선체 강도와 적하 요약 정리!!!

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- 목 차 -

1. 선체 종강도(LONGITUDINAL STRENGTH)의 종류

1) 전단응력(SHEARING STRESS)과 굽힘응력(BENDING STRESS)

2) 선박의 굽힘 MOMENT

2. 종강도 곡선(LOGITUDINAL STRENGTH CURVE)의 종류

1) WEIGHT CURVE(중량곡선)

2) BUOYANCY CURVE(부력곡선)

3) LOAD CURVE(하중곡선)

4) SHEAR CURVE(전단력 곡선)

5) BENDING MOMENT CURVE(굽힘 MOMENT 곡선)

3. 적하의 종방향 배치

4. 선체 횡강도와 적화

5. 적정 복원력 및 트림의 확보

6. Minimum required stability in COMPANY Rule.

1. 선체 종강도(LONGITUDINAL STRENGTH)의 종류

1) 전단응력(SHEARING STRESS)과 굽힘응력(BENDING STRESS)

선박이 물위에 떠있는 경우, 선박의 전체 중량과 그 전체 부력은 서로 같지만, 선체를 분할된 각 부분으로 나누어 생각하면 각 부분의 중력과 부력은 반드시 같지 않고 선체중력이 우세한 부분과 부력이 우세한 부분이 생기게 된다. 선체를 구성하는 재료는 이 힘에 저항하여 배의 형태를 유지하고 있는 것이며 이러한 재료의 저항력이 전단응력(SHEARING STRESS) 및 굽힘 응력(BENDING STRESS)이다.

2) 선박의 굽힘 MOMENT

배에서 굽힘 MOMENT는 HOGGING MOMENT와 SAGGING MOMENT로 나뉘어진다. HOGGING MOMENT는 대략 선체의 중앙부에서는 부력이 중력보다 크고 양끝 부분에서는 부력이 중력보다 작을 때 일어난다. 따라서 선체는 중앙부가 위로 밀려 올라가는 형으로 굽게 된다.

HOGGING MOMENT는 선체의 윗면 부재에는 인장응력(TENSION STRESS)을 밑면 부재에는 압축응력(COMPRESSION STRESS)을 발생시킨다. 이들 응력을 HOGGING STRESS라 부른다.

반면, SAGGING MOMENT는 선체의 중앙부에서는 부력이 중력보다 작고, 양 끝 부분에서는 부력이 중력보다 클 때 일어난다. 따라서 선체는 중앙부가 아래로 처져 내려오는 형으로 굽게 된다. SAGGING MOMENT는 선체의 윗면 부재에는 압축응력을, 밑면 부재에는 인장응력을 발생시킨다. 이들 응력을 SAGGING STRESS라 부른다.

또한 HOGGING과 SAGGING MOMENT는 파도가 없는 정수 중에서는 선박에 적재되는 하중의 종방향 분포에 따라서 생길 수도 있으며, 파도 중에서는 하중분포가 균일한 상태이더라도, 파저가 배의 중앙부와 일치한 경우에는 SAGGING MOMENT가, 파정이 배의 중앙부와 일치한 경우에는 HOGGING MOMENT가 발생한다. 그러므로 종강도 계산은 HOGGING과 SAGGING의 두 상태를 그 대상으로 한다.

2. 종강도 곡선(LOGITUDINAL STRENGTH CURVE)의 종류

1) WEIGHT CURVE(중량곡선)

중량곡선은 선박의 중량분포를 도식적으로 나타낸 곡선이며, 배의 길이를 수평축 위에 잡고, 중량을 연직축 위에 잡는다. 중량곡선 아래의 전체 면적은 선박의 중량을 나타낸다.

2) BUOYANCY CURVE(부력곡선)

선체에 걸리는 부력(배수량과 같음)의 길이 방향의 분포상태를 곡선으로 표시한 것이 부력곡선이다. 선박 전체로서는 중력과 부력이 같으므로 중량곡선에 둘러싸인 면적과 부력곡선에 둘러싸인 면적은 같다.

3) LOAD CURVE(하중곡선)

배의 길이 방향으로 중력과 부력의 차이를 나타내는 곡선이다. 중량이 부력보다 클 때는(-)부호로 하여 기선 아래쪽에 기입하고, 중량이 부력보다 작을 때에는 (+)부호로 하여 기선의 위쪽에 기입하며, 기선의 위쪽과 아래쪽의 면적은 같아진다.

4) SHEAR CURVE(전단력 곡선)

LOAD CURVE을 이용하여 SHEAR CURVE을 만들게 되는데, 임의 단면에 있어서의 SHEAR FORCE는 그 점까지의 LOAD CURVE를 적분하여 구하고, 그 값을 기입한 것이 SHEAR CURVE이다. 전단력의 극대값(최대값이 아닌 경우도 있음)은 LOAD CURVE가 기선과 교차하는 모든 점에서 나타난다.

5) BENDING MOMENT CURVE(굽힘 MOMENT 곡선)

선체 종방향의 각 점에 작용하는 BENDING MOMENT의 크기를 나타내는 곡선을 BENDING MOMENT CURVE라 한다. 임의 단면에 작용하는 BENDING MOMENT는 그 점까지의 SHEAR CURVE를 적분하여 얻는다.

3. 적하의 종방향 배치

적화배치를 계획할 시에는 선체의 종강력에 부당한 응력이 생기지 않도록 하며, 특히 과도한 HOGGING 및 SAGGING이 생기지 않도록 유의하여야 한다.

즉, 적하가 선박의 중앙부에 집중하는 것과 전후부에 집중하는 것을 피하여야 하고 또 적하의 하중이 선체 종방향으로 심한 불연속이 생기지 않도록 해야 한다. 특히 선박의 길이가 긴 광석전용선, SUPER CONTAINER선 등에서는 하역 도중의 적화상태 또는 완료된 적하 상태의 BENDING STRESS를 구하여 허용 응력치와 비교해 보아야 한다.

일반적으로 기관실이 선미부에 있는 선박에서는 공선 시 HOGGING MOMENT, 만선 시 SAGGING MOMENT가 작용하나 선박은 선형에 따라 그 자체의 중량배치가 균등하지 않으므로 가능하면 화물중량 및 선체중량의 종배치를 선박의 수면하 체적(부력)과 비슷하게 배분하여야 한다.

4. 선체 횡강도와 적화

선체는 수압, 파랑 등의 외력과 자체의 중량, 화물의 중량 등에 의하여 그 형상을 변형시키려는 힘을 받고 있으나, 길이에 비하여 폭은 대단히 좁으므로 일반 화물선에서는 횡강도가 크게 문제가 되지 않는다. 따라서 횡강도에 대해서는 종강도처럼 특별히 주의할 필요가 없으며 갑판하중에 대해서만 초과하여 적재하는 일이 없도록 유의하면 된다.

1) 국부강력

선체 구조는 종강력, 횡강력 외에, 국부적인 하중에 대하여서도 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 그러나 적하 계획 시 하중이 국부적으로 집중되는 것을 피하고, 개구(Opening) 부근과 같이 강력이 불안전한 곳에는 중량물을 적부하지 않아야 한다.

중량물을 deck에 적부할 때는, beam에 수직으로 dunnage를 깔아서 압력을 받는 갑판면적을 증가시켜서 하중을 분산해야 한다.

5. 적정 복원력 및 트림의 확보

1) 적정 복원력의 확보

본선의 적정 복원력 확보 및 선체 종강도상의 안전을 위하여 다음을 확보하여야 한다.

(1) 실적분석을 통한 적절한 운항 CONDITION을 유지토록 한다.

(2) 화물량, 양하지 등을 고려한 최적의 화물적부계획을 수립한다.

(3) BENDING MOMENT 및 SHEARING FORCE가 허용범위 이내인지 확인한다.

(4) 출항 전 STOWAGE에 따른 적정 BALLAST 주입계획을 수립하고 이를 실행하여야 한다.

2) 적정 흘수 및 트림 유지

(1) 국제만재흘수선 규정에 의거하여 BALLAST 및 화물을 적의 조절한다.

(2) 과도한 트림을 지양하고, 본선 적화상태에 따른 적정 트림을 유지한다.

3) 흘수의 확인

(1) 1항사는 출항 전 및 입항 직후에 반드시 흘수를 확인하여야 한다.

(2) 각 입출항 및 수로의 비중이 다른 점을 감안하여 해당 비중 및 표준해수(비중 1.025)에서의 흘수 값을 구한다.

6. Minimum required stability in COMPANY Rule.

1) MAX DRAFT/DISPLACEMENT/DEAD WEIGHT/TRIM

선급에서 승인된 자료의 범위 내에서 조정 선적하고 최적운항조건을 위해 가능한 1.5 meter trim by the stern를 유지.

2) LOADING INFORMATION

(1) 복원성 자료의 기본은 “LIGHT WEIGHT, LCG(CENTER OF GRAVITY FROM MIDSHIP), VCG(CENTER OF GRAVITY ABOVE BASE LINE)” 에 의해 계산되며 선적 시 컨테이너는 HEIGHT의 45%에 의해 VCG가 계산. -> 컨테이너도 배로 생각하면 무게중심이 있기 때문에 그 무게중심을 컨테이너의 45% 높이로 설정함.

(2) LOADING CONDITION은 TRIM, LCF/LCB/LCG, BENDING MOMENT(B.M)/SHEARING FORCE(SF)에 의거 결정.

(3) 비 손상 복원 허용 (INTACT STABILITY CRITERIA)은 RIGHTING LEVER(GZ), ANGLE OF HEEL(Ө)의 STABILITY CURVE는 GoM(m), STEADY/GUST WIND HEELING LEVER에 의해 계산 (본선은 항로 여건을 예상)하여 사전안정을 확보.