WO2013100441A1 - 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법 - Google Patents

강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법 Download PDF

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steel pipe
foundation
pipe pile
wind power
offshore wind
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이성로
김우종
조경식
강신오
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목포대학교산학협력단
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    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
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    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0039—Methods for placing the offshore structure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0039—Methods for placing the offshore structure
    • E02B2017/0047—Methods for placing the offshore structure using a barge
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an offshore wind power structure and a construction method thereof, and more particularly, to a precast segment on an inclined steel pipe pile foundation when the offshore wind power structure is installed on the sea.
  • the present invention relates to a marine wind power structure using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure, which is constructed by connecting a foundation type connection part and a tower, and a construction method thereof.
  • a wind turbine generating power using wind is installed to install a propeller (or blade) on the rotating shaft of the generator, it is configured to generate power by using the rotational force generated as the propeller rotates by the wind.
  • Such a wind generator is a device for converting wind energy into electric energy, and is generally composed of a propeller, a transmission, and a generator, and makes the propeller of the wind generator, and generates electricity by the rotational force of the propeller.
  • the propeller is a device that is rotated by the wind to convert the wind energy into mechanical energy, the transmission is transmitted to the transmission gear through the central rotation axis, the transmission power generated by the propeller, the generator by raising the required number of revolutions in the generator
  • the generator is a device that converts the mechanical energy generated from the propeller into electrical energy.
  • offshore wind turbines are largely divided into turbines and foundations. At this time, the turbines basically apply the same technology as onshore wind turbines.
  • the lifespan of these offshore wind farm structures is about 20 years, and wind turbines of more than 3 ⁇ 5 dL, which are larger than onshore, are applied.
  • Each of these offshore wind farms The components are designed and coated to prevent corrosion damage from salt. Foundation can be explained by dividing into four representative types.
  • the concrete caisson type was used in the early offshore wind farms because it was easy to manufacture and install. It can be used at relatively shallow depths of 6 to 10m and maintains its position due to friction between its own weight and the sea floor. At this time, the foundation diameter of the concrete caisson type is 12 ⁇ 15m.
  • the mono-pile type is the most basic offshore wind farm currently used and can be installed at depths of 25 to 30 meters. It has been applied to Horns Rev, North Hoyle offshore wind farm, etc., and it is a large unit complex by driving or drilling (Dri 1 Hng) a large diameter pile on the sea floor. When used in the economy is good. At this time, the basic diameter of the monopile type is 3 ⁇ 3.5m.
  • -Jacket type is a type that is showing much interest in the offshore wind farm holding country and is being demonstrated. It can be installed at depth of 20 ⁇ 80m.
  • Floating type is an essential task for future deep sea wind power generation, and many wind companies are working to install it at a depth of 40 ⁇ 900m.
  • the wind turbine facility is a system configured to convert the kinetic energy of the wind into electrical energy, can be divided into onshore (offshore) and offshore (offshore) according to the installed environmental conditions.
  • there are methods for installing such piles or piles such as drive type, hydraulic pressure type, and suction type. In order to install large diameter piles or piles, it is necessary to install vertical piles well.
  • the type of the wind turbine tower is a mono pile type, jacket type, branch support type, etc. Recently, in the case of large wind turbines, mono pile type towers, especially steel hollow mono pile towers, are frequently used. All. At this time, the joint is formed for transferring the load on the steel hollow tower to the ground foundation. These joints can be divided into anchor bolts and anchor ring types.
  • FIG. 1 is a view showing the offshore wind power structure having a monopile foundation and steel tower according to the prior art.
  • the offshore wind power structure having a monopile foundation and a steel tower is largely composed of a foundation and a support structure.
  • the tower 10 Nacelle 20, blade 30, monopile 40, and transition piece 50.
  • the nacelle 20 installed on the top of the tower 10 includes a pitch system, a hub, a main shaft, a gear box, a high speed shaft, a generator, and the like. Yaw system is provided.
  • the thickness of the steel pipe in the tower 10 is made of a steel pipe having a diameter of 25 ⁇ 40mm, as shown in the cross-section of the A-A line.
  • These steel towers 10 are manufactured and constructed by the wind turbine manufacturer collectively, the small weight is advantageous to earthquakes, but the rigidity is disadvantageous for buckling.
  • such a steel tower 10 has a disadvantage in that durability is poor in a poor marine environment, vulnerable to fatigue due to the internal gusset connection, the need for field coating repainting and welding inspection.
  • the offshore wind power structure having the monopile foundation and the steel tower according to the prior art uses a steel tower, which is vulnerable to fatigue and inferior in durability, and thus has a durability of, for example, 20 years.
  • life cycle costs there is a problem that the economy is low.
  • a lightweight steel prefabricated structure structure there is a problem that a large-scale manufacturing site is required, and the installation type foundation that is difficult to reflect various ground conditions is applied.
  • Another technical problem to be achieved by the present invention by applying a concrete tower excellent in fatigue resistance and excellent durability, by easily replacing Naselle (Nacelle) It is to provide an offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure that can be recycled, and a construction method thereof.
  • Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure and its construction method by applying a steel pipe pile foundation, which can be applied in any soil conditions without the need for a manufacturing site. It is for
  • Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide an offshore wind power structure and a construction method using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure that can be easily connected to the steel pipe pile and the foundation connection portion in a diagonal direction using a guide band.
  • the work is carried out in the field steel pipe pile fixed to the bottom support layer; Precast fabricated and transported to be connected to the upper portion of the steel pipe malcook, concrete expansion base; Tower base installed in the center of the upper base; A steel pipe pile foundation connected to the bottom of the expanded foundation; And a work hole formed to penetrate the enlarged foundation so as to communicate with the inside of the steel pipe pile foundation.
  • the precast segment of the tower is characterized in that it is pre-fabricated and transported in the manufacturing site so that it can be accurately connected in a match cast (Match cast) method.
  • the uppermost segment of the precast segment of the tower may be bolted to be dismountable when the nacelle portion needs to be replaced.
  • the foundation connecting portion is manufactured according to the pre-measured data, the base connecting portion and the steel pipe pile is welded, the base connecting portion and the tower is characterized in that the connection using a steel bar and strand wire. .
  • the steel pipe pile is a triangular support inclined steel pipe pile base, characterized in that the perforated fixed to the seabed support layer.
  • the fallopian tube type error correction guide band is a bipartite guide band or a quadrant guide band, characterized in that it serves as a welding patch plate during welding.
  • the fallopian tube type error correction guide band is characterized in that when the weld of the steel pipe pile and the foundation connection is left dismantled.
  • the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and the prefabricated structure according to the present invention may further include a guide frame for guiding the steel pipe pile to be accurately fixed to the support layer.
  • Fallopian tube error correction guide band installed to cover the lower part of the; And it provides a offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and prefabricated structure comprising a temporary fastening device formed on the connection end of the fallopian tube type error correction guide band to fix and dismantle the fallopian tube type error correction guide band,
  • the fallopian tube type error correction guide band is a bipartite guide band or a quadrant guide band, and is characterized in that it serves as a welding pad when welding work.
  • the fallopian tube type error correction guide band is characterized in that when the welding of the steel pipe pile and the foundation connection is left dismantled.
  • the foundation connector is manufactured according to pre-measured data, and the foundation connector and the steel pipe pile are welded, and the foundation connector and the tower are connected using steel bars and strands. .
  • step c) when the steel pipe pile is entered into the support layer, the steel pipe pile is assembled to the guide frame by welding the upper end of the guide frame and the steel pipe pile,
  • the foundation connector is precast manufactured and transported is connected to the upper steel pipe pile, concrete expansion foundation; A tower foundation installed at the center of the upper surface of the expanded foundation; A steel pipe pile foundation connected to the bottom of the expanded atmospheric grass; And a work hole formed to penetrate the enlarged foundation so as to communicate with the inside of the steel pipe malcook foundation; and including a steel pipe malcook connector for precisely connecting the steel pipe pile and the foundation connecting portion in an inclined direction.
  • the steel pipe pile connecting device is a bugle pipe type error correction guide installed to surround the lower portion of the steel pipe pile foundation of the base connecting portion so that the steel pipe pile is guided to the lower position of the base connecting portion; And a temporary fastening device formed at a connection end of the bugle tubular error correction guide band to fix and dismantle the bugle tubular error correction guide band.
  • the steel pipe pile of step C) is characterized in that the triangular support inclined pile.
  • the upper end of the guide frame made of three stages and the steel pipe pile by welding, and then transport the steel pipe pile and the guide frame at once to the foundation connecting portion It is characterized by being assembled.
  • the base connection of step d) is the upper pile and the lower pile assembled in the foundation connecting portion is welded connection, the upper portion of the base connection and the tower is characterized in that connected using a steel bar and a stranded wire.
  • each precast segment of step f) is characterized in that it is pre-fabricated and transported in the manufacturing site so that it can be accurately connected in a match cast (Match cast) method.
  • each precast segment of step f) is connected by a steel rod during construction, and when the tower is completed, the entire tower structure is tensioned with a strand.
  • using the guide band and the temporary fastening device can be easily connected to the steel pipe pile and the base connection in the oblique direction.
  • FIG. 1 is a view showing the offshore wind power structure having a monopile foundation and steel tower according to the prior art.
  • Figure 2 is a side view of the offshore wind power structure having a steel pipe pile and a pre-fab structure according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a front view of the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged view showing the steel pipe pile and the foundation connection in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a view for explaining the connection of the steel pipe pile and the foundation connection in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a plan view of the foundation connection in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line D-D shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a view showing the first to third connections in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • 9A to 9F are views sequentially illustrating a construction method of an offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a view showing the first to fifth segments in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view specifically showing a first connection in the offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view specifically showing a second connection in the offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a vertical cross-sectional view taken along the F-F line shown in FIG.
  • 15 is a view showing a case in which the steel pipe pile and the foundation connection in the field welding in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and the prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a view showing connecting the steel pipe pile and the foundation connection using a trumpet-type error correction guide band in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and the prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a case where the fallopian error correction guide band shown in FIG. 16 is divided into two or four portions.
  • 18 is a view showing the connection of the steel pipe pile and the foundation connection using the trumpet-type error correction guide band and the temporary fastening device in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and the assembled structure according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a view illustrating the reinforcement of the tower in the offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • 20A to 20C are diagrams sequentially illustrating a method of connecting offshore wind power structures using steel pipe pile foundations and prefabricated structures according to embodiments of the present invention.
  • first connection part (nacelle connection part)
  • guide band (bug tube type error correction guide band)
  • the work is performed on-site steel pipe pile fixed to the seabed support layer; Precast is produced and transported to be connected to the upper portion of the steel pipe malcook, concrete expansion foundation; Tower base installed in the center of the upper base; A steel pipe pile foundation connected to the bottom of the expanded foundation; And a work hole formed to penetrate the enlarged foundation so as to communicate with the inside of the steel pipe pile foundation.
  • the offshore wind power structure having a steel pipe pile and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention applies a prefabricated structure using a high durability material. That is, the steel pipe pile and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention Offshore wind power structure provided is made of a steel pipe pile foundation of the pre-fab structure of high-strength concrete + prefab pilecab (Pilecab) structure, will be described in detail with reference to Figs.
  • FIG. 2 is a side view of an offshore wind turbine structure having a steel pipe pile and a pre-fab structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an offshore wind turbine using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention. Front view of the structure.
  • the offshore wind power structure having a steel pipe pile and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention
  • the offshore wind power structure is installed nacelle and blades for wind power generation, Tower (Tower: 110), tower precast segment (110a ⁇ 110d), nacelle (120), blade (130), steel pipe pile (140), foundation piece (150), eyepiece and inspection facility (160) , Guide frame (170) and steel pipe pile connector (180).
  • the wind turbine system implemented as an offshore wind power structure having a steel pipe pile and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention may be applied to a 5MW class.
  • the tower 110 is a concrete tower having a high strength, for example, 70 MPa, which is precast manufactured and transported at the manufacturing site by the respective precast segments 110a-110d.
  • the tower 110 may include a cable, a staircase, or an elevator installed therein.
  • the total height of the tower 110 may be 81.5m
  • the height of the precast segments 110a to 110d may be 20m, but is not limited thereto.
  • the tower 110 is a high-strength concrete tower, not steel, the thickness of the concrete is preferably 350mm or less.
  • the precast segments 110a to 110d of the tower 10 are made of concrete having a thickness of 350 mm or less, and are pre-fabricated and manufactured at the manufacturing site so that they can be accurately connected in a match cast method. .
  • the nacelle unit 120 is installed on the top of the tower 110, and is fastened to the tower 110 by using a bolt or the like to enable the tower 110 and the foundation to be recycled. When replacement is needed, it can be easily dismantled.
  • the nacelle unit 120 may include a pitch system, a hub, a main shaft, a gear box, a high speed shaft, a generator, and a yaw system. Can be.
  • the blade 130 rotates against the wind and is connected to the nasal portion 120 through the rotor hub.
  • the radius of rotation of the blade 130 may be 63m, but is not limited thereto.
  • Steel pipe pile 140 is a triangular support inclined steel pipe pile, the base is fixed to the ground support layer. At this time, the steel pipe pile 140 is carried out in the field is fixed to the bottom support layer.
  • the base connection part 150 is connected to the lower portion of the steel pipe pile 140, the upper portion is connected to the tower 110.
  • the foundation connection part 150 is made of high-strength concrete precast, for example, may be installed at 15m above the water surface 410, but is not limited thereto.
  • the height of the foundation connector 150 may be 5m, but is not limited thereto.
  • the foundation connector 150 is manufactured according to pre-measured data, the foundation connector 150 and the steel pipe pile 140 is welded, the foundation connector 150 and the tower ( 110 is connected using steel rods and strands.
  • the tower 110 may be the first to fourth segments 110a and 110d, and the basic connection part 150 may be the fifth segment, and the first to third connection parts 210, 220, and 230 may be formed.
  • the uppermost segment of the precast segment of the tower may be bolted to be dismountable when the nacelle portion 120 needs to be replaced. Detailed description of the first to third connection portions 210, 220, and 230 will be described later.
  • the eyepiece and inspection facility 160 is installed on the side of the steel pipe pile 140 and the foundation connection portion 150.
  • the guide frame 170 is manufactured in three stages, and is installed before driving the steel pipe pile 140 to serve as a guide for fixing the steel pipe malcook 140 to the support layer 410 which is a ground.
  • the offshore wind power structure having a steel pipe pile and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention includes a precast concrete tower 110, and the concrete thickness of the tower 110 is 350 ⁇ so that its rigidity is large and buckled. It is advantageous to For example, the offshore wind power structure having a steel pipe pile and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention includes a concrete tower 110 having excellent durability and fatigue resistance, and may apply a maximum strength of 70 MPa.
  • Steel pipe pile connection device 180 is to connect the steel pipe pile 140 and the basic connection portion 150 in the inclined direction accurately.
  • the steel pipe pile connection device 180 is a trumpet tube type installed to surround the lower portion of the steel pipe pile foundation 153 of the foundation connection portion 150 so that the steel pipe mal cook 140 is guided to the lower portion of the foundation connection portion 150 Error correction guide band 181; And a fallopian tube type error to fix and dismantle the fallopian tube type error correction guide band. And a temporary fastening device 182 formed at a connection end of the correction guide band 181.
  • a work hole is formed in the foundation connecting portion 150 so that an operator can enter into the steel pipe pile 140 It is.
  • the offshore wind power structure having a steel pipe pile and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention includes a precast concrete tower 110, and because the concrete thickness of the tower 110 is 350 mm, the rigidity thereof is large. It is advantageous.
  • the offshore wind power structure having a steel pipe pile and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention includes a concrete tower 110 having excellent durability and fatigue resistance, and may apply a maximum strength of 70 MPa.
  • This precast concrete tower 110 may be required to connect the epoxy construction and steel rods, as described below.
  • Figure 4 is an enlarged view showing the steel pipe pile and the foundation connection in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is for explaining the connection of the steel pipe pile and the foundation connection Drawing.
  • the steel pipe pile 140 is a triangular support inclined steel pipe pile
  • the inclination angle of the pile is preferably 13 degrees.
  • the diameter of the pile may be 2.5m and the pile thickness may be 30-44.
  • the steel pipe pile 140 is coated with a regenerative anode method and a taping method to prevent corrosion. Accordingly, when using the steel pipe pile 140, the production site and large conveying equipment is unnecessary, and can be installed regardless of the ground conditions.
  • the foundation connecting portion 150 is constructed by minimizing the temporary equipment, but for the connection of the steel pipe pile 140 and the foundation connecting portion 150 requires precise construction of the connecting portion, in the embodiment of the present invention after the foundation construction By transporting and assembling the upper end of the steel pipe pile 140 and the guide frame 170 integrally, it is possible to correct the hypothesis error during fabrication of precast segments in the fabrication site.
  • the steel pipe pile 140 and the foundation connection portion 150 is a complex type of a tripod and a triangle, and triangular support may improve stability.
  • the stability of the horizontal force is excellent by applying the inclined pile 140.
  • the load transmission system is ensured, the self-weight can be minimized by a triangle, and the inspection passage of 1.0m or more can be secured.
  • the steel pipe pile 140 and the base connecting portion 150 may be precisely connected to each other through a steel pipe pile connecting device 180, for the connection of the steel pipe pile 140 and the base connecting portion 150 It will be described later.
  • the steel pipe pile connecting device 180 is to connect the steel pipe pile 140 and the base connecting portion 150 in an inclined direction by using a guide band and the temporary fastening device.
  • the fallopian tube type error correction guide band is divided into two guide bands Or a quadruple guide band, which serves as a welding pad when welding, and dismantles when welding of the steel pipe pile and the foundation connection is completed.
  • a work hole is formed in the foundation connecting portion 150 so that an operator can enter into the steel pipe pile 140 It is.
  • Figure 6 is a plan view of the foundation connection in the offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and assembled structure according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a cross-sectional view of the D-D line shown in FIG.
  • the foundation connecting portion 150 is an enlarged foundation 151, a tower foundation 152, and a steel pipe pile foundation.
  • 153 and a working hole 154 as a precast manufactured and transported is connected to the steel pipe pile 140, the concrete expansion foundation 151;
  • a tower foundation 152 installed at the center of the upper surface of the expansion foundation 151;
  • Steel pipe pile foundation 153 connected to the bottom of the expansion foundation 151;
  • the foundation connector 150 is precast.
  • the steel pipe pile foundation 153 is used together with the name of the above pile in the present specification.
  • an inspection space is formed in the enlarged base 151.
  • the work hole 154 is, as shown in Figure 7, the upper pile 153 and the steel pipe pile 140 of the upper connecting portion 150 formed on the upper portion of the foundation connecting portion 150 After the pile is connected, it provides a worker with a moving passage that can be welded inside the steel pipe pile 140, and after the welding is completed, the work hole 154 may be closed by a lid (not shown).
  • Figure 8 is a view showing the first to third connections in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • the first connection portion is a nasal connection portion formed on the upper portion of the first segment (110a)
  • the second connection portion is It is a tower segment connecting portion formed on the lower portion of one segment (110a), and the upper and lower portions of the second to fourth segments (110b to 110d), and the upper portion of the foundation connecting portion (150).
  • the third connection portion is a steel pipe pile connection portion formed in the lower portion of the base connection portion 150.
  • Figures 9a to 9f are views showing the construction method of the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • the offshore wind power structure will be constructed using Vibro hammer (350) and guide frame for driving the steel pipe pile.
  • the jack-up pants 310 mounted with the lifting crane 320 are lifted and installed at the fabrication site.
  • the lifting crane 310 is because the lifting height of the nacelle and blade reaches about 100m to manufacture the crane mounting vane 330 to maximize the efficiency of the lifting crane to mount the lifting crane 320 thereon.
  • the guide frame 170 made in three stages for the construction of the steel pipe mal-cook is prepared in advance in the manufacturing site of the land and transported to transport pants 340 is installed.
  • the guide frame 170 is precisely manufactured to minimize the manufacturing error in consideration of the characteristics of the inclined pile.
  • the steel pipe pile 140 is mounted on the pre-installed guide frame 170, and driven by the vibration hammer 350 to be constructed to the support layer 410.
  • the head is cut and transported collectively to the production site.
  • FIG. 9 (1, after the precast foundation connection part 150 manufactured at the manufacturing site is carried using the carrying pants 340, the basic connection part (using the lifting crane 320) 150 is constructed on the steel pipe pile 140.
  • the base connecting portion 150 is manufactured according to pre-measured data, and the third connecting portion under the base connecting portion 150, that is, the base connecting portion
  • the connection between the 150 and the steel pipe pile 140 is welded, and also, the connection between the crab 2 on the upper portion of the foundation connecting portion 150, that is, the connection between the foundation connecting portion 150 and the tower 110 is a steel bar and a stranded wire. Can be connected using.
  • the eyepiece and inspection facility 160 is pre-installed in order to bring in the number of personnel and the amount of work for the tower 110 connection work, and the eyepiece and inspection facility 160 is later installed. It can still be used as a facility for maintenance.
  • This eyepiece and inspection facility 160 is an offshore structure using aluminum members to ensure durability. It is preferable to use.
  • the tower 110 is constructed by stacking a plurality of precast segments (110a ⁇ 110d) made of 20m each in consideration of the lifting weight.
  • each precast segment (110a ⁇ 110d) is manufactured so that it can be accurately connected in a match cast (Match cast) method.
  • Each precast segment (110a ⁇ 110d) is connected by a steel rod 113 at the time of construction, and finally, when the tower 110 is completed, by tensioning the entire tower 110 structure to the strand (111), stability Secured.
  • the offshore wind power structure is completed.
  • Figure 10 is a view showing the first to fifth segments in the offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and the prefabricated structure according to the embodiment of the present invention is composed of five precast segments (110a ⁇ 110d and 150), that is, in the embodiment of the present invention
  • the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and the prefabricated structure is segmented into four tower precast segments 110a-110d and one foundation connection 150.
  • each segment is divided into 350 tons or less so that the same equipment can be applied in consideration of the nasal 120 weight of about 350 tons.
  • the first segment 110a is a tower precast segment connected to the nacelle 120 and may be manufactured, for example, at a height of 20 m.
  • the second to fourth segments 110b to 110d are tower precast segments that are sequentially stacked from the top of the base connecting portion 150, as shown in b) of FIG. Made to be tall.
  • the upper end of the first segment (110a) has a different shape from the second to fourth segments (110b ⁇ 110d) to be connected to the nasal on the upper portion.
  • the fifth segment 150 may be fabricated as, for example, 5 m, and the foundation connector 150 may be an enlarged foundation 151.
  • Figure 11 is a plan view showing in detail the first connection in the offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention
  • Figure 12 11 is a vertical sectional view taken along the EE line shown in FIG.
  • the first connection portion is formed as a structure capable of replacing the nacelle 120 in the future. That is, in the future, as the power generation capacity increases, it is formed to recycle the steel pipe pile foundation 140 as well as the tower 110 even if a necessity to replace the development of the manufacturing technology of the nacelle 120 occurs.
  • the above-described existing steel tower is replaced with a concrete tower 110 having excellent fatigue and durability, and a first connection part is formed with a structure capable of replacing and connecting nasal.
  • the upper surface of the first segment 110a having the strand wire 111 inserted therein in the first connection portion is provided.
  • 22 yaw bearing connecting plate 192 is formed on the side, and as shown by the reference numeral A as shown in FIG. 12, under the yaw bearing 191 formed on the lower outer surface of the nacelle 120, By applying a structure that can fasten the tower 110 and the nasal 120 by a bolt or the like, the nacelle 120 can be replaced without replacing the tower 110.
  • Figure 13 is a plan view showing a second connection in detail in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and the prefabricated structure according to an embodiment of the present invention
  • Figure 14 is a vertical cut line FF line shown in FIG. It is a cross section.
  • the second connection portion is formed on the upper and lower portions of the second to fourth segments 110b, 110c, and llOd, and the foundation connector 150. It is formed on the upper side and has a structure connected to each other by the strand 111 and the steel rod 113.
  • the second connection part is a connection part of a high-strength prestress concrete (PSC) structure, and a strand wire 111 and a steel bar 113 are introduced, and the steel bar 113 is formed of a tower.
  • PSC high-strength prestress concrete
  • the prefabricated concrete segment tower (110b, 110c, llOd) is carried to the conveying pants, the steel rods 113 are fastened first to complete the tower, and then, the entire tower 110 with the strands 111 once The tension of the tower 110 can be ensured. Accordingly, cracking of the offshore structure occurs by suppressing cracking of the tower 110. In addition, since the tower 110 has a PSC structure, the amount of rebar can be minimized, and fabrication and construction are very easy.
  • Figure 15 is a view showing a case in which the steel pipe pile and the foundation connection site welded in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • a third connection portion is formed at the bottom of the foundation connection portion 150 to connect the foundation connection portion 150 and the steel pipe pile 140.
  • FIG. 15 illustrates that the steel pipe pile connection device 180 is welded to the individual steel pipes in the field, wherein the foundation connection part 150 is manufactured by precasting, thereby expanding the concrete foundation 151 of the foundation connection part 150. Since it has a three-dimensional structure by integrating the steel pipe pile 140, and must be precise construction by on-site surveying. However, as shown in FIG. 15, when welding using the stopper 184 and the bearing 185, the steel pipe pile foundation 153 formed on the lower portion of the foundation connecting portion 150, that is, the upper pile and the steel pipe pile The lower pile (140) is difficult to be installed in the correct position due to the manufacturing error, and also the welding quality defect occurs because the welding root spacing is not constant at the third connection even if the connection position is matched. As a result, the safety of the structure may be adversely affected.
  • the steel pipe pile connection device 180 at the base section 3 instead of the above-described field welded bugle-shaped error correction guide band 181 to be described later
  • the welded connection structure will be applied.
  • FIG. 16 is a view showing the connection between the steel pipe pile and the foundation connection using the trumpet-type error correction guide band in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and the prefabricated structure according to an embodiment of the present invention
  • Figure 17 is in FIG.
  • the illustrated fallopian tube error correction guide band is a diagram illustrating a case where it is divided into two or four parts.
  • a trumpet-type error correction guide band 181 is used as the steel pipe pile connecting device 180.
  • the fallopian tube type error correction guide band 181 induces the lower pile 140 and the upper pile 153 to be connected to the correct position by correcting the manufacturing error generated during the construction of the pile manufactured at the manufacturing site. do .
  • the fallopian tube type error correction guide van Rod 181 is to perform the work of 3 ⁇ 4 ⁇ 3 ⁇ 43 ⁇ 43 ⁇ 4 to perform a welding operation inside the steel pipe pile (140).
  • the fallopian tube type error correction guide band 181 is temporarily fastened by the temporary fastening device 182, as shown by the reference numeral B, after the welding is completed, the temporary fastening device 182 is dismantled do.
  • the fallopian error correction guide band 181 may be formed as a bipartite 181a or a quadruple guide band 181 as shown in FIG. 17, but is not limited thereto.
  • Figure 18 is a view showing the connection of the steel pipe pile and the foundation connection using the trumpet-type error correction guide band and temporary fastening device in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18A shows the offshore wind power structure using a steel pipe pile foundation and a prefabricated structure according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 18a, using a bugle-shaped error correction guide band 181 and the temporary fastening device 182
  • the steel pipe pile 140 and the foundation connecting portion 150 that is, when welding the upper pile of the steel pipe pile foundation 153 of the foundation connecting portion 150 and the lower pile of the steel pipe pile 140
  • the steel pipe pile Trumpet-shaped error to act as a guide member opened to the lower end of the foundation 153 to the steel pipe pile foundation 153 to easily access the connection portion of the steel pipe pile foundation 153
  • the calibration guide band 181 is disposed and temporarily tightened through the temporary fastening device 182.
  • FIG. 18B shows the region C of FIG.
  • FIG. 18C shows the temporary fastening device 182 after correcting the position by the fallopian error correction guide band 181.
  • Figure 19 is a view illustrating the reinforcement of the tower in the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention.
  • the first to fourth segments 110a to 110d are first fastened to the steel rods 113 through the preformed sheath tube, and then, when the tower 110 is finally completed, the sheath preformed the entire tower 110 structure.
  • the tube is tensioned with the strand (111).
  • Figure 20a to 20c is a view showing a method of connecting the offshore wind power structure using the steel pipe pile foundation and prefabricated structure according to an embodiment of the present invention, respectively admit.
  • the steel pipe pile 140 is constructed using the guide frame 170. That is, arranging the head of the steel pipe pile 140 constructed in the field, and precisely surveyed to connect the upper pile 153 to the enlarged foundation 151 in the manufacturing site.
  • precast segment fabrication of the foundation connecting portion 150 including the steel pipe pile foundation 153, which is a buried foundation, and manufacturing and installing the fallopian tube type error correction guide band 181 In this case, the temporary fastening device 182 temporarily fixes the fallopian tube type error correction guide band 181 to weld.
  • the guide band 181 and the temporary fastening device 182 are welded inside the steel pipe pile 140 to connect the foundation connecting portion 150 and the steel pipe pile 140, which are five segments. ) Is dismantled after welding is completed.
  • a welding work bench is installed in the steel pipe pile 140, and a base connecting portion 150 segment, which is transported to the carrying pants 340, is installed, and thereafter, a work hole 154 formed on the basic connecting portion 150.
  • a base connecting portion 150 segment which is transported to the carrying pants 340, is installed, and thereafter, a work hole 154 formed on the basic connecting portion 150.
  • the temporary fastening device 182 is released to disassemble the fallopian tube type error correction guide band 181 and finally, the lid is installed to close the work hole 154, thereby completing the connection to the third connection part. do.

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Abstract

고강도 콘크리트의 조립식 구조물 구조를 적용함으로써 시공 기간을 단축시키고， 현장 작업을 최소화할 수 있고, 피로 저항성이 우수하고， 내구성이 우수한 콘크리트 타워를 적용함으로써， 나셀 (Nacelle)을 용이하게 교체하여 재활용(Recycling)할 수 있으며， 강관말뚝 기초를 적용함으로써 제작장이 필요 없고 어떤 지반 조건에서도 적용할 수 있는, 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법이 제공된다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
강관말뚝 기초와조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법 【기술분야】
본 발명은 해상풍력 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 구체적으 로ᅳ 풍력 구조물을 해상에 시공할 때, 경사형 강관말뚝 (Inclined Steel Pipe Pile) 기초 (Foundation) 상에 프리캐스트 세그먼트 (Precast Segment ) 형식의 기초 연결부 및 타워를 연결하여 시공하는， 강관말뚝 기초와 조립식 구조물 (Prefabricated Structure)을사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
【배경기술】
일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 프로펠러 (또는 블레이드)를 설치하여， 바람에 의해 프로펠러가 회전함에 따라 발생 되는 회전력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성된다.
이러한 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 통 상적으로 프로펠러， 변속장치 및 발전기로 구성되며， 풍력발전기의 프로펠러를 희 전시키고, 이때 발생한프로펠러의 회전력으로 전기를 생산한다.
여기서， 프로펠러는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이고， 변속장치는 프로펠러에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통 해서 변속기어에 전달되고， 발전기에서 요구되는 회전수로 높임으로써 발전기를 회 전시키는 장치이고, 발전기는 프로펠러에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지 로 변환하는 장치이다.
이러한 풍력발전 시스템은 구조나 설치 등이 간단하여 운영 및 관리가 용이 하고 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하 고 있는 실정이다. 과거에는 풍력발전 구조물들이 주로 육상에서 이루어졌으나， 풍력 자원량， 미관， 장소의 제약 등의 문제로 인해 최근에는 해상에 대규모의 풍력 단지를 건설하는 추세이다. 그러나 해상에 안전하게 풍력발전 구조물을 건설하기 위해서 높은 위치에 설치될 블레이드 및 타워 구조물에 대한 안전한 설치 공법이 요구되고 있다.
한편， 해상풍력발전 구조물은 크게 터빈 (Turbine)과 기초 (Foundation)로 구 분되며， 이때， 터빈은 기본적으로 육상용 풍력발전 터빈과 동일한 기술을 적용한 다. 이러한 해상풍력발전 구조물의 수명은 20년 정도이며, 육상보다 대용량인 3~5丽 이상의 풍력터빈을 적용하고 있다. 이러한 해상풍력발전 구조물의 각각의 구성요소는 염분으로 인한부식 피해를 막기 위하여 설계 및 코팅된다. 기초 (Foundation)는 대표적인 4가지 타입으로 나누어 설명할 수 있다.
구체적으로， 콘크리트 케이슨 타입 (Concrete caisson type)은 제작 및 설치 가 용이하여 초기 해상풍력발전 단지에 사용된 타입으로 빈데비 (Vindeby)ᅳ미델그 룬덴 (Middelgrunden) 해상풍력발전 단지 등에 적용되었다. 비교적 얕은 6~10m의 수심에서 사용가능하며， 자중과 해저면의 마찰력으로 위치를 유지한다. 이때， 콘 크리트 케이슨 타입의 기초 직경은 12~15m다.
모노파일 타입 (Mono-pile type)은 현재 가장 많이 쓰이고 있는 해상풍력발전 단지 기초 방식으로서, 25~30m의 수심에 설치가 가능하다. 홀스레브 (Horns Rev), 노스 호일 (North Hoyle) 해상풍력 발전단지 등에 적용되었으며, 해저 면에 대구경 의 파일 (pile)을 항타 (Driving) 또는 드릴링 (Dri 1 Hng)하여 고정하는 방식으로 대 단위 단지에 이용하는 경우 경제성이 좋다. 이때, 모노파일 타입의 기초 직경은 3~3.5m이다. - 자켓 타입 (Jacket type)은 현재 해상풍력 발전단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로 수심 20~80m에 설치가 가능하다. 영국의 "The Talisman Beatrice Wind Farm Demonstrator" 프로젝트에서 적용된 이 타입은 자켓 식 구조물로 지지하고 말뚝 또는 파일 (pile)로 해저에 고정하는 방식아다. 대수심 해양의 구조물이고 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며 모노파일 (Mono-pile) 타입과 마찬가지로 대단위 단지 조성에 이용하는 경우 경제성이 좋다.
부유식 타입 (Floating type)은 미래 심해상 풍력발전의 필수 과제라고 할 수 있고， 수심 40~900m에 설치가 가능하도록 많은 풍력회사에서 연구 중이다.
한편， 풍력터빈 설비는 바람에 의한 운동 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있도록 구성되는 시스템으로서, 설치되는 환경 조건에 따라 육상용 (onshore)과 해상용 (offshore)로 구분될 수 있다. 또한, 이러한 파일 또는 말뚝을 설치하는 방 법으로는 항타식, 유압 타압식， 석션 방식 등이 있는데， 대구경 파일 또는 말뚝을 설치하기 위해서는 수직도를 잘 맞추어서 설치해야 한다.
이러한 풍력터빈 설비에서 목표로 하는 원하는 전력을 얻기 위하여 소정의 높이에 풍력발전이 가능한 나셀을 위치시키는 것이 타워의 역할이다. 풍력터빈에 는 수평형과 수직형이 있는데, 최근 국내 및 해외에서는 주로 수평형의 풍력터빈의 개발과 설치가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 풍력터빈 타워의 형식으로는 모노 파일 타입, 자켓 타입， 지선지지 타입 등이 있는데， 최근 대형 풍력터빈의 경우에 는 주로 모노파일 타입 타워, 특히， 강재 중공 모노파일 타워가 많이 사용되고 있 다. 이때, 상기 강재 중공 타워에 미치는 하중을 지상의 기초에 하중을 전달하기 위한 접합부가 형성된다. 이러한 접합부는 앵커볼트 (Anchor bolt)와 앵커링 (Anchor ring) 형식으로 나눌 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 모노파일 기초 및 강재 타워를 구비한 해상풍력 구조물을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면， 종래의 기술에 따른 모노파일 기초 및 강재 타워를 구비한 해상풍력 구조물은, 크게 기초부 (Foundation) 및 지지 구조물 (Support Structure) 로 구성되며， 구체적으로， 타워 (10), 나셀 (Nacelle: 20)， 블레이드 (30)， 모노파일 (40) 및 트랜지션 피스 (Transition Piece: 50)를 포함할 수 있다. 또한， 상기 타 워 (10)의 상부에 설치되는 나셀 (20)에는 피치 시스템， 허브 (Hub), 메인 축 (Main Shaft), 기어 박스 (Gear Box), 고속 축 (High Speed Shaft), 발전기 및 요 (Yaw) 시 스템 등이 구비된다.
상기 타워 (10)에서 강관의 두께는, A-A 라인을 절개선으로 하는 단면으로 도 시된 바와 같이， 25~40mm의 직경을 갖는 강관으로 이루어진다. 이러한 강재 타워 (10)는 풍력터빈 제작사에서 일괄 제작하여 시공하며, 자중이 작아 지진에 유리하 지만, 강성이 작아 좌굴에 불리하다. 또한， 이러한 강재 타워 (10)는 열악한 해상 환경에서 내구성이 불리하며， 내부 거셋 연결부로 인해 피로에 취약하고， 현장연결 부 재도장 및 용접 검사가 필요하다는 문제점이 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 모노파일 기초 및 강재 타워를 구비 한 해상풍력 구조물은， 피로에 취약하고 내구성이 떨어지는 강재 타워를 적용하기 때문에, 예를 들면, 20년의 내구 수명을 가짐으로써 생애주기비용 측면에서 경제성 이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 경량의 강재 조립식 구조물 구조를 적용할 경우, 대규모 제작장이 필요하고， 다양한 지반 조건을 반영하기 어려운 설치형 기 초를 적용하고 있다는 문제점이 있다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는， 고 강도 콘크리트의 조립식 구조물 구조를 적용함으로써 시공 기간을 단축시키고， 현 장 작업을 최소화할 수 있는， 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는， 피로 저항성이 우수하고, 내 구성이 우수한 콘크리트 타워를 적용함으로써, 나샐 (Nacelle)을 용이하게 교체하여 재활용 (Recycling)할 수 있는, 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 강관말뚝 기초를 적용함으 로써， 제작장이 필요 없고 어떤 지반 조건에서도 적용할 수 있는, 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이 다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 가이드밴드를 사용하여 강 관말뚝 및 기초 연결부를 경사 방향으로 용이하게 연결할 수 있는 강관말뚝 기초 와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 및 그 시공 방법올 제공하기 위한 것 이다.
【기술적 해결방법】
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서,
풍력 발전을 위해 나셀부 및 블레이드가 설치되는 해상풍력 구조물에 있어 서， 현장에서 작업이 수행되어 해저 지지층에 고정되는 강관말뚝; 프리캐스트 제작 되어 운반되어 상기 강관말쿡에 상부에 연결되는 것으로서, 콘크리트 확대기초; 상 기 확대기초 상면 중앙에 설치된 타워기초; 상기 확대기초 저면에 연결설치된 강관 말뚝기초; 및 상기 강관말뚝기초의 내부와 연통되도록 확대기초를 관통하도록 형성 되는 작업홀；을 포함하는 기초 연결부; 프리캐스트 제작되어 운반되는 적어도 하나 이상의 프리캐스트 세그먼트가 상기 기초 연결부 상에서 적층 연결되어 형성되는 타워; 상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부의 측면에 설치되는 접안 및 점검시설; 및 상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부를 경사 방향에서 정확하게 연결하는 강관말 뚝 연결장치를 포함하되, 상기 타워 및 상기 기초 연결부는 각각 제작장에서 제작 되는 프리캐스트 세그먼트이며, 상기 강관말뚝 연결장치는 강관말뚝 및 상기 기초 연결부를 경사 방향에서 정확하게 연결하기 위한 것으로서 기초 연결부의 하부에 강관말뚝이 정위치로 유도되도록 상기 기초연결부의 강관말뚝기초의 하부를 감싸도 록 설치된 나팔관형 오차보정 가이드밴드; 및 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드 를 고정 및 해체할 수 있도록 나팔관형 오차보정 가이드벤드의 연결단부에 형성된 임시체결 장치를 포함하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조 물을 제공한다.
여기서， 상기 타워의 프리캐스트 세그먼트는 매치 캐스트 (Match cast) 방식 으로 정확하게 연결될 수 있도록 제작장에서 미리 제작되어 운반되는 것을 특징으 로 한다. 여기서， 상기 타워의 프리캐스트 세그먼트 중에서 최상부 세그먼트는 상기 나셀부의 교체 필요시 해체 가능하도록 볼트 체결될 수 있다.
여기서， 상기 기초 연결부는 사전 측량된 데이터에 따라 제작되며， 상기 기 초 연결부 하부 및 상기 강관말뚝은 용접 연결되고 , 상기 기초 연결부 상부 및 상 기 타워는 강봉 및 강연선을 사용하여 연결되는 것을 특징으로 한다 .
여기서， 상기 강관말뚝은 삼각 지지 경사형 강관말뚝 기초로서 , 해저 지지층 에 천공되어 고정되는 것을 특징으로 한다.
여기서 , 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드는 2등분 가이드밴드 이거나 4등 분 가이드밴드로서， 용접 작업시 용접 덧댐판 역할을 하는 것을 특징으로 한다. 여기서， 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드는 상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부의 용접 이 왼료되면 해체되는 것을 특징으로 한다 .
본 발명에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 은 , 상기 강관말뚝이 정확하게 지지층에 항타 고정되도록 가이드하는 가이드 프레 임 (Guide Frame)을 추가로 포함할 수 있다.
한편 풍력 발전을 위해 나셀부 및 블레이드가 설치되는 해상풍력 구조물에 있어서， 현장에서 작업이 수행되어 해저 지지층에 고정되는 경사형 강관말뚝) ;프리 캐스트 제작되어 운반되어 상기 강관말뚝 상부에 연결되며 , 콘크리트 확대기초 ; 상 기 확대기초 상면 중앙에 설치된 타워기초 ; 상기 확대기초 저면에 연결설치된 강관 말뚝기초 ; 및 상기 강관말뚝기초의 내부와 연통되도록 확대기초를 관통하도록 형성 되는 작업홀；을 포함하는 기초 연결부 ; 프리캐스트 제작되어 운반되는 적어도 하나 이상의 프리캐스트 세그먼트가 상기 기초 연결부 상에서 적층 연결되어 형성되는 타워 ; 및 상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부를 경사 방향에서 정 확하게 연결하는 강관말뚝 연결장치를 포함하되 , 상기 강관말뚝 연결장치는 기초 연결부의 하부에 강관말뚝이 정위치로 유도되도록 상기 기초연결부의 강관말뚝기초의 하부를 감싸도 록 설치된 나팔관형 오차보정 가이드밴드; 및 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드 를 고정 및 해체할 수 있도록 나팔관형 오차보정 가이드밴드의 연결단부에 형성된 임시체결 장치를 포함하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조 물을 제공하고 ,
여기서， 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드는 2등분 가이드밴드 이거나 4등 분 가이드밴드로서， 용접 작업시 용접 덧댐판 역할을 하는 것을 특징으로 한다 . 여기서 , 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드는 상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부의 용접 이 왼료되면 해체되는 것을 특징으로 한다 . 여기세 상기 기초 연결부는 사전 측량된 데이터에 따라 제작되며， 상기 기 초 연결부 하부 및 상기 강관말뚝은 용접 연결되고， 상기 기초 연결부 상부 및 상 기 타워는 강봉 및 강연선을 사용하여 연결되는 것을 특징으로 한다 .
한편 , 전술한 기술적 과제를 달성하기 위 한 다른 수단으로서 , 본 발명에 따 른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법은 ,
풍력 발전을 위해 나샐부 및 블레이드가 설치되는 해상풍력 구조물의 시공 방법에 있어서 ,
a) 인양 크레인을 탑재한 잭업 바지를 제작장에서 인양하여 설치하는 단계 ; b) 강관말뚝 시공을 위한 가이드 프레임을 육상의 제작장에서 미리 제작하여 운반용 바지로 운반하여 설치하는 단계 ;
c) 기설치된 가이드 프레임에 강관말뚝을 거치하고 진동 해머로 항타하여 지지층까지 시공하는 단계 ;
d) 제작장에서 제작된 프리캐스트 기초 연결부를 운반용 바지를 이용하여 운 반한 후 , 상기 인양 크레인을 사용하여 상기 기초 연결부를 상기 강관말뚝 상에 연 결 시공하는 단계 ;
e) 타워 연결 작업을 위한 인원 및 작업 물량의 반입을 위해서 접안 및 점검 시설을 사전에 설치하는 단계 ; 및
f ) 제작장에서 미리 제작되어 운반용 바지로 운반된 적어도 하나 이상의 프 리캐스트 세그먼트를 적층 연결하여 조립식 (Pre-fab) 타워를 시공하는 단계를 포함 하며，
상기 c) 단계에서 , 상기 강관말뚝이 지지층에 근입되면 , 가이드 프레임의 상 단과 상기 강관말뚝을 용접 연결시켜 상기 강관말뚝이 상기 가이드프레임에 조립 거치되며，
상기 기초연결부는 프리 캐스트 제작되어 운반되어 상기 강관말뚝 상부에 연 결되며， 콘크리트 확대기초 ; 상기 확대기초 상면 중앙에 설치된 타워기초 ; 상기 확 대기초 저면에 연결설치된 강관말뚝기초 ; 및 상기 강관말쿡기초의 내부와 연통되도 록 확대기초를 관통하도록 형성되는 작업홀；을 포함하며，상기 강관말뚝 및 상기 기 초 연결부를 경사 방향에서 정확하게 연결하는 강관말쿡 연결장치를 포함하되 , 상 기 강관말뚝 연결장치는 기초 연결부의 하부에 강관말뚝이 정위치로 유도되도록 상 기 기초연결부의 강관말뚝기초의 하부를 감싸도록 설치된 나팔관형 오차보정 가이 드벤드 ; 및 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드를 고정 및 해체할 수 있도록 나팔 관형 오차보정 가이드밴드의 연결단부에 형성된 임시체결 장치를 포함한다 . 여기서， 상기 C) 단계의 강관말뚝은 삼각지지 경사형 말뚝인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 c) 단계에서， 상기 강관말뚝이 지지층에 근입되면， 3단으로 제 작된 가이드 프레임의 상단과 상기 강관말뚝을 용접하여 연결한 후, 상기 강관말뚝 과 가이드 프레임을 한꺼번에 운반하여 상기 기초 연결부에 조립되는 것을 특징으 로 한다.
여기서, 상기 d) 단계의 기초 연결부는 상기 기초 연결부 하부에 조립된 위 말뚝과 기시공된 아래말뚝은 용접 연결되고, 상기 기초 연결부 상부 및 상기 타워 는 강봉 및 강연선을 사용하여 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서， 상기 f) 단계의 각각의 프리캐스트 세그먼트는 매치 캐스트 (Match cast) 방식으로 정확하게 연결될 수 있도록 제작장에서 미리 제작되어 운반되는 것 을 특징으로 한다.
여기서， 상기 f) 단계의 각각의 프리캐스트 세그먼트는 가설시 강봉에 의해 연결되며， 최종적으로 상기 타워가 완공되면, 전체 타워 구조를 강연선으로 긴장시 키는 것을 특징으로 한다.
【유리한 효과】
본 발명에 따르면, 고강도 콘크리트의 조립식 구조물 구조를 적용함으로써 시공 기간을 단축시키고, 현장 작업을 최소화할수 있다.
본 발명에 따르면， 피로 저항성이 우수하고, 내구성이 우수한 콘크리트 타워 를 적용함으로써, 나셀 (Nacelle)을 용이하게 교체하여 재활용 (Recycl ing)할 수 있 고， 이에 따라 시공비용을 절감할수 있다.
본 발명에 따르면， 강관말뚝 기초를 적용함으로써, 제작장이 필요 없고 어떤 지반조건에서도 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면， 강관말뚝 기초를 적용함으로써, 제작장이 필요 없고 어떤 지반 조건에서도 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면， 가이드밴드 및 임시체결 장치를사용하여 강관말뚝 및 기 초 연결부를 경사 방향으로 용이하게 연결할 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 종래의 기술에 따른 모노파일 기초 및 강재 타워를 구비한 해상풍력 구조물을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 (Pre-fab) 구조물을 구비 한 해상풍력 구조물의 측면도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 정면도이다 .
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 강관말뚝과 기초 연결부를 나타내는 확대 도면이다 .
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 강관말뚝과 기초 연결부의 연결을 설명하기 위 한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 기초 연결부의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 D-D 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 1 내지 제 3 연결부를 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9f는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법을 순차적으로 나타내는 도면들이다 . 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 1 내지 제 5 세그먼트를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 1 연결부를 구체적으로 나타내는 평면도이다 .
도 12는 도 11에 도시된 E-E 라인을 절개선으로 하는 수직단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 2 연결부를 구체적으로 나타내는 평면도이다 .
도 14는 도 13에 도시된 F-F 라인을 절개선으로 하는 수직단면도이다 .
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 강관말뚝과 기초 연결부가 현장 용접되는 경우를 나타내는 도 면이다 .
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 나팔관형 오차보정 가이드밴드를 사용하여 강관말뚝과 기초 연결부를 연결하는 것을 나타내는 도면이다.
도 17은 도 16에 도시된 나팔관형 오차보정 가이드밴드가 2등분 또는 4등분 된 경우를 예시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 나팔관형 오차보정 가이드밴드 및 임시체결 장치를 사용하여 강관말뚝과 기초 연결부를 연결하는 것을 나타내는 도면이다 . 도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 타워의 철근 배근을 예시하는 도면이다 .
도 20a 내지 도 20c는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립 식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 연결 방법을 순차적으로 나타내는 도면들이 다 .
[부호의 설명 ]
110： 타워 (Tower)
110a~110d: 타워 프리캐스트 세그먼트
120： 나샐부 (Nacel le)
130： 블레이드 (Blade)
140： 강관말뚝 (아래말뚝)
150： 기초 연결부 (Transit ion Piece)
160： 접 안 및 점검시설
170: 가이드 프레임 (Guide Frame)
180： 강관말뚝 연결장치
210： 제 1 연결부 (나셀 연결부)
220： 제 2 연결부 (타워 세그먼트 연결부)
230： 제 3 연결부 (강관말뚝 연결부)
310： 잭업 바지 (Jack up Barge)
320： 인양 크레인
330： 거치용 벤트
340： 운반용 바지
350： 진동 해머 (Vibro Hammer)
111： 강연선
113： 강봉
114： 전단키
151： 확대기초
152： 타워 기초
153： 강관말뚝 기초 (위 말뚝)
154： 작업홀
181： 가이드밴드 (나팔관형 오차보정 가이드밴드)
181a: 2등분 가이드밴드 181b: 4등분 가이드밴드
182: 임시체결 장치
183： 간격 유지재
191： 요 (Yaw) 베어링
192: 요 (Yaw) 베어링 연결판
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】
본 발명을 위한 최선의 형태는
풍력 발전을 위해 나샐부 및 블레이드가 설치되는 해상풍력 구조물에 있어 서, 현장에서 작업이 수행되어 해저 지지층에 고정되는 강관말뚝; 프리캐스트 제작 되어 운반되어 상기 강관말쿡에 상부에 연결되는 것으로서， 콘크리트 확대기초; 상 기 확대기초 상면 중앙에 설치된 타워기초; 상기 확대기초 저면에 연결설치된 강관 말뚝기초; 및 상기 강관말뚝기초의 내부와 연통되도록 확대기초를 관통하도록 형성 되는 작업홀；을 포함하는 기초 연결부; 프리캐스트 제작되어 운반되는 적어도 하나 이상의 프리캐스트 세그먼트가 상기 기초 연결부 상에서 적층 연결되어 형성되는 타워; 및 상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부를 경사 방향에서 정확하게 연결하는 강관말뚝 연결장치를 포함하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물이다.
【발명의 실시를 위한 형태】
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한 다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명 하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며， 명세서 전체를 통하여 유사한 부분 에 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 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저， 해상풍력 구조물은 해상이라는 열악한 작업 조건에서 현장에서의 작업 을 최소로 할 필요가 있으며, 동시에 해양 부식에 강한 재료를 사용하여 시공되어 야 한다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍력 구조물은 고내구성 재료를 사용한 조립식 구조물 (Prefabricated Structure)을 적용한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식구조물을 구비한 해상풍력 구조물은 조립식 (Pre-fab) 구조의 고강도 콘크리트 + 조립식 파일 캡 (Pilecab) 구조의 강관말뚝 기초로 이루어지며, 도 2 내지 도 20을 참조하여 구 체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 (Pre-fab) 구조물을 구비 한 해상풍력 구조물의 측면도이고， 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초 와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 정면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면， 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조 물을 구비한 해상풍력 구조물은， 풍력 발전을 위해 나셀부 및 블레이드가 설치되는 해상풍력 구조물로서, 타워 (Tower: 110)， 타워 프리캐스트 세그먼트 (110a~110d)， 나셀부 (Nacelle: 120), 블레이드 (Blade: 130)， 강관말뚝 (140)， 기초 연결부 (Transition Piece: 150), 접안 및 점검시설 (160), 가이드 프레임 (Guide Frame: 170) 및 강관말뚝 연결장치 (180)를 포함한다.
먼저， 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍 력 구조물로 구현되는 풍력터빈 시스템은 5MW급에 적용될 수 있다.
타워 (110)는 고강도， 예를 들면, 70MPa의 강도를 갖는 콘크리트 타워로서^ 각각의 프리캐스트 세그먼트 (110a~110d)로 제작장에서 프리캐스트 제작되어 운반된 다. 이때， 상기 타워 (110)는 그 내부에 설치되는 케이블， 계단 또는 엘리베이터 등올 포함할 수 있다. 예를 들면， 상기 타워 (110)의 전체 높이는 81.5m일 수 있 고， 상기 프리캐스트 세그먼트 (110a~110d)의 높이는 20m일 수 있지만， 이에 국한되 는 것은 아니다. 이때, 상기 B-B 단면으로 도시된 바와 같이， 상기 타워 (110)는 강재가 아닌 고강도 콘크리트 타워로서， 상기 콘크리트의 두께는 350mm 또는 그 이 하인 것인 바람직하다. 즉， 상기 타워 (10)의 프리캐스트 세그먼트 (110a~110d)는 350麵 또는 그 이하의 두께를 갖는 콘크리트로서， 매치 캐스트 (Match cast) 방식으 로 정확하게 연결될 수 있도록 제작장에서 미리 제작되어 운반된다.
나셀부 (120)는 상기 타워 (110)의 상부에 설치되는데， 상기 타워 (110) 및 기 초의 재활용이 가능하도록 볼트 등을 이용하여 상기 타워 (110)와 체결되며, 상기 나셀부 (120)의 교체가 필요할 때, 용이하게 해체될 수 있다. 이때， 상기 나셀부 (120)에는 피치 시스템， 허브 (Hub), 메인 축 (Main Shaft), 기어 박스 (Gear Box), 고속 축 (High Speed Shaft), 발전기 및 요 (Yaw) 시스템 등이 구비될 수 있다.
블레이드 (130)는 풍력에 대웅하여 회전하며， 로터 허브를 통해 상기 나샐부 (120)와 연결된다. 예를 들면， 상기 불레이드 (130)의 회전 반경은 63m일 수 있지 만， 이에 국한되는 것은 아니다. 강관말뚝 (140)은 삼각지지 경사형 강관말뚝으로서， 지반인 지지층에 고정되 는 기초이다. 이때, 상기 강관말뚝 (140)은 현장에서 작업이 수행되어 해저 지지층 에 고정된다.
기초 연결부 (150)는 그 하부는 상기 강관말뚝 (140)에 연결되고， 그 상부는 상기 타워 (110)와 연결된다. 상기 기초 연결부 (150)는 고강도 콘크리트로 프리캐 스트 제작되며， 예를 들면， 수면 (410) 위 15m에 설치될 수 있지만， 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 기초 연결부 (150)의 높이는 5m일 수 있지만， 이에 국한되는 것은 아니다. 또한， 상기 기초 연결부 (150)는 사전 측량된 데이터에 따 라 제작되며， 상기 기초 연결부 (150) 하부 및 상기 강관말뚝 (140)은 용접 연결되 고, 상기 기초 연결부 (150) 상부 및 상기 타워 (110)는 강봉 및 강연선을 사용하여 연결된다.
이때, 상기 타워 (110)는 제 1 내지 제 4 세그먼트 (110a, 110d)이고， 상기 기초 연결부 (150)는 제 5 세그먼트일 수 있으며, 각각 제 1 내지 제 3 연결부 (210， 220, 230)가 형성되며， 상기 타워의 프리캐스트 세그먼트 중에서 최상부 세그먼트는 상 기 나셀부 (120)의 교체 필요시 해체 가능하도록 볼트 체결될 수 있다. 상기 제 1 내지 계 3 연결부 (210， 220, 230)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
접안 및 점검시설 (160)은 상기 강관말뚝 (140) 및 상기 기초 연결부 (150)의 측면에 설치된다.
가이드 프레임 (170)은 3단으로 제작되며， 상기 강관말쿡 (140)을 지반인 지지 층 (410)에 고정하기 위한 가이드 역할을 하도록 상기 강관말뚝 (140)을 항타 시공하 기 전에 설치된다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍력 구조 물은, 프리캐스트 콘크리트 타워 (110)를 구비하며, 상기 타워 (110)의 콘크리트 두 께가 350腿이므로 그 강성이 커서 좌굴에 유리하다. 예를 들면， 본 발명의 실시예 에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍력 구조물은 내구성 및 피로저 항성이 우수한 콘크리트 타워 (110)를 구비하며， 70MPa의 최대 강도를 적용할 수 있 다.
강관말뚝 연결장치 (180)는 상기 강관말뚝 (140) 및 상기 기초 연결부 (150)를 경사 방향에서 정확하게 연결하게 된다. 이러한 강관말뚝 연결장치 (180)은 기초 연 결부 (150)의 하부에 강관말쿡 (140)이 정위치로 유도되도록 상기 기초연결부 (150)의 강관말뚝기초 (153)의 하부를 감싸도록 설치된 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181); 및 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드를 고정 및 해체할 수 있도록 나팔관형 오차 보정 가이드밴드 (181)의 연결단부에 형성된 임시체결 장치 (182)를 포함한다.
또한, 상기 강관말뚝 (140)과 상기 기초 연결부 (150)사이의 용접 작업을 수 행하기 위해 작업자가 상기 강관말뚝 (140) 내부로 진입할 수 있도록 상기 기초 연 결부 (150)에 작업홀이 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍력 구조 물의 경우， 강관말뚝 기초를 적용함으로써， 제작장이 필요 없고 어떤 지반 조건에 서도 적용할 수 있고, 또한， 가이드밴드를 사용하여 강관말뚝 및 기초 연결부를 경 사 방향으로 용이하게 연결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍력 구조 물은， 프리캐스트 콘크리트 타워 (110)를 구비하며， 상기 타워 (110)의 콘크리트 두 께가 350mm이므로 그 강성이 커서 좌굴에 유리하다. 예를 들면, 본 발명의 실시예 에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍력 구조물은 내구성 및 피로저 항성이 우수한 콘크리트 타워 (110)를 구비하며， 70MPa의 최대 강도를 적용할 수 있 다.
또한， 염해에 유리하며 내구성이 우수하고 피로 저항성이 우수하다. 이러한 프리캐스트 콘크리트 타워 (110)는 후술하는 바와 같이， 에폭시 시공 및 강봉의 연 결이 필요할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍력 구조 물의 경우 피로 저항성이 우수하고， 100년의 내구수명을 갖는 콘크리트 타워를 적 용함으로써ᅳ 나샐 (Nacelle)을 용이하게 교체하여 재활용 (Recycling)할 수 있고, 이 에 따라 시공비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍 력 구조물의 경우， 고강도 콘크리트의 조립식 구조물 구조를 적용함으로써 시공 기 간을 단축시키고, 현장 작업을 최소화할 수 있다.
또한， 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝과 조립식 구조물을 구비한 해상풍 력 구조물의 경우， 강관말뚝 기초를 적용함으로써， 제작장이 필요 없고 어떤 지반 조건에서도 적용할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사 용한 해상풍력 구조물에서 강관말뚝과 기초 연결부를 나타내는 확대 도면이고, 도 5는 강관말뚝과 기초 연결부의 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 강관말뚝 (140)은 삼각지지 경사형 강관말뚝 으로서， 이때， 말뚝의 경사각은 13도 것이 바람직하다. 예를 들면， 말뚝의 직경은 2.5m이고， 말뚝 두께는 30~44일 수 있다 . 또한， 상기 강관말뚝 (140)은 부식을 방 지하도록 회생 양극법 및 테이핑 공법으로 코팅 처 리된다. 이에 따라 상기 강관말 뚝 (140)을 사용할 경우， 제작장 및 대형 운반 장비가 불필요하고 , 지반 조건과 무 관하게 설치할 수 있다.
또한, 상기 기초 연결부 (150)는 삼각형 콘크리트 확대기초 (t=1.7m)로서， 제 작장에서 프리캐스트 제작하므로 품질관리과 유리하고 현장 작업을 최소화할 수 있 다. 또한 , 상기 기초 연결부 (150)는 가설장비를 최소화하여 시공되지만 강관말뚝 (140)과 상기 기초 연결부 (150)의 연결을 위해서는 연결부의 정밀 시공이 필요하 고 , 본 발명의 실시 예에서는 기초 시공 후에 상기 강관말뚝 (140)과 상기 가이드 프 레임 (170)의 상단부를 일체로 운반하여 조립함으로써 제작장에서 프리 캐스트 세그 먼트 제작시 가설 오차를 보정할 수 있다 .
도 4에 도시된 바와 같이 , 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 강관말뚝 (140) 및 상기 기초 연결부 (150)의 측면에는 접안 및 점검시설 (160)을 설치할 수 있고 , 상기 접안 및 점검시설 (160)은 추후에 유지관리를 위한 시설로 계속 활용될 수 있다 .
전술한 바와 같이 , 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 (140) 및 상기 기초 연 결부 (150)는 삼각대 (Tripod)와 삼각형 (Triple)의 복합 형식으로서， 삼각 지지로 안 정성을 향상시킬 수 있고， 상기 경사말뚝 (140)을 적용함으로써 수평 력에 대한 안정 성 이 우수하다. 또한， 상기 기초 연결부 (150)에서 확대 기초 (151)를 적용함으로써 하중전달 체계가 확실해지며， 삼각형으로 자중을 최소화할 수 있고， 1.0m 이상의 점검통로를 확보할 수 있다. 또한, 상기 강관말뚝 (140) 및 상기 기초 연결부 (150) 는 강관말뚝 연결장치 (180)를 통해 서로 정밀하게 연결될 수 있는데 , 상기 강관말 뚝 (140) 및 상기 기초 연결부 (150)의 연결에 대해서는 후술하기로 한다.
또한 , 강관말뚝 연결장치 (180)는 가이드밴드 및 임시체결 장치를 사용하여 상기 강관말뚝 (140) 및 상기 기초 연결부 (150)를 경사 방향으로 연결하게 된다. 구체적으로， 상기 강관말뚝 연결장치 (180)는， 상기 기초 연결부 (150)의 하부 및 상 기 강관말뚝 (140)이 정위치에서 연결되도록 유도하는 나팔관형 오차보정 가이드밴 드 ; 및 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드를 고정 및 해체하는 임시체결 장치를 포함할 수 있다 . 이때 , 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드는 2등분 가이드밴드 이거나 4등분 가이드밴드로서, 용접 작업시 용접 덧댐판 역할물 하며， 상기 강관말 뚝 및 상기 기초 연결부의 용접이 왼료되면 해체된다.
또한, 상기 강관말뚝 (140)과 상기 기초 연결부 (150)사이의 용접 작업을 수 행하기 위해 작업자가 상기 강관말뚝 (140) 내부로 진입할 수 있도록 상기 기초 연 결부 (150)에 작업홀이 형성되어 있다.
한편， 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와조립식 구조물을 사 용한 해상풍력 구조물에서 기초 연결부의 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 D-D 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면， 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서, 기초 연결부 (150)는 확대 기초 (151)， 타워 기초 (152)， 강관말뚝 기초 (153) 및 작업홀 (154)을 포함하는 것으로서 프리캐스트 제작되어 운반되어 상기 강관말뚝 (140) 상부에 연결되며, 콘크리트 확대기초 (151); 상기 확대기초 (151) 상면 중앙에 설치된 타워기초 (152); 상기 확대기초 (151) 저면 에 연결설치된 강관말뚝기초 (153); 및 상기 강관말쿡기초 (153)의 내부와 연통되도 록 확대기초 (151)를 관통하도록 형성되는 작업홀 (154);을 포함하여 이루어진다. 이 때， 상기 기초 연결부 (150)는 프리캐스트 제작된다. 이때, 상기 강관말뚝 기초 (153)는 본 명세서 내에서 위말뚝이라는 명칭으로 함께 사용된다. 또한， 상기 확 대 기초 (151)에는 점검 공간이 형성된다.
여기서, 상기 작업홀 (154)은, 도 7에 도시된 바와 같이， 상기 기초 연결부 (150)의 상부에 형성되몌 상기 기초 연결부 (150)의 위말뚝 (153)과 상기 강관말뚝 (140)인 아래말뚝이 연결된 후, 상기 강관말뚝 (140) 내부에서 용접할 수 있는 이동 통로를 작업자에게 제공하며， 용접이 완료된 후 상기 작업홀 (154)은 뚜껑 (도시되지 않음)에 의해 폐쇄될 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사 용한 해상풍력 구조물에서 제 1내지 제 3 연결부를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면， 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물 을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 1 연결부는 제 1 세그먼트 (110a)의 상부에 형성되 는 나샐 연결부이고， 제 2 연결부는 상기 제 1 세그먼트 (110a)의 하부， 및 상기 제 2 내지 제 4 세그먼트 (110b~110d)의 상부와 하부， 및 기초 연결부 (150)의 상부에 형성 되는 타워 세그먼트 연결부이다.
또한, 제 3 연결부는 상기 기초 연결부 (150)의 하부에 형성되는 강관말뚝 연 결부이다. 또한， 상기 제 3 연결부는 강관말뚝 연결장치 (180)에 의해 강관말뚝 (140)과 연결된다.
한편， 도 9a 내지 도 9f는 각각 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법을 순차적으로 나타내는 도면 들이다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법은, 잭업 바지 (Jack up barge: 310)， 인양 크레인 (320), 거치용 밴트 (330)， 운반용 바지 (340), 강관말뚝의 항타를 위한 진동 해머 (Vibro hammer: 350) 및 가이드 프레임 (Guide frame) 등을 이용하여 해상풍력 구조물을 시공하게 된다.
먼저， 도 9a에 도시된 바와 같이, 인양 크레인 (320)을 탑재한 잭업 바지 (310)를 제작장에서 인양하여 설치한다. 이때， 인양 크레인 (310)은 나셀 및 블레 이드의 인양 높이가 100m 정도에 달하므로 인양 크레인의 효율을 최대화하기 위해 크레인 거치용 밴트 (330)를 제작하여 그위에 인양 크레인 (320)을 거치한다.
다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이， 강관말쿡 시공을 위한 3단으로 제작된 가이드 프레임 (170)을 육상의 제작장에서 미리 제작하여 운반용 바지 (340)로 운반 하여 설치한다. 이러한 가이드 프레임 (170)은 경사 말뚝의 특성을 고려하여 제작 오차가 최소화 되도록 정밀 제작하게 된다.
다음으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 기설치된 가이드 프레임 (170)에 강관 말뚝 (140)을 거치하고, 진동 해머 (350)로 항타하여 지지층 (410)까지 시공한다. 이 때， 상기 강관말뚝 (140)이 지지층 (410)에 근입되면， 상기 강관말뚝 (140)의 가이드 프레임 (170)의 상단과 연결한후, 두부를 절단하고， 제작장으로 일괄 운반한다. 다음으로， 도 9(1에 도시된 바와 같이, 제작장에서 제작된 프리캐스트 기초 연결부 (150)를 운반용 바지 (340)를 이용하여 운반한 후, 인양 크레인 (320)을 사용 하여 상기 기초 연결부 (150)를 상기 강관말뚝 (140) 상에 시공한다. 이때， 상기 기 초 연결부 (150)는 사전 측량된 데이터에 따라 제작되며， 상기 기초 연결부 (150) 하 부의 제 3 연결부, 즉， 상기 기초 연결부 (150) 및 강관말뚝 (140) 간의 연결은 용접 연결되고， 또한, 상기 기초 연결부 (150) 상부의 게 2 연결부， 즉， 상기 기초 연결부 (150) 및 타워 (110) 간의 연결은 강봉 및 강연선을 사용하여 연결될 수 있다.
다음으로， 도 9e에 도시된 바와 같이, 타워 (110) 연결 작업을 위한 인원 및 작업 물량의 반입을 위해서 접안 및 점검시설 (160)을 사전에 설치하며， 상기 접안 및 점검시설 (160)은 추후에 유지관리를 위한 시설로 계속 활용될 수 있다. 이러한 접안 및 점검시설 (160)은 해상 구조물로서 내구성 확보를 위해 알루미늄 부재를 사 용하는 것이 바람직하다 .
다음으로， 도 9f에 도시된 바와 같이， 제작장에서 미리 제작되 어 운반용 바 지 (340)로 운반된 조립식 (Pre-fab) 타워 (110)를 시공한다. 상기 타워 (110)는 인양 중량을 고려하여 각각 20m로 제작된 다수의 프리캐스트 세그먼트 (110a~110d)를 적 층하여 시공하게 된다. 또한， 각각의 프리 캐스트 세그먼트 (110a~110d)는 매치 캐 스트 (Match cast ) 방식으로 정확하게 연결될 수 있도록 제작한다. 각각의 프리캐 스트 세그먼트 (110a~110d)는 가설시 강봉 (113)에 의해 연결되며， 최종적으로 타워 (110)가 완공되면 , 전체 타워 (110) 구조를 강연선 (111)으로 긴장함으로써 , 안정성 을 확보하게 된다. 상기 타워 (110)의 시공이 완료된 후 , 나셀 및 블레이드를 시공 함으로써， 해상풍력 구조물이 완성된다.
한편， 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 1 내지 제 5 세그먼트를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물은 , 전술한 바와 같이， 5개의 프리 캐스트 세그먼트 (110a~110d 및 150)로 구 성되며 , 즉 , 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해 상풍력 구조물은 4개의 타워용 프리캐스트 세그먼트 (110a~110d) 및 1개의 기초 연 결부 (150)로 세그먼트 분할된다 . 이때， 약 350tonf의 나샐 (120) 중량을 고려하여 동일한 장비를 적용할 수 있도록 각각의 세그먼트는 350tonf 이하로 분할된다. 구체적으로， 제 1 세그먼트 (110a)는 , 도 10의 a)에 도시된 바와 같이， 나셀 (120)과 연결되는 타워용 프리캐스트 세그먼트로서 , 예를 들면 , 20m의 높이로 제작 될 수 있다 . 또한, 제 2 내지 제 4 세그먼트 (110b— 110d)는 , 도 10의 b)에 도시된 바 와 같이 , 상기 기초 연결부 (150) 상부에서부터 순차적으로 적층되는 타워용 프리캐 스트 세그먼트로서 , 각각 20m의 높이로 제작된다. 이때， 상기 제 1 세그먼트 (110a) 의 상단부는 그 상부에 나샐과 연결되도록 상기 제 2 내지 제 4 세그먼트 (110b~110d) 와는 다른 형상을 갖는다 . 또한， 제 5 세그먼트 (150)는， 도 10의 c)에 도시된 바와 같이 , 기초 연결부로서 , 예를 들면 , 5m로 제작될 수 있고， 이때， 상기 기초 연결부 (150)는 확대 기초 (151)， 타워 기초 (152) 및 강관말뚝 기초 (153)로 구성되고， 프리 캐스트 제작되며， 상기 확대 기초 (151)에는 작업홀 (154)이 형성되고， 작업자가 상 기 작업홀 (154)을 통해 진입하여 상기 강관말뚝 기초 (153)와 강관말뚝 ( 140)을 연결 하게 된다 .
한편， 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 1 연결부를 구체적으로 나타내는 평면도이고 , 도 12 는 도 11에 도시된 E-E라인을 절개선으로 하는 수직단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 1 연결부는 장래 나셀 (120)의 교체가 가능한 구조로 형성된다. 즉， 장래 발전용량 규모가 커짐으로써, 나셀 (120)의 제작 기술의 발달로 교체할 필요성 이 생기더라도 타워 (110)뿐만 아니라 강관말뚝 기초 (140)를 재활용할 수 있도록 형 성된다.
다시 말하면， 전술한 기존의 강재 타워를 피로 및 내구성이 우수한 콘크리트 타워 (110)로 교체하고， 나샐의 교체 연결할 수 있는 구조로 제 1 연결부를 형성한 다.
도 11에 도시된 바와 같이， 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립 식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 1연결부에 강연선 (111)이 내부에 삽입 된 제 1 세그먼트 (110a)의 상면 외측면에 22개의 요 베어링 연결판 (192)이 형성되어 있고, 나셀 (120)의 하부 외측면에 형성된 요 베어링 (Yaw Bearing: 191) 하부에서， 도 12와 같이 도면부호 A로 도시된 바와 같이, 볼트 등에 의해 타워 (110) 및 나샐 (120)을 체결할 수 있는 구조조를 적용함으로써， 타워 (110)의 교체 없이 나셀 (120) 교체의 가능해진다.
한편, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 2 연결부를 구체적으로 나타내는 평면도이고， 도 14 는 도 13에 도시된 F-F라인을 절개선으로 하는 수직단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 2 연결부는 전술한 제 2 내지 제 4 세그먼트 (110b, 110c, llOd)의 상부 및 하부, 상기 기초 연결재 (150)의 상부에 형성되며， 강연선 (111) 및 강봉 (113)에 의한서로 연결되는 구조를 갖는다.
도 13에 도시된 바와 같이， 상기 제 2 연결부에는 22개의 강연선 (111)， 38개 의 강봉 (113) 및 22개의 전단키 (114)가 형성된다. 구체적으로, 도 14에 도시된 바 와 같이 상기 제 2 연결부는 고강도 PSC(Pre Stress Concrete) 구조의 연결부로서, 강연선 (111) 및 강봉 (113)이 도입되며, 이때， 강봉 (113)은 타워의 내측에서 볼트 등에 의해 각각의 세그먼트들을 연결한다.
구체적으로, 조립식 콘크리트 세그먼트 타워 (110b, 110c, llOd)를 운반용 바 지로 운반하고， 상기 강봉 (113)을 우선 체결하여 타워를 완공하고, 이후, 강연선 (111)으로 전체 타워 (110)를 한 번에 긴장함으로써 타워 (110)의 안정성을 확보할 수 있다. 이에 따라， 타워 (110)의 균열올 억제함으로써, 해상 구조물의 균열 발생 을 억제할 수 있고 , 또한， 상기 타워 (110)가 PSC 구조이기 때문에 철근량을 최소화 할 수 있으며 , 제작 및 가설이 매우 용이하다.
한편 , 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 강관말뚝과 기초 연결부가 현장 용접되는 경우를 나타 내는 도면이다 .
본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 제 3 연결부는 상기 기초 연결부 (150) 및 강관말뚝 (140)을 연결하도록 상기 기초 연결부 (150)의 하부에 형성 된다.
도 15는 강관말뚝 연결장치 (180)로서 개별 강관을 맞대어 현장 용접되는 것 을 예시하는데 , 이때， 기초 연결부 (150)를 프리캐스트로 제작함으로써 , 상기 기초 연결부 (150)의 콘크리트 확대기초 (151)와 상기 강관말뚝 (140)을 일체화함에 따라 입체적 인 구조를 가지기 때문에， 현장 측량에 의해 정밀한 시공을 하여 야 한다 . 하지만， 도 15에 도시된 바와 같이， 스토퍼 (184) 및 베어링 (185)을 사용하여 용접 할 경우 , 상기 기초 연결부 (150)의 하부에 형성된 강관말뚝 기초 (153)， 즉 위말뚝 과 상기 강관말뚝 (140)인 아래말뚝은 그 제작 오차로 인해 정확한 위치에 시공하는 것 이 어 렵고， 또한， 그 연결 위치를 맞추어도 상기 제 3 연결부에서 용접 Root 간격 이 일정하지 않기 때문에 용접 품질의 불량이 발생하고 , 이에 따라 구조물 안전성 에 유해를 끼 칠 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 강관말쿡 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 계 3 연결부에서 강관말뚝 연결장치 (180)는 전술한 현장 용접 대신에 후술할 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181)를 활용한 용접 연결 구조를 적 용하게 된다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 나팔관형 오차보정 가이드밴드를 사용하여 강관말뚝과 기초 연결부를 연결하는 것을 나타내는 도면이고， 도 17은 도 16에 도시된 나팔관형 오 차보정 가이드밴드가 2등분 또는 4등분 된 경우를 예시하는 도면이다 .
본 발명의 실시 예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 강관말뚝 연결장치 (180)로 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181)를 사용 한다 .
상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181)는 제작장에서 제작된 말뚝의 매입 시공시 발생하는 제작 오차를 현장 연결시 보정함으로쎄 아래말뚝 (140) 및 위말뚝 (153)이 정위치에 연결되도록 유도한다 . 또한， 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴 드 (181)는 상기 강관말뚝 (140) 내부에서 용접 작업을 수행할 늉^ ¾¾¾의 ^ 할을 수행하게 된다. 이때, 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181)는 도면부호 B로 도시된 바와 같이， 임시체결 장치 (182)에 의해 임시로 체결되며, 용접이 완료 된 후, 상기 임시체결 장치 (182)는 해체된다.
이러한 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181)는 도 17에 도시된 바와 같이， 2 등분 (181a) 또는 4둥분 가이드밴드 (181)로 형성될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
한편， 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 나팔관형 오차보정 가이드밴드 및 임시체결 장치를 사 용하여 강관말뚝과 기초 연결부를 연결하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서， 도 18의 a)에 도시된 바와 같이, 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181) 및 임시체결 장치 (182)를 사용하여 강관말뚝 (140)과 기초 연결부 (150)를 연결할 경 우, 즉 상기 기초 연결부 (150)의 강관말뚝 기초 (153)인 위말뚝 및 상기 강관말뚝 (140)인 아래말뚝을 용접 연결할 경우, 강관말뚝 기초 (153)의 하단부에 외곽으로 벌어진 가이드부재 역할을 하는 것으로서 상기 강관말뚝 기초 (153)에 강관말뚝 (140)이 용이하게 강관말뚝 기초 (153)의 연결부위로 접근할 수 있도록 나팔관형 오 차보정 가이드밴드 (181)를 배치하고, 임시체결 장치 (182)를 통해 임시로 체결한다. 도 18의 b)는 도 18의 a)의 도면부호 C 영역을 상세하게 나타내며 또한, 도 18의 c)는 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181)에 의해 위치를 보정한 후 임시체결 장치 (182)로 임시 체결한 후 현장 용접하게 된다. 이때, 상기 제 3 연결부에서 용접이 완료된 후， 상기 임시체결 장치 (182)는 해체된다.
한편, 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물에서 타워의 철근 배근을 예시하는 도면이다.
도 19를 참조하면， 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물 을 사용한 해상풍력 구조물에서, 제 1 내지 제 4 세그먼트 (110a~110d), 및 제 5 세그 먼트 (150)에 배근되는 수직 및 수평 철근 (115, 116)을 나타낸다. 상기 제 1 내지 제 4 세그먼트 (110a~110d)는 기형성된 쉬스관을 통해 강봉 (113)으로 먼저 체결되고, 이후, 최종적으로 타워 (110)가 완공되면, 전체 타워 (110) 구조를 기형성된 쉬스관 을 통해 강연선 (111)으로 긴장하게 된다.
한편, 도 20a 내지 도 20c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 연결 방법올 순차적으로 나타내는 도면 들이다.
본 발명의 실시예에 따른 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 연결 방법은, 먼저, 도 20a에 도시된 바와 같이, 가이드 프레임 (170)을 이용하여 강관말뚝 (140)을 시공한다. 즉， 현장에 시공된 강관말뚝 (140)의 두부를 정리하고, 정밀 측량하여 제작장에서 확대기초 (151)에 위말뚝 (153)을 연결한다. 다음으로, 도 20b에 도시된 바와 같이, 매입식 기초인 강관말뚝 기초 (153)가 포함된 기초 연결부 (150)를 프리캐스트 세그먼트 제작하고， 나팔관형 오차보정 가 이드밴드 (181)를 제작하여 설치하며, 이때， 임시체결 장치 (182)는 나팔관형 오차보 정 가이드밴드 (181)를 임시로 고정하여 용접한다.
다음으로 도 20c에 도시된 바와 같이, 계 5 세그먼트인 기초 연결부 (150)와 강관말뚝 (140)을 연결하도톡 강관말뚝 (140) 내부에서 용접한 후 가이드밴드 (181) 및 임시체결 장치 (182)는 용접이 완료된 후에 해체된다.
구체적으로， 강관말뚝 (140) 내부에 용접 작업대를 설치하고, 운반용 바지 (340)로 운송된 기초 연결부 (150) 세그먼트를 설치하며, 이후， 상기 기초 연결부 (150) 상에 형성된 작업홀 (154)을 통하여 강관말뚝 (140) 내부로 진입하여 완전 용 입 그루브 (Groove) 용접으로 위말뚝 (153) 및 아래말뚝 (140)을 연결한다. 이후, 상 기 임시체결 장치 (182)를 풀어서 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181) 해체하 며ᅳ 최종적으로 상기 작업홀 (154)을 폐쇄하도록 뚜껑을 설치함으로써， 제 3 연결부 에 대한 연결이 완료된다.
결국， 본 발명의 실시예에 따르면， 강도 콘크리트의 조립식 구조물 구조를 적용함으로써 시공 기간을 단축시키고， 현장 작업을 최소화할 수 있고， 강관말뚝 기초를 적용함으로써， 제작장이 필요 없고 어떤 지반조건에서도 적용할 수 있다. 전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며， 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않 고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있올 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 요소 들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되 는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 22

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
풍력 발전을 위해 나셀부 및 블레이드가 설치되는 해상풍력 구조물에 있어 서,
현장에서 작업이 수행되어 해저 지지층에 고정되는 강관말뚝 (140);
프리캐스트 제작되어 운반되어 상기 강관말뚝에 상부에 연결되는 것으로서, 콘크리트 확대기초 (151); 상기 확대기초 (151) 상면 중앙에 설치된 타워기초 (152); 상기 확대기초 (151) 저면에 연결설치된 강관말뚝기초 (153); 및 상기 강관말뚝기초 (153)의 내부와 연통되도록 확대기초 (151)를 관통하도록 형성되는 작업홀 (154);을 포함하는 기초 연결부 (150);
프리캐스트 제작되어 운반되는 적어도 하나 이상의 프리캐스트 세그먼트가 상기 기초 연결부 상에서 적층 연결되어 형성되는타워 (110);
상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부의 측면에 설치되는 접안 및 점검시설; 상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부를 경사 방향에서 정확하게 연결하는 강 관말뚝 연결장치 (180)를 포함하되，
상기 타워 (110) 및 상기 기초 연결부 (150)는 각각 제작장에서 제작되는 프리 캐스트 세그먼트이며，
상기 강관말뚝 연결장치 (180)는 강관말뚝 (140) 및 상기 기초 연결부 (150)를 경사 방향에서 정확하게 연결하기 위한 것으로서 기초 연결부 (150)의 하부에 강관 말뚝 (140)이 정위치로 유도되도록 상기 기초연결부 (150)의 강관말뚝기초 (153)의 하 부를 감싸도록 설치된 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181); 및 상기 나팔관형 오차 보정 가이드밴드를 고정 및 해체할 수 있도록 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181) 의 연결단부에 형성된 임시체결 장치 (182)를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관말 뚝 기초와 조립식 구조물을사용한 해상풍력 구조물.
【청구항 2】
제 1항에 있어서,
상기 타워의 프리캐스트 세그먼트는 매치 캐스트 (Match cast) 방식으로 정확 하게 연결될 수 있도록 제작장에서 미리 제작되어 운반되는 것을 특징으로 하는 강 관말뚝 기초와조립식 구조물을사용한 해상풍력 구조물.
【청구항 3]
겨 12항에 있어서， 상기 타워의 프리캐스트 세그먼트 중에서 최상부 세그먼트는 상기 나셀부의 교체 필요시 해체 가능하도록 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 .
【청구항 4】
제 1항에 있어서，
상기 기초 연결부는 사전 측량된 데이터에 따라 제작되며 , 상기 기초 연결부 하부 및 상기 강관말뚝은 용접 연결되고， 상기 기초 연결부 상부 및 상기 타워는 강봉 및 강연선을 사용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 .
【청구항 5】
제 1항에 있어서，
상기 강관말뚝은 삼각 지지 경사형 강관말뚝 기초로서 , 해저 지지층에 천공 되어 고정되는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상 풍력 구조물 .
[청구항 6】
제 1항에 있어서，
상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드는 2등분 가이드밴드 이거나 4둥분 가이드밴드 로서， 용접 작업시 용접 덧댐판 역할을 하는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물 .
【청구항 7】
제 1항에 있어서，
상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드는 상기 강관말뚝 및 상기 기초 연결부의 용접 이 왼료되면 해체되는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용 한 해상풍력 구조물 .
【청구항 8】
제 1항에 있어서，
상기 강관말뚝이 정확하게 지지층에 항타 고정되도록 가이드하는 가이드 프레임 (Guide Frame)을 추가로 포함하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍 력 구조물 .
【청구항 9】
풍력 발전을 위해 나샐부 및 블레이드가 설치되는 해상풍력 구조물의 시공 방법에 있어서 , a) 인양크레인올 탑재한 잭업 바지를 제작장에서 인양하여 설치하는 단계; b) 강관말뚝 시공을 위한 가이드 프레임을 육상의 제작장에서 미리 제작하여 운반용 바지로 운반하여 설치하는 단계;
c) 기설치된 가이드 프레임에 강관말뚝을 거치하고 진동 해머로 항타하여 지지층까지 시공하는 단계 ;
d) 제작장에서 제작된 프리캐스트 기초 연결부 (150)를 운반용 바지를 이용하 여 운반한 후， 상기 인양 크레인을 사용하여 상기 기초 연결부를 상기 강관말뚝 (140) 상에 연결 시공하는 단계;
e) 타워 연결 작업을 위한 인원 및 작업 물량의 반입을 위해서 접안 및 점검 시설을사전에 설치하는 단계; 및
f) 제작장에서 미리 제작되어 운반용 바지로 운반된 적어도 하나 이상의 프 리캐스트 세그먼트를 적층 연결하여 조립식 (Pre-fab) 타워를 시공하는 단계를 포함 하며，
상기 c) 단계에서, 상기 강관말뚝이 지지층에 근입되면, 가이드 프레임의 상 단과 상기 강관말뚝을 용접 연결시켜 상기 강관말뚝이 상기 가이드프레임에 조립 거치되며,
상기 기초연결부 (150)는 프리캐스트 제작되어 운반되어 상기 강관말뚝 (140) 상부에 연결되며， 콘크리트 확대기초 (151); 상기 확대기초 (151) 상면 중앙에 설치 된 타워기초 (152); 상기 확대기초 (151) 저면에 연결설치된 강관말뚝기초 (153); 및 상기 강관말뚝기초 (153)의 내부와 연통되도록 확대기초 (151)를 관통하도록 형성되 는 작업홀 (154);을 포함하며,
상기 강관말뚝 (140) 및 상기 기초 연결부 (150)를 경사 방향에서 정확하게 연 결하는 강관말뚝 연결장치 (180)를 포함하되, 상기 강관말뚝 연결장치 (180)는 기초 연결부 (150)의 하부에 강관말뚝 (140)이 정위치로 유도되도록 상기 기초연결부 (150) 의 강관말뚝기초 (153)의 하부를 감싸도록 설치된 나팔관형 오차보정 가이드밴드 (181)； 및 상기 나팔관형 오차보정 가이드밴드를 고정 및 해체할 수 있도록 나팔관 형 오차보정 가이드밴드 (181)의 연결단부에 형성된 임시체결 장치 (182)를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법.
【청구항 10]
제 9항에 있어서,
상기 c) 단계의 강관말뚝은 삼각지지 경사형 말뚝인 것을 특징으로 하는 강 관말뚝 기초와조립식 구조물을사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법.
【청구항 11】
제 9항에 있어서,
상기 d) 단계의 기초 연결부는 상기 기초 연결부 하부에 조립된 위말뚝과 기 시공된 아래말뚝은 용접 연결되고, 상기 기초 연결부 상부 및 상기 타워는 강봉 및 강연선을 사용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법 .
【청구항 12]
제 9항에 있어서,
상기 f) 단계의 각각의 프리캐스트 세그먼트는 매치 캐스트 (Match cast) 방 식으로 정확하게 연결될 수 있도록 제작장에서 미리 제작되어 운반되는 것을 특징 으로 하는 강관말뚝 기초와조립식 구조물을사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법. 【청구항 13】
제 9항에 있어서，
상기 f) 단계의 각각의 프리캐스트 세그먼트는 가설시 강봉에 의해 연결되며, 최종 적으로 상기 타워가 완공되면， 전체 타워 구조를 강연선으로 긴장시키는 것을 특징 으로 하는 강관말뚝 기초와 조립식 구조물을 사용한 해상풍력 구조물의 시공 방법.
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