KR20140012263A

KR20140012263A - 해상구조물 지지용 부유 플랫폼

Info

Publication number: KR20140012263A
Application number: KR1020120078615A
Authority: KR
Inventors: 유영준; 정연주; 박민수; 이두호
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

본 발명은 풍력발전타워, 해상플랜트, 해상공원 등과 같은 해상구조물을 지지하기 위하여 물에서 부유하되, 경사진 측면을 구비하고 있어서 상부로부터 하부로 갈수록 면적이 커지도록 테이퍼진 형상을 가지도록 제작됨으로써, 회전모멘트 등의 외력에 대해 안정적인 형태로 해상에 부유할 수 있는 해상구조물 지지용 플랫폼과 그 제작방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 해상구조물이 설치되는 상부판 부재(10)와; 하단 테두리에 의해 구획되는 영역의 면적이 상단 테두리에 의해 구획되는 영역보다 더 크도록 하향 경사져 있으며 상기 상단 테두리는 상기 상부판 부재(10)의 가장자리와 일체로 연속되어 있는 측면부재(20)를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼과, 이를 제작하는 방법이 제공된다.

Description

해상구조물 지지용 부유 플랫폼 및 그 제작방법{Floating Platform and Manufacturing Method of Floating Platform}

본 발명은 해상구조물 지지용 부유 플랫폼 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 풍력발전타워, 해상플랜트, 해상공원 등과 같은 해상구조물을 지지하기 위하여 물에서 부유하되, 경사진 측면을 구비하고 있어서 상부로부터 하부로 갈수록 면적이 커지도록 테이퍼진 형상을 가지도록 제작됨으로써, 회전모멘트 등의 외력에 대해 안정적인 형태로 해상에 부유할 수 있는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼("지지용 부유체")과 그 제작방법에 관한 것이다.

호수, 강, 또는 바다 위에 부력체 즉, 부유(浮游) 플랫폼을 띄워서, 해상공원이나, 풍력발전용 타워, 또는 해상플랜트 등과 같은 해상구조물을 구축하는 장소로 활용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 특히, 최근에는 이러한 해상구조물의 크기와 중량이 점점 증가하는 경향이 있으며, 그에 따라 크기가 더욱 커진 부유 플랫폼이 요구되고 있다.

부유 플랫폼에는 주로 파도에 의한 외력과, 부유 플랫폼 위에 구축되는 해상구조물로부터의 하중이 작용된다. 부유 플랫폼 위에 구축되는 해상구조물이 풍력발전용 타워일 경우에는, 바람에 의해 풍력발전용 타워에 작용하는 수평력과 그로 인한 회전모멘트가 추가적으로 부유 플랫폼에 작용하게 된다. 따라서 부유 플랫폼은 해상구조물의 자중 등에 의해 연직하게 작용하는 힘에 대항할 수 있는 충분한 부력을 가지고 있어야 함은 물론이고, 수평력에 의한 회전모멘트에도 대항할 수 있는 능력 즉, 충분한 흔들림 저항성(전도저항성)을 가지고 있어야 한다.

종래의 부유 플랫폼으로는 사각형 상자형태 즉, 폰툰(Pontoon) 형태의 부유 플랫폼이 이용되었다. 대한민국 공개특허공보 제10-2010-71237호에는 종래의 사각형 상자형태 즉, 직육면체 형상의 부유식 블록을 이용하여 부유 플랫폼을 구축하는 종래 기술이 개시되어 있다.

그러나 이와 같이 사각형 상자형상을 가지는 부유 플랫폼은, 그 형상의 한계로 인하여 전도저항성이 높지 않으며, 따라서 그 상부에 설치되는 해상구조물의 규모 증가에 따라 요구되는 전도저항성을 충족시키기 위해서는, 부유 플랫폼의 크기가 지나치게 커져야 하는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-71237호(2010. 06. 29. 공개) 참조.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 풍력발전타워, 해상플랜트, 해상공원 등과 같은 해상구조물을 지지하기 위하여 물에서 부유하는 부유 플랫폼의 형상과 구조를 개선하여 높은 전도안정성을 발휘하도록 함으로써, 해상구조물로부터의 하중 및 외력에 의한 회전모멘트의 크기가 증가되더라도, 부유 플랫폼의 규모를 과도하게 키우지 않은 상태로 해상구조물을 안정적으로 지지할 수 있는 부유 플랫폼을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 해상구조물을 하부에서 지지하는 부유 플랫폼으로서, 해상구조물이 설치되는 상부판 부재와; 하단 테두리에 의해 구획되는 영역의 면적이 상단 테두리에 의해 구획되는 영역보다 더 크도록 하향 경사져 있으며 상기 상단 테두리는 상기 상부판 부재의 가장자리와 일체로 연속되어 있는 측면부재를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼("해상구조물 지지용 부유체"라고도 호칭할 수 있다)이 제공된다.

상기한 본 발명에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼에서, 상기 측면부재는 복수개의 링 부재가 순차적으로 결합되어 형성되는 구조를 가질 수 있으며, 이 경우, 상기 복수개의 링 부재는 상면이 평평하며; 아래에 위치하는 링 부재의 영역보다 위쪽에 위치하는 링 부재의 영역이 더 작은 상태가 되도록 복수개의 링 부재가 순차적으로 적층되면서 각각 일체화됨으로써 상기 측면부재를 이루게 될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼에 있어서, 상기 측면부재의 하부에는 바닥판이 일체로 더 구비되어 있어서, 측면부재의 하부 테두리에 의해 구획되는 평면 영역이 폐쇄된 상태가 됨으로써, 그에 따라 측면부재의 내면과 상부판 부재의 하면에 의해 밀폐된 상태의 내부공간이 존재하는 구성을 가질 수도 있으며, 상기 측면부재의 하부 테두리에는 외곽방향으로 수평한 수평플랜지부가 더 구비될 수도 있다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 해상구조물이 설치되는 상부판 부재와; 하단 테두리에 의해 구획되는 영역의 면적이 상단 테두리에 의해 구획되는 영역보다 더 크도록 하향 경사져 있으며 상기 상단 테두리는 상기 상부판 부재의 가장자리와 일체로 연속되어 있는 측면부재를 포함하여 구성되어 해상구조물을 하부에서 지지하는 부유 플랫폼을 제작하되; 상면이 평평하며, 링 부재가 이루는 영역이 서로 다른 복수개의 링 부재를, 아래에 위치하는 링 부재보다 위쪽에 위치하는 링 부재의 크기가 작도록 복수개로 순차적으로 적층하여 각각 일체화시킴으로써 상기 측면부재를 이루는 형성하는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼의 제작방법이 제공된다.

본 발명에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼은, 그 형상에 의해 용이하게 평형상태로 복원할 수 있게 되며, 그에 따라 파도 등의 내습으로 인한 회전모멘트에 대한 전도저항력이 크며, 요동이나 전도에 대해 매우 우수한 안정성을 가지게 되는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼은, 조립식으로 제작할 수 있으므로, 운반 및 취급이 용이하며, 상부에 설치될 해상구조물의 크기에 맞추어서, 부유 플랫폼의 규모를 용이하게 변화시킬 수 있게 된다. 즉, 본 발명에서는, 해상구조물의 규모가 증가되어 그에 맞추어 부유 플랫폼의 규모도 키워야 할 필요가 있을 때에는, 추가적인 링 부재를 더 연결하여 일체화시킴으로써, 수요에 맞추어 용이하게 부유 플랫폼의 규모 및 용량을 증가시킬 수 있게 되는 장점을 가지고 있는 것이다.

더 나아가, 본 발명에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼은 부유하는 형태로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 해저면에 고정시킨 상태로도 사용할 수 있으며, 해저면에 고정하는 작업도 매우 용이하게 수행할 수 있다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 해상구조물 지지용 부유 플랫폼이 조립된 상태를 도 4의 선 B-B에 따라 절단하여 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6은 측면부재가 조립식으로 제작되는 본 발명의 제3실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼의 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 해상구조물 지지용 부유 플랫폼이 조립된 상태에서 도 6의 선 C-C에 따른 개략적인 단면도이다.
도 8은 복수개의 링 부재를 결합하여 측면부재를 제작한 본 발명의 제4실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼의 개략적인 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 해상구조물 지지용 부유 플랫폼의 개략적인 조립 사시도이다.
도 10은 도 9의 선 D-D에 따른 개략적인 단면도이다.
도 11은 측면부재에 수평플랜지가 더 구비되어 있는 본 발명의 제5실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼의 개략적인 사시도이다.
도 12는 도 11의 선 E-E에 따른 개략적인 단면도이다.
도 13은 측면부재의 하부 평면 영역이 폐쇄된 구성을 가지는 본 발명의 제6실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼의 개략적인 사시도이다.
도 14는 도 13의 선 F-F에 따른 개략적인 단면도이다.
도 15 및 도 16은 각각 본 발명에 따른 부유 플랫폼의 작용 효과를 종래의 상자형 부유 플랫폼과 비교하기 위하여 부유 플랫폼에 회전모멘트가 작용하는 상태를 보여주는 개념도이다.
도 17은 수치해석을 수행하기 위한 모델을 보여주는 개략도이다.
도 18은 도 17의 각 수치해석모델에 대해 수치해석을 수행하여 취득한 파랑이 작용할 때의 흔들림 정도를 보여주는 그래프도이다.
도 19는 본 발명의 해상구조물 지지용 부유 플랫폼에서, 측면부재가 밸러스팅(ballasting) 기능을 발휘하게 하는 것을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제5실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼을 해저면에 고정설치하는 과정을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 21은 석션파일을 이용하여 본 발명의 제5실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼을 해저면에 고정설치하는 과정을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 22는 복수개의 본 발명에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼을 연결하여 사용하는 예를 보여주는 개념도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1 및 도 2에는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 해상구조물 지지용 부유 플랫폼(1)(이하, "부유 플랫폼(1)"이라고 약칭함)을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 단면 사시도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 부유 플랫폼(1)은, 풍력발전타워, 해상플랜트, 해상공원 등과 같은 해상구조물이 설치되는 상부판 부재(10)와, 하단 테두리에 의해 구획되는 영역의 면적이 상단 테두리에 의해 구획되는 영역보다 더 크도록 하향 경사져 있으며 상기 상단 테두리는 상기 상부판 부재(10)의 가장자리와 일체로 연속되어 있는 측면부재(20)를 포함하여 구성되어 있다.

구체적으로 상기 상부판 부재(10)는 상면이 평평한 부재로서, 평평한 상면에는 풍력발전타워, 해상플랜트, 해상공원 등과 같은 해상구조물이 설치된다. 부유 플랫폼(1)이 물에 부유할 수 있도록 상부판 부재(10)는 경량의 재질로 제작되는 것이 바람직한데, 도 3의 단면도로 도시된 것처럼, 상기 상부판 부재(10)는 속이 비어 있거나 또는 속이 스티로폼 등과 같은 경량의 재질로 채워져 있는 부재로 제작될 수 있다.

상기 측면부재(20)는 상기 상부판 부재(10)의 가장자리에 일체로 결합되는 부재로서, 아래로 갈수로 벌어지는 형상의 부재이다. 즉, 상기 측면부재(20)의 하단 테두리에 의해 구획되는 영역의 면적이 상단 테두리에 의해 구획되는 영역보다 더 크도록 하향 경사져 있는 것이다. 그리고 상기 상단 테두리는 상기 상부판 부재(10)의 가장자리와 일체로 연속된다. 부유 플랫폼(1)이 물에 부유할 수 있도록 측면부재(20)는 경량의 재질로 제작되는데, 도 3의 단면도로 도시된 것처럼, 상기 측면부재(20) 역시 상부판 부재(10)와 마찬가지로, 속이 비어 있거나 또는 속이 스티로폼 등과 같은 경량의 재질로 채워져 있는 부재로 제작될 수 있다.

따라서 이와 같이 상부판 부재(10)와 측면부재(20)를 포함하는 제1실시예에 따른 부유 플랫폼(1)의 전체적인 형상은 그릇을 뒤집어 놓은 것과 같이 아래로 갈수록 점차로 확장되도록 테이퍼진 형상을 가지게 되며, 이와 같이 하향으로 갈수록 확장되는 테이퍼진 형태로 물에 부유하게 된다. 예를 들어, 상부판 부재(10)가 원형으로 이루어진 경우, 부유 플랫폼(1)은 상면이 평평한 원뿔형상을 가지게 되는 것이고, 상부판 부재(10)가 다각형으로 이루어진 경우, 부유 플랫폼(1)은 상면이 평평한 다각뿔 형상을 가지게 되는 것이다.

본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)에서, 상기 상부판 부재(10)와 측면부재(20)는 도 1 내지 도 3에 도시된 제1실시예처럼, 애초부터 하나의 일체화된 구조로 제작될 수도 있지만, 서로 조립 결합되는 구조로 제작될 수도 있다. 도 4 및 도 5에는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 부유 플랫폼(1)이 도시되어 있는데, 도 4에는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 조립된 상태를 도 4의 선 B-B에 따라 절단하여 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 제2실시예처럼, 상부판 부재(10)와 측면부재(20)는 각각 별도의 부재로 만들어져서, 서로 조립결합됨으로써, 하나의 부유 플랫폼(1)을 이룰 수 있는 것이다. 상기 상부판 부재(10)와 측면부재(20) 간의 결합은 볼트 등의 기계적인 체결장치를 상부판 부재(10)의 내부 공간 또는 측면부재(20)의 내부 공간에서 서로 마주하는 외피사이에 관통시켜 결합할 수도 있다. 상부판 부재(10)와 측면부재(20)가 예를 들어 FRP(섬유보강합성수지/ Fiber Reinforced Plastic) 등으로 이루어진 경우에는 접착제를 이용하여 접합할 수도 있고, 강재의 외피로 만들어진 경우에는 용접 등의 방법을 이용할 수도 있다. 만일 상부판 부재(10)와 측면부재(20)가 콘크리트로 제작되는 경우에는, 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 형태로 결합하여 일체화시킬 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)에서는, 상기 측면부재(20) 역시 복수개의 부품을 조립함으로써 제작될 수 있는데, 도 6 및 도 7에는 이와 같이 측면부재(20)가 조립식으로 제작되는 본 발명의 제3실시예에 따른 부유 플랫폼(1)이 도시되어 있다. 구체적으로 도 6은 개략적인 분해 사시도이고, 도 7은 조립된 상태에서 도 6의 선 C-C에 따른 개략적인 단면도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 측면부재(20)는 아래로 갈수록 점점 구획된 영역이 커지는 복수개의 링 부재를 순차적으로 결합하여 형성될 수 있다.

더 나아가, 이와 같이 복수개의 링 부재를 순차적으로 결합하여 측면부재(20)를 제작함에 있어서, 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼 외면이 경사진 형상의 링 부재를 이용하지 않고, 상면이 평평한 복수개의 링 부재(21)를 결합하여 측면부재(20)를 제작할 수도 있다. 도 8 내지 도 10에는 본 발명의 제4실시예로서 상면이 평평한 복수개의 링 부재(21)를 결합하여 측면부재(20)를 제작한 부유 플랫폼(1)이 도시되어 있다. 구체적으로 도 8은 개략적인 분해 사시도이고, 도 9는 개략적인 조립 사시도이며, 도 10은 도 9의 선 D-D에 따른 개략적인 단면도이다. 도면에 도시된 것처럼, 속이 비어 있거나 또는 속이 스티로폼 등의 경량재질로 채워져 있는 사각형 단면을 가지며 평면에서 볼 때는 원형 또는 다각형의 환(環)을 이루는 링 부재(21)를 복수개로 준비하고, 아래에 위치하는 링 부재의 영역보다 위쪽에 위치하는 링 부재의 영역이 더 작은 관계를 가지도록 복수개의 링 부재(21)를 순차적으로 적층하면서 각각 일체화시켜서 측면부재(20)를 제작한다. 이러한 방식으로 측면부재(20)가 제작되면 그 상단에 상부판 부재(10)를 조립 결합함으로써, 부유 플랫폼(1)을 제작하게 된다. 참고로 도 8 내지 도 10에 도시된 실시예의 링 부재(21)는 상,하면이 평평한 면으로 이루어져 있으며, 링 부재(21)의 순차적인 결합에 의해 만들어진 측면부재(20)의 외면은 경사를 가지고 있되 계단형태를 이루게 된다.

이와 같이 복수개의 링 부재(21)를 적층하여 측면부재(20)를 제작하는 구성의 부유 플랫폼(1)의 경우, 아래 방향으로 더 큰 직경의 링 부재를 반복하여 설치함으로써 측면부재(20)의 크기를 용이하게 확대시킬 수 있으며, 따라서 지지해야 할 해상 구조물의 크기나 하중에 맞추어서 부유 플랫폼(1)의 규모를 용이하게 확대시킬 수 있게 되는 장점이 있다.

도 6 내지 도 10에 도시된 실시예에서 링 부재(21) 간의 결합에는 앞서 상부판 부재(10)와 측면부재(20) 간의 결합에 대해 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 링 부재(21) 내부의 공간에서, 링 부재(21) 간에 서로 마주 접하는 외피사이에 볼트 등의 기계적인 체결장치를 관통시켜 결합할 수도 있으며, 링 부재(21)가 예를 들어 FRP(섬유보강합성수지/ Fiber Reinforced Plastic) 등으로 이루어진 경우에는 접착제를 이용하여 접합할 수도 있고, 강재의 외피로 만들어진 경우에는 용접 등의 방법을 이용할 수도 있는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)에서 측면부재(20)의 하부 테두리의 외곽으로 수평플랜지부(23)가 더 구비될 수 있다. 도 11 및 도 12에는 이와 같이 측면부재(20)에 수평플랜지(23)가 더 구비되어 있는 본 발명의 제5실시예에 따른 부유 플랫폼(1)이 도시되어 있다. 구체적으로 도 11은 개략적인 사시도이고 도 12는 도 11의 선 E-E에 따른 개략적인 단면도인데, 도면에 도시된 것처럼, 측면부재(20)의 하부 테두리에는 외곽방향으로 수평한 수평플랜지부(23)가 더 구비될 수 있는 것이다. 이러한 수평플랜지부(23)는 후술하는 것처럼, 앵커부재(미도시)를 이용하여 본 발명의 부유 플랫폼(1)을 해저면에 고정시켜서 사용할 때 매우 유용하다. 즉, 앵커부재를 상기 수평플랜지부(23)에 연직하게 관통시켜서 지반에 관입 고정하게 되면, 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)을 해저면에 고정된 구조물로서 이용할 수 있는 것이다. 더 나아가, 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)을 해저면에 고정시켜 사용할 경우에는, 물에 떠있는 상태로 설치장소까지 인양해온 부유 플랫폼(1)에 대해, 부유 플랫폼(1)을 이루는 측면부재(20)의 비어져 있는 내부 및 상부판 부재(10)의 비어져 있는 내부를 콘크리트 등으로 충전시켜서 부유 플랫폼(1)의 자중을 키워서 해저면에 가라앉힌 후, 측면부재(20)의 내면과 상부판 부재(10)의 하면에 의해 만들어지는 원뿔형 내지 다각뿔형의 내부공간(30)에도 콘크리트 등을 충전함으로써, 부유 플랫폼(1)을 해저면에 고정시킴으로써, 중력식 지지구조물 형태로 활용할 수도 있다.

도 11 및 도 12에서는 도 1의 제1실시예에 따른 부유 플랫폼(1)에 수평플랜지부(23)가 구비된 것으로 도시하였지만, 상기한 수평플랜지(23)는 기타 실시예에도 적용될 수 있는 것이다. 즉, 다른 실시예에서도, 측면부재(20)의 하부 테두리의 외곽으로 수평플랜지부(23)가 더 구비될 수 있는 것이다.

더 나아가 앞서 살펴본 부유 플랫폼(1)의 여러 실시예에서는, 측면부재(20)의 하부가 완전히 개방된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 위에서 설명한 여러 실시예의 경우, 측면부재(20)의 하부 테두리에 의해 구획되는 평면 영역은 완전히 개방되어 있다. 따라서 부유 플랫폼(1)에는 측면부재(20)의 내면과 상부판 부재(10)의 하면에 의해 만들어지는 원뿔형 내지 다각뿔형의 내부공간(30)이 존재하게 되고, 상기 내부공간(30)에 물이 갇히게 되며, 부유 플랫폼(1)은 경량의 재질로 이루어진 상부판 부재(10) 및 측면부재(20) 각각의 자체 부력에 의해 부유하게 된다.

그러나 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)은, 측면부재(20)의 하부 테두리에 의해 구획되는 평면 영역이 완전히 폐쇄된 구성을 가지도록 변형될 수도 있다. 도 13 및 도 14에는 이와 같이 측면부재(20)의 하부 평면 영역이 폐쇄된 구성을 가지는 본 발명의 제6실시예에 따른 부유 플랫폼(1)이 도시되어 있는데, 도 13은 개략적인 사시도이고 도 14는 도 13의 선 F-F에 따른 개략적인 단면도이다.

도면에 도시된 것처럼, 측면부재(20)의 하부에는 바닥판(25)이 일체로 더 구비되어 있어서, 측면부재(20)의 하부 테두리에 의해 구획되는 평면 영역이 완전히 폐쇄된 상태에 있게 되고, 그에 따라 측면부재(20)의 내면과 상부판 부재(10)의 하면에 의해 만들어지는 원뿔형 내지 다각뿔형의 내부공간(30)은 밀폐된 상태의 빈 공간으로 존재하게 되는 것이다. 물론 필요에 따라서는 이렇게 비어 있는 원뿔 내지 다각뿔 내부공간에 스티로폼 등과 같은 경량의 재질을 채워 넣을 수도 있다. 또한 이와 같이 바닥판(25)이 더 구비되어 있는 부유 플랫폼(1)에서도 측면부재(20)의 하부 테두리에는 외측으로 수평플랜지부가 존재할 수 있다.

다음에서는 도 15 및 도 16을 참조하여 이와 같은 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)의 작용 효과를 종래의 상자형 부유 플랫폼과 비교하여 설명한다. 도 15는 종래의 상자형 부유 플랫폼에 파랑이 작용하거나 또는 부유 플랫폼의 상면에 설치된 풍력발전타워에 횡력이 가해져서 상자형 부유 플랫폼에 회전모멘트가 작용하는 상태를 보여주는 개념도이다. 도 15에서 점선은 안정된 상태를 보여주는 것이고 실선은 회전모멘트가 가해진 상태를 보여주는 것이다. 도 15에서 알 수 있듯이, 종래의 상자형 부유 플랫폼에 회전모멘트가 가해지게 되면, 부유 플랫폼이 회전하면서 일측은 들어 올려지고 타측은 가라앉게 된다. 이렇게 타측이 가라앉게 되면서 그에 따라 가라앉은 타측의 저면으로부터 부력(P)이 작용하게 된다. 즉, 종래의 상자형 부유 플랫폼에서는, 파랑이나 횡력으로 인하여 회전모멘트가 작용하여 부유 플랫폼이 회전하려고 할 때, 회전축을 중심으로 파랑이 작용하는 방향과 반대 방향에서 부유 플랫폼의 저면에 가해지는 부력만이 회전모멘트에 저항하는 힘 즉, 전도저항력으로 작용하게 된다. 따라서 부유 플랫폼의 흔들림이 크게 발생하게 된다.

그러나 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)의 경우에는 상기한 종래의 상자형 부유 플랫폼과 전혀 다른 거동을 보이게 된다. 도 16에는 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)에 파랑이 작용하거나 또는 부유 플랫폼의 상면에 설치된 풍력발전타워에 횡력이 가해져서 부유 플랫폼(1)에 회전모멘트가 작용하는 상태를 보여주는 개념도가 도시되어 있는데, 도 16에서 점선은 안정된 상태를 보여주는 것이고 실선은 회전모멘트가 가해진 상태를 보여주는 것이다.

도 16에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)의 경우, 파랑이나 수평 외력이 부유 플랫폼(1)에 가해질 때, 경사진 측면을 가지는 측면부재(20)의 형상으로 인하여, 파랑이나 바람 등으로 인한 횡력은 측면부재(20)의 경사진 면에 직각 방향으로 작용하게 되고, 그에 따라 오히려 부유 플랫폼(1)을 누르게 되는 힘이 가해지게 되는데, 이러한 횡력이 가해지는 측면과 반대쪽 측면에서는 측면부재(20)의 경사면 위에는 물이 존재하게 되고 그 물의 자중이 가해지는 상태이므로, 결국 파랑이나 바람 등으로 인하여 부유 플랫폼(1)에 가해지는 회전모멘트가 줄어들게 된다. 또한 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)에서는 측면부재(20)의 내면과 상부판 부재(10)의 하면에 의해 만들어지는 원뿔형 내지 다각뿔형의 내부공간(30)에 물이 갇혀 있으므로, 이렇게 내부공간(30)에 갇혀 있는 물은 회전모멘트에 대한 저항체로 작용하게 되고 그에 따라 회전모멘트로 인한 부유 플랫폼(1)의 흔들림이 크게 줄어드는 효과가 발휘된다.

다음에서는 도 17 및 도 18을 참조하여, 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)과 종래의 상자형 부유 플랫폼의 성능을 비교 검증하기 위하여 수행한 수치해석 결과에 대해 설명한다. 도 17은 수치해석을 수행하기 위한 모델을 보여주는 개략도로서 도 17의 (a)는 종래의 부유 플랫폼에 대한 수치해석모델의 개략적인 단면도이고, 도 17의 (b)는 본 발명의 제6실시예에 따른 부유 플랫폼(1)에 대한 수치해석모델의 개략적인 단면도이며, 도 17의 (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 부유 플랫폼(1)에 대한 수치해석모델의 개략적인 단면도이고, 도 17의 (d)는 본 발명의 제5실시예에 따른 부유 플랫폼(1)에 대한 수치해석모델의 개략적인 단면도이다. 한편, 도 18은 도 17에 도시된 각 수치해석모델에 대해 파랑이 작용할 때의 흔들림 정도를 그래프도로 도시한 것으로서, 검은 색 실선으로 그려지고 "cylinder"라고 표시된 그래프는 도 17의 (a) 즉, 종래의 부유 플랫폼에 대한 결과이고, 삼각형 점으로 이어진 선으로 그려지고 "cone"이라고 표시된 그래프는 도 17의 (b)의 부유 플랫폼(본 발명의 제6실시예)에 대한 결과이며, 사각형 점으로 이어진 선으로 그려지고 "skirt"라고 표시된 그래프는 도 17의 (c)의 부유 플랫폼(본 발명의 제1실시예)에 대한 결과이고, 마름모형 점으로 이어진 선으로 그려지고 "hybrid"라고 표시된 그래프는 도 17의 (d)의 부유 플랫폼(본 발명의 제5실시예)에 대한 결과이다. 도 18에서 가로축은 부유 플랫폼에 가해지는 파랑의 주파수(Frequency)로서 장파(0.1 Hz)에서부터 단파(0.2Hz)까지 변화시키면서 작용하는 것으로 하였다. 또한 도 18에서 세로축은 부유 플랫폼(1)의 흔들림 정도를 나타내는 피치(pitch)로서 파랑의 진행방향으로 부유 플랫폼의 앞,뒤 부분이 회전하는 각도로 측정되었다.

위와 같은 수치해석을 수행할 때 적용된 수치해석모델의 각 제원은 아래와 같이 설정하였다. 구체적으로, 물입자의 운동속도는 부유 플랫폼이 잠겨있는 수면으로부터의 높이("잠김높이(Hw)")에 따라 다르다. 따라서 부유 플랫폼의 형상에 의한 영향만을 고려하기 위하여 잠김높이(Hw)는 도 17에 도시된 4개의 수치해석모델에 대해 동일하게 하였다. 또한 부유 플랫폼에 작용하는 파랑 등에 의한 외력 즉, 파력은 부유 플랫폼의 투영면적과 관계가 있으므로, 부유 플랫폼의 투영면적 높이(H)와 부유 플랫폼의 하면 폭(B) 역시 도 17에 도시된 4개의 수치해석모델에 대해 동일하게 하였다. 한편, 본 발명에 따른 부유 플랫폼(도 17의 (b), (c) 및 (d)의 경우)에 대해 상면의 폭(B')는 5m, 10m 및 20m로 각각 변화시켰으며, 본 발명의 제1 및 제5실시예에서 측면부재(20)의 두께에 대한 투영면적 폭(W1)은 1m로 하였고, 제5실시예에서 측면부재(20)로부터 수평플랜지(23)가 돌출된 폭 즉, 외측 돌출폭(W'2)는 10m로 하였으며 내측 돌출폭(W2)은 3m로 하였다.

도 18에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 부유 플랫폼 즉, 도 17의 (b), (c) 및 (d)로 도시된 본 발명의 부유 플랫폼은 도 17의 (a)로 도시된 종래의 상자형 부유 플랫폼보다 월등히 작은 흔들림을 가지는 것으로 확인되었으며, 그에 따라 더욱 우수한 안정성을 보이고 있음이 검증되었다.

다음에서는 본 발명에 따른 부유 플랫폼의 구체적인 활용 및 사용예에 대해 설명한다. 아래에서 설명하는 활용 및 사용예를 예시적인 것이며, 본 발명에 따른 부유 플랫폼의 활용 및 사용방법이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 부유 플랫폼에서, 측면부재(20)를 내부가 비어 있는 부재로 만들고, 그 비어 있는 내부에 물을 채워서, 부유 플랫폼(1)의 무게 중심을 낮추는 밸러스팅(ballasting) 기능을 발휘하게 하는 것을 보여주는 개략적인 단면도이다. 이러한 밸러스팅 기능은 본 발명에 따른 부유 플랫폼을 해저면에 고정하여 사용할 때 매우 유용하다. 도 20은 본 발명의 제5실시예에 따른 부유 플랫폼(1)을 해저면에 고정설치하는 과정을 개략적인 단면도로 도시한 것인데, 도 20의 (a)에 도시된 것처럼, 본 발명의 부유 플랫폼(1)을 설치구역까지 부유된 상태로 인양선을 이용하여 이동시킨 후, 도 20의 (b)에 도시된 것처럼, 부유 플랫폼(1)의 측면부재(20) 내부에 빈 공간에 물을 채워서, 부유 플랫폼(1)을 침수시킨 후, 수평플랜지(23)를 해저면에 고정시킬 수 있는 것이다. 이 때, 도 20의 (c)에 도시된 것처럼 측면부재(20)의 내면과 상부판 부재(10)의 하면에 의해 만들어지는 원뿔형 내지 다각뿔형의 내부공간(30)에는 콘크리트 등의 채움재(G)를 채우는 것이 불필요한 부력 발생 방지라는 관점에서 유리하며, 부유 플랫폼(1)의 측면부재(20) 내부에 빈 공간에 대해서도, 밸러스팅을 위해 임시로 채웠던 물을 배수한 후, 콘크리트 등의 채움재(G)로 채우는 것이 바람직하다.

수평플랜지(23)를 해저면에 고정시킬 때에는 앵커부재를 이용할 수 있지만, 공지의 석션파일을 이용할 수도 있다. 도 21은 이와 같이 석션파일을 이용하여 본 발명의 제5실시예에 따른 부유 플랫폼(1)을 해저면에 고정설치하는 과정을 개략적인 단면도로 도시한 것인데, 도 21의 (a)에 도시된 것처럼, 수평플랜지(23)에 아래 방향으로 석션파일(90)을 각각 설치한 후, 석션파일(90)의 작동에 의해 석션파일(90)이 해저지반에 관입되도록 함으로써, 부유 플랫폼(1)을 해저면에 위치시키게 된다. 필요에 따라서는 도 21의 (b)에 도시된 것처럼, 측면부재(20)의 내면과 상부판 부재(10)의 하면에 의해 만들어지는 원뿔형 내지 다각뿔형의 내부공간(30)과, 부유 플랫폼(1)의 측면부재(20) 내부에는 콘크리트 등의 채움재(G)를 채울 수 있다.

한편, 이와 같은 본 발명에 따른 부유 플랫폼(1)은 하나만으로 해상구조물을 지지하도록 이용할 수 있지만, 해상구조물이 큰 경우에는 복수개의 부유 플랫폼(1)을 수평방향으로 연결하여 사용할 수 있다. 도 22는 이와 같이 복수개의 부유 플랫폼(1)을 연결하여 사용하는 예를 보여주는 것인데, 복수개의 부유 플랫폼(1)을 수평방향으로 연결한 후, 상부판 부재(10) 위에 공통 상판을 설치하고, 상기 공통 상판 위에 인공섬이나 기타 해상구조물(93)을 설치할 수 있는 것이다. 이 때, 이웃하는 부유 플랫폼(1)의 측면부재(20) 사이에는 연속 빈 공간(92)이 존재하게 되는데, 상기 연속 빈 공간(92)은 주변을 폐합한 상태로 만들어서 비어 있는 상태로 만들고 필요에 따라 물은 채우거나 또는 배수시킴으로써, 복수개의 부유 플랫폼(1)으로 이루어진 전체 구조물의 중량을 변화시켜 부유 정도를 조절하는 용도로 이용할 수도 있고, 상기 연속 빈 공간(92) 내부를 콘크리트 등으로 채워서 이웃하는 부유 플랫폼(1)을 강결시킴으로써, 전체 구조물의 강성을 증대시키는 용도로 활용할 수도 있다.

이상에서 살펴본 것처럼, 본 발명에 따른 부유 플랫폼은, 외력에 의한 회전모멘트에 대해 높은 전도저항력을 발휘하게 되므로, 파랑 등에 대해 매우 우수한 안정성을 가진다는 장점이 있다. 또한 조립식으로 제작할 수 있으므로, 운반 및 취급이 용이하며, 상부에 설치될 해상구조물의 크기에 맞추어서, 부유 플랫폼의 규모를 용이하게 변화시킬 수 있게 된다. 더 나아가, 본 발명에 따른 부유 플랫폼은 부유하는 형태로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 해저면에 고정시킨 상태로도 사용할 수 있으며, 해저면에 고정하는 작업도 매우 용이하게 수행할 수 있다는 장점이 있다.

1: 부유 플랫폼
10: 상부판 부재
20: 측면부재

Claims

해상구조물이 설치되는 상부판 부재(10)와;
하단 테두리에 의해 구획되는 영역의 면적이 상단 테두리에 의해 구획되는 영역보다 더 크도록 하향 경사져 있으며 상기 상단 테두리는 상기 상부판 부재(10)의 가장자리와 일체로 연속되어 있는 측면부재(20)를 포함하여 구성되어 있어서,
물에 부유한 상태로 해상구조물을 하부에서 지지하게 되는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼.
제1항에 있어서,
상기 측면부재(20)는 복수개의 링 부재가 순차적으로 결합되어 형성되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼.
제2항에 있어서,
상기 측면부재(20)를 이루는 복수개의 링 부재는 상면이 평평하며;
아래에 위치하는 링 부재의 영역보다 위쪽에 위치하는 링 부재의 영역이 더 작은 상태가 되도록 복수개의 링 부재가 순차적으로 적층되면서 각각 일체화됨으로써 상기 측면부재(20)를 이루는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼.
제1항에 있어서,
상기 측면부재(20)의 하부에는 바닥판(25)이 일체로 더 구비되어 있어서, 측면부재(20)의 하부 테두리에 의해 구획되는 평면 영역이 폐쇄된 상태가 됨으로써, 그에 따라 측면부재(20)의 내면과 상부판 부재(10)의 하면에 의해 밀폐된 상태의 내부공간(30)이 존재하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측면부재(20)의 하부 테두리에는 외곽방향으로 수평한 수평플랜지부(23)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼.
해상구조물이 설치되는 상부판 부재(10)와; 하단 테두리에 의해 구획되는 영역의 면적이 상단 테두리에 의해 구획되는 영역보다 더 크도록 하향 경사져 있으며 상기 상단 테두리는 상기 상부판 부재(10)의 가장자리와 일체로 연속되어 있는 측면부재(20)를 포함하여 구성되어 물에 부유한 상태로, 상기 상부판 부재(10)의 상면에 설치된 해상구조물을 지지하게 되는 부유 플랫폼(1)을 제작하되;
상면이 평평하며, 링 부재가 이루는 영역이 서로 다른 복수개의 링 부재를, 아래에 위치하는 링 부재보다 위쪽에 위치하는 링 부재의 크기가 작도록 복수개로 순차적으로 적층하여 각각 일체화시킴으로써 상기 측면부재(20)를 이루는 형성하는 것을 특징으로 하는 해상구조물 지지용 부유 플랫폼의 제작방법.