[논문]초대형 Containership 선수부 구조 최적 배치

이진호; 이경석; 임강재; 한성환

문제 정의

따라서, 본 논문에서는 선수부의 선형 및 구조 배치 변화에 따른 강도평가를 구조해석을 통하여 구조 안정성을 검증하였으며, 구조안정성 평가 절차 및 구조해석 결과에 따른 구조 최적 배치 및 구조개선 사항을 간략히 정리하였다
본과제는 당사&000TEU이상의 대형 Containership 선수부 구조에 대한 첫 구조 배치 및 ScantHng을 충분한 근거를 갖고 안정성을 확보한 상태에서 최적의 구조 배치를 위해 수행한 내용과 실선에 적용한 사례를 정리하였으며, 또한 향후 대형 Containership 선수부에 적용할 표준구조에 대한 개념을 정립하기 위한 것이다.

제안 방법

2징에서도출된 대형 Containership 선수부 초기 설계의 구조적합성 유무를 검증하기 위하여, 선수부에 대한 구조해석을 수행하였고 특히 선수 구조 설계 시 중요 고려사항인 Bow Impact Pressure 및 Collision Bhd주변 Upper Deck 구조에 대한 Torsional Strength 를 검증하기 위한 구조해석/ 계산을 수행하였으며 상세 내용은 하기의 내용에서 설명하는 바와 같다. 원활한 구조해석 수행과 해석 절차가 충분한 적합성을 갖도록 해석 수행 초기 단계에 GL Head Office와 사전 협의된 절차에 따라 구조해석을 진행하였다
Model의 Aft. End 위치에서 계산된 Sagging Moment를 화물창에서의 Container Load와 Light Weight# 조절하여 발생된 Moment와 일치되도록 하였다. 그리고 잘 알려진 바와 같이 GL Rule에 따라 주어진 상세 Loading Data는 다음과 같다.
l Cargo Hold 중간(No.2 Hatch, Non-Tight Bulkhead 위치)까지 구조해석 Model을 연장하여, Aft End 위치의 Hull Girder Strength Member에 Fixed Condition을 적용하였다.
대형 Containership 선수 구조가 충분한 구조적 안정성을 확보하면서, 최적의 구조 배치가 되도록 하기 위하여, 우선 설계 개선이 필요한 항목을 유사 실적선을 근거로 도출하였다. 도출된 구조개선 항목들이 선수부 구조 안정성에 충분히 기여할 수 있도록 설계 경험과 간이 강도평가 결과에 따라 구획/구조 배치를 하였으며, 초기 설계 단계에서 도출한 설계 개선 및 구획/구조 배치는 그림 1과 같다
대형 Containership 선수부 구조 검증을 위하여 적용된 하중에 대한 Yielding/Buckling Strength를 아래 표 1에 제시된 GL 선급 Rule의 허용응력(Yielding /Buckling Strength Criteria)과 비교하여 충분한 강드를 하도록 구조 배치 및 Scantling을 결정하였다.
대형 Containership 선수부의 구조적합성을 검증하기 위하여, 그림 2에 나타낸 F.E. Model을 사용하여 구조해석을 수행하였다. Containership의 구조안정성 평가시 중요 요인인 Bow Impact Pressure의 영향, Torsional Strength에 대한 합리적인 평가와 경계조건에 대한 영향을 최소화하기 위하여, 선체 길이 방향으로는 No.
대형 Containership 선수 구조가 충분한 구조적 안정성을 확보하면서, 최적의 구조 배치가 되도록 하기 위하여, 우선 설계 개선이 필요한 항목을 유사 실적선을 근거로 도출하였다. 도출된 구조개선 항목들이 선수부 구조 안정성에 충분히 기여할 수 있도록 설계 경험과 간이 강도평가 결과에 따라 구획/구조 배치를 하였으며, 초기 설계 단계에서 도출한 설계 개선 및 구획/구조 배치는 그림 1과 같다
Containershipe 특성상 Open Deck Structure를 형성함으로 특히, Torsional Strength에 대한 검증이 중요하며, 선수부에서는 CoUision Bulkhead 위치에서 큰 Torsional Moment 가 발생한다. 따라서, Cargo Hold 전방(Collision Bulkhead근방)에서 발생하는 Torsional Strength을 고려하기 위해 해당 위치에 아래에서 주어진 GL 선급의 Wave Torsional Moment가 발생하도록 F.E. Model의 Port/Starboard에 각각 다른 흘수를 적용하였다.
따라서, 상기에서 언급한 연유로 선수 구조 설계시 다음에서 설명하는 구획/구조 배치를 고려하여 충분한 강도를 갖도록 초기 설계를 수행하였으며, 구조적인 안정성 검토를 위하여 본선이 입급된 선급(GL)의 해석절차에 따라 구조해석을 수행하였X 그 결과에 따라 추가적인 구조 보강과 구조 배치 를 하였다.
선수부의 구조 안정성 검증을 위해 적용한 하중 조건은 GL Rule에 정의하고 있는 Bow Impact와 Torsion 의 2가지 Loading Condition 을 고려하여 아래와 같이 적용/평가하였다.
2징에서도출된 대형 Containership 선수부 초기 설계의 구조적합성 유무를 검증하기 위하여, 선수부에 대한 구조해석을 수행하였고 특히 선수 구조 설계 시 중요 고려사항인 Bow Impact Pressure 및 Collision Bhd주변 Upper Deck 구조에 대한 Torsional Strength 를 검증하기 위한 구조해석/ 계산을 수행하였으며 상세 내용은 하기의 내용에서 설명하는 바와 같다. 원활한 구조해석 수행과 해석 절차가 충분한 적합성을 갖도록 해석 수행 초기 단계에 GL Head Office와 사전 협의된 절차에 따라 구조해석을 진행하였다

이론/모형

Containership선수부의 구조 안정성 검증을 위흐H 수 행한 구조해석 결과를 평가하였으며, 3장에서 언급한 Strength Evaluation 방법/절차에 따라 수행하였다. 구조 안정성 평가를 수행한 결과 설계 초기 단계에서 작성한 구조 배치 및 Scantling이 구조해석 결과의 평가에 따라 약간의 변화가 있었으며, 그 변화된 내용을 간략히 도식화한 내용을 그림 3~5에 나타내었다.

후속연구

대형 Containership선수부 구조에 대한 구조설계의 출발은 선수부 구조는 Post Panainax급 Container- ship과 크게 상이하지 않을 것이란 가정과, 유사한 구조 및 부재배치로 충분하리라는 판단에서 초기 설계를 수행하였다. 구조해석을 통한 구조검증 결과, 앞에서 언급한 내용과 같이 구조 배치 및 Scantling에 대한 약간의 변화는 있었지만 결론적으로 향후 유사호선의 Container선수부 구조 설계 시 선형 변화에 따른 Bow Impact Pressure의 영향으로 구획/구조 배치 및 ScantUng 변화가 크기 때문에 유사호선에 대한 선수부선형 변화 내용을 중분히 사전에 파악/반영하여야 한다.
왜냐하면, 일반적으로 Containershipe Flare Angle이 다른 선종보다 크고 고속으로 해상을 운항하기 때문에 파에 의한 영향을 상대적으로 크게 받으며, 또한Bow Flare Angle이 클수록 Slamming Pressure(Bow Impact Pressure)의 영향을 크게 받기 때문에 이를 고려해서 구조 배치/Scantling 결정 시 세심한 주의가 요구된다. 또한 실제 운항시 선수 손상 사례가 빈번하게 발생하고 있으므로 이에 대한 구조검증 및 보강이 필요하다

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