KR20170008415A - 해양구조물의 콘크리트 플랫폼과 그 설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양구조물의 하부 지지구조와 상부구조를 연결하는 콘크리트 플랫폼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조체 내부에 격실 중공부를 형성시키고 프리스트레스 강선으로 보강하여 자중을 줄이고 강도를 증대시킨 구조체를 형성시킬 수 있도록 하는 해양구조물의 콘크리트 플랫폼과 그 설치방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 해양구조물의 하부 지지구조와 상부구조를 연결하는 콘크리트 플랫폼에 있어서, 콘크리트 구조체 내부에 격실 중공부를 형성시키고 프리스트레스 강선으로 보강하는 방법으로 중량이 가벼워 운반 및 설치가 용이할 뿐만 아니라, 해양에서도 육상과 동일한 작업 환경조건을 형성시켜 상부구조물 설치시 수평 및 수직 정밀도를 향상시키고, 제작 비용이 저렴하면서도 강도를 증대시킨 구조체를 형성시킬 수 있도록 하는 특징이 있다.

Description

해양구조물의 콘크리트 플랫폼과 그 설치방법{The concrete platform for offshore structure and installation method thereof}

본 발명은 해양구조물의 하부 지지구조와 상부구조를 연결하는 콘크리트 플랫폼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조체 내부에 격실 중공부를 형성시키고 프리스트레스 강선으로 보강하여 자중을 줄이고 강도를 증대시킨 구조체를 형성시킬 수 있도록 하는 해양구조물의 콘크리트 플랫폼과 그 설치방법에 관한 것이다.

전통적인 해양플랜트 산업은 원유나 가스 등의 원자재 가격상승과 관련기술의 발달로 최근까지 급속하게 성장해 왔으며, 최근에는 해양자원 개발과 신재생에너지에 대한 관심이 더욱 높아져 세계 각국은 기술선점을 위한 해양개발에 나서고 있다. 이를 위해 해양에 설치되는 고정식 구조물로 강재를 이용한 모노파일(mono-pile), 자켓(jacket), 트라이포드(tripod)를 비롯하여 콘크리트 중력식 구조물이 사용되고 있으며, 경제성을 확보하기 위해 대수심 지역에 구조물을 설치하는 사례가 늘고 있다. 수심이 깊은 지역이나 해저 지반조건이 열악한 지역에서는 자켓형식의 지지구조가 많이 사용되고 있으나, 자켓은 파일공사비를 포함하여 지지구조물의 제작 및 설치 공사비가 전체공사비 중 차지하는 비중이 상당히 높은 고비용의 지지구조 형식이다. 도 1은 종래의 자켓형식 지지구조와 강재 플랫폼을 나타낸 것이다.

또한, 자켓과 타워의 연결부(전이부)인 플랫폼 구조물의 재료로 강재를 사용해 왔으나, 그 소요량이 많아 중량이 무겁고, 용접량도 많아 복잡하며, 자켓의 제작비를 상회할 뿐만 아니라, 자켓 상단부와 합성을 위해 그라우팅재가 굳어질 때까지 수직도 유지를 위한 추가 장비가 필요하다.

따라서, 자켓구조를 포함한 해양구조물 지지구조의 상단부에 형성되어 상부구조의 하중을 지지하고, 상부구조물의 설치를 위한 작업공간을 확보하며, 타워와 같은 상부구조물의 수평, 수직도 조절이 가능한 해양구조물의 플랫폼에 있어서, 기존의 강재 플랫폼의 단점인 경제성과 시공성을 확보하는 새로운 플랫폼 구조형식이 요구된다.

[문헌1] 대한민국 등록특허공보 제10-1509507호 [문헌2] 대한민국 등록특허공보 제10-1164227호 [문헌3] 대한민국 등록특허공보 제10-1318111호

[문헌1] 김현기. 2013. "해상풍력발전 하이브리드 지지구조의 정동적 거동특성 연구". 박사학위논문, 건국대학교 대학원, 서울. [문헌2] 김현기, 전혜관, 김기두. 해상풍력 파일지지 콘크리트 기초구조물. 서울: 콘크리트학회지, 2014, 제26권 4호, ISSN 1018-1415, 20-24쪽

본 발명은 해양구조물의 하부 지지구조와 상부구조를 연결하는 콘크리트 플랫폼에 있어서, 콘크리트 구조체 내부에 격실 중공부를 형성시키고 프리스트레스 강선으로 보강하는 방법으로 중량이 가벼워 운반 및 설치가 용이할 뿐만 아니라, 해양에서도 육상과 동일한 환경조건을 형성시켜 상부구조물 설치시 수평 및 수직 정밀도를 향상시키고, 제작 비용이 저렴하면서도 강도를 증대시킨 구조체를 형성시킬 수 있도록 하는 해양구조물의 콘크리트 플랫폼과 그 설치방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 해양구조물의 자켓과 같이 강관으로 형성된 하부지지구조의 최상단에 설치되어 상부구조물 설치를 위한 작업공간을 확보하고 상부구조와의 연결을 통해 상부하중을 지지하는 구조물에 있어서, 자중 저감을 위한 격실 중공부와 상부구조물 고정장치를 설치하기 위한 축공을 포함하고, 격실구조를 형성하는 바닥판과 벽체를 보강하기 위해 강선을 긴장하여 정착시킨 프리스트레스트 콘크리트 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 구조물은 격실구조의 중공부와 상면 작업공간 형성을 위한 프리캐스트 콘크리트 중공부 덮개를 포함하고, 중공부 덮개는 두께가 얇은 콘크리트 부재로 단면강성을 보강하기 위한, 강선, 프리스트레스트 강선, 철근, 강봉, 강연선을 선택적으로 적용할 수 있고 이것을 묶어 사용할 수 있는 것으로서, 통상적인 콘크리트 프리스트레싱을 위한 강선을 정의하는 것이다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상부에 형성되는 구조물의 하중을 하부구조로 원활하게 전달하기 위한 고정장치(앵커케이지, 도 2 참조)가 매입된 중공부를 포함하며, 프리캐스트 제작시 사전 매입되어 제작된다. 콘크리트 플랫폼 설치 후 육상과 동등한 조건에서 격실 중공부에 고정장치를 설치하는 방법에 비해 수직도 조절은 어렵다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 격실구조의 충실단면과 해저지반에 설치된 지지구조물 상단부와의 연결 시공을 위해 전단연결재가 구비된 강재슬리브와 합성된 연결부를 포함한다. 현장에서 강관 부재와의 연결시 강재 슬리브와 강관부재 사이를 그라우팅재로 충진하여 연결부를 형성한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 플랫폼 격실구조의 중공단면 바닥판에 지지구조물(해저지반에 고정 설치된) 상단부와의 연결 시공을 위해 구비된 연결부 홀을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 플랫폼을 병렬로 다중 배열하기 위해 수평으로 결속하는 장치를 포함한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 해양구조물 콘크리트 플랫폼을 해상에 설치하기 위한 시공방법으로서, 육상 제작장에서 인양고리가 설치된 프리캐스트 콘크리트 플랫폼을 제작하는 단계; 해상 운송후 해저지반에 고정된 하부구조물 상단에 거치하는 단계; 하부 구조물 상단 돌출부 강관과 콘크리트 플랫폼의 연결을 위해 두부 철근을 연장 조립하고 현장타설 콘크리트를 타설하는 단계; 하부구조물 상단 돌출부 강관과 전단연결재가 구비된 콘크리트 플랫폼의 연결을 위해 그라우팅하는 단계; 콘크리트 플랫폼의 중공부 형성을 위한 상부슬래브를 시공하는 단계; 수평이나 수직도를 조정한 앵커 케이지 조립후 콘크리트를 현장타설 하는 단계; 를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 해양구조물의 콘크리트 플랫폼에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 중공부를 포함하는 격실구조로 이루어진 프리캐스트 플랫폼 구조물의 중량은 충실형 콘크리트 플랫폼에 비해 중량이 1/2에서 1/3정도로 크게 작아 해상운송 및 설치가 용이하며 대형 플랫폼의 경우 분절제작이 가능하여 시공성이 우수하다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 앵커케이지(anchor cage) 시공시 수직도 조절 작업을 플랫폼 해상거치 작업 완료 후 생성된 작업공간을 이용하여 실시하므로 육상과 같은 조건에서의 작업을 수행할 수 있어 시공의 정밀도 향상과 품질관리가 용이해지는 효과가 있다.

셋째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 프리스트레스트 콘크리트 구조로 강재구조물에 비해 진동특성이 우수하여 강재 자켓구조와 같은 하부구조물에 진동의 영향을 감소시키는 효과가 있다.

넷째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 자켓 지지구조물에 본 발명을 적용할 경우 강재 플랫폼 또는 트랜지션피스 구조에 비해 내구년한이 증대되고 경제성 및 시공성이 우수하여 자켓과 같은 강관 지지구조물의 활용성을 증대시키는 효과가 있다.

다섯째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 병렬배치와 수평고정 장치를 통해 해양플랜트 구조물의 데크구조나 항만의 잔교 등에소 쉽게 설치할 수 있어 활용범위가 넓다.

도 1은 종래의 자켓형식 지지구조와 강재 플랫폼 개념도
도 2는 앵커케이지의 예시도
도 3은 본 발명에 의한 플랫폼을 도시한 측면도
도 4는 도 3의 A-A선을 따라 절제하여 도시한 평면도
도 5는 도 4의 측면도
도 6은 벽체와 바닥판을 보강하기 위한 긴장재의 정착구 배치도
도 7, 도 8, 도 9 내지 도 10은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 플랫폼의 평면도
도 11 내지 도 12는 본 발명에 따른 중공부 바닥판의 하부구조 연결 홀 설치 예시도
도 13은 본 발명에 따른 충실부의 하부구조 연결부 설치 예시도
도 14는 도 13에 도시된 충실부의 하부구조 연결부 상세도
도 15는 본 발명에 따른 플랫폼의 병렬연결 예시 평면도
도 16은 도 15의 B-B선을 따라 절제하여 도시한 측면도
도 17은 도 15의 A-A선을 따라 절제하여 도시한 측면도
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 시공단계도

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하에서 설명되는 내용과 첨부된 도면은 본 발명에 따른 기술 구성과 그 작용 상태를 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다. 또한, 이하에서 설명되는 본 발명에 있어서의 긴장재(tendon)는 예를 들어 강선, PS강선, 철근, 강봉, 강연선 또는 이것들을 묶은 것으로서, 통상적인 콘크리트 프리스트레싱(prestressing)용 강선을 정의하는 것이다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 해양구조물 콘크리트 플랫폼(100)은 도시되어 있지 않은 해양구조물의 상부구조(예를 들면 해상풍력발전용 낫셀과 블레이드 및 타워)와 콘크리트 하부 지지구조물의 합성체를 구성하기 위해, 콘크리트로 이루어진 벽체(110), 바닥판(120), 긴장재(160)와 상부구조물(600) 연결을 위한 축공(170)을 포함하여 구성된다.

도 3 내지 도 4를 참조하면 플랫폼은 운송 및 거치시 시공성 확보와 중량 감소를 위해 중공부(140)를 형성시키기 위한 격실구조를 구비하며, 격실구조를 형성하는 콘크리트 벽체와 콘크리트 바닥판은 플랫폼의 중량저감을 위해 부재 두께가 얇게 구성되며, 이를 보강하기 위한 긴장재(160)을 포함한다.

도 5를 참조하면 플랫폼의 중공부 상단은 플랫폼 작업공간 활용을 위해 플랫폼 거치 후 덮개구조물(130)을 설치한다. 하부 지지구조물의 상단 돌출부와 연결되는 격실은 플랫품이 거치되고 상하부 구조물의 연결 및 보강재 배치작업이 완료된 후 콘크리트를 현장타설하여 충실단면을 형성한다.

도 4 내지 도 6을 참조하면 긴장재는 벽체와 바닥판에 배치되며 긴장재(160)의 하나 이상의 끝단은 인장용 정착구(161)를 포함하여 구성된다.

도 7, 도 8, 도 9 내지 도 10은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 플랫폼의 개략적인 평면도로 본 발명은 사각형 외에도 원형과 같이 다른 형태의 단면에도 적용이 가능하다.

도 11 내지 도 12는 중공부 바닥판(120)에 설치되는 하부구조물 연결홈(200)의 각각 다른 설치 예이다.

도 13 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충실부의 하부구조 연결부(300)이며, 콘크리트를 보강하기 위한 강재슬리브(310)와 강재슬리브에 연결되어 콘크리트와의 합성역할을 하는 스터드 형태의 전단연결재(320)를 포함한다. 하부구조 상부 돌출 부재(400) 외면에는 그라우팅제(330)와의 부착력을 증가시키기 위한 원형 띠 형태의 전단연결재(410)를 포함할 수 있다.

도 15, 도 16 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플랫폼의 병렬연결의 예시이며, 도 16에 따르면 플랫폼 연결을 위해 횡방향 연결장치(500)가 이용된다. 이때 횡방향 연결장치로 강선, 강봉을 사용한다. 또한, 수직 및 수평의 안전성을 확보하기 위해 요철형태의 전단연결구조(510)를 포함할 수 있다.

도 18을 참조하면 본 발명을 실시하기 위한 시공의 한 예로 다음의 시공단계를 포함한다.

단계 1 : 육상 제작장에서 프리캐스트 제작(인양고리 설치)

단계 2 : 해상운송 후 해저면에 고정된 하부 지지구조물(예를들어 자켓)의 상단에 거치

단계 3 : 하부구조물 상단 돌출부 강관과 콘크리트 플랫폼의 연결을 위해 두부 철근을 연장, 조립하고 현장타설 콘크리트를 타설하거나 하부구조물 상단 돌출부 강관과의 전단연결재가 구비된 콘크리트 플랫폼의 연결을 위해 그라우팅 실시

단계 4 : 콘크리트 플랫폼의 중공부 형성을 위한 상부슬래브 시공

단계 5 : 수평이나 수직도를 조정한 앵커케이지 조립 후 콘크리트 현장타설

100 : 플랫폼
110 : 플랫폼을 구성하는 벽체
120 : 플랫폼을 구성하는 바닥판
130 : 플랫폼을 구성하는 중공부 덮개
140 : 플랫폼을 구성하는 중공부
150 : 플랫폼을 구성하는 충실부
160 : 긴장재
161 : 긴장재 정착구
170 : 상부구조물 연결을 위한 축공
180 : 앵커 케이지
200 : 중공부 바닥판에 설치되는 하부구조 연결 홈
300 : 충실부의 하부구조 연결부
310 : 콘크리트 연결부 보강을 위한 강재 슬리브
320 : 돌출된 스터드(전단연결재)
330 : 그라우팅재
400 : 하부 지지구조의 연결 돌출부
410 : 원형 띠(비즈) 형태의 전단연결재
500 : 횡방향 연결장치
510 : 요철 형태의 전단연결 구조
600 : 상부구조물

Claims (6)

1. 해양구조물 하부지지구조의 최상단에 설치되어 상부구조물 설치를 위한 작업공간을 확보하고 상부구조와의 연결을 통해 상부하중을 지지하는 구조물에 있어서,
   자중 저감을 위한 격실 중공부와;
   격실구조의 중공부 형성과 작업공간 확보를 위한 덮개구조물;
   및 상부구조물 고정장치를 설치하기 위한 축공;
   격실구조를 형성하는 바닥판과 벽체를 보강하기 위해 긴장재를 도입한 프리스트레스트 콘크리트 구조체; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양구조물 콘크리트 플랫폼
2. 제1항에 있어서,
   상부에 형성되는 구조물의 하중을 하부구조로 원활하게 전달하기 위한 고정장치(앵커케이지)가 매입된 중공부를 포함하는 프리캐스트 해양구조물 콘크리트 플랫폼
3. 제1항에 있어서,
   상기 격실구조의 충실단면과 해저지반에 설치된 지지구조물 상단부와의 연결 시공을 위해 전단연결재가 구비된 강재슬리브와 합성되는 연결부를 포함하는 해양구조물 콘크리트 플랫폼
4. 제1항에 있어서,
   상기 플랫폼 격실구조의 중공단면 바닥판에 있어서, 해저지반에 고정된 지지구조물 상단부와의 연결 시공을 위해 구비된 연결부 홀을 포함하는 해양구조물 콘크리트 플랫폼
5. 제1항에 있어서,
   상기 플랫폼을 병렬로 다중 배열하기 위해 수평으로 결속하는 장치를 포함하는 해양구조물 콘크리트 플랫폼
6. 프리스트레스트 콘크리트 부재를 이용하여 제작되는 해양구조물 플랫폼을 해상에 설치하기 위한 시공방법으로서,
   육상 제작장에서 인양고리가 설치된 프리캐스트 콘크리트 플랫폼을 제작하는 단계;
   해상 운송 수 해저지반에 고정된 하부구조물 상단에 거치하는 단계;
   하부구조물 상단 돌출부 강관과 콘크리트 플랫폼의 연결을 위해 두부 철근을 연장 및 조립하고 현장타설 콘크리트를 타설하는 단계;
   하부구조물 상단 돌출부 강관과 전단연결재가 구비된 콘크리트 플랫폼의 연결을 위해 그라우팅하는 단계;
   콘크리트 플랫폼의 중공부 형성을 위한 상부슬래브를 시공하는 단계;
   수평이나 수직도를 조정한 앵커 케이지 조립 후 콘크리트를 현장타설하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 콘크리트 플랫폼 설치 방법

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