KR20130143370A - 보강 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 보강 유닛은, 서로 이격된 상태로 배치되는 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 제공되는 보강 유닛에 있어서, 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 수직으로 제공되며, 중심을 기준으로 제 1 구역과 제 2 구역으로 구분되는 돌출 형태의 홀이 형성된 보강 플레이트와, 제 1 구역의 테두리 일단으로부터 제 1 플레이트를 향해 연장되며, 보강 플레이트에 수직으로 제공되는 제 1 홀 보강 플레이트와, 제 2 구역의 테두리 일단으로부터 제 2 플레이트를 향해 연장되며, 보강 플레이트에 수직으로 제공되는 제 2 홀 보강 플레이트를 포함한다.

Description

보강 유닛{REINFORCEMENT UNIT}
본 발명은 보강 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 또는해양 구조물 내부에 액세스 홀을 갖는 보강 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 선수에서 선미까지 선박을 구성하는 각각의 블록을 조립해 완성되는데, 설계에서부터 입력된 배의 종류, 크기 등의 정보에 의거하여 철판 절단과 가공, 의장 작업 등을 거쳐 각각의 블록을 제적한 후 해상 크레인 등을 이용해 각 블록들을 도크로 이동하여 조립하는 공정들을 거치게 된다. 이러한 일련의 공정들은 고정식 또는 부유식의 해양 구조물을 제작하는 경우에도 거의 유사하게 적용된다.
그리고, 선박의 경우 2중 선체 구조(또는 이중저 구조)가 일반적인데, 이것은 안정성 있는 구조 형태를 만들 수 있을 뿐만 아니라 선박의 주요한 밸러스팅(ballasting) 기능을 담당하는 중요한 역할을 할 수 있기 때문이다.
이러한 2중 선체 구조에서는 제 1 플레이트(내측 플레이트)와 제 2 플레이트(외측 플레이트) 사이에 격자 형상으로 구성되는 다수의 보강 플레이트가 제공되는 것이 일반적이며, 각 보강 플레이트에는 중량의 절감과 작업자의 검사 및 이동을 위한 액세스 홀(access hole)이 형성된다.
이와 같이, 보강 플레이트에 액세스 홀을 형성하게 되면, 좌굴/최종 강도 특성이 크게 변화하게 되어 심각한 강도상의 문제를 야기하게 되는데, 이를 보완하기 위한 대책의 일환으로서, 액세스 홀의 주변에 보강 플레이트를 형성하는 기법(유공주위 보강 방법)이 사용되고 있다.
도 1a 및 1b는 보강 부재의 대략 중심 부분에 형성된 액세스 홀(102)의 주변 일측 면에 보강 플레이트(또는 보강 스티프너)(104)가 형성된 종래 보강 유닛의 구조 사진을 보여주고, 도 2a 및 2b는 종래 구조에 따라 액세스 홀 주위에 스티프너를 보강한 상태에서 전단하중이 작용할 때 좌굴 및 붕괴 패턴이 발생하는 형태를 예시적으로 보여주는 사진이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 액세스 홀 주변에 보강 플레이트(104)를 보강하는 방법은 종/횡 방향의 압축하중과 면내 전단하중이 작용할 경우 좌굴 및 붕괴가 나타나고, 면내 전단하중이 작용할 경우 액세스 홀 주위에서 발생한 큰 응력이 주변 판부재에 전달되는데, 이때 보강용으로 설치한 스티프너는 이러한 하중 전파에 아무런 역할을 하지 못하게 되는 문제가 있다.
도 3은 종래 방식에 따라 보강 플레이트에 칼링 스티프너(carling stiffener), 이중 플레이트(doubling plate), 면판 스티프너(face-plating stiffener)를 적용한 각 경우와 스티프너를 적용하지 않는(non-stiffener) 경우와 관련한 전단하중(유공 주위에 스티프너 보강시의 전단하중)에 대한 응답 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 유공(액세스 홀) 주위에 스티프너를 보강하더라도 전단하중에 대한 보강 효과가 거의 없음을 분명하게 알 수 있다.
대한민국 공개특허 제2010-0096371호(공개일: 2010. 09. 02)
본 발명은 보강 플레이트에 적용되는 액세스 홀을 돌출 형태로 하고, 대각선으로 교차하는 방향의 각 테두리 일단으로부터 대응하는 각 플레이트로 연장되는 홀 보강 플레이트를 각각 제공함으로써, 2중 선체 구조 또는 2중 구조물에서 전단하중에 기인하는 비틀림 강도를 보강하여 선박 또는 해양 구조물의 안전성을 제공하고자 한다.
본 발명은, 서로 이격된 상태로 배치되는 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 제공되는 보강 유닛에 있어서, 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 수직으로 제공되며, 중심을 기준으로 제 1 구역과 제 2 구역으로 구분되는 돌출 형태의 홀이 형성된 보강 플레이트와, 상기 제 1 구역의 테두리 일단으로부터 상기 제 1 플레이트를 향해 연장되며, 상기 보강 플레이트에 수직으로 제공되는 제 1 홀 보강 플레이트와, 상기 제 2 구역의 테두리 일단으로부터 상기 제 2 플레이트를 향해 연장되며, 상기 보강 플레이트에 수직으로 제공되는 제 2 홀 보강 플레이트를 포함하는 보강 유닛을 제공한다.
또한, 본 발명의 보강 유닛에 적용되는 제 1 홀 보강 플레이트와 제 2 홀 보강 플레이트는 제 1 플레이트와 제 2 플레이트로 연장되는 방향으로 갈수록 그 돌출 높이가 점진적으로 높게 테이퍼지도록 형성될 수 있다.
본 발명은, 유공 주위에 보강용 스티프너를 형성하는 전술한 종래 구조와는 달리, 보강 플레이트에 적용되는 액세스 홀을 돌출 형태로 하고, 대각선으로 교차하는 방향의 각 테두리 일단으로부터 대응하는 제 1 및 제 2 플레이트로 연장되는 제 1 및 제 2 홀 보강 플레이트를 각각 제공함으로써, 2중 선체 구조 또는 2중 구조물에서 전단하중에 기인하는 비틀림 강도를 효과적으로 보강할 수 있으며, 이를 통해 선박 또는 해양 구조물의 안전성을 증진시킬 수 있다.
도 1a 및 1b는 보강 부재의 대략 중심 부분에 형성된 액세스 홀의 주변 일측 면에 보강 플레이트가 형성된 종래 보강 유닛의 구조 사진,
도 2a 및 2b는 종래 구조에 따라 액세스 홀 주위에 스티프너를 보강한 상태에서 전단하중이 작용할 때 좌굴 및 붕괴 패턴이 발생하는 형태를 예시적으로 보여주는 사진,
도 3은 종래 방식에 따라 보강 플레이트에 칼링 스티프너, 이중 플레이트, 면판 스티프너를 적용한 각 경우와 스티프너를 적용하지 않는 경우와 관련한 전단하중에 대한 응답 특성 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 보강 유닛을 적용한 선박 또는 해양 구조물의 일부 절취 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 보강 유닛의 평면도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 다른 보강 유닛의 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보강 유닛의 측단면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보강 유닛의 측단면도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 보강 유닛의 측단면도.
먼저, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 보강 유닛을 적용한 선박 또는 해양 구조물의 일부 절취 단면도이다.
도 4를 참조하면, 그 내부에 액세스 홀(404)이 형성되는 보강 플레이트(402)는 제 1 플레이트(408)와 제 2 플레이트(410) 사이에 수직으로 제공(예컨대, 용접 결합)되며, 이러한 각 보강 플레이트(402)에는 인접하는 각 보강부재(보강 플레이트)(406)가 수직하는 방향으로 제공된다. 이때, 액세스 홀(404)은 작업자(사람)의 검사, 이동 등을 위한 통행용 홀이 될 수 있다.
여기에서, 본 발명에 따른 보강 유닛의 적용 대상이 선박 또는 부유식 구조물(부유식의 해양 구조물)인 경우라고 가정할 때, 제 1 플레이트(408)와 제 2 플레이트(410)는, 예컨대 2중 선체 구조를 갖는 선박 또는 부유식 구조물의 인너헐(inner hull)과 아우터헐(outer hull)이거나 혹은 2중 선체 구조를 갖는 선박 또는 부유식 구조물의 인너헐과 아우터헐 사이에 배치된 서로 인접하는 두 개의 보강부재(보강 플레이트)일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 보강 유닛, 즉 도 4에 도시된 구조물에 적용 가능한 보강 유닛의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 보강 플레이트(500)의 내측에 형성되는 액세스 홀(502)은 직선변(502a)과 반원형(502b)을 갖는 타원 형상을 가지며, 중심(508)을 기준으로 하여 제 1 구역(504a)과 제 2 구역(504b)으로 구분된다.
그리고, 제 1 구역(504a)의 테두리 일단, 보다 바람직하게는 반원형 테두리의 시작점(502c)으로부터 제 1 플레이트(408) 방향으로 연장(신장)되는 제 1 홀 보강 플레이트(508a)가 제공되고, 제 2 구역(504b)의 테두리 일단, 보다 바람직하게는 반원형 테두리의 시작점(502d)으로부터 제 2 플레이트(410) 방향으로 연장(신장)되는 제 2 홀 보강 플레이트(508b)가 제공된다. 즉, 제 1 홀 보강 플레이트(508a)와 제 2 홀 보강 플레이트(508b)는 대각선 방향으로 서로 대향 위치하는 형태를 갖는다. 여기에서, 본 실시 예의 보강 유닛은 국부적인 위치에 보강을 해 주기 때문에 크기 및 두께에 큰 영향을 받지 않는 장점을 가질 수 있다.
여기에서, 제 1 홀 보강 플레이트(508a)의 일단은 액세스 홀(502) 내 제 1 구역(504a)의 테두리 일단에 용접 결합되고, 그 타단은 제 1 플레이트, 제 2 플레이트 , 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 수직 구조로 배치된 인접하는 보강부재(보강 플레이트)에 용접 결합될 수 있다.
마찬가지로, 제 2 홀 보강 플레이트(508b)의 일단은 액세스 홀(502) 내 제 2 구역(504b)의 테두리 일단에 용접 결합되고, 그 타단은 제 2 플레이트, 제 1 플레이트 , 제 2 플레이트와 제 1 플레이트 사이에 수직 구조로 배치된 인접하는 보강부재(보강 플레이트)에 용접 결합될 수 있다.
그리고, 이러한 구조의 보강 유닛에서는 서로 교차하는 A1 및 A2 방향으로 비틀림 강도(torsional rigidity)가 야기되거나 혹은 서로 교차하는 B1 및 B2 방향으로 비틀림 강도가 야기될 수 있는데, 본 실시 예의 보강 유닛 구조에서는 액세스 홀(502)을 기준으로 대각선 방향으로 서로 교차 배치된 제 1 홀 보강 플레이트(508a)와 제 2 홀 보강 플레이트(508b)가 비틀림 강도를 확실하게 보강할 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 액세스 홀(502)과 제 1 및 제 2 홀 보강 플레이트(508a, 508b)는, 일 예로서 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 동일한 방향으로 돌출되는 형태, 즉 제 1 및 제 2 홀 보강 플레이트(508a, 508b)는 액세스 홀(502)의 돌출 방향과 같은 방향으로 돌출되는 형태를 가질 수 있다.
여기에서, 액세스 홀(502)과 제 1 및 제 2 홀 보강 플레이트(508a, 508b)의 돌출 높이는, 선박 또는 해양 구조물에서 요구하는 전단하중에 의한 비틀림 강도 등에 대한 보강 정도(보강 범위)를 고려하여 적응적으로 적용(결정)할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 적용되는 돌출형의 제 1 및 제 2 홀 보강 플레이트는 필요 또는 용도에 따라 다양한 돌출 높이로 제작할 수 있다. 즉, 일 예로서 도 7에 도시된 바와 같이, 홀 보강 플레이트(906)의 돌출 높이를 액세스 홀(902)의 돌출 높이와 동일하게 형성하거나, 일 예로서 도 8에 도시된 바와 같이, 홀 보강 플레이트(1006)의 돌출 높이를 액세스 홀(1002)의 돌출 높이보다 적어도 낮게 형성하거나, 혹은 일 예로서 도 9에 도시된 바와 같이, 액세스 홀(1102) 측으로부터 플레이트 또는 인접하는 보강부재(1104)로 연장되는 방향으로 갈수록 홀 보강 플레이트(1106)의 돌출 높이가 점진적으로 테이퍼(taper)지도록 형성할 수 있다.
도 7 내지 도 9에 있어서, 미설명번호 904 및 1004는 플레이트 또는 인접하는 보강부재를 의미한다.
즉, 본 실시 예에 따르면, 본 발명의 보강 유닛에 적용되는 선박 또는 해양 구조물에서 요구하는 전단하중에 의한 비틀림 강도 등에 대한 보강 정도를 고려하여 홀 보강 플레이트의 돌출 높이를 적응적으로 적용(결정)할 수 있다. 이때, 홀 보강 플레이트의 돌출 높이가 상대적으로 낮다는 것은 액세스 홀과 플레이트(혹은 인접하는 보강부재)간을 물리적으로 고정 지지하는 홀 보강 플레이트의 결합 면적이 상대적으로 작아진다는 것을 의미하고, 홀 보강 플레이트의 돌출 높이가 상대적으로 높다는 것은 액세스 홀과 플레이트(혹은 인접하는 보강부재)간을 물리적으로 고정 지지하는 홀 보강 플레이트의 결합 면적이 상대적으로 커진다는 것을 의미한다.
여기에서, 결합 면적의 작아짐은 비틀림 강도에 대한 보강 정도가 상대적으로 낮아짐을 의미하고, 결합 면적이 커짐은 비틀림 강도에 대한 보강 정보가 상대적으로 커짐을 의미하므로, 본 실시 예의 보강 유닛 구조에서는 선박 또는 해양 구조물에서 요구하는 전단하중에 의한 비틀림 강도 등에 대한 보강 정도를 고려하여 홀 보강 플레이트의 돌출 높이를 적응적으로 적용함으로써, 관련 구조물에서 필요로 하는 만큼의 충분한 보강 범위를 결정할 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 돌출형의 액세스 홀은 직선변과 반원형을 갖는 타원 형상 뿐만 아니라 일반적인 타원 형상과 원 형상 등으로 제작할 수도 있는데, 이것은 적용되는 구조물의 특성에 따른 비틀림 강도를 고려하여 적응적으로 선택 적용할 수 있음을 의미한다.
다른 한편, 본 발명의 발명자는 본 발명에 따른 보강 방법과 기존의 보강 방법 간의 비교 실험을 하였으며, 그 실험 결과는 다음과 같다.
예로서, 동일한 중량(14t, 20t)을 실험 조건으로 하여 실험을 한 바, 아래의 표와 같은 결과, 즉 본 발명의 보강 방법(hybrid)이 기존의 보강 방법(carling)에 비해 대략 17% 정도의 강도 증가가 도출됨을 알 수 있었다.
Figure pat00001
이상의 설명에서는 본 발명의 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
402, 500, 700, 800 : 보강 플레이트
404, 502, 702, 802 : 액세스 홀
408 : 제 1 플레이트
410 : 제 2 플레이트
502a : 직선변
502b : 반원형
502c, 502d : 반원형 테두리의 시작점
504a, 704a, 804a : 제 1 구역
504b, 704b, 804b : 제 2 구역
508, 702a, 802a : 중심
508a, 708a, 808a : 제 1 홀 보강 플레이트
508b, 708b, 808b : 제 2 홀 보강 플레이트

Claims (3)

  1. 서로 이격된 상태로 배치되는 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 제공되는 보강 유닛에 있어서,
    상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 수직으로 제공되며, 중심을 기준으로 제 1 구역과 제 2 구역으로 구분되는 돌출 형태의 홀이 형성된 보강 플레이트와,
    상기 제 1 구역의 테두리 일단으로부터 상기 제 1 플레이트를 향해 연장되며, 상기 보강 플레이트에 수직으로 제공되는 제 1 홀 보강 플레이트와,
    상기 제 2 구역의 테두리 일단으로부터 상기 제 2 플레이트를 향해 연장되며, 상기 보강 플레이트에 수직으로 제공되는 제 2 홀 보강 플레이트
    를 포함하는 보강 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 홀 보강 플레이트와 제 2 홀 보강 플레이트는,
    상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트로 연장되는 방향으로 갈수록 그 돌출 높이가 점진적으로 높게 테이퍼지는 보강 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 홀 보강 플레이트와 제 2 홀 보강 플레이트는,
    대각선 방향으로 서로 대향하는 위치에 설치되는 보강 유닛.
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Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20131016

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E90F Notification of reason for final refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event date: 20140418

Patent event code: PE09021S02D

PC1205 Withdrawal of application forming a basis of a converted application
WICV Withdrawal of application forming a basis of a converted application