이는 금속 시트에 주로 평행하다. 이러한 채널 부재는 콘크리트층 내에 폐쇄된 채널 부재(closed channel element)의 적어도 일부를 형성하고, 이때 2개의 부재가 함께 연결된다.
또한, 본 발명은 층상형 구조물에 관한 구성 방법을 포함한다. 선박, 부유식 플랫폼 또는 유사한 것과 같은 베슬의 전부 또는 일부의 건설에 있어서 층상형 구조물을 제조할 때, 하나의 방법은 주로 평행한 2개의 금속 시트의 사용을 포함할 수 있으며, 상기 2개의 시트 사이에 끼는 콘크리트층이 삽입되고, 상기 콘크리트는 일반적인 콘크리트보다 대체로 낮은, 바람직하게는 약 1200kg/m3보다 낮은 밀도를 갖는다.
해양 베슬(marine vessel)의 전부 또는 일부의 구축을 위한 층상형 구조물을 형성하도록 부재를 제공하는 방법은, 주로 평행한 금속 시트 여러 쌍을 사용하며, 상기 금속 시트들은 요구되는 간격을 두어 설정되고, 상기 2개의 시트 사이에 끼는 콘크리트층이 삽입되고, 상기 콘크리트는 일반적인 콘크리트보다 대체로 낮은, 바람직하게는 약 1200kg/m3보다 낮은 밀도를 갖으며, 그리고 그 후 사이에 낀 콘크리트층은 양생(cure)하도록 허용된다. 이러한 바람직한 실시예는, 콘크리트의 삽입 전에, 2개의 금속 플레이트 사이의 틈의 중앙 위치에 있는 부재의 적어도 하나의 가장자리에 개방된 채널 부재가 부착되는 것을 포함한다.
본 발명의 추가적인 개시로서, 첨부된 이하의 도면을 참조하여 상세한 예시로서 설명될 것이다.
도 1 및 도 2는, 베슬(1)의 부분들이 본 발명에 따른 층상형 구조물(2)로 구성된 베슬(1)을 도시한다. 선체(6), 격벽(7)들, 선측 탱크(wing tank)(9)들, 및 호퍼 탱크(hopper tank)(8)들에 사용되는 층상형 구조물(2)을 도시하도록 선체(6)의 일부, 갑판(20)의 부분들 및 일부 해치(hatch)(21)들이 제거되었다. 베슬(1)의 선체(6) 및 격벽(7)은 2개의 금속 시트(3) 및 사이에 끼는 콘크리트층(4)을 포함하는 층상형 구조물(2)로 설계된다. 선측 탱크(9)들 및 호퍼 탱크(8)들의 일면은 금속 플레이트로 설계된다. 선측 탱크들 및 호퍼 탱크들은 기능적 이유로 필요할 수 있으며, 본 발명에 따라 설계된 선박의 구조적 요소로서 필수적인 것은 아니라는 점을 주지하여야 한다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 선박의 주 구조물은, 수직으로 지시된 선체(6)의 부분들 내에서 층상형 구조물과 수직 방향으로 연장된 플레이트 거더(plate girder)(12)들과 격벽(7)들을 포함한다. 선체(6)의 바닥부(bottom part)는 베슬 종방향의 플레이트 거더(12)들을 포함하는 층상형 구조물을 갖으며, 폐쇄된 채널 부재(13)들은 상기 거더(12)들과 함께 스파 박스(spar box)(14)들을 형성한다. 스파 박스들은 바닥 및/또는 측면 구조물을 위해 대안적으로 선체의 종방향으로 향할 수 있다는 것을 주지하여야 한다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명에 따른 층상형 구조물로 전부 또는 일부가 형성된 선체를 위해 가능한 3개의 다른 단면들을 도시한다. 도 3a에서, 선체(6)의 모든 주된 부분들, 그리고 호퍼 탱크(8)들 및 선측 탱크(9)들의 내부 벽체들은 층상형 구조물로 형성된다. 도 3a의 2개의 상세도에서 볼 수 있듯이, 예를 들어 체널 부재(13)를 구비하거나 또는 구비하지 않은 2개의 금속 시트(3) 및 콘크리트층(4)의 구조물인, 선체에 사용될 수 있는 적어도 2개의 가능한 층상형 구조물이 있다. 도 3a 내지 도 3c에서 도시된 이러한 2개의 서로 다른 구조물들은 선체의 전부 또는 일부를 위해 사용될 수 있다.
도 3b에는 일반적인 금속 시트로 제조된 호퍼 탱크(8)와 윙 탱크(9)의 내부 분리벽이 도시되어 있다. 도 3c에는 층상형 구조물로 구성되며 보다 둥근 형태를 취하는 선체(6)가 도시되어 있으며, 도 3c에는 호퍼 탱크 또는 윙 탱크가 도시되지 않는데, 이는 구조적 강도와 관련하여 이들이 필요 없기 때문이다.
도 4는 두 개의 금속 시트(3)와 콘크리트층(4)을 구비한 본 발명에 따른 층상형 구조물의 개략도이다. 도 5에는 금속 시트(3) 중 하나가 상이한 재료의 외부층(5)을 구비한 제 2 실시예가 도시되어 있다. 이는 예를 들어 수송되는 화물이 금속 시트(3) 내의 모재 금속(basic metal)과 반응성이 클 경우에 해결책일 수도 있다. 내부 벽 또는 격벽에 있어서는 양 표면 시트가 상이한 재료층을 가질 수도 있다. 이들 도면은 모두 실제 크기로 도시되진 않는다. 일반적인 치수를 설명하기 위해 층상 선체 구조물을 예로서 언급할 수 있는데, 여기서 외측 금속 시트(3)는 5-25m 범위의 두께를 가질 것이고 콘크리트층(4)에 내장된 채널 요소(13)를 형성하는 금속 시트는 5-10mm 범위의 두께를 가질 것이다.
도 6에는 콘크리트 층에 내장된 채널 요소(13)가 존재하는 층상형 구조물(2)의 횡단면이 도시된다. 이들 채널 요소는 층상형 구조물의 다른 부분과 함께 스파-박스(14, spar-box)를 형성한다. 본 발명의 일 측면에서 표면 시트(3)에 수직한 채널 요소(13)의 측부들은 표면 시트에 직접 연결될 수 있도록 연장된다.
도 7 및 도 8에는 장착될 때 층상형 구조물을 형성하는 두 상이한 요소의 실시예가 도시된다. 이들 요소들은 층상형 구조물과 동일한 두께를 가지며 일반적으로 층상형 구조물 모듈 방향의 일부, 및 층상형 구조물 모듈의 반대 방향의 일부와 동일한 길이를 갖는다. 상기 요소들은 두 개의 금속 시트(3)와 콘크리트 층(4)을 포함한다. 바람직한 실시예들은 두 금속 시트 사이에 개방된 채널 요소(13)와, 가능하게 도 8에 도시된 바와 같이, 콘크리트 층(4)에 내장되어 폐쇄된 채널 요소(13)를 포함한다. 채널 요소들은 스페이서(15)로 인해 두 금속 시트(3) 사이의 통공 내에 위치된다.
층상형 구조물은 도 9에 도시된 바와 같이 두 금속 시트(3)와 이들 사이의 콘크리트 층(4)으로 구성된다. 두 금속 시트는 포인트 커넥터(11)와 플레이트 거더(12)를 통해 서로 연결된다. 콘크리트 층은 플레이트 거더(12)와 함께 스파-박스(14)를 형성하는 내장된 채널 요소(13)를 포함할 수도 있다. 채널 요소는 스페이서(15)로 인해 시트에 연결된다.
본 발명에 따른 층상형 구조물은 층상형 구조물에 대한 특정 용도의 요구사항을 충족시키는 다양한 방식으로 적용될 수도 있고, 예를 들어 스파-박스는 연료 또는 밸러스트 워터(ballast water)용 저장 탱크로서 기능하기에 적절한 크기로 제조될 수도 있다.
도 10은 부분적으로 격벽(101), 격벽용 하부 발판(114), 바닥 플레이트(113), 및 선박 측면(112)으로 구성된 선박의 절취도의 개략적 사시도이다. 격벽은 하부 지지 발판(114)에 용접된 사다리꼴 형태의 주름진 플레이트(101)로 제조되며, 하부 지지 발판은 차례로 격벽을 선박 바닥 구조물(113)에 연결시킨다.
격벽의 주름진 플레이트는 공극(104)을 형성하는 기존의 구조물에 신규의 플레이트 요소(102)를 부착시킴으로써 강화된다. 추가된 플레이트(102)의 두께는 주름진 플레이트의 두께 보다 작을 수도 있다. 공극(104)은 콘크리트(103)로 채워진다. 게다가 격벽 발판(114) 내의 공극(104b)은 콘크리트(103)로 채워진다. 이로 인해 전체적인 격벽 구조물은 알맞은 강성과 강도 특성을 갖게 된다.
본 발명에 따라 개선된 주름진 플레이트의 일부의 횡단면이 도 11에 도시된다. 기존의 구조물(101)을 형성하는 주름진 플레이트는 그루브(106)와 릿지(107)를 구비한다. 플레이트 요소(102)는 기존 구조물의 양 측부 상에서 릿지(107)에 부착되거나 용접되어 주름진 플레이트의 양 측부 상에 평탄한 표면을 형성시킨다. 공극(104)은 콘크리트(103)로 채워진다.
선박 및 해양 구조물과 같은 구조물은 상당 부분 강화된 플레이트 구조물로 형성된다. 본 발명은 또한 이들 구조물에 대해서도 유용할 수도 있다. 기존의 구조물은 이러한 경우에 도 12의 횡단면도에 도시된 바와 같이 플레이트(116)와 강화 수단(115)을 포함한다. 강화 수단(115)은 예를 들어 전구 형태의 강화제 또는 플레이트 거더일 수도 있다. 플레이트 요소(102)는 강화 수단에 부착되어 공극(104)을 형성한다. 공극(104)은 그 후 콘크리트(103)로 채워진다. 부착된 플레이트 요소(102)의 층 외측으로 돌출하는 강화 수단(115)의 일부는 두 강화 수단(115)이 도 12에서 점선으로 도시된 바와 같이, 잔류 강도가 충분하다면 제거될 수도 있다. 이러한 제거는 플레이트 요소(102)가 부착되기 전에 또는 그 후에 수행될 수도 있다. 강화 수단(115)의 일부의 제거로 인해 평탄한 표면이 야기되며, 이들 부분은 본 발명에 따른 개선점 이전에 많은 돌출한 보강재 및 코너이다.
도 13은 콘크리트 층과 대면하는 금속 시트(3)의 측부에 부착될 수도 있는 은못(10, dowel)의 소정 실시예를 도시하며, 이에 의해 두 재료 사이의 결합 및 기계적 부착성이 개선된다. 도 13a는 콘크리트, 플라스틱 또는 적어도 콘크리트 층 만큼 강하고 금속 시트(3)에 아교접착되는 다른 재료로 제조된 노브(10)를 도시한다. 도 13b는 아크 또는 마찰 용접에 의해 금속 시트(3)에 부착된 단순한 강 스터드(10)를 도시한다. 도 13c는 금속 시트(3)에 용접되어 접히거나 돌출된 형태로 개선된 앵커릿지(anchorage)를 제공하는 스터드 또는 짧은 채널 섹션(10)을 도시한다. 도 13d는 소정의 금속 시트(3) 거리에 정확하게 대응하는 길이를 갖는 단순한 은못(10)을 도시하며, 이는 층상형 구조물 조립체를 위한 앵커릿지 및 실질적인 스페이서로서 작용한다.
도 14는 소정의 거리에서 층상형 구조물 내의 두 금속 시트(3)를 결합시키고 콘크리트 층과 기계적 상호작용을 제공하는 커넥터(11)의 소정 실시예들을 도시한다. 게다가, 이러한 고정된 커넥터(11)는 콘크리트와 금속 시트 사이의 결합이 불량한 경우에 스킨 버클링(skin buckling)을 방지하는데 중요하다. 도 14a에는 두 금속 시트(3)에 용접된 강 또는 또다른 재료의 I-형 커넥터(11)가 도시되어 있다. 도 14b에는 용접된 커넥터(11)가 U형 또는 개방된 채널 형태를 갖는 유사한 경우가 도시된다. 도 14c에 도시된 커넥터(11)는 하나의 시트(3)에만 용접되고 "아이(eye)"를 통해 다른 시트(3)에 부착된다는 점에서 상이하며, 상기 "아이"는 커넥터를 위한 적절한 개구를 갖는 강편(steel piece)이고 반대 시트에 용접된다. 이러한 방식으로 반대 시트가 화살표 A로 표시된 것처럼 조립 중에 올바른 위치로 이동될 때 두 시트가 결합된다. 도 14d에 도시된 커넥터(11)는 두 시트(3)가 반대 위치에 위치된 "아이" 부착을 갖는 이동 커넥터의 이중 측부 버젼이다. 외측 시트(3)는 개방 채널 또는 U-형 커넥터(11)가 화살표 B로 표시된 것처럼 두 개의 "아이" 내로 이동될 때의 위치에서 잠기게 된다.
본 발명은 이제 실시예와 함께 설명되지만, 다양한 수정 및 변경이 다음의 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에서 수행될 수 있다.

Claims (36)

  1. 전체적 또는 부분적으로 두 개의 실질적으로 평행한 금속 시트를 포함하는 층상형 구조물을 포함하고 상기 두 개의 실질적으로 평행한 금속 시트 사이에 콘크리트층을 구비하며, 상기 콘크리트는 일반 콘크리트의 밀도 보다 상당히 작은 밀도, 바람직하게는 약 1200 kg/m3 보다 작은 밀도를 가지며, 상기 층상형 구조물은 상기 콘크리트 층이 실질적으로 인장력을 지지하지는 않지만 압축력을 지지할 수 있어 상기 금속 시트를 지지하도록 치수화되어 있는,
    선박, 부유식 플랫폼 등과 같은 해양 베슬.
  2. 두 개의 실질적으로 평행한 금속 시트를 포함하며 상기 두 개의 실질적으로 평행한 금속 시트 사이에 콘크리트 층을 구비하며, 상기 콘크리트는 일반 콘크리트 보다 작은 중량, 바람직하게는 1200 kg/m3 보다 작은 중량을 가지는,
    선박, 부유식 플랫폼 등과 같은 해양 베슬에 이용하기 위한 층상형 구조물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 콘크리트층 쪽의 표면 상의 금속 시트가 상기 금속 시트와 상기 콘크리트 층 사이의 본딩 또는 연결 특성을 증가시키기 위한 수단을 포함하는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본딩 특성을 증가시키기 위한 수단은 상기 금속 시트의 표면에서의 증가된 거칠기, 또는 부가된 접착 층 또는 은못 또는 이들의 조합물인,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 은못은 상기 콘크리트 층으로 상당한 거리로, 그리고 기껏해야 상기 층상형 구조물의 반대 측부 상의 상기 금속 시트에 도달하는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 층상형 구조물의 콘크리트 층에 상기 콘크리트 층의 연성, 파열 개구의 감소, 및 인장력 지지 성능을 강화시키기 위해 섬유가 첨가되는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 두 개의 금속 시트 사이에는 하나 이상의 커넥터가 있는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커넥터는 포인트 연결부를 포함하는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 커넥터는 하나 이상의 방향으로 거더를 포함하는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콘크리트 층은 동일하거나 상이한 단면적 및 내부 빈 공간을 구비하는 종방향으로 실질적으로 평행한 로드 지지 채널 요소를 포함하며 상기 로드 지지 채널 요소는 상기 층상형 구조물의 다른 요소와 함께 스파 박스를 형성할 수 있는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 채널 요소는 스페이서를 구비한 상기 인접한 금속 시트로 연결되는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속 표면 시트에 수직하게 배향되는 상기 채널 요소의 두 개의 측면은 상기 두 개의 금속 시트에 직접 부착되어 지도록 상기 폐쇄된 채널 형성부를 넘어 연장하는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널 요소의 양 개방 단부들이 상기 채널 요소의 종방향에 대해 횡단하는 종방향을 구비하는 거더에 연결되어 폐쇄된 스파 박스를 형성하는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 층상형 구조물에는 상기 스파 박스들 중 하나 이상의 스파 박스로의 접근로가 있으며, 상기 스파 박스는 서비스 샤프트 및/또는 검사 샤프트 등으로서 기능할 수 있는,
    해양 베슬.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스파 박스가 예를 들면 밸라스트 워터를 위한 구획부로 기능할 수 있도록, 격벽의 상기 콘크리트 층에 있는 스파 박스로의 접근로가 있는,
    해양 베슬.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 스파 박스가 연료용 구획부로서 기능할 수 있도록, 상기 층상형 구조물의 상기 콘크리트 층에 있는 스파 박스로의 접근로가 있는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스파 박스의 내부 또는 상기 콘크리트 층으로부터 먼 쪽의 상기 금속 시트의 표면 둘다 또는 하나는 상이한 재료의 또 다른 외부 층을 포함할 수 있는,
    해양 베슬 또는 층상형 구조물.
  18. 빈 공간을 형성하도록 현존 구조물에 하나 이상의 다른 플레이트 요소를 부착하는 단계,
    일반 콘크리트의 밀도 보다 상당히 작은 밀도, 바람직하게는 약 1200 kg/m3 보다 작은 밀도로 상기 콘크리트를 상기 빈 공간에 채우는 단계, 및
    상기 콘크리트를 경화시키는 단계를 포함하는,
    현존 구조물의 지지 성능을 개선하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 현존 구조물의 다른 빈 공간은 일반 콘크리트의 밀도 보다 상당히 작은 밀도, 바람직하게는 상기 빈 공간에 약 1200kg/m3 보다 작은 밀도로 채우는,
    현존 구조물의 지지 성능을 개선하는 방법.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 콘크리트를 추가하기 전에 공기의 명도를 촉진하고 상기 빈 공간이 완전히 그라우팅될 때를 결정하기 위해 상기 빈 공간의 수직방향으로 가장 높은 부분의 근방에 하나 이상의 통공을 형성하는 단계,
    상기 빈 공간으로의 하나 이상의 다른 접근로를 통하여 상기 빈 공간에 콘크리트를 추가하는 단계를 더 포함하는,
    현존 구조물의 지지 성능을 개선하는 방법.
  21. 제 18 항 또는 제 20 항에 있어서,
    빈 공간을 형성하도록 상기 현존 구조물의 양 측부에 플레이트 요소가 부착되는,
    현존 구조물의 지지 성능을 개선하는 방법.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 현존 구조물은 교대로 형성되는 거의 팽행한 릿지 및 그루브를 가지는 주름형 구조물이며 상기 하나 이상의 다른 플레이트 요소가 부착되어 상기 주름형 판에 있는 하나 이상의 그루브를 덮어 하나 이상의 빈 공간을 형성하는,
    현존 구조물의 지지 성능을 개선하는 방법.
  23. 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주름형 현존 구조물에 있는 그루브를 덮는 판형 요소는 용접에 의해 또는 상기 주름형 현존 구조물에 있는 상기 릿지에 상기 판 요소의 측부를 부착하는 다른 방법에 의해 부착되는,
    현존 구조물의 지지 성능을 개선하는 방법.
  24. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빈 공간은 상기 현존 구조물의 일부가 보강 부재에 부착되는 플레이트 요소에 의해 형성되는,
    현존 구조물의 지지 성능을 개선하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    빈 공간을 형성하도록 보강 부재에 상기 판 요소가 부착되기 전 또는 후에 상기 부강 부재가 변형되는,
    현존 구조물의 지지 성능을 개선하는 방법.
  26. 하나 이상의 플레이트 요소에, 상기 플레이트 요소가 하나 이상의 그루브를 덮어 빈 공간을 형성하도록, 상기 주름형 판에 부착되는 하나 또는 양 측부를 포함하고, 상기 빈 공간은 일반 콘크리트의 밀도 보다 상당히 작은 밀도, 바람직하게는 1200 kg/m3 보다 작은 밀도를 가진 콘크리트로 채워지는,
    거의 평행한 릿지 및 그루브가 교대로 형성되는 개선된 주름형 구조물.
  27. 제 26 항에 있어서,
    하나 이상의 측부 상의 모든 그루브는 상기 플레이트 요소에 의해 덮혀져서 부드러운 표면을 형성하는,
    거의 평행한 릿지 및 그루브가 교대로 형성되는 개선된 주름형 구조물.
  28. 제 18 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 청구된 방법에 따라 제조된 개선된 강도 및 지지 성능을 구비한 예를 들면 격벽, 측벽, 바닥 구조물 등과 같은 선박 도는 베슬의 구조물.
  29. 제 2 항 내지 제 12 항의 층상형 구조물에 따라, 예를 들면, 선박, 부유식 플랫폼 등과 같은 베슬 또는 다른 구조물에 이용하기 위한 층형 구조 모듈로서,
    상기 모듈은 두 개의 금속 시트 및 콘크리트 층을 포함하는 두 개 이상의 소형 요소로 구성되고, 상기 소형 요소 두께가 상기 모듈 두께와 거의 동일하며, 또한 상기 요소는 두 개의 금속 시트들 사이에 하나 이상의 커넥터를 포함할 수 있어 상기 두 개의 소형 요소가 함께 배치될 때 두 개의 외부의 부드러운 금속 표면을 형성하는,
    층형 구조 모듈.
  30. 두 개의 실질적으로 평행한 금속 시트를 포함하고 상기 금속 시트들 사이에 콘크리트 층을 구비하고, 상기 콘크리트는 일반 콘크리트용 보다 작은 밀도, 바람직하게는 약 1200 kg/m3 보다 작은 밀도를 가지는,
    층상형 구조 모듈을 얻기 위한 요소.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 요소는 길이, 폭 및 두께를 가지며, 상기 두께 및 길이는 층상형 구조 모듈에 대응하고 상기 폭은 상기 층상형 구조 모듈이 되는,
    층상형 구조 모듈을 얻기 위한 요소.
  32. 제 30 항 또는 31 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 엣지에서 상기 요소는 상기 금속 시트에 거의 평행한, 상기 콘크리트 층에 개방 채널 요소를 가지며 상기 두 개의 요소가 서로 연결될 때 상기 개방 채널 요소는 상기 콘크리트 층에 폐쇄된 채널 요소의 적어도 일 부분을 형성하는,
    층상형 구조 모듈을 얻기 위한 요소.
  33. 선박, 부유식 플랫폼 등과 같은 베슬의 전체 또는 일 부분을 건조하기 위한 층상형 구조물을 생산하는 방법으로서,
    두 개의 거의 평행한 금속 시트가 이용되고, 상기 금속 시트는 원하는 거리에서 위치결정되고 이러한 두 개의 시트들 사이에는 콘크리트의 삽입 층을 주입하며, 상기 콘크리트는 일반 콘크리트용 보다 작은 밀도, 바람직하게는 약 1200 kg/m3 보다 밀도를 가지는,
    층상형 구조물 생산 방법.
  34. 선박, 부유식 플랫폼 등과 같은 해양 베슬의 전체 또는 일 부분을 건조하기 위한 층상형 구조물을 형성하기 위한 요소를 생산하는 방법으로서,
    두 개의 거의 평행한 금속 시트가 이용되고, 상기 금속 시트는 원하는 거리에서 세팅되고 이러한 두 개의 시트들 사이에는 콘크리트의 삽입 층을 주입하며, 상기 콘크리트는 일반 콘크리트용 보다 작은 밀도, 바람직하게는 약 1200 kg/m3 보다 밀도를 가지며, 상기 콘크리트의 삽입 층의 주입후 상기 콘크리트의 삽입 층이 경화되는,
    층상형 구조물을 형성하기 위한 요소를 생산하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 콘크리트의 주입 전에, 개방 채널 요소가 상기 두 개의 금속판들 사이의 통공의 중앙부에 있는 상기 요소의 하나 이상의 엣지에 부착되는,
    층상형 구조물을 형성하기 위한 요소를 생산하는 방법.
  36. 상세한 설명 및 도면에 설명된 바와 같은 베슬, 구조물, 구조 모듈 및 요소.
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