KR20150058161A - 에너지 소산 장치 - Google Patents
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Abstract
복수의 주기적 쌍곡 표면들을 포함하고, 연속 표면-구조를 형성하며, 거기를 통과하는 인접한 터널들을 감싸는 에너지 소산 장치.
Description
본 발명은 투과성, 스펀지-유사 구조들에 관한 것이다.
방파제는 부딪치는 파도들의 에너지에 대항-교번하도록(흡수 또는 반사 또는 둘 모두에 의해) 설계되며, 보호, 정온 수역(calm water) 활성 구역 또는 (몇몇 이용들에서) 바다의 침식력으로부터 보호되는 육지면적(land front mass)을 생성하고, 이 모두는 최저 가능 비용 및 최저 환경 손상으로 수행된다.
종래의 방파제들
1. 충전-재료(fill-material) 기반 방파제들은 통상적으로:
-- 모래 및 바위 사석들(바위들의 크기들은 현장의 유체 역학 상태들에 의존한다)
-- 콘크리트 블록 크러스트(concrete block crust)를 가진 경사진 호안 벽들, 및 지반-잡석 받침(무거운 콘크리트 테트라포드(concrete tetrapod)들 또는 유사한 구조물들에 의해 지지되는).
2. 전도(overturning)에 대비한 질량 및 저항을 제공하기 위해, 충전 재료를 가진 케이슨식(Caisson)(수직 벽) 방파제들.
3. 여러가지 기능적으로 서술된 조합들에서의 상보적 케이슨식-사석-호안(Complementary caisson-rubble mound-revetment) 방파제들.
수심 측정 상태들, 충격파 에너지 및 충전-재료들의 이용 가능성은 방파제들의 실현 및 그것들의 비용들의 결정 인자들이다. 충전-재료 방파제들은, 그것들의 기하학적 폭-기반 구성 때문에, 약 20 내지 25 미터의 수심으로 그것들의 기술적 경제성 한계에 도달하며, 그것 이외에 이것은 모든 부가적인 깊이로, 재료 양들은 중대한 경제적 제약이 된다.
케이슨식(전방 또는 후방 해결책) 기술은 얕은 물들에서 비교적 비싸지만, 깊어지는 깊이에 따라, 사석(rubble mound) 또는 호안 벽(revetment wall)의 비용은 그것을 상당히 앞지를 수 있다.
자연으로부터 준설되거나 또는 채굴되거나 또는 굴착되며 현장에서 수송되며 침전된, 방파제 구성의 충전-재료 접근법은 단지 비쌀 뿐만 아니라 환경적으로 의심스러운-부정적-파괴적임을 명심해야 한다. 따라서, 많은 해안 상태들에서, 충전-재료 접근법(대규모로 고려될 때)은 실행 가능한 옵션이 아니다.
목적은 방파제들, 음향 벽들 및 열 교환기들과 같은 용도들을 위해 적응된 개선된 파도-에너지 소산 구조들을 제공하는 것이다.
일 양상에 따르면, 투과성 스펀지 방파제가 제공되며, 상기 투과성 스펀지 방파제는 복수의 이중-곡선 쌍곡선 포물면들 또는 최소 무한 다면체 상호-연결 표면 셸들, 또는 비슷한 임의의 다른 형태들을 포함하고, 연속 표면-구조를 형성하며, 거기를 통과하는 인접한 터널들을 감싼다.
이전에 특정된 바와 같이, 복수의 쌍곡-포물면-형 셸들을 포함한 실시예들은 강화 콘크리트, 스틸 시트들, 플라스틱 수지들, 복합 재료들 등과 같은, 임의의 종류의 재료로부터 구성된다.
상기 셸들은 콘크리트, 숏크리트, 페로시멘트, 섬유-강화 콘크리트 등을 포함할 수 있다.
상기 콘크리트는 숏크리트, 와이어들(금속, 플라스틱들, 합성물...), 페로시멘트, f.r.p.(fibre reinforced plastics), 메시(mesh)들, 예로서 금속 메시들(내침식성) 등과 같은, 적어도 하나의 강화 재료를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 전체 형태는 기하학적으로 반복적 유닛들로 구성된 모듈식이며, 따라서 효율적인 대량 생산을 용이하게 할 수 있다.
상기 셸들은 입방체; 다이아몬드; 입방 심; 에지 심; 옥텟 격자 구성들 등에서 나타내어진 바와 같은, 다양한 공간 대칭 카테고리들에 따르는 방식으로 성형될 수 있다.
상기 터널들은 이중-엮임 입방 네트워크의 쌍에 따라 배열될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 주기적 셸들 표면 구조 유닛들은 2 및 13 사이에서의 속(genus) 값들을 가진다.
몇몇 실시예들에서, 상기 셸들은 도 1a, 도 1b, 및 그것의 조합에 도시된 형태들로부터 선택된 형태를 가진다.
상기 셸들 구조의 두께는 일반적으로 셸들이 만들어지는 재료의 유형에 대응한다: 강화 콘크리트(최신 성능의)의 경우에 7 내지 20 cm이지만, 스틸 또는 다른 금속 또는 복합 재료 셸들의 경우에, 수 밀리미터이 충분할 수 있다.
용적 단위, 또는 주기적 셸 단위에 외접하는 각각의 박스의 에지는 1.0 및 12.0 미터 사이에 있다. 연관된 표면의 속 값이 높을수록, 다면체 에지 크기는 더 짧다.
몇몇 방파제 실시예들에서, 셸들의 일 부분은 밀봉되며, 몇몇은 부유도를 위해 공기의 채움을 허용한다.
침식에 대한 저항성은 표면 광택, 가소성 재료들로 분무하는 것, 금속성 강화 성분들의 음극화 보호를 이용하는 것 등과 같은 복수의 방법들을 이용함으로써 달성될 수 있다.
상기 셸들의 일 부분 및 그것에 의해 감싸여진 해수는, 구조의 전체 안정성을 부가하는, 밸러스트 재료를 포함할 수 있다.
상기 스펀지 방파제는 임의의 종류의 정박(anchoring) 디바이스들을 더 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 콘크리트 폴리하이패릭(polyhyparic) 셸을 생성하는 것을 허용하도록 구성된 금형이 제공된다. 상기 금형들은 예를 들면 스틸 또는 콘크리트 또는 사전 인장된 패브릭 막들로 만들어질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 입방체 터널 시스템은 파도 프런티지(frontage)들의 방향으로 약 45°에서 배향된다.
상기 스펀지 방파제는 빔들, 판들, 링들, 케이블들, 개방 케이지 보강재 및 그것의 조합들과 같은, 강화재들 및 보강 디바이스들을 더 포함할 수 있다.
상기 스펀지 방파제는 이용을 위한 파도 에너지를 이용하기 위해 터널 전방 개구들 내에서 파도 터빈들을 더 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 바다에서의 콘크리트 제작 해안 플랜트에서의 스펀지 방파제 메가-블록을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
'조선소(shipyard)' 설비들을 갖고, 제조 플랜트의 일부로서, 보호된 정온 수역이, 금형들을 갖고, 각각은 콘크리트 폴리하이패릭(또는 최소) 표면 셸들을 생성하며(주조에 의해) 그것들을 경화하는 것; 곡선 셸('벽돌 모듈(brick module)들') 또는 지지-착탈 가능한 플랫폼을 조립하며 그것들이 부유에 대해 해소된 후 메가-블록들의 조립체를 완료하는 것, 및 그 후 부유식 메가-블록들을 함께 연속적 방파제 덩어리로 예인하는 것; 및 필수적으로 그것을 파운딩-정박(founding-anchoring)하여 고정시키는 것을 허용하도록 구성된다.
상기 방파제들은 다음의 어느 하나로서 위치되며 해소될 수 있다(수심 측정 상태들 및 물 깊이에 의존한다):
지면 부착됨(해저에 기초함), 밸러스트 또는 파운데이션(foundation)들 또는 양쪽 모두를 갖고 고정됨;
보다 깊은 물들에 있다면, 파일 지지됨, 또는
원한다면, 또는 파일-지지가 양립할 수 없을 때, 부유하며 정박됨.
제조 조선소 공장의 보호된 수역은 모래(바위) 바, 또는 케이슨식 벽, 또는 스펀지 방파제 또는 그것의 조합들을 포함할 수 있다.
제조 공장에서의 스펀지 방파제 메가-블록들의 조립 및 결합은 셸 재료 기술에 의존할 수 있다.
폴리하이패릭 콘크리트 '벽돌' 셸들의 결합은 콘크리트 사전-제작 기술에 익숙한 바와 같이 복수의 상세한 해결책들에 의해 또는 제작된 셸 재료들에 의해 요구된 바와 같이 주조 또는 리벳팅 또는 브레이싱 또는 후 인장, 또는 접착 또는 솔더링 또는 용접 기술들에 의해 달성될 수 있다.
고체 지속으로의 스펀지 메가-블록들의 결합은 상기 특정된 해결책들 중 임의의 것, 또는 특수 브레이싱 또는 후-인장 디바이스들을 갖고 또는 모든 인접한 메가-블록들의 원형 에지 피쳐들을 함께 결합하도록 설계된 복수의 재료들로부터의 사전 제작된 상호 연결 슬리브들을 갖고 기초할 수 있다.
스펀지 메가-블록들의 결합은 복수의 상세한 해결책들에 의해 수용될, 메가-블록들 사이에서의 특정한 남은 유연성을 보존하는 것을 고려하여 수행될 수 있다. 이러한 유연성은 내부 응력들을 감소시키기 위해 또는 예측 가능한 미래에 방파제 세그먼트들의 재배치를 미리 고려할 때 요구될 수 있다.
본 발명을 위한 주요 동기화는 물-파도들의 에너지를 명쾌하게 소산시키기 위한 바람으로부터 비롯되지만, 필수적으로 유사한 구조들이 음향 배리어들 및 열 교환기들과 같은, 다른 유형들의 파도-유도 에너지를 소산시키기 위해 이용될 수 있다는 것이 강조된다. 이들 다른 사용들이 또한 여기에서 주장되지만, 예로서, 상세한 설명의 대부분은 방파제들과 관련될 것이다.
그러므로, 또 다른 양상에 따르면, 폴리하이패릭 셸들을 포함한 구조로서, 상기 구조는 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다: 실내 및 야외 사용에 적합한 사운드-흡수기들 및 음향 배리어들이 제공된다.
또 다른 양상에 따르면, 이중-엮임 폴리하이패릭 셸들을 포함한 열 흡수기들이 제공된다. 액체 또는 기체의 형태로, 상이한 에이전트들이 혼합 없이, 서로에 열을 전달하거나 또는 서로로부터 열을 흡수할 수 있다.
도 1a는 다른 이러한 셸들과 결합될 때 두 개의 (동일한) 이중 엮임 입방 네트워크들(dual intertwinded cubic networks)(입방체 대칭 레짐(cubic symmetry regime)) 사이에서의 공간을 세분하는 연속적 폴리하이패릭 표면을 함께 만드는 셸-표면을 예시한다.
도 1b는 두 개의 동일한 (이중) '다이아몬드(diamond)' 네트워크들 사이에서의 공간을 세분하는, 연속적 폴리하이패릭 표면을 함께 만드는 셸들을 예시한다.
도 2는 반복적, 다이아몬드 네트워크의 대칭 특징의 셸들의 구조 실시예를 도시한다.
도 3a는 입방-심 및 면심 네트워크를 위한 실시예를 도시한다.
도 3b는 에지-심 및 면-심 네트워크 네트워크에 대한 또 다른 실시예를 도시한다.
도 4는 입방 네트워크들에 대한 대칭 요소 실시예를 도시한다.
도 5는 터널들 실시예의 입방 격자를 도시한다.
도 6a는 입방 네트워크들에 기초한, 방파제 실시예에 대한 직교하는 형성 메가-블록을 도시한다.
도 6b는 해안을 향해 수십 미터의 거리에서, 전방이 파도 덩어리 및 후방 측면의 초기 충격을 수신하기 위해 형성되고 제작된, 분리된 방파제 실시예를 묘사한다.
도 7은 셸 구조의 주기적 폴리하이패릭 기하학적 구조를 예시한, 도 4에서의 대칭 요소와 같은 입방 네트워크 셸들에 대한 모듈식 유닛을 도시한다.
도 8은 예인선들의 도움으로 그것들을 끔으로써 부유식 메가-박스 블록들을 수송하는 것을 보여준다.
도 9에서, 메가-블록들이 결합되며 스펀지 방파제가 접지 또는 파일-지지 또는 정박에 의해 안정화된, 그것의 최종 위치에서 도시된다.
도 1b는 두 개의 동일한 (이중) '다이아몬드(diamond)' 네트워크들 사이에서의 공간을 세분하는, 연속적 폴리하이패릭 표면을 함께 만드는 셸들을 예시한다.
도 2는 반복적, 다이아몬드 네트워크의 대칭 특징의 셸들의 구조 실시예를 도시한다.
도 3a는 입방-심 및 면심 네트워크를 위한 실시예를 도시한다.
도 3b는 에지-심 및 면-심 네트워크 네트워크에 대한 또 다른 실시예를 도시한다.
도 4는 입방 네트워크들에 대한 대칭 요소 실시예를 도시한다.
도 5는 터널들 실시예의 입방 격자를 도시한다.
도 6a는 입방 네트워크들에 기초한, 방파제 실시예에 대한 직교하는 형성 메가-블록을 도시한다.
도 6b는 해안을 향해 수십 미터의 거리에서, 전방이 파도 덩어리 및 후방 측면의 초기 충격을 수신하기 위해 형성되고 제작된, 분리된 방파제 실시예를 묘사한다.
도 7은 셸 구조의 주기적 폴리하이패릭 기하학적 구조를 예시한, 도 4에서의 대칭 요소와 같은 입방 네트워크 셸들에 대한 모듈식 유닛을 도시한다.
도 8은 예인선들의 도움으로 그것들을 끔으로써 부유식 메가-박스 블록들을 수송하는 것을 보여준다.
도 9에서, 메가-블록들이 결합되며 스펀지 방파제가 접지 또는 파일-지지 또는 정박에 의해 안정화된, 그것의 최종 위치에서 도시된다.
일반적인 설명
몇몇 실시예들은 파도 에너지에 대항하기 위해 그리고 다양한 활동들을 위해 보호된 정온 수역을 생성하기 위해 설계된 방파제 구조들을 다룬다.
널리 보급된-종래의 방파제 해결책들은 필요한 저항력을 생성하기 위해, 대부분 반사에 의해, 부딪치는 파도들의 동작들에 대해, 자연으로부터의 준설-굴착-채석된 대량의 재료-덩어리 및 그것들의 합성 등가물들의 동원 및 활용에 기초한다.
투과성 스펀지 방파제는 대안적인 접근을 나타낸다. 종래의 접근법으로부터의 기본적인 출발은, 덩어리-기반 충전-재료 해결책 전략들의 이용보다는, 스펀지 방파제는 그것의 에너지 감쇠 실행을 그것의 공간적 특성들, 그것의 구조적 재료가 공간에서 분배되는 방식을 의미하는, 덕분이라는 사실이다.
투과성 스펀지 방파제의 기하학적 구조는 일반적으로 두 개의 이중(상보적) 공간 네트워크들(또는 격자들)간에 공간을 세분하는 연속적 주기적 스펀지 표면을 나타낸다. 이러한 주기적 표면들은 수학적으로 최소 표면들로서, 및 동일한 쌍곡-포물면 표면 유닛(hyperbolic-paraboloidal surface unit)들과 타일-매핑(tiled-mapped)됨을 의미하는, 연속적, 평활한 폴리하이패릭 표면들로서 제한된 수의 경우들에서(우세한 대칭 제약들 때문에) 해결될 수 있다. 최소 및 폴리하이패릭 표면들의 구조적 성능은 실질적으로 동일하지만, 폴리하이패릭 기하학적 구조는 그것에 금형 제작될 때 실현하기에 더 간단하다.
다양한 주기적 쌍곡선-미로(또는 무한 다면체) 표면들은, 몇몇 구성들이 바람직할지라도, 기하학적 스펀지-형 구성들(완전하지 않을지라도)로서 해결된 외피들이다. 그것들의 주요 특성은 다양한 특정 기하학적 해결책들에서 스스로를 나타낼 수 있는 그것들의 스펀지-형 다공성-투과성이다.
에너지 감쇠는 스펀지 방파제 터널 시스템의 내부를 터뜨리는 파도들에 의한 생성된 난류/마찰 때문에 반사보다는 흡수를 통해 주로 달성된다. 연구소 검사들은 약 80%의 파도 에너지가 흡수되고, 약 10%가 반사되며 약 10%가 관통함을 입증하고 있다.
스펀지 방파제는 방파제의 단면 내에서의 그것들의 공간적 배치에 따라서, 다양한 두께들의 스틸 또는 플라스틱 셸들 또는 강화된 콘크리트 셸들에 걸친, 다양한 재료 해결책들에서의 고체의, 얇은 셸 구조로서 실현될 수 있으며, 방파제의 전방에 더 가까울수록, 그것들은 더 두껍고 더 강력하다. 모두 고려될 때, 셸 재료 덩어리에서의 콘크리트의 전체 양은 단지 종래의 충전-재료 기반 해결책들에 사용된 약 10%의 콘크리트, 및 단지 약 3%의 총 볼륨의 고체 재료들(바위들, 흙들 등을 포함한)에 해당한다. 투과성 스펀지 방파제는, 그것의 높은 기하학적 주기성에 때문에, 고도로 산업화될 수 있으며, 일 유형의 (셸)은 그것의 전체 조성에 충분하다.
투과성 스펀지 방파제는 고체 메가-블록들로의 그것들의 조립에 앞서 유닛의 제작(주조에 의한)으로 시작하는, 단계적으로 생긴 완료를 허용하기 위해 구조화될 수 있으며, 가장 바람직하게는 메가-블록들은 완성된 방파제로서 기능하도록 목적지 사이트로의 부유도 및 수송 가능성(바다에 의한)을 위해, 그것들을 함께 결합-브레이싱하기 위해 및 지반 부착 또는 파일 지지 또는 정박-계류(물 깊이에 의존하여)를 위해 구성된다.
자연으로부터 채굴된 충전-재료들에 기초하지 않는, 그렇게 하여 제공된 투과성 스펀지 방파제들은 환경-친화적이다. 투과성 스펀지 방파제들은 연속적 쌍곡 표면 기하학적 구조에 기초한 반복된 모듈식(예로서, 강화 콘크리트) 셸들로 만들어진다. 셸 모듈들은 모놀리식 어레이 메가-블록들로 조립-결합될 수 있으며, 이것은 그것들을 채우는 해수와 함께(및 제공된 파운데이션-앵커리지), 방파제의 전방 길이를 따라 미터당 3000 톤들 이상의 정면 저항을 제기한다. 검사 실험들은 파도 에너지의 대부분이, 파열하는 파도 덩어리의 반복된 난류 및 공진 동작을 통해 파도의 운동량의 오래 계속된 파괴에 의해 파도 에너지 감쇠기로서 동작할, 셸들의 투과성 스펀지-형 미로에서 흡수될 것임을 입증하였다.
이러한 종류의 방파제의 경제적-제작 이점은 특히 종래의 방파제들과 비교할 때, 바다 깊이에 따라 증가할 수 있다.
일 양상에 따르면, 강화 콘크리트 또는 임의의 다른 적절한 재료를 포함한, 폴리-쌍곡선-포물선(폴리하이패릭) 셸이 제공된다.
또 다른 양상에 따르면, 복수의 스펀치 형 투과성 셸 구조 요소들을 포함한 단단한 셸 구조가 제공된다.
또 다른 양상에 따르면, 콘크리트 폴리하이패릭 셸을 주조-생성하는 것을 허용하도록 구성된 금형이 제공된다.
형태학(Morphology)
다수의 가능한 기하학적 구조들이 상이한 연속적 주기적 쌍곡 표면들 중에서 고려되어 왔다. 최종 비교적 검사에서, 두 개의 대안들이 추가 조사를 위해 선택되었다:
A, 두 개의 동일한 이중 엮임 입방 네트워크(two identical dual intertwined cubic network)들(입방 대칭 레짐(cubic symmetry regime)) 사이에서의 공간을 세분하는 연속적 폴리하이패릭 표면(continuous polyhyparic surface)을 함께 만드는 셸들(도 1b에서 140).
B. 두 개의 동일한 (이중) '다이아몬드' 네트워크들 사이에서의 공간을 세분하는 연속적 폴리하이패릭 표면(polyhyparic surface)을 함께 만드는 셸(shell)들(도 1b에서 142).
양쪽 표면들은 최소 표면(수학적으로 결정된 바와 같이)과 약간 상이하며, 그러므로 유사한 구조적 성능을 가진, 그것들의 포인트들 모두에서 이중-곡선(새들-형(saddle-shaped))이다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 방파제들 또는 다른 구조들, 셸들은 도 2에 도시된 셸들(1200)의 구조(1000)(하나의 셸(1200)은 분리된다)와 같은, 반복 유닛들에서, 주기적으로-대칭적으로 배열된다. 다수의 유닛들의 각각의 어레이는 인접한 셸들과 함께 터널들의 '다이아몬드' (실시예에서) 또는 '입방' 네트워크를 형성하는 상보적 양-터널 시스템(1220)(complimentary bi-tunnel system)을 제공한다.
구조는 터널의 네트워크들에 의해 표현된 기본 특징에서 상이하다: 입방 네트워크는 일직선 및 연속적 터널 축들에 기초하지만, 다이아몬드 네트워크는 지그재그 어레이로 배열된 터널들에 의해 특성화된다.
다른 특정 표면들에 걸쳐, 두 개의 포물선 대안들의 선택은, 예를 들면, 선택된 두 개의 표면들의 다수의 속성들 및 양들에 의해 영향을 받는다.
1. 두 개의 표면들의 기하학적 구조를 갖는 경험, 그것들의 대칭 및 그로부터 도출된 다양한 기본 유닛들, 표면들이 적절한 후보들일 것이라는 제안으로 이어짐.
2. 이들 쌍곡 표면들을, 심 라인(seam line)들을 따라 연속성 및 평활도를 유지하는, 폴리하이패릭 것(polyhyparic ones)들로 변환하는 용량. 폴리하이패릭 표면들은, 그것들이 기하학적 정의를 간소화하며 실제 규모에서, 뿐만 아니라 모델 제작을 위한 및 조파 수로에서의 검사들을 위한 감소된 규모에서의 셸들의 생성 문제들을 간소화하기 때문에, 제작에 대해 비교적 간단하다.
그것들의 대칭 요소들의 조작에 의해, 양쪽 표면들은 다수의 방식들로 모듈식 유닛들로 분할될 수 있다. 예를 들면, 두 개의 상이한 비-쌍곡선 요소 유닛들(144, 146)(두 개의 동일하지 않은 네트워크들로 공간을 분할하며 쌍곡선 분할은 임의의 두 부분으로 된 대칭 축들을 포함하지 않으며, 따라서 폴리하이패릭 표면(polyhyparic surface)들은 가능하지 않다)을 도시한, 도 3a 및 도 3b를 참조하며, 도 4에서의 직교 배열은 두 개의 이중 입방 네트워크들 사이에서의 공간을 세분하는 포물선 표면인, 입방 네트워크들에 대한 요소(140)를 도시한다.
직교성(orthogonality)은 수십 내지 수백 개의 금형(mould)들, 셸들을 위한 복잡한 스토리지 및 많은 교차 트래픽 및 수송 트랙들을 가진 수송 어레이들을 포함할 생성 사이트의 조직 요구들과 관련하여 편리하다(및 중요하다). 쌍곡선 형태(hyperbolic shape)는 금형들의 간단한 설계를 위해 중요하다.
제 1 시리즈의 검사들의 목적들을 위해, 쌍곡선 입방 표면은 터널들의 입방 격자, 예를 들면 도 5에서의 구조(2000)를 만들기 위해 선택되었으며, 상기는 모델들 및 금형들의 편한 생산; 표면의 임계 영역들에서의 곡률 값들; 큰 직교 형성 블록들로 조합될 모듈식 유닛들의 능력; 및 쉽게 강화되며 돌격하는 파도들에 대하여 보다 많은 강성률을 제공할 수 있는 그것들의 곡선 에지들의 특징을 주로 고려하고 있다.
'입방 표면(cubic surface)'은 두 개의 상이한 배향들에 따라 모듈식 유닛들을 셋 업하는 것을 허용한다.
A. 파도 프런티지의 방향에서 평행도(parallelism)를 보존하는 직교 배향(및, 또한 해안선을 갖고, 보다 많거나 또는 보다 적은).
B. 터널 네트워크들 축들은 파도들의 프런티지(waves' frontage)의 방향을 향해 45도들로 위치된다.
배향(orientation)이, 45도들만큼 회전될 때, 파도들이 부서지며 소용돌이 칠 터널들의 길이가 직교 배향에서보다 더 길기(제곱근만큼) 때문에 선호될 수 있다.
명확하게, 이러한 선택은 방파제 유체 역학 행동에 대한 영향들을 가지며 반사 에너지의 양이 더 클 것이며, 방파제의 다른 (후방) 측면 상에서, 에너지를 통과하는 것은 더 적을 것임이 이치에 맞다.
다이아몬드 및 입방 터널 시스템들 및 그것들의 대칭을 나타내는, D-64 2[의미: 일반 육각형(plain hexagon)들로 만들어진 다이아몬드 터널 네트워크(diamond tunnel network)(연결성-속(connectivity-genus)=2); 각각의 꼭짓점 주위에 4개의 육각형들] 및 C-46 3[의미: 평면 정사각형들로 만들어진 입방 터널 네트워크(cubic tunnel network)(연결성-속(connectivity-genus(=3); 각각의 꼭짓점 주위에 6개의 정사각형들] 형들의 무한 다면체 어레이(infinite polyhedral array)들을 적용하는 가능성이 고려되었다. 모듈식 유닛 크기의 유사한 치수에 비하여, 이중 곡선 쌍곡선 유닛들의 표면, 뿐만 아니라 극한 하중들의 크기(어레이들 상에서의 힘들 및 응력들)는 더 작을 것이며, 그러므로 그것들은 파도들의 에너지 감쇠에 대하여 보다 효율적인 것처럼 보일 것이다.
또한, 이들 다면체 기하학적 구조들의 이용은 셸 모듈들의 제조를 위한 금형들 제작을 상당히 간소화할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 다면체 콘크리트 유닛들은 예를 들면, 6각형 판들로부터 구성될 수 있으며, 따라서 마감된 모듈들의 주조 및 적층을 상당히 간소화한다.
이 경우에, 기하학적 수정의 결과로서, 모듈식 유닛들은 또한 보다 빽빽히 적층하며, 이것은 분명히 생성 사이트의 크기 및 그것의 공간 이용에 대한 (긍정의) 영향들을 가진다.
구성 기준들(construction criteria)
파도들의 전진 방향에 평행하는 단면에 방파제들의 형태는 다양한 가능성들을 높힌다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 두 개의 원칙적인 대안들이 조사되었다.
A. 직교 형성 블록(3000)
B. 잔여 에너지의 적어도 일부를 분산시키며 유용한 해안 기능들(3036)을 실행하는 부가적인 의무들을 이행하는, 해안을 향한 수십 미터의 거리에서, 파도 덩어리의 초기 영향을 수용하기 위해 건조되며 제작된 전방(3032) 및 후방 측면(3034)을 가진 분리된 방파제(3030).
도 6a는 또한 파도 에너지를 감소시키는데 덜 효과적이며 따라서 특정 높이들까지 파도들에 대처하기 위해 더 높아야 하는, 종래의 방파제(30)를 도시한다. 파봉(wave crest)들은 그것들이 종래 기술의 배리어(barrier)와 접할 때 형성하며 따라서 방파제(30)는 파도의 운동 에너지를 소진시키기 위해 물 표면에 대하여 특정한 규제 높이를 달성하도록 요구된다. 부가된 높이는 종래 기술의 방파제의 덩어리를 상당히 증가시킨다. 신규의 형성 블록(3000)은 이러한 추가 높이를 요구하지 않으며 따라서 훨씬 더 많은 재료가 절약된다.
수평력들에 대한 저항의 관점에서, 대안("a")이 바람직하다는 것은 의심할 여지가 없다. 방파제를 분리하는 것은 이들 힘들에 대한 방파제의 전방의 저항을 감소시키며 아마도 필수적으로 방파제를 고정시키기 위해 상보적 정박-파운딩(complementary anchoring-founding)((3037)에 의존하는 것을 요구한다.
다른 한편으로, 방파제의 후방 측면은 강한 파도들의 영향들에 자유로우며 그러므로 다양한 서비스들(3036)에 대한 구성 운반 플랫폼(프로그램적으로 요구된다면)으로서 그것을 이용하는 것이 가능할 것이다.
양쪽 구조들 모두는 그것들의 이점들을 가지며, 따라서 주로 프로그램적 명령법들이 만연할 것이다.
모듈식 유닛의 크기
모듈식 유닛의 크기는 파도에 저항하기 위해 요구된 강도 및 생산 효율성 양상들(금형들 및 생산 속도 고려사항들)에서 최적의 셸을 달성하려는 경향이 있을 것이다. 다음의 파라미터이 중요한 것처럼 보인다:
A. 콘크리트로 만들어진 셸들의 예를 고려할 때, 구조적 효율성을 수립할 때의 우세 파라미터(dominant parameter)는, 폴리하이패릭 유닛에 외접하는 모듈식 입방을 고려할 때, 셸 유닛의 원형 단면에서의 반경 및 모듈식 유닛의 에지의 크기의 함수, a(도 7에서 120)로서 표현될 수 있는, 셸의 곡률 반경(shell's curvature radii)들(111)이다. 유닛의 원형 단면에서 쌍곡선 셸의 1 내지 2m의 반경-r(도7에서의 110)이 대부분 타당할 것이다.
B. 또 다른 중요한 파라미터는 셸의 두께(t)(도 7에서 130) 및 모듈식 유닛의 에지(a(120))의 크기 사이에서의 비 n이며, n=t/a.
입방 표면의 모듈식 유닛(기본 변위 유닛)의 쌍곡선(또는 폴리하이패릭) 유닛의 영역은 s=2,36617ㆍa2(예로서, a=5m이면, s=59,15425 m2)이다.
콘크리트 셸의 두께가 t=nㆍa인 경우에, 그것의 볼륨은 다음과 같이 산출될 수 있다.
v=2,36617a2 ㆍt=2,36617ㆍnㆍa3
재료의 상대적인 볼륨은 
을 갖고 퍼센트들에서 전체 구조의 용적 유닛 볼륨을 구성하는 것을 요구한다.
n의 상대적인 값들에 관하여, 퍼센트에서의 볼륨은 표 1에 표현된다.
그러므로, 그 에지가 a=6.0m(n=0.02)인, 모듈식 입방체에서의 12 cm 두께 콘크리트 셸은 v=236,617ㆍ0.02=4,732%의 퍼센티지들에서의 볼륨을 가질 것이며, 그것의 볼륨은:
그러므로, 우리는 외접 입방체 유닛의 에지가 클수록 및 변하지 않은 채로 있는 셸의 두께를 갖고, 셸의 상대적인 볼륨은 더 작다고(콘크리트 절감) 말할 수 있다. 다른 한편으로, 셸의 곡률의 측정치가 감소함에 따라 및 그 결과로서 요구된 강화는 증가한다.
셸의 두께는 콘크리트 조성들이 종래의 스틸-기반 강화 메시들 대신에 주요 강화 메시들/섬유들(바람직하게는 침식시킬 수 없는)을 포함한다면 추가로 감소될 수 있다.
크기 고려사항들은 이하의 섹션들에서 추가로 논의된다.
투과성
스펀지 방파제의 생산 프로세스 및 수송 및 조립 실행 계획들에 관한 고려사항들
방파제의 반복적 '블록들'을 제작 및 조립하기 위한, 그것들의 '기능 사이트(functioning site)'로의 그것들의 수송을 위한 및 현장의 완전한 방파제의 매칭-조립을 위한 다수의 대안들이 있다.
많은 생산 및 조립 결정들은 방파제의 계획된 크기 및 그것의 구성 속도의 제약들에 기인한다. 예를 들면, 이스라엘 지중해 해안에서의 통상적인 사실에 기반을 둔 환경들을 고려할 때:
A. 그것의 서쪽 끝에 20 내지 22미터의 물 깊이를 갖는 ~ 2 km2의 인공 섬에 대한 보호를 제공하는 단일 프로젝트를 위해 요구된 리소스들 및 수단들
B. 17 m의 평균 깊이에서 5ㆍ5ㆍ5 m 크기를 가진 셸들의 모듈식 유닛들을 가정할 때, 약 60,000 (+) 모듈식 유닛들이 요구된다.
C. 10ㆍ10 m 금형은, 하나의 주조 세션의 과정에서, 4 모듈식 유닛 절반들을 생성하는 것을 허용한다. 바람직한 실시예에 따르면, 셸들의 두께는 10±3 cm이다. 금형으로부터의 그것의 추출시 셸들의 무게는 대략 23 톤들이다. 몇몇 실시예들에서, 해안의 선택된 인접한 사이트에서 투과성 스펀지 방파제를 제조하기 위한 산업용 공장이 제공된다.
D. 적절한 방파제를 형성하는 것은 다음의 주요 스테이지들을 포함할 수 있다:
1. 조선소-형 생산 공장은 금형들, 크레인들, 콘크리트 혼합 및 주조 공장, 경화 및 적층 야드들 등을 갖고, 보호된 수역 및 프리캐스트 콘크리트 공장을 가져야 한다.
2. 도 7에 도시된 바와 같이, 조선소-형 조립 공장(4000)은, 그것의 보호된 수역을 갖고, 가장 큰 예인 가능한 "메가 블록들"을 형성하기 위해 수동으로 부착 및 결합된, 다수의 "구성요소 벽돌들"로 만들어진 메가-블록의 편리한 조립을 용이하게 할 것이다.
3. 조선소-형 조립-공장은 부유도를 위한 및 강제 견인을 위한 메가 블록의 흘수를 허용하기 위해 충분한 물 깊이를 가져야 한다.
4. 도 8에 도시된 바와 같이, 인양선들(40)의 도움으로 그것들을 그것들의 최종 사이트(도시되지 않음)로 끔으로써 부유식 메가-블록들(5000)을 수송한다.
5. 통합된, 단단한, 안정된 집합체 방파제를 형성하기 위해, 현장에서 그것들을 결합 및 고정시킴으로써, '메가-블록들'의 스테이지-완료 조립 프로세스.
E. 방파제 보호 인공 섬들의 개발은, 방파제가, 매우 중요할지라도 단지 하나의 부분인 생산 설비들의 전체 단지를 수반한다. 여기에 제공된 부분적인 수치 예들은 진행 중인 개발 프로세스로서 수십 년들에 걸쳐 확산되어야 하는 이러한 일의 순수한 크기를 가시화하도록 의도된다.
기능 레벨
1. 다양한 투과성 스펀지 방파제 실시예들이, 수 미터의 깊이에서 수백 미터의 깊이에 이르는, 가변적인 깊이 특성들을 갖고, 발생할 수 있는 바와 같이, 모든 수심 측정 상태들에서, 매우 다목적 기능 성능 범위를 스패닝한다. 파도 에너지의 대부분이 상부 20 내지 25 m 바다 층(이스라엘 연해 넓게 트인 지역들의 예에서처럼)에 집중되기 때문에, 스펀지 방파제는 단지 5 m(평균하여) 만큼 바다 레벨 위로 돌출되면서 상기 깊이를 커버(보호)할 것이며, 이것은 10 내지 14 m의 높이에 이르는 파도들의 에너지 감쇠를 보장한다.
2. 이러한 만일의 사태에 대해, 방파제들 질량이 7 내지 25 m의 깊이 상태들에 대해 해저(접지-부착 및 파운딩)에 또는 20 내지 35 m의 깊이 상태들에 대한 지지 파일들 상에 기초할 수 있거나, 또는 30 내지 40 m 이상의 깊이들에 대해 부유-계류된 방파제로서 수행한다.
3. 스펀지 방파제의 부유도는 하부 셸 모듈의 일부를 밀봉(및 공기를 그것들의 내부로 펌핑)함으로써 또는 그것들의 내부 내에 공기로 부풀어 오른 풍선들을 제공함으로써 생성될 수 있다. 이러한 팽창 기술을 사용하여, 스펀지 방파제들은 이러한 요구가 그것의 설계 성능 규격들(그것의 위치 또는 배치에서의 변화를 고려하여)의 일부이면 재-부유하기 위해 해결될 수 있다는 것이 주장될 수 있다.
4. 투과성 스펀지 방파제들은 비교적 작은 부분의 파도들의 에너지(단지 ~10%)를 리턴하도록 동작하며 그에 의해 구조상에서의 힘들 및 하중들을 상당히 감소시킨다. 파도의 에너지의 대부분(약 80%)은 구조 내에 흡수된다(터널의 내부 내에서의 난류 동작 때문에). 매우 작은 부분의 파도의 에너지가 통과하며, 구조의 후방(약 10%) 밖으로 흐른다. 반사된-흡수된-관통 에너지 부분들 사이에서의 관계는 구조의 치수들 및 그것의 단면의 기하학적 구조의 함수; 그것의 쌍곡 표면의 특성들; 모듈식 유닛 크기의 치수들 및 결과적인 곡률들; 파도 프런티지에 대한 구조의 터널들의 배향 등; 및 물론, 파도 레짐의 유기 역학들(높이, 주기 등)이다.
5. 그것의 단면으로부터 계산된 바와 같이 스펀지 방파제의 상대적인 볼륨은 종래의 방파제의 것보다 상당히 더 작으며, 상대적인 이점은 깊이가 종래의 방파제(충전 재료 기반)가 완전히 비현실적이게 되는(20 내지 25 m의 깊이를 넘어) 것을 넘어 도달될 때까지, 사이트에서 바다 깊이의 증가에 따라 증가한다는 것이다.
6. 공기로 방파제의 내부 볼륨들의 부분적인 채움, 따라서 밸러스트 물을 변위시킴으로써, 그것의 중력 중심의 장소가 변경될 수 있으며, 따라서 제어되어, 끌기-항해 동안 또는 부유식 방파제로서 기능하는 동안 안정성, 및 원한다면, 다양한 서비스들에 대한 지지 운반 플랫폼을 제공한다.
7. 스펀지 방파제는 개발 요구들(특히 재-배치될 때)에 대해 변경하고 조정하기 위해, 두께-무게-강도의 부가에 의해 또는 모듈들, 셸 벽돌들의 부가에 의해 증분적으로 변경될 수 있다.
8. 방파제로서 동작하는 것을 중단시키는 스펀지 방파제 세그먼트들은, 최소 투자를 통해, 구성 및 지지 플랫폼과 같은, 또는 저장 탱크로서, 또는 양쪽 모두로서, 다른 기능들에 적응될 수 있다.
9. 방파제를 통한 몇몇(훨씬 상당히 감소된) 파도 에너지 관통을 허용함으로써, 리프레싱 동작이 달성되며, 물 정체(보호 구역에서)가 회피되고, 따라서 그것의 환경 품질 및 친화에 기여한다.
10. 몇몇 상황들에서, 스펀지 방파제가 지면 부착될 때, 블록들의 일부는 충전-재료 탱크들로 변환될 수 있으며, 그에 의해 그것의 질량을 증가시키고 방파제들 안정성을 개선하며, 따라서 완전한 폐지 아래로 정박-파운딩의 요구를 감소시킨다. 단지 스펀지 방파제의 볼륨의 부분만이, 그것의 유체 역학 행동 및 기능을 손상시키지 않도록, 그것의 안정화를 위해 채워질 수 있다.
11. 모듈식 쌍곡선 스펀지 셸 구조는, 방파제로서 기능하지 않을 때, 지면 부착되거나 또는 파일-지지 또는 부유 및 정박되는 동안, 복수의 기능들을 위해, 수평 부두들 및 부두들 위에서의 형성된 볼륨들을 갖고, 다양한 물품들 또는 재료들의 저장을 위해 및 수직 방조제들을 가진 플랫폼으로서 사용될 수 있다.
12. 투과성 스펀지 방파제는 다양한 어류(및 다른 바다-식물군 및 동물상) 구성원들을 위한 바다 암초 및 서식지로서 또는 수경 재배의 맥락에서 해양 목장으로서 작용할 수 있다.
13. 투과성 스펀지 방파제는 파도 에너지 충격의 대부분을 흡수하는 전방 측면, 및 다양한 도시 기능들을 위한 '지지 플랫폼'으로서 작용하는 후방 측면을 가진 "분리" 구조로서 형성될 수 있다. 이러한 배열은 후방 개발된 도시 어레이로부터 부딪치는 파도들의 물보라를 멀리하며 충격들 및 큰 떨림들이 뒤쪽 구조들에 도달하는 것을 방지한다.
14. 투과성 방파제의 높이 및 바다 레벨 위의 그것의 마루 높이는 종래의 방파제(30)(도 6)의 것보다 상당히 더 낮으며, 그에 의해 라인 뷰의 수평 특징의 차단을 감소시킨다.
구조적 품질
1. 공간 구조들의 설계의 분야에서 가장 기본적인 통찰력 및 가정은 그것의 구조적 성능 유효성이 그것의 투자된 재료의 양 또는 그것의 종류로부터가 아닌 그것이 공간에 분배되는 방식으로부터 기인한다는 것이다. 방파제 기하학적 구조 실시예들의 주요 구조적 특성은 그것의 연속적 셸 영역의 모든 포인트들에서 그것의 최소 또는 폴리하이패릭 표면 이중 곡률이다. 이전에 특정된 바와 같이, 전체 표면은, 기초 모듈식 유닛 전용의 치수들을 설정함으로써 조작되며 제어될 수 있는 곡률 값들을 갖는, 주기적 (모듈식) 쌍곡 표면이다.
2. 유체 역학 하중들 및 힘들의 특징은 그것들이 방파제 구조의 전체 외피 상에서 동시에 동작하며(고정된, 집중 포인트-별 하중들 및 힘들과 대조적으로) 셸의 질량의 내부 전체에 걸쳐 응력들의 변동 패턴들을 생성하도록 계속해서 시프트한다는 것이다. 셸의 표면의 곡률, 연속성 및 평활도는 재료 및 강화 투자에 대하여 그것의 구조적 행동 및 효율성, 및 결국 그것의 비용-유효성에 영향을 미친다. 방파제의 전체 구조 어레이는 그것들을 매우 강력한 해파들에 저항적이게 만들기 위해 빔들, 판들 및 셸 벽 보강재들을 부가함으로써, 프로그램적 배치들이 요구할 수 있는 바와 같이, 주로 정면 섹터들에서 강화재들, 최대 파도들 충격의 대상이 되는 것들, 또는 상기 형성된 볼륨의 높은 하중들의 대상이 되는 것들을 갖고 강화될 수 있다. 방파제는 터널 축들 또는 그 외를 따라 셸의 재료에 또는 외부적으로 내장된 사전-인장 케이블들에 의해 강화될 수 있으며: 내장될 때, 일직선 사전-인장 케이블들은 2-배 회전 대칭 축들을 포함하는(및 두 개의 동일한 엮임 터널 시스템들로 공간을 세분하는) 표면 기하학적 구조들에서의 직선들을 따라 개발할 수 있다. 세로의 치수화, 항로 트위스트들, 단면(높이, 폭) 및 그것의 전체 조성을 따르는 셸 유닛들 강도(셸 두께, 강화)는 설계 프로그램의 및 로컬 사이트의 특성들의 요건들을 따르기 위해 완전히 조절될 수 있다.
생산, 조립, 및 셋 업 실행 계획
그것의 대칭적 특성들 및 그것의 셸 기하학적 구조의 결과적인 모듈성으로 인한 스펀지 방파제의 높은 주기성 레벨은 매우 집중적인 산업화 프로세스 및 그것의 셸 구성요소들의 제작 및 그것들의 조립을 허용한다.
쌍곡선 셸 표면들 및 그것의 다양한 근사치들 및 파생물들("무한 다면체" 판 구조들, 원통형 세그먼트들, 조성 구조들 등)의 기본 반복 유닛은 곡선 또는 평면 세그먼트들로 구성된 둘레를 가질 수 있으며 전체 셸 표면은 또한 그것의 통치된 표면 특성들 때문에 제작하기 비교적 용이한, 독특한 폴리하이패릭 표면인 상이한 수학적 정의들을 가정할 수 있다.
금형의 표면의 기하학적 구조는 그것의 크기(자체가 리프팅 장비 및 그것들의 수송 모드의 함수인), 금형을 만드는 재료들, 제조된 제품들의 재료들 및 그것들의 적용 방법들, 셸들의 정형 및 저장 목적을 위한 그것들의 적층 또는 경화(콘크리트 파생물들)의 양상에서, 많은 제약들을 충족시키기 위해 수정될 수 있다.
서로에 대한 제조된 셸 유닛들의 조립-결합은 모두 재료들의 셸의 선택 및 제조 기술에 의존하여, 표면 매니폴드 또는 그것의 터널 시스템들의 대칭 라인들의 직선 축들을 따라 케이블들의 사전-인장을 포함하여, 브레이스들, 클램프들, 스레드 리벳팅 및 모든 종류들의 소켓-플러그 해결책들에 의해, 주조, 접착, 솔더링과 같은 습식 접합들을 위한 및 건식 접합들을 위한 다양한 준수 방법들에 기초할 수 있다.
쌍곡 표면이 단지 인장의 대상이 되는 막으로서 해결될 수 있다는 것을 고려하면, 사전-인장된 공간적 패브릭 막들로부터 금형들을 제작하는 것이 가능하다. 그것들의 이점은 그것들의 제조의 간소화, 그것들의 가벼운 무게 및 수송 및 저장 목적들을 위한 그것들의 접힘 가능성에 있다. 그것들은 셸에 충격을 줄 필요 없이, 빠르고 간단한 동작에서 주조 셸 밖에서 "벗겨질" 수 있다. 셸의 조기 노출은 셸의 콘크리트의 경화 프로세스를 개선하며 가속화할 수 있다.
부유를 위해 쌍곡선 셸들의 구조를 푸는 것이 가능하기 때문에, 대부분의 조립 동작들은 물에서 실행될 수 있다(깊이 상태들이 구조들 흘수에 맞는 경우에만).
셸들은 상이한 주조 또는 분무 방법들에서 및 다양한 두께들로 제작될 수 있다. 이것은 숏크리트, 금속 또는 가소성 섬유를 갖고 강화된 콘크리트(섬유 강화 콘크리트), 및 페로시멘트 또는 페로시멘트-형 셸들을 제작하기 위한 산업용 메시들과 같은, 강화 재료들의 점에서뿐만 아니라 매트릭스의 양상 양쪽 모두에서,다양한 재료들을 갖고 달성될 수 있다. 콘크리트 셸들은 표면을 코팅하는 에폭시 또는 유사한 재료로 커버될 수 있으며 콘크리트에 균열들에 들어갈 수 있다. 에폭시는 방파제의 수명을 증가시킬 수 있다.
스펀지 방파제의 실행 단계들
스펀지 방파제의 주요한 실행 단계들이 이어진다.
1. 셸 유닛 벽돌들을 제조하는 단계
2. 벽돌들을 부유식 메가 블록들로 조립 및 결합하는 단계
3. 스펀지 방파제의 의도된 동작 사이트로 메타-블록들을 끌고-수송하는 단계
4. 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이 그것을 접지시키거나 또는 파일-지지 또는 정박시킴으로써(로컬 해저에 관한 그것의 위치에 의존하는) 그것의 안정화를 제공하면서 메가-블록들을 결합하며 그것의 최종 위치에 스펀지 방파제를 구성하는 단계.
보다 높은 분해능 상에서, 모든 실행 단계는 몇 개의 간헐적인 스테이지들로 구성될 수 있다. 예를 들면,
1. "셸 단위 벽돌"의 제조는 제작 공장, 및 보호된 동작 수역을 가진 조선소 설비를 구성 및 용이하게 하는 것으로 시작될 수 있다.
제작 공장 및 요구된 설비들의 특징은 벽돌 셸들의 유형, 그것들의 재료들, 전체 무게들 및 크기들, 경화-담금질 요건들 등에 의존할 수 있다.
마감된 벽돌들의 경화 및 저장은 공간 요건들 및 특수한 설비들을 도입할 수 있다.
2. 부유식 메가-블록들로 벽돌들을 조립 및 결합하는 단계는 3개의 연이은 스테이지들을 포함할 수 있다.
- 여전히 지지 부유식 생성 플랫폼(메가-블록의 접지 영역을 갖고) 상에 있으면서 메가-블록의 제 1의 2 내지 3 층들을 조립 및 결합하는 단계.
- 부유식 조립체 접지로서 수행하기 위해, 조립된 어레이의 부유성을 제공하며 그것을 지지 플랫폼으로부터 분리하는 단계.
- 그것의 완료까지 조립 프로세스의 지속
- 메가-블록 조립은 인접한 설비들의 수반되는 구성 및 상보적 기능 볼륨들을 갖고, 여전히 "조선소" 공장 영역에 있으면서 이어질 수 있다.
3. 설계된 대로, 메가 블록들의 조립 및 그것들을 하나의 방파제로 결합하는 것은 다음을 포함할 수 있다.
- 조립-결합 단계의 단계에 있는 동안 메가-블록의 안정화를 위해, 파일 지지 앵커리지 해결책들을 위해 요구된 파운데이션 모두를 위해 제공하는, 사이트상에서 요구된 준비를 위한 작업 모두, 그것의 해저 지면 조작을 실행하는 단계;
- 이미 조립된 집합체 어레이에 관한 블록의 섬세한 처리 및 고정.
- 메가-블록들을 결합하는 단계(여기에 설명된 해결책들 및 기술들 중 하나 이상을 사용하여).
- 하나의 지속으로 메가-블록들 구조들 상에서 또는 그 내에서, 모든 액세서리 구성요소들을 결합하는 단계.
- 스펀지 방파제(파운데이션 또는 파일-지지 또는 앵커리지-계류들) 동작들의 안정화를 완결하고, 원한다면 밸러스트 재료들을 부가하고, 방파제들, 에지 벽들 등과 접촉하게 될 수 있는 움직이는 배들에 대한 방현재, 충격 흡수기들을 설치하는 단계.
모듈식 셸 어레이의 반복 유닛을 정의하기 위한 기하학적 수학적-
토폴로지
주기적 어레이, 그것의 조작 및 구현
일 양상에 따르면, 투과성 스펀지 방파제의 표면들은 주기적 쌍곡 표면들로서 정의될 수 있다. 몇몇 실시예들은 "무한 다면체"의 파생물들이다.
표면들은 결합된 터널 네트워크들의 형태로, 두 개(또는 이상)의 연속적 서브-공간들로 감싸여진 공간을 세분하면서 순서화된 방식으로 계속해서 연장될 수 있다. 이들 네트워크들은, 두 개의 서브공간들로의 분할의 경우에, 이중-상보적이며 서로로부터 상호-호혜적으로 추론된다.
토폴로지 현상들로서, 쌍곡 표면들은, 그것들의 대칭 레짐가 또한 중요할지라도, 기하학적 주기성-반복성 및 표면 구성의 모듈식 특징을 정의하는, 그것들의 대칭 정의들보다는 그것들의 속, 원자가 및 곡률 특성들에 의해 더 많이 특성화될 수 있다.
적용된 대상 표면들의 속 값들의 실제 범위는 val.=6의 원자가(입방 애칭 레짐에 관계된 것으로서)를 갖고, 결과적인 터널 네트워크들을 나타내는, 2≤G≤13이다.
그것들의 둘레의 일부로서 제외하고, 대칭 요소들을 포함하지 않는, 주기적 표면들의 반복적 섹션들이 상이한 기하학적-수학적 정의들을 수용할 수 있다:
최소 표면들; 폴리하이패릭 표면들, 즉 하이패릭 표면들의 평활한 조성 시퀀스들; 다면체 표면들, 즉 평탄한 면들(두 개만이 경계 에지에서 충족하는)을 가진 주기적 다면체; 또는 원통형, 볼록 및/또는 쌍곡선 세그먼트들의 조합들로 구성된 비연속적인 표면들.
다면체 외피들의 대상은 Σαav, 엔벨로프의 꼭짓점에서 각도들의 평균 합, 2π≤Σαav≤4π 및 val.av - 꼭짓점에서의 평균 에지 원자가, 3≤val.av≤12에 의해 결정된 도메인에 한정된다.
터널 네트워크 시스템들 중 하나 이상은 셀룰러 구성으로 변환될 수 있으며, 따라서 전체 셀 집합체를 급격히 강화하며 결과적으로 단일 터널 미로 및 반사된 에너지의 양에서의 증가를 이끈다.
분명히, 서브공간 터널들의 각각의 볼륨은 스펀지 방파제의 내부 내에서의 다양한 물품들의 부유법 및 밸러스터 또는 저장의 밀폐된 공간들을 제공하는 것과 같이 고려된 다양한 설계들을 다루기 위해, 셀룰러 구획들의 어레이가 획득될 때까지 부분적으로 분할될 수 있다(다각형 평면 또는 곡선 표면 세그먼트들의 통합을 갖고).
기초 모듈식 유닛 크기(모듈의 에지 길이와 같은)는 사실상 다음에 한정된다:
1.0 m < a < 12.0 m.
스펀지 방파제 구조의 적용들
1. 투과성 스펀지 방파제의 주된 적용은 방파제로서 수행하며 복수의 목적들을 위한 보호된 정온 수역을 생성하는 것이다. 이전에 설명된 바와 같이, 스펀지 방파제는 약 80% 흡수, 약 10% 반사의 파도 에너지 감쇠를 달성하여, 나머지 10%만의 관통을 허용한다.
2. "그린 에너지" 생산 공장들을 위한 운반 (지지) 플랫폼들: 파도 터빈들; 바람 터빈들 및 태양 에너지 하네서들, 뿐만 아니라 해양 농업, 예로서 양어장들 또는 공공 여가 활동을 위한 해양 설비들.
3. 지면 부착 또는 파일 지지 또는 부유 구조들로서 수행하면서, 액체, 기체 또는 벌크 물품들/재료들의 탱크 저장 지지 구조들의 적용.
4. 형성된 거주 가능한 볼륨들 및 그것들의 서비스 제공 설비들을 지원할 수 있는 부두들, 선박 접안들 및 플랫폼들을 지원하기 위한 수직 방조제 구성의 적용. 스펀지 구조의 내부는 모래-흙 밸러스트 재료들로 채워지고 및/또는 지하 기반 시설들을 위해 사용될 수 있다.
5. 조립된 유닛들은 부유(하부-내부 모듈들의 부분을 밀봉하며 그것들을 공기로 채우는) 및 해안 플랜트로부터의 사이트로 그것들을 바다-수송하는 것을 위해 해결될 수 있으며, 따라서 육상 수송 시스템들로의 상당한 안도 및 수송 비용들의 중대한 감소를 제공한다.
6. 방파제는 로컬 수심 측정 상태들을 따르는 해저(지면 부착) 또는 파일 지지 또는 부유 및 정박에 기초하여 현장에서 조립될 수 있다.
7. 도 9를 다시 참조하면, 최상부 구조(5000')는 구조(5000')에 배치된 스테이크들(stakes)(5040)을 갖고 정박된다. 스테이크들(5040)은 통상적으로 구조(5000;) 위로부터, 바람직하게는 구조(5000')에서의 채널들(도시되지 않음)을 통해 삽입된다. 각각의 스테이크(5040)는 구조(5000')의 밑에서의 기판으로 구조(5000')를 통한 스테이크(5040)의 과도한 관통을 방지하기 위해 그것의 최상부에 크라운(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 스테이크들은 크라운에 의해 구동이 정지될 때까지 그것들의 최상부의 진동에 의해 내려질 수 있다.
기판은 레벨링에 의해 구조(5000')를 위해 준비될 수 있다. 레벨링(leveling)은 구조(5000')의 밑에 있는 영역으로 모래 또는 다른 적절한 필(fill)이 있는 것을 포함할 수 있다. 모래 또는 다른 헐거운 및 밀집한 재료는 추가로 하부 채널들에서의 채움에 의해 구조(5000')를 고정시키기 위해 사용될 수 있다.
고유 성능 특성들
1. 우세한 패러다임과 대조적으로, 파도들을 대항-반사하며 밀어내는 대신에, 스펀지 방파제는 단지 그 안에서 그것들의 파워를 소산시킨다.
2. 재료 소비에서의 급격한 절감들, 종래의 (충전 재료) 방파제의 것의 단지 약 3 내지 6%.
3. 셋업 구성 방법: 재료들을 수송하며, 리프팅 설비들 및 과시 주 작업 전력을 제공하는 대신에(전체 구성 기간을 통해), 날씨 및 바다 상태들의 관점으로부터 편리한 시간에, 스펀지 방파제는 방대한 산업화 방식으로 해안 조선소-형 공장에서 주로 구성-조립되며 메가-블록 섹션들로서 바다로 가져와진다. 그것은 효율적이며 비용 효과적이고 그것의 부담으로부터 내륙 수송 기반 시설들을 경감시킨다.
4. 에너지 발생: 청정-그린 지속 가능한 에너지는 모두가 동일한 서비싱 및 기반 시설들에서 협력 및 공유하는, 그것의 터널들의 내부로 파열하고-소용돌이 치는 파도들을 이용하는 파도 에너지 팜(그것의 프런티지를 따라)에 대한; 그것의 지반 파운데이션로서 스펀지 방파제를 갖고, 바람 터빈 팜에 대한; 및 태양 전지판 팜에 대한 운반 플랫폼으로서 스펀지 방파제를 사용함으로써 발생될 수 있다.
5. 액체, 기체들 또는 벌크 브랜드들의 안전한 저장. 연속적 (쌍곡선) 스펀지 구조의 특별한 기하학적 특징은 유해하며 환경적으로 비우호적인 것들(연료들, 가스들 등)을 포함한 다양한 물질들, 누설들에 대한 자연의 기하학적 구획화를 저장하기 위해 셀룰러 또는 연속적 구획들에 대한 공급 및 상호-분할을 허용한다.
6. 해양 농업: 매우 액세스 가능한 해양 농업, "자연-형" 암초 또는 해양 동물원을 개발하기 위한 방파제의 구획들 및 터널 공간들의 사용.
7. 개방된 공공 휴양지뿐만 아니라 여가 및 수상 스포츠(다이빙) 활동을 위한 설비.
8. 파일 지지되거나 또는 뜰 때, 스펀지 방파제는 잠수함 현재 레짐를 허용하며, 따라서 부정적인 환경 효과들을 최소화한다.
9. 폴리하이패릭 셸들로 구성될 수 있는 다른 에너지 소산 장치 구조들: 예를 들면, 룸들을 방음시키거나 또는 그것들의 잡음 레벨을 감소시키기 위한 사운드 흡수기들.
10. 이중-엮임 폴리하이패릭 셸들로 구성될 수 있는 다양한 기하학적 규모들에서의 열 교환기 구조들; 예를 들면, 다양한 산업 및 화학적 프로세스들에서, 공기-조절 설비에서처럼, 냉각제들.
Claims (30)
- 에너지 소산 장치(energy dissipater)에 있어서,
복수의 주기적 쌍곡선 표면들(periodic hyperbolic surface)을 포함하고, 연속적 표면-구조를 형성하여, 거기를 통과하는 인접한 터널들을 엔벨로핑(enveloping)하는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 쌍곡 표면들은 포물면 다면체 상호 연결된 셸(paraboloid polyhedral inter connected shell)들인, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
콘크리트, 금속 시트들, 플라스틱 수지, 복합 재료(composite material)들, 및 그것의 조합들로부터 선택된, 하나 이상의 재료로 구성되는, 에너지 소산 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 콘크리트는 강화 콘크리트(reinforced concrete), 숏크리트(shotcrete), 페로시멘트(ferrocement), 섬유-강화 콘크리트(fibre-reinforced concrete), 및 그것의 조합들로부터 선택된 재료들을 포함하는, 에너지 소산 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 콘크리트는 금속, 플라스틱들, 복합 재료, 페로시멘트, f.r.p.(fibre reinforced plastics), 금속, 플라스틱들, 또는 복합 재료로 만들어진 메시(mesh)들, 및 그것의 조합들로부터 선택된 적어도 하나의 강화 재료(reinforcing material)를 포함하는, 에너지 소산 장치. - 청구항 2에 있어서,
각각의 셸(shell)은 모듈식이며, 상기 소산 장치는 기하학적으로 반복적인 셸들을 포함하고, 상기 소산 장치의 효율적인 대량 생산이 가능해지는, 에너지 소산 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 복수의 셸들은 구조들: 입방체, 다이아몬드 격자; 입방 심 격자(cube centered lattice); 에지 심 격자(edge centered lattice); 및 옥텟 격자 구성(octet lattice configuration) 및 그것의 조합들 중 하나 이상으로 나타내어지는, 에너지 소산 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 터널들은 이중-엮임 입방 네트워크 쌍(dual-intertwined cubic network pair)에 따라 배열되는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 셸들 각각은 독립적으로 2 및 13 사이에 속 값(genus value)들을 갖는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 셸들 각각은 독립적으로 도 1a, 도 1b, 및 그것의 조합들로 도시된 형태들에서 선택된 상기 형태를 갖는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 셸들이 강화 콘크리트로 만들어질 때, 상기 셸들은 7 내지 20 cm의 두께를 가지며, 상기 셸들이 금속 또는 복합 재료로 만들어질 때, 상기 셸들은 1 내지 10 mm의 두께를 갖는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
전방 및 뒤쪽 측면들을 가지며, 상기 전방 측면에 인접한 셸들은 상기 뒤쪽 측면에 인접한 셸들의 두께보다 더 큰 두께를 갖는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
각각의 다면체 유닛을 외접하는 박스들의 에지 크기들은 1.0 및 12.0 미터 사이에 있는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 셸들의 일부는 상기 소산 장치의 부유도(floatability)를 위해 그 안에 공기의 채움을 허용하도록 구성되는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
표면 광택, 그 위에 가소성 재료들의 분무, 및 음극화 보호(cathodic protection)를 가진 금속성 강화 및 그것의 조합들을 포함한 그룹으로부터 선택된 침식 보호를 더 포함하는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 셸들의 일부는 물에서 상기 소산 장치의 전체 안정성을 부가하는 밸러스트 재료(ballast material)를 포함하는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
정박 디바이스들을 더 포함하는, 에너지 소산 장치. - 콘크리트 폴리하이패릭(polyhyparic) 셸을 생성하는 것을 허용하도록 구성된 금형.
- 바다에서 소산 장치를 사용하는 방법에 있어서,
복수의 쌍곡선 포물면 다면체 상호 연결된 셸들을 포함하고, 연속적 표면-구조를 형성하며, 거기를 통과하는 인접한 입방 터널들을 엔벨로핑(enveloping)하는 에너지 소산 장치를 제공하는 단계;
상기 소산 장치를 상기 바다에 배치하는 단계;
상기 바다에서 파도 프런티지(wave frontage)들의 방향에 약 45°에서 또는 상기 방향에 평행하여 상기 터널들을 배향시키는 단계를 포함하는, 소산 장치를 사용하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
빔들, 판(plate)들, 링들, 케이블들, 개방 케이지 보강재(opening cage stiffener)들 및 그것의 조합들로부터 선택된, 강화재(reinforcement)들 및 보강 디바이스들(stiffening device)을 더 포함하는, 에너지 소산 장치. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 터널들을 통과하는 파도들의 에너지를 포집하는 것을 허용하도록 구성된 파도 터빈(wave turbine)들을 상기 터널들에서의 개구(opening)들의 적어도 일 부분 내에 더 포함하는, 에너지 소산 장치. - 콘크리트 제작 해양 플랜트에서 스펀지 방파제 메가-블록을 제조하는 방법에 있어서,
보호된 정온 수역(calm water zone)을 제공하는 단계;
상기 정온 수역에 인접한 조선소-형(shipyard-like) 설비를 제공하는 단계;
조선소 금형들에서, 각각이 주조에 의해 콘크리트 폴리하이패릭 표면 셸(polyhyparic surface shell)을 생성하는 것을 허용하도록 구성된 상기 조선소 금형들을 제공하는 단계;
콘크리트를 제공하는 단계;
상기 금형들에서 콘크리트 셸들을 주조하는 단계;
셸들을 부유식 메가블록들로 조립하는 단계;
상기 부유식 메가-블록들을 방파제를 위한 미리 결정된 위치로 예인하는(towing) 단계;
메가블록들을 함께 연속적 방파제로 조립하는 단계; 및
필수적으로 상기 방파제를 파운딩-정박(founding-anchoring)시켜 고정하는 단계를 포함하는, 스펀지 방파제 메가-블록을 제조하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
밸러스트; 소산 장치 파운데이션(foundation)들; 파일 지지대, 및 앵커리지 (anchorage)중 하나 이상에 의해 고정되는, 에너지 소산 장치. - 청구항 22에 있어서,
상기 보호된 수역은 모래 (바위) 바, 케이슨식 벽(caisson wall), 및 스펀지 방파제 중 하나 이상을 포함하는, 스펀지 방파제 메가-블록을 제조하는 방법. - 청구항 22에 있어서,
상기 셸들 및/또는 메가블록들의 상기 조립 단계는 주조(casting), 리벳팅(riveting), 브레이싱(bracing), 후 인장(post tensioning), 클루잉(clueing), 솔더링(slodering), 용접(welding) 및 그것의 조합들로부터 선택되는, 스펀지 방파제 메가-블록을 제조하는 방법. - 청구항 22에 있어서,
인접한 메가-블록들의 원형 에지 피쳐(edge feature)들을 함께 인접하도록 허용하는 상호 연결 슬리브들을 브레이싱, 후-인장, 또는 프리캐스팅(precasting)하는 단계를 더 포함하는, 스펀지 방파제 메가-블록을 제조하는 방법. - 청구항 25 또는 청구항 26에 있어서,
잔류 유연성(residual flexibility)이 인접된 메가-블록들 사이에서 유지되는, 스펀지 방파제 메가-블록을 제조하는 방법. - 폴리하이패릭 셸들을 포함한 구조에 있어서,
상기 구조는 실내 및 야외 사용에 적합한 사운드-흡수기(sound-absorber)들 및 음향 배리어(acoustic barrier)들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 폴리하이패릭 셸들을 포함한 구조. - 이중-엮임 폴리하이패릭 셸(dual-intertwined polyhyparic shell)들을 포함한 열 흡수기들.
- 에폭시로 커버된 청구항 1 또는 청구항 2의 구조.
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