해상풍력발전 콘크리트 기초구조물{Concrete foundation having prestress tendon array structure for offshore wind turbine}

본 발명은 콘크리트와 강관 말뚝의 합성구조로 이루어진 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 구조체와 강관 말뚝의 연결부가 다양한 패턴의 배치구조로 설치된 프리스트레싱 긴장재(tendon)에 의해 효과적으로 보강된 구조를 가지는 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물에 관한 것이다.

오늘날 화석연료의 과도한 사용으로 인하여 환경오염이 날로 심각해 짐에 따라 친환경 신재생 그린 에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 이러한 신재생 그린 에너지는 자연적인 제약이 크고 화석 에너지에 비해 경제적인 효율성이 떨어지지만, 환경 친화적이면서 화석 에너지의 고갈 문제와 환경 오염 문제를 해결할 수 있다는 측면에서 대체 에너지로 주목받고 있다. 이와 같은 새로운 에너지원 중에서도 대표적 그린 에너지인 풍력발전은 현재 국내는 물론 해외에서도 이미 운영중에 있으며, 발전용량의 확대에 따라 풍력 터빈의 대형화와 단지의 확장 등으로 인하여 육상풍력발전에서 해상풍력발전으로 전환되는 추세이다.

해상풍력발전 시스템은 터빈보다 해상 기초구조물에 대한 사업비 비중이 상대적으로 높아 기초구조물의 제작과 설치비용이 전체비용의 최소 30 % 정도를 차지하며, 수심이 깊어지면 50 %에 이를 정도로 높아지게 된다.

기존 해상풍력발전 시스템의 기초구조물은 주로 강재를 이용한 구조물이 적용되어 왔으나, 강재의 원가상승에 따라 제작비용이 급격히 증가 되고 있어 대용량의 터빈과 깊은 수심에 적용하여 경제성을 확보하기가 쉽지 않은 문제점이 있다.

한편, 강재 기초구조물이 가지는 단점을 해소하기 위한 방안으로 구조적인 안정성과 경제성의 확보가 가능한 중력식 콘크리트 기초구조물이 개발되어 적용되고 있으나, 기존의 중력식 콘크리트 기초구조물의 경우 규모가 크고 본체의 자중이 과다하여 운반 및 설치비용이 오히려 증가할 수 있는 문제점과 연약지반의 침하가 일어나는 지형에 적합하지 않은 단점이 있다.

따라서, 기존 해상풍력발전 시스템의 중력식 콘크리트 기초구조물과 강재 기초구조물의 단점을 극복할 수 있는 새로운 형식에 의한 경제적인 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물의 개발과 적용이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

기존의 통상적인 해양풍력발전 콘크리트 기초구조물의 일반적인 형상은 원형 또는 원추형 중공기둥형식을 적용하여 단면을 얇게 하고, 기초부가 고정된 캔틸레버 구조계를 형성함으로써 수직방향으로 프리스트레싱 긴장재를 이용하여 보강하게 된다. 이에 따라 저면 기초부는 단면을 크게 형성시키고 철근으로 보강하는 구조를 채용하고 있다.

즉, 중력식 지지구조의 경우 기초 저면의 큰 자중이 상부 하중에 저항하는 효과로 인해 철근 콘크리트 단면의 크기를 크게 할 수 있으므로 긴장재 도입을 통한 보강이 불필요하다.

그러나, 저부가 강관 말뚝으로 지지되는 콘크리트 기초구조물의 경우 시공상의 문제로 자중을 최소화하기 위해 최적화된 단면을 적용해야 하므로, 상부 하중에 저항하는 방식이 중력식과는 달리 콘크리트 구조체와 강관 말뚝의 연결부에 응력이 집중되어 내구성이 저하되는 문제점을 가진다.

따라서, 콘크리트 구조체 및 콘크리트 구조체와 강관 말뚝의 연결부에 집중되는 인장응력이 압축응력 상태로 유지될 수 있는 보강구조를 필요로 하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 상술한 배경 기술의 문제점은 본 출원인이 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나 본 발명의 도출 과정에서 습득한 내용으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공지된 내용이라 할 수는 없다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기존의 해상풍력발전 기초구조물이 지니고 있는 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 콘크리트 구조체 및 콘크리트 구조체와 강관 말뚝의 연결부에 집중되는 인장 응력을 압축 응력 상태로 유효하게 유지할 수 있는 프리스트레싱 긴장재의 배치구조에 의해 콘크리트 구조체의 안전성과 내구성 및 경제성이 향상된 해상풍력발전 기초구조물을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 해상풍력발전 기초구조물은, 해상풍력발전 나셀과 블레이드 및 타워로 이루어진 상부구조물을 지지하기 위해 해저지반에 설치되는 것으로, 블록형 몸체 외주에 복수의 축공이 구비된 콘크리트 구조체와; 상기 콘크리트 구조체를 해저지반에 고정된 상태로 지지하기 위해 상기 축공에 관통되도록 삽입되어 해저 지반에 설치되는 강관 말뚝; 및 상기 콘크리트 구조체의 강관 말뚝 연결부에 프리스트레스를 가하여 보강하기 위한 보강수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 콘크리트 구조체는 블록형 몸체 외주에 방사상으로 돌출되도록 형성된 복수의 레그 플랜지를 가지며, 그 레그 플랜지에 상기 강관 말뚝이 관통되도록 삽입되는 축공이 구비된 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 콘크리트 구조체는 베이스부를 다양한 형태의 다각형 블록체로 변형한 실시예를 적용할 수 있다. 이때, 상기 레그 플랜지가 배제된 구성을 가질 수 있으며, 베이스부에 축공이 균등한 간격으로 배치된 구성을 가질 수 있다.

상기 보강수단은, 상기 콘크리트 구조체의 각 축공 양측 또는 레그 플랜지의 양측 분기부에 대칭적으로 나란하게 배치되어 1쌍이 1조를 이루도록 구비되는 고정 정착구 및 인장 정착구와, 상기 레그 플랜지의 축공 외곽을 감싸도록 상기 고정 정착구와 인장 정착구에 양단이 각각 지지되도록 수평한 상태의 곡선형으로 설치되는 긴장재를 포함하여 구성된다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 긴장재는 상기 콘크리트 구조체의 각 축공 또는 레그 플랜지 사이의 중심부에 각각 구비되는 고정 정착구와 인장 정착구에 양단이 지지되도록 수평한 상태의 곡선형으로 설치되는 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 긴장재는 상기 콘크리트 구조체의 각 축공 또는 레그 플랜지에 인접하는 다른 축공 양측 또는 레그 플랜지의 양측 분기부에 각각 구비되는 고정 정착구와 인장 정착구에 양단이 지지되도록 크로싱되는 상태의 곡선형으로 설치되는 구성을 가질 수도 있다.

그리고, 상기 고정 정착구와 인장 정착구 및 상기 긴장재는 상기 콘크리트 구조체의 각 축공 주위 또는 레그 플랜지에 다층형의 복수 배열구조로 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 콘크리트 구조체의 각 축공 또는 레그 플랜지의 외측과 내측 중 어느 하나에 선택적으로 블록아웃(blockout)이 구비된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 레그 플랜지는 다각형 구조로 형성될 수 있으며, 이때 상기 보강수단은 상기 레그 플랜지의 가로방향과 세로방향에서 선택된 어느 하나의 양측단부에 대칭적으로 나란하게 배치되어 1쌍이 1조를 이루도록 구비되는 고정 정착구 및 인장 정착구와, 상기 고정 정착구와 인장 정착구에 양단이 각각 지지되도록 수평한 상태의 직선형으로 설치되는 긴장재를 포함하는 구성을 가질 수 있다.

그리고, 상기 고정 정착구와 인장 정착구 및 긴장재가 다층형의 배열구조로 가로방향과 세로방향으로 교번되게 배치되어 격자구조를 이루도록 설치되는 구성을 가질 수 있다.

또한, 상기 긴장재는 상기 레그 플랜지의 외측에서 콘크리트 구조체의 내측으로 확장되도록 설치되는 구성을 가질 수도 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 레그 플랜지는 다각형 구조로 형성될 수 있으며, 상기 보강수단은 상기 레그 플랜지의 가로방향의 양측단부중 적어도 어느 하나에 나란하게 배치되어 1쌍이 1조를 이루도록 구비되는 고정 정착구 및 인장 정착구와, 상기 고정 정착구와 인장 정착구에 양단이 각각 지지되도록 수평한 상태의 원호형 곡선으로 설치되는 긴장재를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 긴장재는 서로 대향되는 개구부를 가지는 복수의 원호형 곡선이 나란하게 배치되도록 설치되는 동시에 그와 대향되게 배치되는 패턴이 교번되게 배치되도록 다층형의 배열구조로 설치되는 구성을 가질 수 있다.

또한, 상기 긴장재는 서로 대향되는 개구부를 가지는 복수의 원호형 곡선이 다층형의 배열구조로 교번되게 배치되도록 설치되는 구성을 가질 수 있다.

본 발명에 의한 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물에 따르면, 콘크리트 구조체 및 콘크리트 구조체와 강관 말뚝의 연결부에 집중되는 인장 응력을 다양한 패턴의 수평 방향으로 설치되는 프리스트레싱 긴장재에 의해 압축 응력 상태로 유효하게 유지할 수 있게 되므로 콘크리트 구조체의 안전성과 내구성 및 경제성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에 의한 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물은 수심과 지반조건에 대한 별다른 제약 없이 광범위한 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물을 개략적으로 도시해 보인 측면 구성도.
도 2는 도 1의 AA선을 따라 절제하여 도시해 보인 개략적 평면도.
도 3은 도 2의 개략적 측면도.
도 4는 도 2 및 도 3의 긴장재 보강범위를 나타내 보인 개략적 평면도.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조와 보강범위를 나타내 보인 개략적 평면도.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조와 보강범위를 나타내 보인 개략적 평면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도.
도 10은 도 9의 개략적 측면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도.
도 12는 도 11의 개략적 측면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도.
도 14는 도 13의 개략적 측면도.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도.
도 16은 도 15에 도시된 긴장재 배치구조의 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도.
도 18은 도 17에 도시된 긴장재 배치구조의 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도 및 각 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도 및 각 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도 및 각 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도 및 각 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도 및 각 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도.
도 24는 본 발명에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재가 배치되는 콘크리크 구조체의 베이스부가 변형된 실시예의 유형을 예시해 보인 개략적 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물을 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 내용과 첨부된 도면은 본 발명에 따른 기술 구성과 그 작용 상태를 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.

한편, 이하에서 설명되는 본 발명에 있어서의 긴장재(tendon)는 예를 들어 강선, PS 강선, 철근, 강봉, 강연선 또는 이것들을 묶은 것으로서, 통상적인 콘크리트 프리스트레싱(prestressing)용 강선을 정의하는 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 본 발명에 의한 해상풍력발전 기초 지지구조물(100)은, 도시되어 있지 않은 해상풍력발전 나셀과 블레이드 및 타워로 이루어진 상부구조물을 지지하기 위한 콘크리트 구조체(110)와, 그 콘크리트 구조체(110)를 해저 지반에 고정된 상태로 지지하기 위한 강관 말뚝(120) 및 상기 콘크리트 구조체(110)와 강관 말뚝(120)의 연결부를 보강하기 위한 보강수단(130, 131, 132)을 포함하여 구성된다.

상기 콘크리트 구조체(110)는 몸체 외주에 돌출되도록 형성된 복수의 레그 플랜지(111)가 균등한 간격을 유지하도록 방사상으로 배치된 베이스부(110B)와, 그 상부에 순차적으로 형성되는 콘형 중공부(110C)와 실린더 중공부(100R-1) 및 링부(100R-2)로 구획된 중공형 구조체로 이루어진다. 여기서, 미설명 도면부호 110S는 상부구조물의 타워와 연결되도록 상기 실린더 중공부(110R-1) 및 링부(110R-2)에 삽입되는 강재 샤프트를 나타낸다.

상기 각 레그 플랜지(111)에는 상기 강관 말뚝(120)이 관통되도록 결합되는 축공(111h)이 형성되어 있다. 이에 따라 해저 지반에 설치되는 강관 말뚝(120)이 레그 플랜지(111)의 축공(111h)에 삽입되도록 연결됨으로써, 콘크리트 구조체(110)가 해저 지반에 고정된 상태로 설치된다.

상기 보강수단(130, 131, 132)은 콘크리트 구조체(110)의 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부 또는 콘크리트 구조체(110)의 자체에 집중되는 인장 응력을 압축 응력 상태로 유지할 수 있도록 해주기 위해 프리스트레스를 가하도록 설치되는 긴장재(130) 및 그 양단을 지지하기 위한 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)를 포함하여 이루어진다.

상기 콘크리트 구조체(110) 및 레그 플랜지(111)는 도면에서 본 발명의 바람직한 실시예의 하나로 예시된 것일 뿐, 도면에 도시한 바와 같은 형상 구조와 배치 수량 등이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

즉, 본 발명의 다른 측면에 따르면 상기 콘크리트 구조체(110)는 도 24에 예시해 보인 바와 같이 몸체 외주에 돌출되도록 형성된 레그 플랜지(111)가 배제된 상태에서 축공(111h)이 형성된 구성을 가질 수 있다. 이에 따라 상기 보강수단(130, 131, 132)은 콘크리트 구조체(110)의 축공(111h) 주위에 설치된다.

도 2 및 도 3은 상기 긴장재(130)의 배치구조를 도시해 보인 것으로서, 이를 참조하면 상기 긴장재(130)는 콘크리트 구조체(110)의 각 레그 플랜지(111)의 양측 분기부에 대칭적으로 나란하게 구비되는 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)에 양단이 지지되도록 설치된다. 이에 따라 상기 긴장재(130)는 레그 플랜지(111)의 축공(111h)의 외곽을 감싸는 원호부와 레그 플랜지(111)의 가장자리를 따르는 직선부를 가지는 곡선형으로 수평하게 설치된다.

본 발명에 따르면, 상기 긴장재(130)와 고정 정착구(131) 및 인장 정착구(132)는 콘크리트 구조체(110)의 각 레그 플랜지(111)에 다층형의 복수 배열구조로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132) 및 블록아웃(blockout)(도면부호 없음)의 위치는 콘크리트 구조체(110)의 각 레그 플랜지(111)의 외측에 위치하도록 구비된다.

그리고, 상기 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)의 위치는 선택적인 배치가 가능하며, 한쪽은 라이브 엔드 앵커리지(Live End Anchorage), 반대쪽은 라이브 엔드 앵커리지(Live End Anchorage) 또는 데드 엔드 앵커리지(Dead End Anchorage)의 선택적 적용이 가능한 것으로, 이하에서 설명되는 다른 실시예의 경우에 있어서도 동일하게 적용된다.

상술한 바와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 강관 말뚝(120)이 삽입되도록 결합되는 콘크리트 구조체(110)의 레그 플랜지(111)의 주위에 집중되는 인장 응력이 압축 응력 상태로 유지될 수 있도록 프리스트레스가 가해지게 된다. 이에 따라 도 4에 모식적으로 도시해 보인 바와 같이 콘크리트 구조체(110)의 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부 주위의 전체 영역이 보강된다.

도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조와 보강범위를 나타내 보인 개략적 평면도이다. 이 실시예에 따르면, 상기 콘크리트 구조체(110)의 저부(110B)는 원형 구조체로 형성된다.

그리고, 각 레그 플랜지(111)의 양측 분기부의 내측에 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132) 및 블록 아웃이 위치하도록 구비된다.

또한, 긴장재(130)는 콘크리트 구조체(110)의 각 레그 플랜지(111)의 축공(111h)의 외곽을 감싸는 원호부와 레그 플랜지(111)의 양측 가장자리를 따르는 직선부를 가지는 곡선형으로 수평하게 설치된다.

상기 긴장재(130)와 고정 정착구(131) 및 인장 정착구(132)는 콘크리트 구조체(110)의 각 레그 플랜지(111)에 다층형의 복수 배열구조로 설치되는 것이 바람직하다. 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 강관 말뚝(120)이 삽입되도록 결합되는 콘크리트 구조체(110)의 레그 플랜지(111)의 주위에 집중되는 인장 응력이 압축 응력 상태로 유지될 수 있도록 프리스트레스가 가해지게 된다. 이에 따라 도 6에 도시해 보인 바와 같이 콘크리트 구조체(110)의 각 레그 플랜지(111)가 보강된다.

도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조와 보강범위를 나타내 보인 개략적 평면도이다.

이 실시예에는 콘크리트 구조체(110) 및 강관말뚝(120)이 삽입되도록 연결되는 레그 플랜지(111)를 동시에 보강하기 위한 것으로서, 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132) 및 블록아웃(blockout)(도면부호 없음)은 각 레그 플랜지(111) 사이의 중심부 내측에 각각 위치하도록 구비된다.

그리고, 긴장재(130)는 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)에 각각 양단이 지지되도록 콘크리트 구조체(110)의 각 레그 플랜지(111)의 축공(111h)의 외곽을 감싸는 원호부와 레그 플랜지(111)의 양측 가장자리를 따르는 직선부를 가지는 곡선형으로 상호 간섭이 배제되도록 수평하게 설치된다.

상기 긴장재(130)와 고정 정착구(131) 및 인장 정착구(132)는 콘크리트 구조체(110)의 각 레그 플랜지(111)에 다층형의 복수 배열구조로 설치되는 것이 바람직하며, 이러한 복수 배열구조는 이하에서 설명되는 다른 실시예에서도 동일하게 적용된다. 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 도 8에 도시해 보인 바와 같이 콘크리트 구조체(110)의 저부(110B)와 함께 강관 말뚝(120)이 삽입되도록 연결되는 레그 플랜지(111)의 전체영역을 보강하게 된다.

도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도 및 측면도이다.

이 실시예는 콘크리트 구조체(110) 및 강관말뚝(120)이 삽입되도록 연결되는 레그 플랜지(111)를 동시에 보강하기 위한 것으로서, 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132) 및 블록 아웃(도면부호 없음)은 각 레그 플랜지(111)의 양측 분기부 내측에 각각 위치하도록 구비된다.

그리고, 긴장재(130)는 각 레그 플랜지(111)에 인접하는 다른 각 레그 플랜지의 양측 분기부에 각각 구비되는 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)에 양단이 크로싱되는 상태로 지지되도록 각 레그 플랜지(111)의 축공(111h)의 외곽을 감싸는 원호부와 레그 플랜지(111)의 양측 가장자리를 따르는 직선부를 가지는 곡선형으로 상호 간섭이 배제되게 수평한 상태로 다층형의 복수 배열구조로 설치된다. 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 콘크리트 구조체(110)와 강관말뚝(120)이 삽입되도록 연결되는 레그 플랜지(111)를 동시에 보강하게 된다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도 및 측면도이다.

이 실시예는 콘크리트 구조체(110) 및 강관말뚝(120)이 삽입되도록 연결되는 레그 플랜지(111)를 동시에 보강하기 위한 것으로서, 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132) 및 블록 아웃(도면부호 없음)은 각 레그 플랜지(111)의 양측 분기부 외측에 각각 위치하도록 구비된다.

그리고, 긴장재(130)는 각 레그 플랜지(111)에 인접하는 다른 각 레그 플랜지의 양측 분기부에 각각 구비되는 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)에 양단이 크로싱되는 상태로 지지되도록 각 레그 플랜지(111)의 축공(111h)의 외곽을 감싸는 원호부와 레그 플랜지(111)의 양측 가장자리를 따르는 직선부를 가지는 곡선형으로 상호 간섭이 배제되도록 수평한 상태로 다층형의 복수 배열구조로 설치된다. 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 콘크리트 구조체(110)와 강관말뚝(120)이 삽입되도록 연결되는 레그 플랜지(111)를 동시에 보강하게 된다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 도면으로서, 콘크리트 구조체(110)가 서로 다른 단면을 가지는 2층 구조로 형성된 경우를 예시해 보인 것이며, 도 13의 (a) 및 (b)는 각각 1층 구조체와 2 층 구조체를 분리하여 나타내 보인 개략적 평면도이고, 도 14는 1층 구조체와 2층 구조체가 결합된 상태를 나타내 보인 개략적 측면도이다.

이 실시예는 1층 구조체(a)와 2층 구조체(b)의 레그 플랜지(111)의 양측 분기부의 내측과 외측 또는 외측과 내측에 각각 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132) 및 블록 아웃이 상반되도록 위치하도록 구비된다.

그리고, 긴장재(130)는 콘크리트 구조체(110)의 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)에 양단이 지지되도록 상기 레그 플랜지(111)의 축공(111h)의 외곽을 감싸는 원호부와 레그 플랜지(111)의 가장자리를 따르는 직선부를 가지는 곡선형으로 수평하게 다층형의 복수 배열구조로 설치된다. 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 강관 말뚝(120)이 삽입되도록 결합되는 콘크리트 구조체(110)의 레그 플랜지(111)의 주위에 집중되는 인장 응력이 압축 응력 상태로 유지될 수 있도록 프리스트레스가 가해지게 된다. 이에 따라 콘크리트 구조체(110)의 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부 주위의 전체 영역이 보강된다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도로서, 콘크리트 구조체(110)의 레그 플랜지(111)가 다각형 구조로 형성된 경우를 예시해 보인 것이다. 그리고, 도 16은 도 15에 도시된 긴장재 배치구조의 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도이다.

이 실시예는 레그 플랜지(111)의 가로방향과 세로방향에서 선택된 어느 하나의 양측단부에 각각 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)가 대응되도록 나란하게 배치되어 1쌍이 1조를 이루도록 각 층별로 직교하는 다층형의 복수 배열구조로 설치된다.

그리고, 긴장재(130)는 각 층별로 직교하는 상태로 교번되게 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)에 양단이 지지되도록 배치되어 종 방향과 횡 방향이 교차되는 격자구조를 이루도록 상호 간섭이 배제된 상태로 설치된다. 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 콘크리트 구조체(110)의 저부(110B)에 구비된 다각형 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부 외측을 보강하게 된다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도이고, 도 18은 도 17에 도시된 긴장재 배치구조의 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도이다.

이 실시예는 도 13 및 도 15의 실시예에 각각 적용된 반원형 긴장재(130)의 배치구조(layer a)와 직선형 긴장재(130)의 배치구조(layer b)가 혼재되도록 적용된 것으로서, 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 강관 말뚝(120)이 삽입되도록 결합되는 콘크리트 구조체(110)의 다각형 레그 플랜지(111)의 주위에 집중되는 인장 응력이 압축 응력 상태로 유지될 수 있도록 프리스트레스가 가해지게 된다. 이에 따라 콘크리트 구조체(110)의 다각형 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부의 외측이 보강된다.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해상풍력발전 기초구조물의 프리스트레싱 긴장재 배치구조를 나타내 보인 개략적 평면도 및 각 층별 패턴 배치구조에 대한 다양한 조합상태를 예시해 보인 개략적 측면도이다.

이 실시예는 레그 플랜지(111)의 가로방향과 세로방향에서 선택된 어느 하나의 양측단부에 각각 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)가 대응되도록 나란하게 배치되어 1쌍이 1조를 이루도록 다층형의 복수 배열구조로 설치된다.

그리고, 긴장재(130)는 고정 정착구(131)와 인장 정착구(132)에 양단이 각각 지지되도록 수평한 상태의 원호형 또는 반원형 곡선으로 설치되며, 각 층별로 원호형 또는 반원형 곡선의 개구부가 상반되도록 교번되게 배치되어 콘크리트 구조체(110)의 다각형 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부의 외측 보강범위를 확대할 수 있게 된다.

도 20은 도 19의 실시예에 적용된 긴장재(130)의 반원형 곡선 배치구조가 각 층에서 혼재되는 동시에 각 층별로는 서로 교번되도록 배치되는 패턴으로 설치되어 콘크리트 구조체(110)의 다각형 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부의 외측 보강범위를 확대할 수 있다.

도 21은 도 15의 실시예에서와 같이 긴장재(130)가 각 층별로 종 방향과 횡 방향이 교차되는 격자구조를 이루도록 상호 간섭이 배제된 상태로 설치되며, 횡 방향으로 배치되는 긴장재(130)는 레그 플랜지(111)의 외측에서 콘크리트 구조체(110)의 내측으로 확장되도록 설치된다. 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 콘크리트 구조체(110)의 저부(110B)에 구비된 다각형 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부를 보강하게 된다.

도 22는 도 17의 실시예에서와 같이 반원형 긴장재(130)의 배치구조(layer a)와 직선형 긴장재(130)의 배치구조(layer b)가 혼재되도록 적용된 것으로서, 레그 플랜지(111)의 내측에 원호형 곡선으로 설치되는 긴장재(130)가 레그 플랜지(111)의 외측에서 콘크리트 구조체(110)의 내측으로 추가 배치되도록 설치된 변형 실시예를 나타내 보인 것이다. 이와 같은 긴장재(130)의 배치구조에 따르면, 강관 말뚝(120)이 삽입되도록 결합되는 콘크리트 구조체(110)의 다각형 레그 플랜지(111)의 주위에 집중되는 인장 응력이 압축 응력 상태로 유지될 수 있도록 프리스트레스가 가해지게 된다. 이에 따라 콘크리트 구조체(110)의 다각형 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부가 보강된다.

도 23은 도 19 및 도 20의 실시예에서 레그 플랜지(111)의 내측에 원호형 곡선으로 설치된 긴장재(130)가 90도 회전한 상태로 레그 플랜지(111)의 외측에서 콘크리트 구조체(110)의 내측으로 배치되도록 설치된 변형 실시예를 나타내 보인 것이다.

이 실시예는 긴장재(130)가 각 층별로 반원형 곡선의 개구부가 상반되도록 교번되게 배치되는 동시에 레그 플랜지(111)의 내측에 타원형태의 호형 곡선으로 배치된 긴장재(130)가 레그 플랜지(111)의 외측에서 콘크리트 구조체(110)의 내측으로 배치되도록 설치되어 콘크리트 구조체(110)의 다각형 레그 플랜지(111)와 강관 말뚝(120)의 연결부에 대한 보강범위를 확대할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물(100)에 따르면, 콘크리트 구조체(110)의 저부(110B)에 다양한 형상구조로 구비되는 콘크리트 구조체 및 콘크리트 구조체와 강관 말뚝의 연결부에 집중되는 인장 응력을 다양한 패턴의 배치구조로 서로 간섭이 배제되도록 수평 방향으로 설치되는 프리스트레싱 긴장재(130)에 의해 압축 응력 상태로 유효하게 유지할 수 있게 되므로 내구성과 경제성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에 의한 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물은 수심과 지반조건에 대한 별다른 제약 없이 광범위한 적용이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시예가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

110 : 콘크리트 구조체
110B : 콘크리트 구조체 베이스부
110C : 콘크리트 콘형 중공부
110R-1 : 콘크리트 구조체의 실린더 중공부
110R-2 : 콘크리트 구조체의 링부
110S : 강재 샤프트
111 : 레그 플랜지
111h : 축공
120 : 강관 말뚝
130 : 긴장재
131 : 고정 정착구
132 : 인장 정착구