KR100516948B1 - 이중선각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신규한 방식의 이중선각구조를 개시한다.

유조선이나 컨테이너 운반선등에 사용되는 이중선각구조는 고강도의 구조임에도 충돌이나 좌초로 파손되어 해상오염이나 침몰사고등을 야기하는바. 이의 방지를 위해 본 발명에서는 내측판 구조체와 외측판 구조체를 분리 구성하고 이를 바람직하기로 종강도 구조재인 탄성구조체로 연결함으로써, 외측판 구조체에 인가된 외력 에너지를 탄성구조체의 변형에너지로 흡수분산시켜 내측판 구조체의 손상을 방지하였다.

Description

이중선각구조{Double hull structure}

본 발명은 선박의 선각(hull) 구조에 관한 것으로, 더 상세히는 유체화물을 운반하는 유조선(tanker)이나 컨테이너운반선등에 사용되는 이중선각(double hull) 구조에 관한 것이다.

유조선은 원유나 석유제품, 또는 화학약품등의 액체화물을 운반하는 살물(撒物) 운반선의 하나로 널리 사용되어온 바, 이의 충돌이나 좌초등에 따른 해상오염의 심각성에 의해 MARPOL 73/78 회의는 탱커의 구조에 제한을 규정하였으며, 이를 충족하기 위한 미국 연안경비대의 제안서에 의해 유조선의 전화물영역에 이중선각구조를 채택하기에 이르렀다. 이러한 이중선각구조는 SOLAS등의 후속 규정에 따라 원유 운반선이나 화학물 운반선뿐 아니라 FSO(Floating Storage Offloading)나 FPSO(Floating Production Storage Offloading)등 일정 규모이상의 원유 또는 석유 제품을 저장 및 /또는 수송하는 원유 생산설비까지 적용되기에 이르렀다.

한편 컨테이너운반선의 경우는 20ft 또는 40ft 등 소정 규격의 단위화물을 적재하여 수송하므로 다량의 컨테이너의 수송과 적양하의 편의를 위해서는 화물창이 가능한 한 개구(opening)이 큰 박스형으로 구성될 필요가 있는 바, 이 경우 종강도와 비틀림강도, 그리고 충돌등의 경우의 안전성의 향상을 위해 역시 선체를 이중선각구조로 구성하고 있다.

도 1 및 도 2에는 이러한 이중선각구조의 예로서 유조선에 사용되는 종래 방식들을 도시하고 있다.

도 1에서, 유조선의 화물영역은 화물창(Tk)을 둘러싸는 측판이 각각 외저판(Bo)과 내저판(Bi)과 외측판(SO)과 내측판(Si)으로 구성된 이중선각구조를 가져 충돌이나 좌초시 화물창(Tk)에 저장된 석유등의 유체화물이 직접 누출되지 않도록 되어 있다.

한편 갑판(Dk)은 단판(單板)으로 구성되어 종방향의 데크거어더(deck girder:Gd) 및 횡 방향의 데크 프레임(deck frame; Fd)으로 지지되고, 선저와 선측도 내판(Bi, Si)과 외판(Bo, So)을 연결하는 버텀거어더(bottom girder; Gb) 및 사이드 거어더(side girder; Gs)등에 의해 지지되고 있다.

이러한 거어더(Gd,Gs,Gb)등은 주로 선체의 종강도에 기여하는 강도부재들인데, 선체의 횡강도는 선체의 길이방향에 소정간격으로 배치된 데크프레임(Fd) 및 내판(Bi,Si)과 외판(Bo,So)간을 연결하는 웨브 프레임(web frame:Fw)이 주로 담당하게 된다. 또한, 석유등 화물과 외부해수의 압력등에 대한 내판(Bi,Si)과 외판(Bo,So)의 국부강도는 스티프너(stiffener:Tl)들에 의해 담당된다.

사이드 거어더(Gs) 및 버텀 거어더(Gb)와 웨브 프레임(Fw)들은 내판(Si,Bi)과 외판(So, Bo)을 상호 일체로 연결하는 판재로, 실제적으로는 연속된 판재가 아니라 중량경감과 교통, 그리고 보강을 위해 맨홀(manhole:H)이 형성되고 맨홀(H) 주위에 플랜지(flange) 또는 스티프너가 설치되어 그 단면은 도 1 좌측의 아래쪽 사이드 거어더(Gs)와 같은 형태를 가진다.

한편 이들 사이드 거어더(Gs) 및 버텀 거어더(Gb)와 웨브 프레임(Fw)등을 L형 강이나 T형 강등으로 조립 구성하는 경우에도 그 단부에는 구조의 연속성과 보강을 위해 브라켓(bracket)을 부착하게 되므로, 실질적으로는 판재로 구성하는 경우와 거의 동일한 형태가 된다.

도 1의 구성은 스티프너(Tl)가 선체의 길이방향으로 배열된 일반적인 종구조방식인바, 종구조방식의 스티프너(Tl)는 국부강도 뿐아니라 종강도에는 기여하게 된다. 그런데 이중선각구조는 그 단면계수(section modulus)가 단일선각구조에 비해 매우 큰 바, 종구조방식의 스티프너(Tl)를 채택하면 단면계수가 더욱 커져 비경제적인 구조가 될 뿐아니라, 종강도에 대한 중립축(NA)이 상당히 낮아져 갑판(Dk)의 소요두께가 커지는 문제가 있다.

이에 따라 이중선각구조를 가지는 유조선에도 도 2에 도시된 바와 같은 횡구조방식이 채택되고 있는 바, 횡구조방식을 국부강도가 높아 종래 광석운반선이나 쇄빙선, 또는 빙해(氷海)구역 항행선 등 주로 국부적 집중하중이 문제가 되는 선체 구조에 사용되어 오던 것이다.

횡구조방식에 있어서 내측판(Si)과 외측판(So)을 지지하는 스티프너(Tl)는 선체의 횡방향, 즉 도면의 상하방향으로 배열되는데, 이와 같은 횡구조방식은 횡방향 집중하중에 대한 국부강도가 높으나 선체종강도에는 영향을 미치지 않으므로, 이를 이중선각구조에 채택하는 경우에는 충돌시등의 횡강도를 향상시키고 과도한 단면 계수의 증가를 방지하여 중립축(NA)을 상향시킴으로써 갑판(Dk)의 두께를 경감시킬수 있게 된다.

횡구조방식에 있어서도 내외측판(Si,So)은 종방향의 사이드 거어더(Gs)와 선체길이방향으로 소정간격 배열된 웨브프레임(Fw)에 의해 보강되어 내외측판(Si,So)이 일체로 결합되는 구조를 가지게 된다.

그러나 이와 같이 종횡의 구조재가 일체로 결합된 이중선각구조에도 불구하고 충돌이나 좌초시 내판(Si,Bi)과 외판(So,Bo)이 동시에 파손되어 유조선의 화물창(Tk)으로부터 기름등이 누출됨으로써 해상을 오염시키고 컨테이너운반선의 화물창이 침수(浸水)되어 침몰하는 사고가 빈발하고 있다.

본원인의 고찰에 의하면 그 원인은 두가지로 요약될수 있는 데, 첫 번째 이유는 종래의 구조에 의하면 일체형 구조임에도 불구하고 충돌이나 좌초에 의한 충격에너지가 인접구조에 효율적으로 전파, 즉 흡수되지 못하여 충격에너지가 국부적으로 집중되므로 외판(So,Bo)뿐만 아니라 내판(Si,Bi)까지 집중적으로 전달되기 때문인 것으로 판단된다. 두 번째 이유는 충격에너지를 효율적으로 분산시킬 수 없음에도 불구하고 종횡의 구조재가 일체로 결합되어 있으므로 외판(So,Bo)등의 일부 구조의 손상이 프레임(Fw)이나 거어더(Gs,Gb) 및 내판(Si,Bi)등의 손상을 야기, 즉 국부적 손상이 인접구조의 손상을 야기하기 때문인 것으로 판단된다.

이에 따라 충돌이나 좌초에 의해 선체에 가해진 충격에너지를 인접구조에 효율적으로 전파시켜 흡수하는 동시에, 인접구조에 대한 손상의 전파는 차단할 수 있는 선체구조의 제공이 시급히 요구되는바, 본 발명은 이러한 이중선각구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적의 달성을 위해 본 발명에 의한 이중선각구조는 종래와 같이 내측판과 외측판을 일체로 결합하는 대신 내측판 구조체와 외측판 구조체를 상호분리하여 이들을 탄성구조체로 연결하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 특징에 의하면 이 탄성구조체는 종강도 구조재로 구성되는데, 충격에너지를 변형에너지등으로 직접적으로 흡수하는 압축부재와, 필요에 따라 이 압축부재의 변형을 억제하면서 역시 충격에너지를 변형에너지로 흡수하는 인장부재로 구성된다.

(실시예)

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예들의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

이하의 설명에서 도 1 및 도 2와 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내는 것이므로 대응설명을 참조하여 중복설명은 생략한다.

도 3 내지 도 4에서, 내측판(Si)과 외측판(So)은 종래와 같이 사이드 거어더(도 1 및 도 2의 Gs)나 웨브프레임(도 1 및 도 2의 Fw)으로 상호 일체로 결합되는 대신, 본 발명 특징에 따라 내측판 구조체(1)와 외측판 구조체(2)로 분리된다.

양 구조체(1,2)는 바람직하기로 각각 양판(Si,So)과 이에 접합된 하프링 프레임(half-ring frame:Fi,Fo), 그리고 양 판(Si,So)의 국부보강을 위한 스티프너들로 포함하는 횡강도 구조체로 구성되는데, 스티프너는 도 1 및 도 2에서와 같이 종방식 또는 횡방식으로 배열되나 이들을 도면에 표시하는 경우 도면에 과도히 복잡해지므로 이들의 도시는 생략하기로 한다.

여기서 하프링 프레임(Fi,Fo)이라는 명칭은 내측판(Si)과 외측판(So)간을 일체로 연결하는 대신, 각각 내측판(Si)과 외측판(So)을 별도로 지지하는 부분 프레임으로 대략 긴 C형, 또는 장원(elongated circle)형의 절반의 형태를 가진다는 의미이며, 바람직하기로 도 4(특히 도 5 및 6에 잘 도시됨)에 도시된 바와 같이 플랜지(Ni,No)를 구비하여 T형 단면으로 구성되며 양 판(Si,So)의 하프프레임 (Fi,Fo)은 서로 교호적으로 배열된다.

이와 같이 상호 분리된 내측판 구조체(10)와 외측판 구조체(2)는 탄성구조체(3)에 의해 연결된다. 여기서 주의해야 할 점은 종래 내외측판(Si,So)을 일체로 연결하던 사이드 거어더(Gs) 및 웨버 프레임(Fw) 역시 어느정도 탄성은 가지나 선체 측방향으로 어느 이상의 외력의 인가시 이들은 큰 소성변형을 수반하며 외력을 흡수하므로 탄성구조체로 이름하기는 어렵다는 점이다.

바람직하기로 탄성구조체(3)는 횡강도 구조재인 내외측판 구조체(1,2)와 교차하는 종강도 구조재로 구성되고, 그 단면에 적어도 한 너클(knuckle)부(4a)를 가지도록 대략 V자형으로 절곡된 압축거어더(4)를 포함한다. 이 압축거어더(4)는 양 단이 외측판(So)와 내측판(Si)에 각각 접합되어, 선체의 종강도 부재역할을 하는 동시에 선체 횡방향으로 외력의 인가시 후술하는 바와 같이 압축되면서 외력에 의한 에너지를 변형에너지로 흡수한다.

한편 필요에 따라서는 이 압축거어더(4)의 작용을 보조하는 인장거어더(5)가 탄성구조체(3)에 더 포함될 수 있다. 인장거어더(5)는 그 단면에 압축거어더(4)와 반대로 절곡된 너클부(5a)를 구비하여 대략 V자형으로 구성된다. 인장거어더(5)는 역시 종강도 부재로 작용하며 압축거어더(4)의 에너지흡수를 보조한다.

이와같이 압축거어더(4)와 인장거어더(5)를 함께 구비하는 경우, 바람직하기로 압축거어더(4)는 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 그 양단이 외측판(So)과 내측판(Si)에 각각 접합되고 내측판 구조체(1)의 하프링 프레임(Fi)의 플랜지(Ni)에 그 중간이 접합된다. 이에 따라 압축거어더(4)의 내측판 구조체(1)측의 절점(節點)강성이 커서 외력의 인가시 압축거어더(4)는 외측판 구조체(2)와 함께 캔틸레버(cantilever)지지와 유사한 변형거동을 하게 된다.

한편 인장거어더(5)는 그 양단이 내외판(Si,So)에 접합될 수도 있으나, 압축거어더(4)의 작용의 효율적인 보조를 위해 도 6에 잘 도시된 바와 같이 양단이 양 구조체(1,2)의 하프링 프레임(Fi,Fo)의 플랜지(Ni,No)에 각각 접합된다.

압축거어더(4)는 또한 내측판 구조체(1)측에 역절곡부(4b)를 구비하여 대략 Z형으로 구성되는 것이 더욱 바람직한 바, 이러한 역절곡부(4b)는 압축거어더(4)의 내측판 구조체(1)측의 절점강성을 증가시키는 동시에 내측판(Si)과의 접합부위를 상향시킴으로써, 내외측판(Si,So)과의 용접을 동일방향, 즉 아래보기자세로 각각 수행할 수 있도록 해주게 된다.

또한 압축거어더(4)와 인장거어더(5)는 후술하는 작동에 따라 그 너클부(4a,5a)가 서로 인접하도록 배열되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명 이중선각구조의 작용을 도 7을 통해 살펴보기로 한다.

본 발명은 기본적으로 상호분리된 내측판 구조체(1)와 외측판 구조체(2)를 탄성구조체(3)로 연결하며, 외측판 구조체(2)에 인가된 외력을 탄성구조체(3)가 흡수분산시킴으로써 내측판 구조체(1)에 전달되지 않도록 하는 것인바, 이러한 원리는 이상의 실시예에서 다음과 같이 달성된다.

충돌등 외력(X)에 이해 외측판(So)에 인가된 충격에너지는 스티프너(도 7에는 도시안됨)를 통해 외측판 구조체(2)의 하프링 프레임(Fo)에 전달되고, 이에 따라 하프링 프레임(Fo)이 일점쇄선과 같이 도면의 우측으로 만곡변형되면 외측판 구조체(2)에 단부가 결합된 압축거어더(4)는 역시 일점쇄선과 같이 압축변형되면서 충격에너지를 변형에너지로 흡수한다.

이때 압축거어더(4)는 내측판 구조체(1)측의 절점강성이 크므로 그 너클부(4a)가 인장거어더(5)측으로 근접하도록 변형되게 되고, 이에 따라 외측판 구조체(2)는 인장거어더(5) 위치에서는 외측으로 벌어지는 변형을 하게 되어 인장거어더(5)를 인장변형시키게 된다. 그 결과 인장거어더(5)는 충격에너지의 일부를 변형에너지로 흡수하게 된다.

인장거어더(5)는 또한 그 변형과정에서 양 구조체(1,2)간을 인장(stretching)시키게 되므로 양 구조체(1,2)간의 과도한 변형, 즉 압축거어더(4)의 과도한 압축변형을 억제하게 된다.

이와같이 외측판(Si)측에 인가된 외력(X)에 의한 충격에너지는 종래와 같이 횡강도 구조재를 따라 내측판(SO)측으로 집중적으로 전달되지 않고 종강도 구조재인 압축거어더(4) 및 인장거어더(5)의 변형에너지로 흡수되면서 그 길이방향, 즉 선체의 종방향으로 분산되어 손상의 가능성이 완화된다.

또한 압축거어더(4)와 인장거어더(5)를 포함하는 탄성구조체(3)가 전체적으로 항복하기전에는 외측판 구조체(2)에 인가된 외력(X)등에 의한 충격에너지가 내측판 구조체(1)에 직접적으로 전달되지 않게 되므로 내측판 구조체(1)의 손상에 의한 화물창(Tk)의 누출이나 침수가 근본적으로 방지될 수 있게 된다.

그러므로 본 발명은 유조선이나 컨테이너 운반선등에 사용되어 해난사고시 해상오염이나 침몰을 방지함으로써 선박의 안전성과 신뢰성등을 크게 향상시키는 효과가 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 충돌이나 좌초등에 의해 외판구조체가 손상될 때 그 충격에너지가 탄성구조체에 의해 분산흡수되어 내판구조체에 직접적으로 전달되지 않게 됨으로써 내판구조체의 손상 및 이에 따른 화물창의 누출 또는 선박의 침몰문제가 해결될 수 있게 된다.

도 1은 종구조방식에 의한 종래의 이중선각구조를 보이는 단면도,

도 2는 횡구조방식에 의한 종래의 이중선각구조를 보이는 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 이중선각구조를 보이는 단면도,

도 4는 도 3의 요부사시도,

도 5 및 도 6은 각각 도 3의 Ⅴ-Ⅴ' 및 Ⅵ-Ⅵ'선을 따라 취한 평면도,

도 7은 본 발명 이중선각구조의 충돌시 거동을 보이는 요부확대 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1; 내측판 구조체

Si;내측판

Fi;하프링 프레임(half ring frame)

2;외측판 구조체

So;외측판

Fo;하프링 프레임

3; 탄성구조체

4;압축거어더(girder)

5;인장 거어더

4a,5a; 너클(knuckle)부

4b;역(逆)절곡부

Claims (8)

1. 내측판과 외측판을 구비하는 선박의 이중선각구조에 있어서, 내측판 및 이에 연결된 횡강도 구조재와 외측판 및 이에 연결된 횡강도 구조재를 서로 분리하여 내측판 구조체와 외측판 구조체를 분리 구성하고, 상기 내측판 구조체와 외측판 구조체를 연결하는 탄성구조체를 구비하되,

   상기 탄성구조체는 V자형으로 절곡된 너클부를 갖는 압축거어더 및 인장거어더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 압축거어더 및 인장거어더는 선박의 종방향으로 연장되는 종강도 구조재로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 압축거어더 및 인장거어더는 상기 절곡부가 서로 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
4. 제1항에 있어서,

   상기 내측판 구조체와 외측판 구조체가 각각 선박의 상하방향으로 연장되는 하프링 프레임을 구비하며, 상기 내측판 구조체의 하프링 프레임과 상기 외측판 구조체의 하프링 프레임이 서로 교호적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
5. 제1항에 있어서,

   상기 압축거어더의 양단이 상기 내측판과 외측판에 각각 접합되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
6. 제5항에 있어서,

   상기 압축거어더의 내측판측 단부에 반대방향으로 절곡되는 역절곡부가 구비되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
7. 제4항에 있어서,

   상기 압축거어더의 내측판측 중간이 상기 내측판 구조체의 하프링 프레임에 접합되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.
8. 제4항에 있어서,

   상기 인장거어더의 양단이 상기 내측판 구조체의 하프링 프레임과 상기 외측판 구조체의 하프링 프레임에 각각 접합되는 것을 특징으로 하는 이중선각구조.

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