KR20150087407A - 부체 구조물 - Google Patents

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KR20150087407A
KR20150087407A KR1020157016670A KR20157016670A KR20150087407A KR 20150087407 A KR20150087407 A KR 20150087407A KR 1020157016670 A KR1020157016670 A KR 1020157016670A KR 20157016670 A KR20157016670 A KR 20157016670A KR 20150087407 A KR20150087407 A KR 20150087407A
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도모노리 도미나가
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

본 발명에 의하면, 이 부체 구조물은, 지지 대상물을 해양 상에 띄운 상태에서 설치하기 위하여 상기 지지 대상물에 부수되어 설치되는 부체 구조물이며, 상기 지지 대상물의 기단부에 접속된 부체부를 구비하고, 상기 부체부는, 강제의 덮개와, 강제의 외부관과, 상기 외부관의 내측에 설치된 강제의 내부관을 가지며, 상기 부체부는, 상기 내부관의 외벽면과 상기 외부관의 내벽면 사이에 형성된 간극의 적어도 일부에 콘크리트 또는 모르타르가 충전된 상태에서 상기 덮개에 의하여 밀폐되어 있다.

Description

부체 구조물 {FLOATING STRUCTURE}
본 발명은, 풍력 발전기 등의 지지 대상물을 해양 상에 띄운 상태에서 설치하기 위한 부체 구조물에 관한 것이다. 본원은, 2013년 4월 1일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2013-076294호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래부터 발전 방법의 종류에는 화석 연료를 연소시키는 발전, 원자력 발전 및 자연 에너지를 이용한 발전 등이 있다. 이 중, 화석 연료를 연소시키는 발전은 지구의 온난화, 화석 연료의 고갈 등을 일으킬 우려가 있다는 단점이 지적되고 있다. 또한 원자력 발전은 발전소에 있어서 사고가 발생한 경우에 그 피해가 심대해진다는 단점이 지적되고 있다.
이에 비하여, 자연 에너지를 이용한 발전에는 지구 온난화나 화석 연료의 고갈, 사고 발생 시의 피해 확대 등의 단점이 없으므로, 이 자연 에너지를 이용한 발전 시스템의 구축의 추진이 세계적 규모로 급선무로 되어 있다. 이 자연 에너지를 이용한 발전 시스템 중, 바람에 의하여 블레이드를 회전시켜 풍력 발전기로 발전을 행하는 풍력 발전에 있어서는, 강한 바람이 안정적으로 공급되는 원해의 해양 상에 풍력 발전기가 설치되는 것이 바람직하다.
해양 상에 풍력 발전기를 설치하는 방법으로서는, 주로 해저에 박힌 기초 말뚝으로부터 해수면까지 지지 구조물을 연장하고, 그 해수면까지 연장된 지지 구조물의 상방에 풍력 발전기를 설치하는 방법과, 해양 상에 띄운 부체 구조물의 상방에 풍력 발전기를 설치하는 방법이 있다. 풍력 발전기가 설치되는 원해에 있어서는, 수심이 깊은 것에 의하여 지지 구조물의 길이가 길어져 풍력 발전기 등의 설치 비용이 증대되기 때문에, 해수면까지 연장된 지지 구조물의 상방에 풍력 발전기를 설치하는 방법의 채용이 곤란하다. 따라서 해양 상에 풍력 발전기를 설치하는 방법으로서는, 해양 상에 띄운 부체 구조물의 상방에 풍력 발전기를 설치하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 해양 상에 부체 구조물을 띄우고 그 상방에 풍력 발전기를 설치하는 부체식 풍력 발전 설비로서는, 예를 들어 하기 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 폰툰형의 부체식 풍력 발전 설비, 또는 하기 특허문헌 2 내지 4에 개시된 바와 같은 스파형의 부체식 풍력 발전 설비가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2004-19470호 공보 일본 특허 공개 제2010-223113호 공보 일본 특허 공개 제2012-25272호 공보 일본 특허 공개 제2009-248792호 공보
특허문헌 1의 개시 기술은, 풍력 발전기의 기단부에 복수의 주 부력부를 설치하고, 그러한 주 부력부를 연결 부력부로 연결하는 것이다. 특허문헌 1의 개시 기술에 있어서, 주 부력부 및 연결 부력부는, 그들의 하부만이 수중에 가라앉혀져 띄워지게 된다. 이때, 연결 부력부는, 복수의 주 부력부를 해수면을 따라 연결하는 것이므로, 파랑에 대향하는 면적이 큰 것으로 된다. 또한 주 부력부 및 연결 부력부는 해수면에 띄워지게 되므로, 직접 파랑의 에너지를 받게 된다. 따라서 특허문헌 1에 개시된 폰툰형의 부체 구조물은, 파랑의 에너지가 큰 원해의 해양 상에 설치한 경우에, 파랑의 영향을 받아 구조물 전체가 불안정해지기 쉽다는 문제점이 있었다.
또한 특허문헌 1의 개시 기술에 대해서는, 파랑의 영향을 저감시키기 위하여, 주 부력부 및 연결 부력부(90)의 부력을 저하시키고, 주 부력부 및 연결 부력부(90)를 소정의 수심의 장소에서 전체를 수중에 가라앉혀 띄우는 방법도 생각된다. 그러나 풍력 발전기의 높이는 해수면으로부터 약 120m에 도달하는 경우도 있으며, 주 부력부 및 연결 부력부(90) 전체를 수중에 가라앉혀 띄우는 장소의 수심은, 이 풍력 발전기의 높이가 높아지는 데 따라 통상 15 내지 20m, 깊을 때는 60m를 초과하는 경우도 있다. 이때, 특허문헌 1의 개시 기술은, 도 20에 도시한 바와 같이 연결 부력부(90)의 단면 형상이 직사각형으로 되어 있으므로, 수심이 깊은 장소에서 큰 수압이 작용한 경우에, 연결 부력부(90)의 직사각형 단면 코너부 및 직사각형 단면 각 변의 중심부에 큰 상당한 응력이 발생하기 쉽다는 문제점이 있었다.
또한 이 수압에 대항할 수 있는 구조 내력을 확보하기 위하여, 주 부력부 및 연결 부력부(90)의 벽체를 두껍게 하는 방법이나, 벽체 내측에서 벽면에 수직인 보강재(92)를 설치하는 방법도 생각된다. 그러나 이들 방법은, 예를 들어 벽체에 강재가 사용되는 경우에 있어서 강재의 사용량이 증대되어, 주 부력부 및 연결 부력부(90)의 제조 비용이 증대된다는 문제점이 있었다.
또한 이 수압에 대항할 수 있는 구조 내력을 확보하기 위하여, 주 부력부 및 연결 부력부(90)의 벽체 내측에 콘크리트를 전체 충전한 경우에는, 주 부력부 및 연결 부력부(90)의 중량이 커져, 소정의 수심의 장소에서 띄우기 위한 부력이 얻어지지 않는다는 문제점이 있었다.
특허문헌 2의 개시 기술은 스파형의 부체식 풍력 발전 설비이며, 부체부는, 콘크리트제의 프리캐스트 통 형상체를 높이 방향으로 복수 단 쌓아 올리고, 각 프리캐스트 통 형상체를 PC 강재에 의하여 긴결하여 일체화를 도모함과 함께, 상단부를 개구시킨, 바닥이 있는 중공부를 갖는 것이다. 이때, 이 부체부는, 풍력 발전 운용 시에는 충분한 성능이 있지만, 시공 시에 과제가 있다.
대기 중에서 프리캐스트 통 형상체를 쌓아 올리고 PC 강재로 긴결을 행하기 위해서는, 세로 방향으로 쌓아 올리는 경우와, 옆으로 눕혀 늘어놓는 경우가 있다. 세로 방향으로 쌓아 올리는 경우에는 부체 상에 타워가 더 세워지게 되어, 매우 높은 크레인이 필요해지기 때문에 풍차의 대형화에의 대응이 곤란하다. 또한 옆으로 눕혀 늘어놓을 경우에는 크레인의 높이의 문제는 해소되지만, 자중이 매우 커지기 때문에 일으켜 세울 때 부체부에 큰 모멘트가 작용한다. 이에 대하여, 충분한 강도를 확보하기 위해서는 대량의 PC 강재를 필요로 해 버린다.
일으켜 세울 때 부체부에 굽힘 내력이 충분하지 않아 균열 등이 발생했을 경우, 그 후, 풍력 발전 운용 시에 부체부가 수중에 존재하여 수압을 받는다. 이 수압은 수평 방향의 프리스트레스로서 부체부에 작용하지만, 연직 방향으로는 그 효과를 거의 전혀 기대할 수 없다. 그 때문에, 발생한 균열이 멈추게 되는 작용이 없어 내구성 등에 문제를 안게 된다. 즉, 특허문헌 2의 개시 기술은, 구조의 대형화에 대하여 한계가 있는 기술이다.
특허문헌 3에 개시된 스파형의 부체 구조물은, 부유 시에 둘레면이 흘수선에 노출되는 기둥 형상의 컬럼부와, 컬럼부의 하부에 배치된 밸러스트부와, 컬럼부의 중간부에 배치된 플랜지부를 구비한다. 이와 같이 구성된 부체 구조물은, 작업선에 의한 부체 구조물의 설치나 보수를 용이하게 할 목적으로 개발된 것이며, 대형화에 따른 내구성의 과제를 해결하는 것은 아니다.
특허문헌 4에 개시된 스파형의 부체 구조물은, 상하의 덮개와, 이들 사이에 연속적으로 설치된 통형의 프리캐스트 콘크리트 블록이 PC 강재로 접합되어 이루어지는 중공의 하부 부체와, 상기 하부 부체에 PC 강재로 접합된, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록보다도 소직경의 프리캐스트 콘크리트 블록과 상부 덮개로 이루어지는 중공의 상부 부체와, 상기 하부 부체의 하면에 연결 강관을 개재하여 접합된 밸러스트 탱크를 구비한다.
상기한 바와 같이 PC 강재로 부체 구조물을 구성하는 경우, 콘크리트의 표면에 인장력이 작용해서는 안 되기 때문에 매우 대량의 PC 강재가 필요해진다. 특히 부체 구조물의 시공 시에는, 부체 구조물을 옆으로 눕힌 상태에서 부체 구조물의 운반이나 착수, 침강을 행할 필요가 있기 때문에, 무거운 PC 강재에 의한 구조물에는 매우 큰 굽힘 모멘트가 작용하게 된다. 이와 같이 특허문헌 4에 개시된 스파형의 부체 구조물도, 대형화에 따른 내구성의 과제를 해결하는 것은 아니다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 파랑의 영향을 저감시키기 위하여, 부체 구조물을 소정의 수심의 장소에서 전체를 수중에 가라앉혀 수중에 띄웠을 경우라도, 벽체에 사용되는 강재 등의 사용량을 증대시키지 않고 수압에 대항 가능한 구조 내력을 확보할 수 있음과 함께, 소정의 수심의 장소에서 띄우기 위한 부력을 얻는 것이 가능해지고, 또한 큰 굽힘 내력을 갖는 부체 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하여 관련된 목적을 달성하기 위하여, 이하와 같은 수단을 채용한다.
(1) 본 발명의 일 형태에 관한 부체 구조물은, 지지 대상물을 해양 상에 띄운 상태에서 설치하기 위하여 상기 지지 대상물에 부수되어 설치되는 부체 구조물이며, 상기 지지 대상물의 기단부에 접속된 부체부를 구비하고, 상기 부체부는, 강제의 덮개와, 강제의 외부관과, 상기 외부관의 내측에 설치된 강제의 내부관을 갖고, 상기 부체부는, 상기 내부관의 외벽면과 상기 외부관의 내벽면 사이에 형성된 간극의 적어도 일부에 콘크리트 또는 모르타르가 충전된 상태에서 상기 덮개에 의하여 밀폐되어 있다.
(2) 상기 (1)에 기재된 부체 구조물에 있어서, 상기 내부관이, 소정의 길이를 갖는 내부관용 강관을 상기 부체부의 길이 방향을 따라 복수 접합하는 제1 조인트부를 갖고, 상기 외부관이, 소정의 길이를 갖는 외부관용 강관을 상기 길이 방향을 따라 복수 접합하는 제2 조인트부를 가지며, 상기 길이 방향에 있어서, 상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부가 교대로 배치되어 있어도 된다.
(3) 상기 (2)에 기재된 부체 구조물에 있어서, 상기 내부관용 강관 및 상기 외부관용 강관이, 강대를 스파이럴 형상으로 구부려 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 스파이럴 강관이어도 된다.
(4) 상기 (1)에 기재된 부체 구조물에 있어서, 상기 내부관 및 상기 외부관이, 강대를 스파이럴 형상으로 구부려 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 스파이럴 강관이어도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 부체 구조물에 있어서, 상기 지지 대상물의 상기 기단부가, 상기 내부관 및 상기 외부관의 직경 방향의 외측으로부터 상기 내부관의 내측을 향하여 관통하고 있고, 상기 기단부가 관통하고 있는 위치에 있어서, 상기 내부관의 내벽면에 의하여 형성되는 중공부에 콘크리트 또는 모르타르가 충전되어 있어도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 부체 구조물에 있어서, 상기 내부관이 상기 지지 대상물의 상기 기단부의 연장 부위여도 된다.
(7) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 부체 구조물에 있어서, 상기 내부관의 내측에 상기 지지 대상물의 상기 기단부가 삽입되어 있고, 상기 기단부가 삽입된 위치에 있어서, 상기 내부관의 내벽면에 의하여 형성되는 중공부에 콘크리트 또는 모르타르가 충전되어 있어도 된다.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 부체 구조물이, 상기 부체부를 복수 구비하고, 복수의 상기 부체부가 부체 연결부에 의하여 서로 연결되어 있어도 된다.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 부체 구조물에 있어서, 상기 내부관의 외벽면과 상기 외부관의 내벽면의 간극이 600㎜ 이상이고, 상기 외부관의 외경의 적어도 일부가 6500㎜ 이상이어도 된다.
상기 (1)의 형태에 관한 부체 구조체에 의하면, 파랑의 영향을 저감시키기 위하여, 부체 구조물을 소정의 수심의 장소에서 전체를 가라앉혀 수중에 띄웠을 경우라도, 벽체에 사용되는 강재 등의 사용량을 증대시키지 않고 수압에 대항 가능한 구조 내력을 확보할 수 있음과 함께, 소정의 수심의 장소에서 띄우기 위한 부력을 얻는 것이 가능해진다. 또한 충분한 굽힘 내력을 확보하는 것이 가능해진다.
특히 상기 (2)의 형태에 관한 부체 구조체에 의하면, 내부관의 제1 조인트부의 위치가 길이 방향의 동일한 위치에 있어서 외부관의 강판 부분으로 되고, 또한 외부관의 제2 조인트부의 위치가 길이 방향의 동일한 위치에 있어서 내부관의 강판 부분으로 되며, 내부관의 제1 조인트부와 외부관의 제2 조인트부가 길이 방향으로 동일한 단면 내에 존재하지 않는 구성으로 된다. 이것에 의하여, 동일한 단면 내에 있어서 극한 강도가 낮아질 가능성이 있는 조인트 부분을 분산시킬 수 있어, 2중관 구조의 부체부의 파손을 방지하는 것이 가능해진다.
특히 상기 (3)의 형태에 관한 부체 구조체에 의하면, 내부관 및 외부관의 길이 방향에 있어서의 용접이 스파이럴 비드로 치환된다. 스파이럴 비드의 용접은 공장에 있어서의 자동화된 용접이므로, 제조 비용이 억제된 2중관 구조의 부체부를 제공하는 것이 가능해진다. 또한 스파이럴 비드는 어긋남 방지재로서 작용하기 때문에 내부의 콘크리트와 강관부의 합성화에 기여하여, 더 높은 구조 내력을 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물이 설치된 부체식 풍력 발전 설비의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물을 도시하는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물을 도시하는 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 상부 구조(지지 대상물)가 부체부에 설치된 상태를 도시하는 종단 측면도(내부관이 상부 구조와 연속하고 있는 경우를 도시하는 도면)이다.
도 4b는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 상부 구조(지지 대상물)가 부체부에 설치된 상태를 도시하는 종단 측면도(내부관에 상부 구조가 삽입되어 있는 경우를 도시하는 도면)이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 상부 구조가 부체부에 설치된 상태를 도시하는 횡단 평면도(내부관이 상부 구조와 연속하고 있는 경우를 도시하는 도면)이다.
도 5b는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 상부 구조(지지 대상물)가 부체부에 설치된 상태를 도시하는 횡단 측면도(내부관의 내측에 상부 구조가 삽입되어 있는 경우를 도시하는 도면)이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물의 부체부의 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 내부관 및 외부관에 벤딩 강관이 사용된 형태를 도시하는 일부 파단 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 내부관 및 외부관에 스파이럴 강관이 사용된 형태를 도시하는 일부 파단 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물의 측면도이다.
도 10a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물이 수중에 가라앉기 전의 상태를 도시하는 설명도이다.
도 10b는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물이 수중에 가라앉은 상태를 도시하는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 효과를 검증하기 위한 시뮬레이션에 있어서, 지지 대상물로서 상정된 2.5㎿급의 풍력 발전 설비를 도시하는 모식도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 부체 구조물이 설치된 부체식 풍력 발전 설비의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 부체 구조물의 부체부를 도시하는 종단 측면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 부체 구조물이 설치된 부체식 풍력 발전 설비의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 상부 구조를 지지하는 상부 구조 지지체에 부체부가 설치된 상태를 도시하는 종단 측면도이다.
도 16a는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 상부 구조가 부체부에 설치된 상태를 도시하는 종단 측면도(내부관이 상부 구조와 연속하고 있는 경우를 도시하는 도면)이다.
도 16b는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 상부 구조가 부체부에 설치된 상태를 도시하는 종단 측면도(내부관의 내측에 상부 구조가 삽입되어 있는 경우를 도시하는 도면)이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 부체 구조물이 설치된 부체식 풍력 발전 설비의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 부체 구조물에 대하여, 상부 구조에 부체부가 설치된 상태를 도시하는 종단 측면도이다.
도 19는 상부 구조의 기단부가, 내부관 및 외부관의 직경 방향의 외측으로부터 내부관의 내측을 향하여 관통하고 있는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 20은 종래의 직사각형 단면의 연결 부력부에 작용하는 수압의 분포도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태의 부체 구조물에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 풍력 발전기 등의 지지 대상물(상부 구조)(4)을 해양 상에 띄운 상태에서 설치하기 위하여, 상부 구조(4)에 부수되어 상부 구조(4)의 하방에 설치된다. 부체 구조물(1)은, 소정의 수심의 장소에서 전체가 수중에 가라앉혀진 상태에서 수중에 띄워지고, 부체 구조물(1)의 부력에 의하여 상부 구조(4)의 적어도 일부를 해수면보다 위에 설치한다. 부체 구조물(1)은, 도시하지 않은 계류색에 의하여 수중에서 소정의 장소에 계류된다.
부체 구조물(1)은, 상부 구조(4)의 기단부(4a)에 접속된 부체부(3)를 구비한다. 예를 들어 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 상부 구조(4)가 3개인 경우, 부체 구조물(1)은 3개의 부체부(3)를 구비한다. 이 경우, 부체 구조물(1)은, 3개의 상부 구조(4)를 지지하기 위한 3개의 부체부(3)를 정점으로 하고, 이들 부체부(3)를 연결하는 3개의 부체 연결부(23)를 3변으로 하여, 대략 삼각형의 평면 형상으로 형성된다.
부체부(3)는, 도 6에 도시한 바와 같이 내측에 설치되는 대략 원통 형상의 강제의 내부관(31)과, 외측에 설치되는 대략 원통 형상의 강제의 외부관(32)을 갖는, 대략 원통 형상의 2중관 구조이다. 또한 부체부(3)는 도 4a 및 4b에 도시한 바와 같이 강제의 덮개(39)를 구비하고 있다. 부체부(3)는, 내부관(31)의 외벽면과 외부관(32)의 내벽면 사이에 형성된 간극(33)의 적어도 일부에 콘크리트 또는 모르타르(34)가 충전된 상태에서 덮개(39)에 의하여 밀폐되어 있다. 즉, 부체부(3)의 상단부 및 부체부(3)의 하단부는 각각 덮개(39)로 막혀 있다. 부체부(3)는 내부관(31)의 내벽면에 의하여 내부에 중공부(35)가 형성되어 있다.
또한 간극(33)의 전부에 콘크리트 또는 모르타르(34)가 충전되어 있어도 된다. 또는 간극(33)의 일부에 콘크리트 또는 모르타르(34)가 충전되고, 나머지 공간이 밸러스트를 충전하기 위한 공간으로서 사용되고 있어도 된다. 또한 내부관(31)의 외벽면과 외부관(32)의 내벽면 사이의 간극(33)에, 내부관(31)을 지지하기 위한 지지 부재가 설치되어 있어도 된다. 또한 내부관(31) 및 외부관(32)은 각각 원통 형상의 관에 한정되지 않으며, 예를 들어 타원 형상의 관 또는 다각 형상의 관이어도 된다.
부체부(3)는, 도 4a 및 도 5a에 도시한 바와 같이 내부관(31)이 연장되는 형태로 상부 구조(4)에 연속하고 있어도 된다. 바꾸어 말하면, 내부관(31)이 상부 구조(4)의 기단부(4a)의 연장 부위여도 된다.
또한 도 4b 및 도 5b에 도시한 바와 같이 내부관(31)의 내측{중공부(35)}에 상부 구조(4)의 기단부(4a)가 삽입되어 있어도 된다. 이 경우에는, 도 4b에 도시한 바와 같이 내부관(31)과 기단부(4a) 사이의 공간에 콘크리트 또는 모르타르(34)가 충전되어 고결되지만, 볼트나 용접을 사용하여 내부관(31)과 기단부(4a)를 접합해도 된다. 콘크리트 또는 모르타르(34)를 충전하여 고결하는 경우, 강재의 콘크리트 또는 모르타르(34)와의 접촉면에 스터드나 용접 비드 등을 어긋남 방지재로서 배치함으로써, 접합부의 길이를 짧게 할 수 있다.
부체부(3)는 서로 부체 연결부(23)에 의하여 연결되지만, 이 부체 연결부(23)는 용접이나 볼트에 의하여 부체부(3)의 외부관(32)에 접합되어 있어도 된다. 또한 도 4a, 도 4b 및 도 5a, 도 5b에 도시한 바와 같이 부체 연결부(23)를 부체부(3)의 측면으로부터 박아 넣어 접합할 수도 있다. 또한 부체 연결부(23)는 부체부(3)와 마찬가지로 내부관과 외부관으로 이루어지는 2중관 구조여도 되고, 또는 일반적인 단관 구조여도 된다. 부체 연결부(23)의 구조로서 2중관 구조를 채용하는 경우, 부체부(3)와 마찬가지로 내부관과 외부관의 간극의 적어도 일부에 콘크리트 또는 모르타르가 충전되어 있어도 된다.
내부관(31)은, 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이 소정의 길이를 갖는 짧은 내부관용 강관(31a)을 부체부(3)의 길이 방향 Z로 복수 접합하는 제1 조인트부(31b)를 갖는다. 외부관(32)은, 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이 소정의 길이를 갖는 짧은 외부관용 강관(32a)을 길이 방향 Z으로 복수 접합하는 제2 조인트부(32b)를 갖는다. 도 9에 도시한 바와 같이 길이 방향 Z에 있어서, 제1 조인트부(31b)와 제2 조인트부(32b)가 교대로 배치되어 있다.
도 7에 도시한 바와 같이 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)은, 강판을 원통 형상으로 구부려 성형함으로써 얻어진 벤딩 강관이어도 된다. 또는 도 8에 도시한 바와 같이 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)은, 강대를 스파이럴 형상으로 구부려 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 스파이럴 강관이어도 된다.
또한 내부관(31)은 복수의 내부관용 강관(31a)으로 구성할 필요는 없으며, 1매의 강판을 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 1개의 벤딩 강관, 또는 강대를 스파이럴 형상으로 구부려 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 1개의 스파이럴 강관으로 구성해도 된다. 마찬가지로 외부관(32)도 복수의 외부관용 강관(32a)으로 구성할 필요는 없으며, 1매의 강판을 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 1개의 벤딩 강관, 또는 강대를 스파이럴 형상으로 구부려 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 1개의 스파이럴 강관으로 구성해도 된다.
본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 있어서, 내부관(31)의 제1 조인트부(31b)의 위치가, 길이 방향 Z의 동일한 위치에 있어서 외부관(32)의 강판 부분으로 되고, 또한 외부관(32)의 제2 조인트부(32b)의 위치가, 길이 방향 Z의 동일한 위치에 있어서 내부관(31)의 강판 부분으로 된다. 이와 같이 길이 방향 Z에 있어서, 내부관(31)의 제1 조인트부(31b)와 외부관(32)의 제2 조인트부(32b)가 교대로 배치되므로, 내부관(31)의 제1 조인트부(31b)와 외부관(32)의 제2 조인트부(32b)가, 길이 방향 Z에 있어서의 동일한 단면 내에 존재하지 않는다. 이러한 구조를 갖는 부체부(3)에 의하면, 길이 방향 Z에 있어서의 동일한 단면 내에 있어서, 극한 강도가 낮아질 가능성이 있는 조인트 부분의 응력 집중을 분산시킬 수 있으며, 그 결과, 부체부(3)의 파손을 방지하는 것이 가능해진다. 또한 내부관(31)과 외부관(32) 중 한쪽이 손상되었을 경우라도, 손상되어 있지 않은 다른 쪽에 의하여, 필요한 부체부(3)의 구조 내력을 확보하는 것이 가능해진다. 이와 같이 부체부(3)는 전체적인 파손에 대한 페일 세이프를 갖는다.
본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 있어서, 부체부(3)가 2중관 구조를 가짐으로써, 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)으로서 사용되는 각각의 강관의 판 두께를 얇게 할 수 있고, 그 결과, 제1 조인트부(31b) 및 제2 조인트부(32b)에 있어서의 용접의 난이도를 저감시킬 수 있다. 따라서 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 의하면, 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)으로서 고강도강을 사용하는 것이 가능해진다.
처음에, 수중에 가라앉혀진 구조체를 강 구조로 형성한 경우, 강 구조는 비교적 얇은 판으로 구성되어 있다. 그 때문에, 강 구조가 직사각형 구조인 경우, 그 직사각형 구조의 측면으로부터 수압이 작용하면, 강판에 발생하는 굽힘 모멘트가 현저히 커진다. 강 구조가 원형의 단면 형상을 갖는 경우에도 강판에 큰 축력이 작용하기 때문에, 좌굴에 대한 구조 내력을 확보하기 위하여 판 두께가 매우 커진다.
그러나 부체부(3)의 구조로서, 내부관(31)과 외부관(32)의 간극(33)에 콘크리트 또는 모르타르(34) 등이 충전된 2중관 구조를 채용하는 경우, 수압은 콘크리트 또는 모르타르(34)에 압축력을 발생시키지만, 이 압축력은 프리스트레스로서 작용하기 때문에, 구조체로서 작용하는 콘크리트 또는 모르타르(34)의 강도를 현저히 향상시키게 된다.
또한 충전된 콘크리트 또는 모르타르(34)는 내부관(31) 및 외부관(32)의 강재를 측면으로부터 지지하기 때문에 굽힘 응력이 거의 발생하지 않게 될 뿐만 아니라, 구속에 의하여 좌굴 발생을 억제하는 효과도 가져, 구조적으로 극히 합리적인 것으로 된다.
본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)은, 간극(33)에 충전되는 콘크리트 또는 모르타르(34)가, 부체부(3)에 대하여 압축 방향으로 작용하는 응력에 대항하므로, 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)에 요구되는 압축 방향의 구조 내력을 저감시킬 수 있다. 이로 인하여 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)은, 내부관(31) 및 외부관(32)에 대하여, 인장 방향의 구조 내력을 확보하도록 설계하면 충분하게 되어, 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)에 사용되는 강재의 사용량을 저감시킬 수 있다. 또한 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)은, 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)에 요구되는 압축 방향의 구조 내력이 저감되므로, 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)으로서 고강도강이 사용된 경우라도, 고강도강을 사용하는 것에 의한 좌굴 응력의 저하를 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)과, 도 20에 도시하는 종래의 직사각형 단면의 연결 부력부(90)를 비교하면, 종래의 연결 부력부(90)에서는, 소정의 구조 내력을 확보하기 위하여, 벽체 내측에서 벽면에 수직인 보강재(92)를 설치하는 것이 필요해진다. 그 때문에, 예를 들어 22ton/m의 강재의 중량이 필요해진다. 이에 대하여 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에서는, 1.2ton/m의 강재의 중량에 의하여, 종래의 연결 부력부(90)과 동등한 구조 내력을 확보하는 것이 가능해진다. 이로 인하여, 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 의하면, 종래의 직사각형 단면의 연결 부력부(90)과 비교하여 약 5％의 강재의 사용량에 의하여 제조할 수 있어, 현저히 제조 비용을 억제하여 부체식 풍력 발전 설비를 제공하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 의하면, 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)으로서 스파이럴 강관을 사용한 경우에, 강관의 제조에 핫 코일을 사용할 수 있다. 그 결과, 후판 강판을 사용하는 경우와 비교하여 강관의 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한 내부관용 강관(31a) 및 외부관용 강관(32a)의 길이를 길게 할 수 있어, 제1 조인트부(31b) 및 제2 조인트부(32b)를 현저히 감소시키거나, 또는 전무하게 할 수 있다. 이로 인하여, 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 의하면, 용접에 필요해지는 비용을 현저히 저감시킬 수 있다. 또한 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 의하면, 내부관(31) 및 외부관(32)의 길이 방향 Z에 있어서의 용접이 스파이럴 비드로 치환된다. 스파이럴 비드는 강관의 전체 길이에 걸쳐 균일하게 배치되므로, 충전되는 콘크리트 또는 모르타르(34)의 어긋남 방지재로서 매우 유효하게 기능한다. 따라서 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 의하면, 부체부(3)의 구조 내력이 향상됨과 함께, 제조 비용이 억제된 부체부(3)를 제공하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)은, 도 10a에 도시한 바와 같이 중공부(35)를 중공의 상태로 하여 부체 구조물(1)의 부력을 크게 함으로써, 부체 구조물(1)을 해수면 상에 띄운 상태에서 연안으로부터 원해까지 예항할 수 있다.
또한 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)은, 도 10b에 도시한 바와 같이 상부 구조(4)가 설치되는 원해에 있어서, 도시하지 않은 주입 수단을 사용하여 해수(5) 등을 중공부(35)에 주입함으로써 부체 구조물(1)의 부력을 저하시키고, 소정의 수심의 장소에 있어서 부체 구조물(1) 전체를 수중에 가라앉혀 수중에 띄울 수 있다.
또한 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에서는, 중공부(35)가 형성되고, 부체부(3)의 내부에 콘크리트 등이 전체 충전되지 않으므로, 소정의 수심의 장소에서 띄우기 위한 부력을 얻는 것이 가능해진다. 또한 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 의하면, 중공부(35)에 주입된 해수(5) 등에 의한 부식을 방지하기 위하여 내부관(31)의 내벽면에, 도시하지 않은 방식 수단을 실시해도 된다.
또한 해수 대신 슬래그 등의 분체 또는 유동체, 모르타르 또는 콘크리트 등의 유동 고화체를 내부관(31)의 중공부(35)에 주입하는 것도 유효하다.
부체부(3)에 있어서, 내부관(31)의 외벽면과 외부관(32)의 내벽면 사이의 간극(33)(콘크리트 또는 모르타르(34)의 두께)은 600㎜ 이상이 바람직하고, 외부관(32)의 외경의 적어도 일부는 6500㎜ 이상인 것이 바람직하다. 왜냐하면 부체부(3)의 구조로서 2중관 구조를 채용하는 경우, 부체부(3)의 제작 과정에 있어서, 내부관(31)과 외부관(32) 사이에 작업원이 들어가 작업을 행하는 것이 현실적으로 필요하기 때문이다.
구체적으로는 부체부(3)는, 예를 들어 이하와 같은 프로세스에 의하여 제작된다.
먼저, 부체부(3)의 제작 작업을 행하는 데 사용되는 수평면(이하, 작업면이라고 칭함) 상에 있어서, 복수의 내부관용 강관(31a)을 연직 방향을 따라 직렬로 접합함으로써, 작업면에 대하여 직립하는 내부관(31)을 제작한다. 계속해서, 복수의 외부관용 강관(32a)을 연직 방향을 따라 직렬로 접합함으로써, 작업면에 대하여 직립하고 또한 내부관(31)을 내측에 수용하는 외부관(32)을 제작한다.
계속해서, 내부관(31)과 외부관(32) 사이에 콘크리트 또는 모르타르(34)를 충전한다. 이때, 내부관(31)과 외부관(32) 사이에 작업원이 들어가 충전 작업을 행할 필요가 있다. 계속해서, 최초에 제작된 내부관(31)에 대하여, 복수의 내부관용 강관(31a)을 연직 방향을 따라 직렬로 접합함으로써, 더 긴 내부관(31)을 제작한다. 이때, 내부관(31)과 외부관(32) 사이에 작업원이 들어가 접합 작업을 행할 필요가 있다.
계속해서, 최초에 제작된 외부관(32)에 대하여, 복수의 외부관용 강관(32a)을 연직 방향을 따라 직렬로 접합함으로써, 더 긴 외부관(32)을 제작한다. 이때도 내부관(31)과 외부관(32) 사이에 작업원이 들어가 접합 작업을 행할 필요가 있다. 그리고 보다 길어진 내부관(31)과 외부관(32) 사이에 콘크리트 또는 모르타르(34)를 충전한다. 이상과 같이 내부관(31) 및 외부관(32)의 길이를 서서히 연장하면서 내부관(31)과 외부관(32) 사이에 콘크리트 또는 모르타르(34)를 순차 충전한다는 프로세스를 반복함으로써, 소정의 길이를 갖는 부체부(3)를 제작한다.
이와 같이 부체부(3)의 제작 과정에 있어서, 내부관(31)과 외부관(32) 사이에 작업원이 들어가 작업을 행할 필요가 있이므로, 부체부(3)의 간극(33)은 600㎜ 이상이 바람직하고, 외부관(32)의 외경의 적어도 일부는 6500㎜ 이상이 바람직하다. 한편, 상기 치수 미만의 치수를 사용하는 경우, 내부관(31) 및 외부관(32)의 각각의 접합부의 강도가 저하되므로, 보강 부품을 내부관(31)의 내측과 외부관(32)의 외측에 추가할 필요가 있다. 그러나 외부관(32)의 외측에 보강 부품을 설치하는 것은 외관상 및 방식상의 관점에서 바람직하지 않다.
본원 발명자는, 2중관 구조를 갖는 부체부(3)를 사용하여 풍력 발전 설비를 지지한 경우와, 종래의 일반적인 단관 구조를 갖는 부체부를 사용하여 동일한 풍력 발전 설비를 지지한 경우의 판 두께, 발생 응력, 밸러스트량 및 강재의 중량을 시뮬레이션에 의하여 산출하였다. 그 산출 결과를 표 1에 나타낸다.
또한 상기 시뮬레이션에서는, 지지 대상물로서, 도 11에 도시한 바와 같은 2.5㎿급의 풍력 발전 설비를 상정하였다. 또한 상기 시뮬레이션에 있어서, 풍력 발전 설비와 부체부를 포함하는 전체 구조의 수중부(밸러스트를 포함함)의 중량이 수상부의 중량의 10배 이상으로 되도록, 또한 전체 구조의 부력과 전체 중량이 조화되도록 수상부의 중량을 550ton으로 설정하고, 부체부 직경을 9m로 설정하며, 부체부 길이를 90m로 설정하였다. 또한 수중부의 중량을 수상부의 10배 이상으로 하는 것은, 부체로서의 안정을 취할 수 있는 중량비의 기준이기 때문이다. 여기서 상기 밸러스트란, 수중부의 중량이 수상부의 중량의 10배 이상으로 되도록 전체 구조의 중량 밸런스를 조정하고, 또한 전체 구조의 부력과 전체 중량이 조화되게 하기 위하여 부체부의 내부 공간에 충전되는 중량물이다.
또한 상기 시뮬레이션에 있어서, 부체부의 상단부의 설계 내력이, 강관으로부터 전달되는 모멘트에 의하여 발생하는 부하보다도 커지도록 설계하고, 부체부의 하단부가 수압을 견뎌낼 수 있도록 설계하였다. 허용 응력은 항복 강도를 안전계수 1.5로 나누어 얻어지는 값으로 설정하였다. 강재로서 SM490을 사용하는 경우를 상정하였다. 콘크리트와 강의 영률비를 7로 설정하였다.
Figure pct00001
표 1에 나타낸 바와 같이 종래의 일반적인 단관 구조를 갖는 부체부를 사용하여 2.5㎿급의 풍력 발전 설비를 지지했을 경우, 밸러스트량이 매우 많고 중량이 부족한 것이 판명되었다. 또한 부체부 직경이 9m인 경우, 판 두께가 25㎜로 되므로, 필요한 구조 내력을 얻기 위해서는 매우 촘촘히 보강재를 단관 내에 설치할 필요가 있음이 판명되었다.
한편, 2중관 구조를 갖는 부체부(3)를 사용하여 2.5㎿급의 풍력 발전 설비를 지지한 경우, 발생 응력이 매우 작으므로, 더 대형화하더라도 판 두께의 증가는 거의 필요 없으며, 필요한 구조 내력을 얻어지는 것이 판명되었다.
이상과 같이 본 실시 형태에 관한 부체 구조물(1)에 의하면, 파랑의 영향을 저감시키기 위하여, 소정의 수심의 장소에서 전체를 수중에 가라앉혀 수중에 띄웠을 경우라도, 강재 등의 사용량을 증대시키지 않고 수압에 대항 가능한 구조 내력을 확보한 부체부(3)를 제공하는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 부체 구조물(1A)에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한 이하의 제2 실시 형태에 있어서, 상술한 제1 실시 형태의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써, 이하에서의 설명을 생략한다.
제2 실시 형태에 관한 부체 구조물(1A)은, 도 12에 도시한 바와 같이, 예를 들어 1개의 상부 구조(4)를 지지하기 위한 1개의 상부 구조 지지체(2)와, 상부 구조 지지체(2)의 측방에 설치되는 3개의 부체부(3)와, 3개의 부체부(3)를 서로 연결하는 부체 연결부(23)와, 상부 구조 지지체(2)와 부체부(3)를 접속하는 지지체 접속부(24)를 구비한다. 부체 구조물(1A)은, 도시하지 않은 계류색에 의하여 수중에서 소정의 장소에 계류된다.
상부 구조 지지체(2)도 부체부(3)와 마찬가지로 2중관 구조를 갖는다. 즉, 상부 구조 지지체(2)는, 내부관(31)이 상부 구조(4)와 연속하는 구조{내부관(31)이 상부 구조(4)의 기단부(4a)의 연장 부위인 구조}, 또는 내부관(31)의 내측{중공부(35)}에 상부 구조(4)의 기단부(4a)가 삽입된 구조를 갖는다.
부체부(3)는, 도 13에 도시한 바와 같이 내측에 설치되는 대략 원통 형상의 강제의 내부관(31)과, 외측에 설치되는 대략 원통 형상의 강제의 외부관(32)을 갖는, 대략 원통 형상의 2중관 구조이다. 이 부체부(3)의 상하 방향이 길이 방향 Z이다. 부체부(3)는, 내부관(31)의 외벽면과 외부관(32)과 내벽면 사이에 형성된 간극(33)의 적어도 일부(도 13에서는 일례로서 전부)에 콘크리트 또는 모르타르(34)가 충전된 상태에서 밀폐되어 있다. 부체부(3)는, 내부관(31)의 내벽면에 의하여 내부에 중공부(35)가 형성되어 있다. 부체부(3)의 상단부 및 부체부(3)의 하단부는 각각 덮개(39)로 막혀 있다.
제2 실시 형태에 관한 부체 구조물(1A)은, 도 13에 도시한 바와 같이 상부 구조(4)가 설치되는 원해에 있어서, 도시하지 않은 주입 수단을 사용하여 해수(5) 등을 부체부(3)의 중공부(35)에 주입함으로써, 부체 구조물(1A)의 부력을 저하시켜 수중에 가라앉힐 수 있다.
이상과 같은 제2 실시 형태에 관한 부체 구조물(1A)에 의하면, 파랑의 영향을 저감시키기 위하여 소정의 수심의 장소에서 전체를 가라앉혀 수중에 띄웠을 경우라도, 강재 등의 사용량을 증대시키지 않고 수압에 대항 가능한 구조 내력을 확보할 수 있음과 함께, 소정의 수심의 장소에서 띄우기 위한 부력을 얻는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 부체 구조물(1B)에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한 이하의 제3 실시 형태에 있어서, 상술한 제1 및 제2 실시 형태의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써, 이하에서의 설명을 생략한다.
부체 구조물(1B)은, 도 14에 도시한 바와 같이, 예를 들어 1개의 상부 구조(4)를 지지하기 위한 1개의 상부 구조 지지체(2)와, 상부 구조 지지체(2)의 하방에 설치된 부체부(3)와, 부체부(3)의 하방에 설치되어 상부 구조(4) 및 부체 구조물(1B)의 해양 상에 있어서의 균형을 잡기 위한 복수의 핀(38)을 구비한다. 부체 구조물(1B)은, 도시하지 않은 계류색에 의하여 수중에서 소정의 장소에 계류된다.
도 15에 도시한 바와 같이 상부 구조 지지체(2)는 대략 원기둥 형상의 콘크리트제의 블록체(21)을 갖는다. 상부 구조 지지체(2)에 있어서, 대략 원형의 평면 형상을 갖는 상단부(2a)에 상부 구조(4)의 기단부(4a)가 설치되어 있다. 이러한 구조에 의하여 상부 구조 지지체(2)는 상부 구조(4)를 지지한다.
부체부(3)는, 도 15에 도시한 바와 같이 내측에 설치되는 대략 원통 형상의 강제의 내부관(31)과, 외측에 설치되는 대략 원통 형상의 강제의 외부관(32)을 갖는, 대략 원통 형상의 2중관 구조이다. 이 부체부(3)의 상하 방향이 길이 방향 Z이다. 부체부(3)는, 내부관(31)의 외벽면과 외부관(32)과 내벽면 사이에 형성된 간극(33)의 적어도 일부(도 15에서는 일례로서 전부)에 콘크리트 또는 모르타르(34)가 충전된 상태에서 밀폐되어 있다. 부체부(3)는, 내부관(31)의 내벽면에 의하여 내부에 중공부(35)가 형성되어 있다.
제3 실시 형태에 관한 부체 구조물(1B)은, 도 15에 도시한 바와 같이 상부 구조(4)가 설치되는 원해에 있어서, 도시하지 않은 주입 수단을 사용하여 해수(5) 등을 부체부(3)의 중공부(35)에 주입함으로써, 부체 구조물(1B)의 부력을 저하시켜 수중에 가라앉힐 수 있다.
이상과 같은 제3 실시 형태에 관한 부체 구조물(1B)에 의하면, 파랑의 영향을 저감시키기 위하여 소정의 수심의 장소에서 전체를 수중에 가라앉혀 수중에 띄웠을 경우라도, 강재 등의 사용량을 증대시키지 않고 수압에 대항 가능한 구조 내력을 확보할 수 있음과 함께, 소정의 수심의 장소에서 띄우기 위한 부력을 얻는 것이 가능해진다.
또한 제3 실시 형태에 있어서의 상부 구조(4)는, 도 16a에 도시한 바와 같이 2중관 구조의 부체부(3)의 내부관(31)과 연속하는 구조{내부관(31)이 상부 구조(4)의 기단부(4a)의 연장 부위인 구조}를 갖고 있어도 된다. 또한 도 16b에 도시한 바와 같이 제3 실시 형태에 있어서의 상부 구조(4)는, 기단부(4a)가 2중관 구조의 부체부(3)의 내부관(31)의 내측{중공부(35)}에 삽입된 구조를 갖고 있어도 된다. 도 16b에 도시하는 구조의 경우, 상부 구조(4)와 내부관(31) 사이에 모르타르 또는 콘크리트를 충전함으로써 상부 구조(4)와 내부관(31)을 접합해도 된다. 또는 도 16b에 도시하는 구조의 경우, 상부 구조(4)와 내부관(31)을 볼트나 용접을 사용하여 접합해도 된다.
다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 부체 구조물(1C)에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한 이하의 제4 실시 형태에 있어서, 상술한 제1 내지 제3 실시 형태의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써, 이하에서의 설명을 생략한다.
제4 실시 형태에 관한 부체 구조물(1C)은, 도 17에 도시한 바와 같이, 예를 들어 1개의 상부 구조(4)를 지지하기 위한 1개의 부체부(3)를 구비한다. 부체 구조물(1C)은, 도시하지 않은 계류색에 의하여 수중에서 소정의 장소에 계류된다.
부체부(3)는, 도 18에 도시한 바와 같이 내측에 설치되는 대략 원통 형상의 강제의 내부관(31)과, 외측에 설치되는 대략 원통 형상의 강제의 외부관(32)을 갖는, 대략 원통 형상의 2중관 구조이다. 이 부체부(3)의 상하 방향이 길이 방향 Z이다. 부체부(3)는, 내부관(31)의 외벽면과 외부관(32)과 내벽면 사이에 형성된 간극(33)의 적어도 일부(도 18에서는 일례로서 전부)에 콘크리트 또는 모르타르(34)가 충전된 상태에서 밀폐되어 있다. 부체부(3)는, 내부관(31)의 내벽면에 의하여 내부에 중공부(35)가 형성된다.
제4 실시 형태에 관한 부체 구조물(1C)은, 도 18에 도시한 바와 같이 상부 구조(4)가 설치되는 원해에 있어서, 도시하지 않은 주입 수단을 사용하여 해수(5) 등을 부체부(3)의 중공부(35)에 주입함으로써, 부체 구조물(1C)의 부력을 저하시켜 수중에 가라앉힐 수 있다.
이상과 같은 제4 실시 형태에 관한 부체 구조물(1C)에 의하면, 파랑의 영향을 저감시키기 위하여 소정의 수심의 장소에서 전체를 수중에 가라앉혀 수중에 띄웠을 경우라도, 강재 등의 사용량을 증대시키지 않고 수압에 대항 가능한 구조 내력을 확보할 수 있음과 함께, 소정의 수심의 장소에서 띄우기 위한 부력을 얻는 것이 가능해진다.
또한 제4 실시 형태에 관한 부체 구조물(1C)은, 옆으로 누운 상태로부터 크레인 또는 중공부(35)에의 주입에 의하여 일으켜 세울 수 있다. 부체부(3)는, 콘크리트 또는 모르타르(34)가 충전된 2중관 구조이므로, 매우 큰 굽힘 내력을 갖는다. 또한 부체 구조부(1C)를 한창 일으켜 세우고 있는 중에, 부체부(3)에 충전된 콘크리트 또는 모르타르(34)에 균열이 발생했을 경우에도, 콘크리트 또는 모르타르(34)는 완전히 강재에 의하여 덮여 물과 직접 접촉하는 일이 없으므로, 내구성상의 문제가 발생하는 일은 없다.
또한 제4 실시 형태에 있어서의 상부 구조(4)는, 제3 실시 형태와 마찬가지로 2중관 구조의 부체부(3)의 내부관(31)과 연속하는 구조{내부관(31)이 상부 구조(4)의 기단부(4a)의 연장 부위인 구조}를 갖고 있어도 된다(도 16a 참조). 또한 제4 실시 형태에 있어서의 상부 구조(4)는, 제3 실시 형태와 마찬가지로 기단부(4a)가 2중관 구조의 부체부(3)의 내부관(31)의 내측{중공부(35)}에 삽입된 구조를 갖고 있어도 된다(도 16b 참조).
이상, 본 발명의 제1 내지 제4 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상기 각 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 반드시 상부 구조(4)의 중심 축선과 부체부(3)의 중심 축선{즉, 내부관(31) 및 외부관(32)의 중심 축선}이 일치하도록 상부 구조(4)와 부체부(3)가 접속되어 있지는 않아도 된다.
예를 들어 도 19에 도시한 바와 같이 상부 구조(4)의 기단부(4a)가, 내부관(31) 및 외부관(32)의 직경 방향의 외측으로부터 내부관(31)의 내측을 향하여 관통하고 있어도 된다. 바꾸어 말하면, 상부 구조(4)의 중심 축선과 부체부(3)의 중심 축선이 직교하도록 상부 구조(4)와 부체부(3)가 접속되어 있어도 된다. 이 도 19에 도시한 바와 같이 기단부(4a)가 관통하고 있는 위치에 있어서, 내부관(31)의 내벽면에 의하여 형성되는 중공부(35)에 콘크리트 또는 모르타르(34')가 충전됨으로써, 상부 구조(4)가 부체부(3)에 고정되어 있어도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 상술한 실시 형태는 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서 구체화의 예를 나타낸 데 불과하며, 이들에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다.
1, 1A, 1B, 1C: 부체 구조물
2: 상부 구조 지지체
2a: 상부 구조 지지체의 상단부
21: 블록체
23: 부체 연결부
24: 지지체 접속부
3: 부체부
31: 내부관
31a: 내부관용 강관
31b: 제1 조인트부
32: 외부관
32a: 외부관용 강관
32b: 제2 조인트부
33: 간극
34: 콘크리트 또는 모르타르
35: 중공부
38: 핀
39: 덮개
4: 상부 구조
4a: 상부 구조의 기단부
5: 해수
90: 연결 부력부
Z: 길이 방향

Claims (9)

  1. 지지 대상물을 해양 상에 띄운 상태에서 설치하기 위하여 상기 지지 대상물에 부수되어 설치되는 부체 구조물이며,
    상기 지지 대상물의 기단부에 접속된 부체부를 구비하고,
    상기 부체부는, 강제의 덮개와, 강제의 외부관과, 상기 외부관의 내측에 설치된 강제의 내부관을 가지며,
    상기 부체부는, 상기 내부관의 외벽면과 상기 외부관의 내벽면 사이에 형성된 간극의 적어도 일부에 콘크리트 또는 모르타르가 충전된 상태에서 상기 덮개에 의하여 밀폐되어 있는
    것을 특징으로 하는, 부체 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부관은, 소정의 길이를 갖는 내부관용 강관을 상기 부체부의 길이 방향을 따라 복수 접합하는 제1 조인트부를 갖고,
    상기 외부관은, 소정의 길이를 갖는 외부관용 강관을 상기 길이 방향을 따라 복수 접합하는 제2 조인트부를 가지며,
    상기 길이 방향에 있어서, 상기 제1 조인트부와 상기 제2 조인트부가 교대로 배치되어 있는 것
    을 특징으로 하는, 부체 구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부관용 강관 및 상기 외부관용 강관은, 강대를 스파이럴 형상으로 구부려 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 스파이럴 강관인 것을 특징으로 하는, 부체 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부관 및 상기 외부관은, 강대를 스파이럴 형상으로 구부려 원통 형상으로 성형함으로써 얻어진 스파이럴 강관인 것을 특징으로 하는, 부체 구조물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 대상물의 상기 기단부가, 상기 내부관 및 상기 외부관의 직경 방향의 외측으로부터 상기 내부관의 내측을 향하여 관통하고 있고,
    상기 기단부가 관통하고 있는 위치에 있어서, 상기 내부관의 내벽면에 의하여 형성되는 중공부에 콘크리트 또는 모르타르가 충전되는 것
    을 특징으로 하는, 부체 구조물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부관은 상기 지지 대상물의 상기 기단부의 연장 부위인 것
    을 특징으로 하는, 부체 구조물.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부관의 내측에 상기 지지 대상물의 상기 기단부가 삽입되어 있고,
    상기 기단부가 삽입된 위치에 있어서, 상기 내부관의 내벽면에 의하여 형성되는 중공부에 콘크리트 또는 모르타르가 충전되는 것
    을 특징으로 하는, 부체 구조물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부체부를 복수 구비하고,
    복수의 상기 부체부가 부체 연결부에 의하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 부체 구조물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부관의 외벽면과 상기 외부관의 내벽면의 간극이 600㎜ 이상이고,
    상기 외부관의 외경의 적어도 일부가 6500㎜ 이상인 것을 특징으로 하는, 부체 구조물.
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