KR20120120679A - 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 및 그 시공 방법 - Google Patents

부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 및 그 시공 방법 Download PDF

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Abstract

단면별 부력차이에 의해 부분적인 부상력을 발생시키고, 이로 인해 발생되는 프리플렉스(Preflex) 효과로 인해 전체 부유식 구조물에 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입함으로써, 활하중에 의한 지지효과를 증진시킬 수 있는, 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 및 그 시공 방법이 제공된다. 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물은, 부유식 구조물의 외곽에 배치되는 상자형 폰툰 형식의 단부 모듈; 및 단부 모듈 사이에 배치되고, 상자형 폰툰인 단부 모듈과 단면의 높이가 다른 변단면 상자형 폰툰 형식으로 제공되며, 단부 모듈과 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양되어, 단부 모듈과 건현이 일치되도록 발라스팅용 해수에 의해 침하되는 중앙 모듈을 포함하되, 중앙 모듈은 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 한다.

Description

부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 및 그 시공 방법 {Offshore floating-type structure having buoyancy preflexion, and constructing method for the same}
본 발명은 해상 부유식 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 해상에서 제조되는 부유식 구조물(Floating-type Structure)에 있어서 부력 프리플렉션(Buoyancy Preflexion)을 부유식 구조물에 도입하는 해상 부유식 구조물 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
폰툰(Pontoon)은 물과의 비중 차 등에 의해 발생하는 부력(Buoyancy)의 원리를 이용하여 수상에 부유시키는 것으로, 최근 들어 수상레포츠의 활성화 및 수상도시의 개발 등으로 인해 해상이나 해수면에 여러 형태로 설치되어 선착장, 계류장, 접안시설물, 부교 및 잔교 등이나 인공 수초섬의 부양물, 해양도시 플랫폼, 수상구조물과 육상을 연결하는 다리 등과 같이 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 폰툰은 대부분 콘크리트나 철판 등으로 중공형 하우징을 성형한 후, 그 내부에 EPS(Expandable Polystyrene) 등의 비중이 작은 소재를 발포시켜 충전함으로써 충분한 부력을 확보함과 동시에 내구성 및 내충격성이 우수한 상태로 제공되고 있다. 이러한 콘크리트 소재의 하우징으로 이루어진 폰툰의 경우, 공사현장에서 거푸집을 짜고 그 속에 철근을 배근하고 콘크리트를 부어 넣어 양생한 후, 거푸집을 탈형하는 이른바 철근콘크리트 구조로 만들 수 있다.
한편, 근래에 해상에서 부유체(浮游體)인 프리캐스트 콘크리트 블록(Precast Concrete Block)을 이용하여 해상 부유식 구조물로 활용하는 사례가 점차 증가하고 있다. 이러한 해상 부유식 구조물은, 예를 들면, 해상플랜트, 컨테이너 터미널, 석유비축시설, 해상 터널 또는 해상공원 등이 있으며, 그 규모 역시 점차 증가하고 있는 실정이다. 여기서, 프리캐스트 콘크리트 블록은 전술한 폰툰에 해당한다.
이러한 부유식 구조물에서 사용되는 프리캐스트 콘크리트 블록은 일반적으로 콘크리트로 이루어지며, 중공부를 갖는 직육면체 형체의 프리캐스트 콘크리트 블록을 여러 개를 연결 및 조립하여 하나의 큰 부유식 구조물을 형성하게 된다.
전술한 부유식 구조물을 제작하는 종래의 기술을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 콘크리트 부유식 구조물을 육상에서 제작하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 콘크리트 부유식 구조물을 드라이 독(Dry dock)에서 제작하는 것을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 종래의 기술에 따른 콘크리트 부유식 구조물을 플로팅 독(Floating dock)에서 제작하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 육상(20)에서 제작하여 이용하는 방식을 도시한 것으로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 해안 가까운 위치의 제작장에서 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 제작하고, 도 1b에 도시된 바와 같이, 크레인 등의 양중장치(30)를 이용하여 미리 제작된 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 해상(40)에 진수시킨 후, 해상(40)에서 다수의 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 서로 연결 및 조립함으로써 부유식 구조물(50)을 완성하는 방법이다. 이러한 방법은 제작장 부지의 확보 문제, 부유식 구조물(50)의 대형화, 제작 후 사용위치로의 장거리 운송 등의 이유로 거의 이용되지 않는 실정이다.
도 2는 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 드라이 독(Dry dock)에서 제작하여 이용하는 방식을 도시한 것으로서, 이러한 방법은 주로 대형 선박의 제작에 이용되고 있으며, 도 2a에 도시된 바와 같이, 해안에 접한 육상(20)에 마련된 드라이 독(22)에서 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 제작하고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 드라이 독(22)의 수문(24)을 열어 해수를 채우고, 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 해상(40)에 진수시킨 후, 해상(40)으로 이동시키고 다수의 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 서로 연결, 조립시켜 부유식 구조물(50)을 완성하는 방법이다.
또한, 도 3은 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 플로팅 독(Floating dock)에서 제작하여 이용하는 방식을 도시한 것으로서, 이러한 방법은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 미리 제작된 플로팅 독(60)을 해상(40)에 띄어 놓은 상태에서, 플로팅 독(60)에서 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 제작하고, 다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 플로팅 독(60)을 어느 정도 가라앉히고, 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 해상(40)에 진수시킨 후, 플로팅 독(60)의 밖으로 이동시키고 다수의 프리캐스트 콘크리트 블록(10)을 서로 연결 및 조립함으로써 부유식 구조물(50)을 완성하는 방법이다.
전술한 드라이 독(22) 또는 플로팅 독(60)을 이용하여 부유식 구조물을 제작하는 종래의 방법은 각각 프리캐스트 콘크리트 블록(10)들을 생산한 다음, 해상에서 프리캐스트 콘크리트 블록(10)들을 서로 연결하게 된다.
한편, 도 4는 종래의 기술에 따른 상자형 폰툰의 부유식 구조물을 예시하는 도면이다.
종래의 기술에 따른 폰툰형 부유식 구조물(50)은, 도 4에 도시된 바와 같이 상자형(직육면체) 폰툰(10)을 연속적으로 구비한 간편한 구조로 구성된다.
이러한 구조 형식은 해수에 잠긴 체적을 최대화할 수 있기 때문에 부력 확보가 용이하고, 또한, 내부 공간을 저장 공간, 기계실 등의 용도로 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 많이 사용되어 왔다.
그러나 이러한 상자형 폰툰의 부유식 구조물(50)은 측면이 폐쇄되어 파랑을 투과시킬 수 없기 때문에 파랑에 의한 충격력이 부유식 구조물(50)에 그대로 전달되고, 이에 따라 파랑에 의한 휨모멘트와 흔들림이 크게 발생하는 문제점이 있다. 따라서 파랑에 의한 휨모멘트와 흔들림을 제어하기 위해서는 큰 흘수와 단면력이 필요하게 되며 폰툰(10)의 단면을 증대시켜야 하는 문제점이 있다.
1) 대한민국 공개특허번호 제2005-0034601호(공개일: 2005년 04월 14일), 발명의 명칭: "밸러스트 중에 부유구조물의 유체정역학 안정성을 얻기 위한 방법 및 장치" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-0938168호(출원일: 2007년 11월 02일), 발명의 명칭: "반잠수식 해양 구조물의 해상 건조방법 및 그에 따라 건조된 반잠수식 해양 구조물" 3) 대한민국 등록특허번호 제10-1009908호(출원일: 2008년 12월 18일), 발명의 명칭: "프리캐스트 콘크리트 블록의 해상연결장치 및 방법" 4) 대한민국 공개특허번호 제2009-0124554호(공개일: 2009년 12월 03일), 발명의 명칭: "반잠수식 해상 구조물" 5) 대한민국 등록특허번호 제10-1000964호(출원일: 2010년 05월 25일), 발명의 명칭: "폰툰형 구조물"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 양 단부에 상자형 폰툰을 형성하고 중앙에는 변단면 상자형 폰툰을 형성함으로써, 단면별 부력차이에 의해 부분적인 부상력을 발생시키고, 이로 인해 발생되는 프리플렉스(Preflex) 효과로 인해 전체 부유식 구조물에 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입할 수 있는, 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 중앙에는 상자형 폰툰을 형성하고, 양 단부에 반잠수식 폰툰을 형성함으로써, 반잠수식 폰툰이 파랑의 충격에너지를 흡수하여, 파랑에 의한 우수한 흔들림 저항성과 단면적 저감효과를 나타낼 수 있는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물은, 부유식 구조물의 외곽에 배치되는 상자형 폰툰 형식의 단부 모듈; 및 상기 단부 모듈 사이에 배치되고, 상기 상자형 폰툰인 단부 모듈과 단면의 높이가 다른 변단면 상자형 폰툰 형식으로 제공되며, 상기 단부 모듈과 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양되어, 상기 단부 모듈과 건현이 일치되도록 발라스팅용 해수에 의해 침하되는 중앙 모듈을 포함하되, 상기 중앙 모듈은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 중앙 모듈은, 그 단면의 높이가 상기 단부 모듈보다 높게 형성되어 상기 단부 모듈과 단면별 부력의 차이를 발생시키며, 이로 인해 발생되는 부력 프리플렉스로 인한 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단부 모듈 및 상기 중앙 모듈은 상기 해수 발라스팅에 의해 건현 차이를 일치시킨 후에 그 접촉 부분이 접합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단부 모듈 및 상기 중앙 모듈은 각각 단면의 높이가 다르고 부력이 다른 프리캐스트 콘크리트 블록으로서, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록은 그 접촉 부분이 프리스트레싱으로 접합되는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물은, 부유식 구조물의 외곽에 배치되는 반잠수식 폰툰 형식의 단부 모듈; 및 상기 단부 모듈 사이에 배치되고, 상기 반잠수식 폰툰인 단부 모듈과 단면의 높이가 동일한 상자형 폰툰 형식으로 제공되며, 상기 단부 모듈과 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양되어, 상기 단부 모듈과 건현이 일치되도록 발라스팅용 해수에 의해 침하되는 중앙 모듈을 포함하되, 상기 중앙 모듈은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반잠수식 폰툰 단부 모듈은, 그 측면에 해수 투과공간이 형성된 입체 I형 형상의 폰툰이고, 상기 상자형 폰툰의 중앙 모듈과 동일한 단면 높이를 갖더라도 부력 차이에 의해 건현이 낮은 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 방법은, a) 상자형 폰툰 형식의 단부 모듈과 상기 상자형 폰툰과 단면의 높이가 다른 변단면 상자형 폰툰 형식의 중앙 모듈이 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양하는 단계; b) 상기 중앙 모듈의 내부에 해수를 발라스팅하여 상기 중앙 모듈을 침하시키고, 상기 단부 모듈과 건현 차이를 일치시키는 단계; c) 상기 건현이 일치된 상기 단부 모듈과 상기 중앙 모듈의 접촉 부분을 접합시키는 단계; 및 d) 상기 중앙 모듈의 내부에 발라스팅된 해수를 제거하는 단계를 포함하되, 상기 d) 단계의 중앙 모듈은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 중앙 모듈은, 그 단면의 높이가 상기 단부 모듈보다 높게 형성되어 상기 단부 모듈과 단면별 부력의 차이를 발생시키며, 이로 인해 발생되는 부력 프리플렉스로 인한 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 방법은, a) 반잠수식 폰툰 형식의 단부 모듈과 상기 반잠수식 폰툰과 단면의 높이가 동일한 상자형 폰툰 형식의 중앙 모듈이 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양하는 단계; b) 상기 중앙 모듈의 내부에 해수를 발라스팅하여 상기 중앙 모듈을 침하시키고, 상기 단부 모듈과 건현 차이를 일치시키는 단계; c) 상기 건현이 일치된 상기 단부 모듈과 상기 중앙 모듈의 접촉 부분을 접합시키는 단계; 및 d) 상기 중앙 모듈의 내부에 발라스팅된 해수를 제거하는 단계를 포함하되, 상기 d) 단계의 중앙 모듈은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반잠수식 폰툰 단부 모듈은, 그 측면에 해수 투과공간이 형성된 입체 I형 형상의 폰툰이고, 상기 상자형 폰툰의 중앙 모듈과 동일한 단면 높이를 갖더라도 부력 차이에 의해 건현이 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 양 단부에 상자형 폰툰을 형성하고 중앙에는 변단면 상자형 폰툰을 형성함으로써, 단면별 부력차이에 의해 부분적인 부상력을 발생시키고, 이로 인해 발생되는 프리플렉스(Preflex) 효과로 인해 전체 부유식 구조물에 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하여, 활하중에 의한 지지효과를 증진시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 해상 공간을 창출할 수 있으며, 부력 차이에 의한 프리플렉스 효과 도입에 따라 구조성능을 효율적으로 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 중앙에는 상자형 폰툰을 형성하고 양 단부에 반잠수식 폰툰을 형성함으로써, 양 단부의 반잠수식 폰툰이 파랑의 충격에너지를 흡수하여, 결과적으로 기존의 상자형 폰툰에 비해 파랑에 의한 우수한 흔들림 저항성과 단면력 저감 효과를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 험한 해상에 적용시 흔들림 문제를 저감시킴으로써 다양한 용도의 안정적인 해상 공간 활용을 가능하게 한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 콘크리트 부유식 구조물을 육상에서 제작하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 콘크리트 부유식 구조물을 드라이 독(dry dock)에서 제작하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 콘크리트 부유식 구조물을 플로팅 독(floating dock)에서 제작하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 상자형 폰툰의 부유식 구조물을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 시공 방법의 동작흐름도이다.
도 8a 내지 도 8e는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 시공 방법의 동작흐름도이다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 과정을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물은 단부 모듈 및 중앙 모듈로 구분되는 하이브리드 부유식 구조물로서, 상기 중앙 모듈에 부력 프리플렉션을 도입하게 된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물(100)은, 상자형 폰툰인 단부 모듈(110), 변단면 상자형 폰툰인 중앙 모듈(120)을 포함하며, 발라스팅(Ballasting)용 해수(150)에 의해 중앙 모듈(120)의 부력이 조절된다.
단부 모듈(110)은 상자형 폰툰 형식으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 부유식 구조물의 외곽에 배치된다.
중앙 모듈(120)은 변단면 상자형 폰툰으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 단부 모듈 사이에, 즉, 해상 부유식 구조물의 중앙에 배치된다. 구체적으로, 상기 중앙 모듈(120)은 상기 상자형 폰툰인 단부 모듈(110)과 단면의 높이가 다른 변단면 상자형 폰툰 형식으로 제공되며, 상기 단부 모듈(110)과 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양되어, 상기 단부 모듈(110)과 건현이 일치되도록 발라스팅용 해수에 의해 침하된다. 이에 따라 상기 중앙 모듈(120)은 상기 단면 모듈(110)에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하게 된다. 예를 들면, 상기 단면 모듈(110)의 폭이 w1이고 높이가 h1이라면, 상기 중앙 모듈(120)의 폭은 w2이고 높이고 h2로서, 이때, 상기 중앙 모듈(120)의 높이(h2)는 상기 단면 모듈(110)의 높이(h1)보다는 높게 형성된다.
다시 말하면, 상기 중앙 모듈(120)은, 그 단면의 높이가 상기 단부 모듈(110)보다 높게 형성되어 상기 단부 모듈(110)과 단면별 부력의 차이를 발생시키며, 이로 인해 발생되는 부력 프리플렉스로 인한 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하게 된다.
또한, 상기 단부 모듈(110) 및 상기 중앙 모듈(120)은 상기 해수 발라스팅에 의해 건현 차이를 일치시킨 후에 그 접촉 부분이 접합된다.
또한, 상기 단부 모듈(110) 및 상기 중앙 모듈(120)은 각각 단면의 높이가 다르고 부력이 다른 프리캐스트 콘크리트 블록으로서, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록은 그 접촉 부분이 프리스트레싱으로 접합될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
한편, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 시공 방법의 동작흐름도이고, 도 8a 내지 도 8e는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 과정을 나타내는 도면이다.
도 7, 도 8a 내지 도 8e를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 시공 방법은, 먼저, 상이한 단면 높이와 상이한 부력을 각각 갖는 상자형 폰툰인 단부 모듈(110) 및 변단면 상자형 폰툰인 중앙 모듈(120)을 제작한다(S110). 이때, 상자형 폰툰 및 변단면 상자형 폰툰의 높이 차이에 따라 자연스럽게 건현 차이가 발생되도록 한다. 또한, 건현은 중앙 모듈(120)에서 더 크게 발생되도록 중앙 모듈(120)의 높이를 양측의 단부 모듈(110)보다 크게 한다. 여기서, 상기 단부 모듈(110) 및 중앙 모듈(120)은 육상 또는 해상에서 제작될 수 있다.
다음으로, 상기 상자형 폰툰인 단부 모듈(110) 및 상기 변단면 상자형 폰툰인 중앙 모듈(120)을 해상으로 각각 인양한다(S120). 이때, 도 8a에 도시된 바와 같이, 단부 모듈(110) 및 중앙 모듈(120)은 그 부력이 상이하므로 d만큼의 건현 차이가 발생한다.
다음으로, 상기 단부 모듈(110) 및 중앙 모듈(120)의 건현이 일치하도록 상기 중앙 모듈(120)을 해수 발라스팅(ballasting)에 의해 침하시킨다(S130). 즉, 상기 중앙 모듈(120)에 발라스팅용 해수(150)를 채우면서 침하시키면서 상기 단부 모듈(110) 및 중앙 모듈(120)의 건현을 일치시킨다. 예를 들면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 해상에 띄운 상태에서 단부 모듈(110)-중앙 모듈(120)-단부 모듈(110)간의 체결을 위해 상기 중앙 모듈(120)의 내부에 해수를 발라스팅하여 건현 차이만큼 가라앉힌다.
다음으로, 건현이 일치된 상기 단부 모듈(110) 및 중앙 모듈(120)의 접촉 부분을 접합한다(S140). 즉, 세 모듈간의 건현이 일치하면 서로 체결하여 일체화한다. 도 8c의 도면부호 160으로 도시된 바와 같이, 예를 들면, 상기 단부 모듈(110) 및 중앙 모듈(120)이 프리캐스트 콘크리트 블록인 경우, 프리스트레싱 등을 사용하여 접합할 수 있고, 또한, 상기 단부 모듈(110) 및 중앙 모듈(120)이 강재인 경우 용접이나 볼트 체결 등에 의해 접합할 수 있다.
다음으로, 상기 중앙 모듈(120) 내부의 발라스팅용 해수(150)를 제거한다(S150). 즉, 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 중앙 모듈(120)의 내부에 있는 발라스팅용 해수(150)를 제거함으로써, 상기 중앙 모듈(120)만 원래의 위치로 부상하려는 부상력이 발생하고, 이에 따라 전체 부유식 구조물에는 자연스럽게 프리플렉스 효과가 도입된다. 예를 들면, 활하중 재하 이전에 부유식 구조물의 하면에는 압축응력이 사전에 발생되고 상부에는 인장응력이 사전에 발생된다.
후속적으로, 상기 중앙 모듈의 부력에 대응하는 프리플렉션에 의해 역방향 휨모멘트가 도입된 해상 부유식 구조물을 완성하고, 활하중을 재하한다(S160). 예를 들면, 도 8의 e)는 활하중 재하 응력 분포를 나타내며, 활하중 재하 이후에 부유식 구조물의 하면에는 인장응력이 발생되고, 상부에는 압축응력이 발생되어 그 만큼 활하중 지지능력 향상을 가져오게 된다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물에 따르면, 기존의 폰툰형 부유식 구조물의 문제점으로 지적되어온 큰 단면을 슬림화하기 위해서, 기존의 통일된 상자형 구조 형식에 부분적으로 변단면 상자형 구조 형식을 도입하여, 이에 의해 발생되는 단면별 부력 차이에 의해 부분적인 부상력을 발생시키고, 이로 인해 발생되는 프리플렉스(Preflex) 효과로 인해 전체 부유식 구조물에 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입시키게 된다. 이에 따라 활하중에 의한 지지효과를 증진시키고 구조성능의 효율적 활용을 가능하게 한다.
한편, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물(200)은, 반잠수식 폰툰인 단부 모듈(210), 상자형 폰툰인 중앙 모듈(220)을 포함하며, 발라스팅(Ballasting)용 해수(250)에 의해 중앙 모듈(220)의 부력이 조절된다.
단부 모듈(210)은 반잠수식 폰툰으로서, 부유식 구조물의 외곽에 배치된다. 이때, 상기 반잠수식 폰툰 단부 모듈(210)은, 그 측면에 해수 투과공간이 형성된 입체 I형 형상의 폰툰이고, 상기 상자형 폰툰의 중앙 모듈(220)과 동일한 단면 높이를 갖더라도 부력 차이에 의해 건현이 낮게 형성된다.
중앙 모듈(220)은 상자형 폰툰으로서, 상기 단부 모듈(210) 사이에 배치되고, 상기 반잠수식 폰툰인 단부 모듈(210)과 단면의 높이가 동일한 상자형 폰툰 형식으로 제공되며, 상기 단부 모듈(210)과 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양되어, 상기 단부 모듈(210)과 건현이 일치되도록 발라스팅용 해수에 의해 침하된다.
예를 들면, 상기 단면 모듈(210)의 폭이 w3이고 높이가 h3이라면, 상기 중앙 모듈(220)의 폭은 w4이고 높이고 h4로서, 이때, 상기 중앙 모듈(220)의 높이(h4)는 상기 단면 모듈(210)의 높이(h3)와 동일하지만, 상기 단부 모듈(210)은, 그 측면에 해수 투과공간이 형성된 입체 I형 형상의 폰툰이기 때문에, 상기 상자형 폰툰의 중앙 모듈(220)과 동일한 단면 높이를 갖더라도 부력 차이에 의해 건현이 낮게 형성된다.
구체적으로, 상기 중앙 모듈(210) 은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하며, 구체적으로, 상기 상자형 폰툰 중앙 모듈(220)은 상기 단부 모듈(210)과 단면별 부력의 차이를 발생시키며, 이로 인해 발생되는 부력 프리플렉스로 인한 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하게 된다.
한편, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 시공 방법의 동작흐름도이고, 도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 과정을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물 시공 방법은, 동일한 높이와 상이한 부력을 갖는 반잠수식 폰툰인 단부 모듈(210) 및 상자형 폰툰인 중앙 모듈(220)을 제작한다(S210). 여기서, 상기 반잠수식 폰툰 단부 모듈(210)은, 그 측면에 해수 투과공간이 형성된 입체 I형 형상의 폰툰이고, 상기 상자형 폰툰의 중앙 모듈(220)과 동일한 단면 높이를 갖더라도 부력 차이에 의해 건현이 낮게 형성된다. 이때, 반잠수식 폰툰 및 상자형 폰툰의 높이 차이에 따라 자연스럽게 건현 차이가 발생되도록 한다. 또한, 건현은 중앙 모듈(220)에서 더 크게 발생된다.
다음으로, 상기 반잠수식 폰툰인 단부 모듈(210) 및 상기 상자형 폰툰인 중앙 모듈(220)을 해상으로 각각 인양한다(S220). 이때, 도 11a에 도시된 바와 같이, 단부 모듈(210) 및 중앙 모듈(220)은 그 부력이 상이하므로 d만큼의 건현 차이가 발생한다.
다음으로, 상기 단부 모듈(210) 및 중앙 모듈(220)의 건현이 일치하도록 상기 중앙 모듈(220)을 해수 발라스팅(ballasting)에 의해 침하시킨다(S230). 즉, 상기 중앙 모듈(220)에 발라스팅용 해수(250)를 채우면서 침하시키면서 상기 단부 모듈(210) 및 중앙 모듈(220)의 건현을 일치시킨다. 예를 들면, 도 11b에 도시된 바와 같이, 해상에 띄운 상태에서 단부 모듈(210)-중앙 모듈(220)-단부 모듈(210)간의 체결을 위해 상기 중앙 모듈(220)의 내부에 해수를 발라스팅하여 건현 차이만큼 가라앉힌다.
다음으로, 건현이 일치된 상기 단부 모듈(210) 및 중앙 모듈(220)의 접촉 부분을 접합한다(S240). 즉, 세 모듈간의 건현이 일치하면 서로 체결하여 일체화한다. 도 11c의 도면부호 260으로 도시된 바와 같이, 예를 들면, 상기 단부 모듈(210) 및 중앙 모듈(220)이 프리캐스트 콘크리트 블록인 경우, 프리스트레싱 등을 사용하여 접합할 수 있고, 또한, 상기 단부 모듈(210) 및 중앙 모듈(220)이 강재인 경우 용접이나 볼트 체결 등에 의해 접합할 수 있다.
다음으로, 상기 중앙 모듈(220) 내부의 발라스팅용 해수(250)를 제거한다(S250). 즉, 도 11d에 도시된 바와 같이, 상기 중앙 모듈(220)의 내부에 있는 발라스팅용 해수(250)를 제거함으로써, 상기 중앙 모듈(220)만 원래의 위치로 부상하려는 부상력이 발생하고, 이에 따라 전체 부유식 구조물에는 자연스럽게 프리플렉스 효과가 도입된다. 예를 들면, 활하중 재하 이전에 부유식 구조물의 하면에는 압축응력이 사전에 발생되고 상부에는 인장응력이 사전에 발생된다.
후속적으로, 상기 중앙 모듈(220)의 부력에 대응하는 프리플렉션에 의해 역방향 휨모멘트가 도입된 해상 부유식 구조물을 완성하고, 활하중을 재하한다(S260). 예를 들면, 도 11의 e)는 활하중 재하 응력 분포를 나타내며, 활하중 재하 이후에 부유식 구조물의 하면에는 인장응력이 발생되고, 상부에는 압축응력이 발생되어 그 만큼 활하중 지지능력 향상을 가져오게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물에 따르면, 해상 공간을 창출할 수 있으며, 부력 차이에 의한 프리플렉스 효과 도입에 따라 구조성능을 효율적으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 양 단부의 반잠수식 폰툰이 파랑의 충격에너지를 흡수하여, 결과적으로 기존의 상자형 폰툰에 비해 파랑에 의한 우수한 흔들림 저항성과 단면력 저감 효과를 나타내고, 이에 따라 험한 해상에 적용할 경우, 흔들림 문제를 저감시킴으로써 다양한 용도의 안정적인 해상 공간 활용을 가능하게 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 해상 부유식 구조물
110: 단부 모듈(상자형 폰툰)
120: 중앙 모듈(변단면 상자형 폰툰)
150: 발라스팅(Ballasting)용 해수
200: 해상 부유식 구조물
210: 단부 모듈(반잠수식 폰툰)
220: 중앙 모듈(상자형 폰툰)
250: 발라스팅용 해수

Claims (12)

  1. 해상 부유식 구조물에 있어서,
    부유식 구조물의 외곽에 배치되는 상자형 폰툰 형식의 단부 모듈; 및
    상기 단부 모듈 사이에 배치되고, 상기 상자형 폰툰인 단부 모듈과 단면의 높이가 다른 변단면 상자형 폰툰 형식으로 제공되며, 상기 단부 모듈과 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양되어, 상기 단부 모듈과 건현이 일치되도록 발라스팅용 해수에 의해 침하되는 중앙 모듈을 포함하되, 상기 중앙 모듈은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 모듈은, 그 단면의 높이가 상기 단부 모듈보다 높게 형성되어 상기 단부 모듈과 단면별 부력의 차이를 발생시키며, 이로 인해 발생되는 부력 프리플렉스로 인한 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단부 모듈 및 상기 중앙 모듈은 상기 해수 발라스팅에 의해 건현 차이를 일치시킨 후에 그 접촉 부분이 접합되는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단부 모듈 및 상기 중앙 모듈은 각각 단면의 높이가 다르고 부력이 다른 프리캐스트 콘크리트 블록으로서, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록은 그 접촉 부분이 프리스트레싱으로 접합되는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물.
  5. 해상 부유식 구조물에 있어서,
    부유식 구조물의 외곽에 배치되는 반잠수식 폰툰 형식의 단부 모듈; 및
    상기 단부 모듈 사이에 배치되고, 상기 반잠수식 폰툰인 단부 모듈과 단면의 높이가 동일한 상자형 폰툰 형식으로 제공되며, 상기 단부 모듈과 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양되어, 상기 단부 모듈과 건현이 일치되도록 발라스팅용 해수에 의해 침하되는 중앙 모듈을 포함하되, 상기 중앙 모듈은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반잠수식 폰툰 단부 모듈은, 그 측면에 해수 투과공간이 형성된 입체 I형 형상의 폰툰이고, 상기 상자형 폰툰의 중앙 모듈과 동일한 단면 높이를 갖더라도 부력 차이에 의해 건현이 낮은 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상자형 폰툰 중앙 모듈은 상기 단부 모듈과 단면별 부력의 차이를 발생시키며, 이로 인해 발생되는 부력 프리플렉스로 인한 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물.
  8. 해상 부유식 구조물의 시공 방법에 있어서,
    a) 상자형 폰툰 형식의 단부 모듈과 상기 상자형 폰툰과 단면의 높이가 다른 변단면 상자형 폰툰 형식의 중앙 모듈이 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양하는 단계;
    b) 상기 중앙 모듈의 내부에 해수를 발라스팅하여 상기 중앙 모듈을 침하시키고, 상기 단부 모듈과 건현 차이를 일치시키는 단계;
    c) 상기 건현이 일치된 상기 단부 모듈과 상기 중앙 모듈의 접촉 부분을 접합시키는 단계; 및 d) 상기 중앙 모듈의 내부에 발라스팅된 해수를 제거하는 단계를 포함하되, 상기 d) 단계의 중앙 모듈은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중앙 모듈은, 그 단면의 높이가 상기 단부 모듈보다 높게 형성되어 상기 단부 모듈과 단면별 부력의 차이를 발생시키며, 이로 인해 발생되는 부력 프리플렉스로 인한 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 방법.
  10. 해상 부유식 구조물의 시공 방법에 있어서,
    a) 반잠수식 폰툰 형식의 단부 모듈과 상기 반잠수식 폰툰과 단면의 높이가 동일한 상자형 폰툰 형식의 중앙 모듈이 건현 차이를 갖는 상태로 해상에서 인양하는 단계;
    b) 상기 중앙 모듈의 내부에 해수를 발라스팅하여 상기 중앙 모듈을 침하시키고, 상기 단부 모듈과 건현 차이를 일치시키는 단계;
    c) 상기 건현이 일치된 상기 단부 모듈과 상기 중앙 모듈의 접촉 부분을 접합시키는 단계; 및
    d) 상기 중앙 모듈의 내부에 발라스팅된 해수를 제거하는 단계를 포함하되, 상기 d) 단계의 중앙 모듈은 상기 단면 모듈에 대해 부력 프리플렉스(Preflex)를 발생하는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반잠수식 폰툰 단부 모듈은, 그 측면에 해수 투과공간이 형성된 입체 I형 형상의 폰툰이고, 상기 상자형 폰툰의 중앙 모듈과 동일한 단면 높이를 갖더라도 부력 차이에 의해 건현이 낮은 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 상자형 폰툰 중앙 모듈은, 그 단면의 높이가 상기 단부 모듈보다 높게 형성되어, 상기 단부 모듈과 단면별 부력의 차이를 발생시키며, 이로 인해 발생되는 부력 프리플렉스로 인한 역방향(-)의 휨모멘트를 사전에 도입하는 것을 특징으로 하는 부력 프리플렉션을 갖는 해상 부유식 구조물의 시공 방법.
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