크레인 설계

크레인 설계

이번 시간에는 항만의 크레인 설계에 대하여 알아보도록 하겠습니다.!!

먼저 크레인 설계 요구조건입니다.

크레인은 항만법 규정, 모든 구조철강 구성품에 수반된 도면, 관련 장비 및 이 장에서 기술된 기준의 요구조건에 준하여 설계해야 합니다. 또한, 수급인은 구조철강 부분품의 모든 설계서를 제출하여 발주자의 검토와 승인을 받아야 합니다. 그리고 설계서에는 구조 성능 계산서, 모든 설계도면, 제작명세 및 기타 설계의 적합성과 정확성 및 신뢰성을 증명하는데 필요한 자료들이 포함되어야 하고 쉽게 검토할 수 있는 양식으로 작성해야 합니다.

 

크레인 구조물에 사용되는 원자재, 용접자재 및 부품자재는 KS 또는 ASTM 규격 재질을 사용해야 하며 주요 구조물에 사용되는 붕괴유발부재(FCM) 및 비붕괴유발부재(NFCM)는 ASTM A 709에서 명시한 Zone 1의 충격시험이 최소평균 샬피 V노치 충격에너지 값을 보증하는 용접 구조용강(KS D 3515, SM B 또는 SM YB 등급 이상)으로 합니다. 그리고 크레인 주요 구조물에서는 철판이나 강재 단면의 두께가 6㎜ 이하인 것은 사용할 수 없습니다.

 

기밀박스 내부에 설치되는 파이프(전기배관 포함)는 어떠한 경우에도 전기배관용 파이프를 사용해서는 안 됩니다. 소규모의 구조물을 제외하고는 구조물 단면은 대칭으로 설계해야 합니다. 만약 그렇지 않다면 비대칭 단면의 주축 또는 중립축을 적용하여 응력 편심을 고려하도록 합니다.

 

구조물의 용접 연결부에 있어서 다면이음(Wrap around) 용접이 되는 상세는 허용되지 않습니다. 단, 부득이하게 다면이음 용접 상세일 경우 수급인은 별도의 개선된 용접절차를 제출하여 발주자의 승인을 받아야 합니다. 또한, 볼트 결합부의 외부와 볼트 머리부와 너트의 주위에는 이와 접촉되어 있는 철판의 표면이나 볼트자체의 방식을 위해서 수밀 재료 도장을 조립작업 중에 시행합니다. 수밀 재료는 우수한 점착성을 갖추어야 하고 구조물의 설계수명 한계까지 충분한 탄성을 유지해야 합니다. 그리고 크레인의 품질과 공정을 위하여 모든 구조물은 옥내에서 제작 되어야 합니다. 수급인은 크레인 구조물의 제작 위치가 표기된 공장 레이아웃(Layout)을 포함하여 제출해야합니다.

 

사람이 들어갈 수 없는 밀폐 박스 거더(Girder)로 제작되는 주요 부재에서는 기밀 검사를 위한 배관 연결구(마개 포함)를 하부에 부착합니다. 이러한 구조물에 전선관이 통과한다면 전선관을 먼저 설치한 후 밀폐시켜 기밀검사를 해야 합니다. 모든 구조물 요소는 브러싱(Brushing)과 주기적인 보수도장이 가능하도록 설계하며 특히 내부방식을 고려하여 제작해야 하고 물이 고이지 않도록 해야 합니다. 그리고 별개의 부품들(드럼, 롤러, 핀, 쉬브, 기계류, 모터, 전기부품 등)은 통상의 유지보수와 청소를 위해 쉽게 접근할 수 있도록 하며 필요한 곳에는 어느 곳이든지 검사용 개구부를 설치합니다.

 

 

다음은 피로 설계 기준입니다.

크레인의 사용수명에 맞는 피로설계를 하여야 합니다. 또한, 크레인 구조물의 피로설계는 EN 1993-1-9(BS 5400, PART10)에 따르며 하중조합은 트롤리하중(TL)+권상시스템하중(LS)+피로권상하중(LLF)으로 한다. 모든 붕괴유발부재(FCM)와 그의 피로 상세등급은 도면에 표기되어야 하며 붕괴유발부재(FCM)에 대한 손상관리계획(Fracture control plan)은 AASHTO/AWS에 따라야 합니다. 붕괴유발부재(FCM)는 피로상세등급 50(G)이 존재 해서는 안 되며 피로상세등급 63 (F2) 또는 더 양호한 피로상세 등급으로 설계해야 합니다.

 

다음은 좌굴 설계기준입니다.

빔의 좌굴계산은 전단, 압축 및 강성의 합성 효과를 고려하여 정의된 좌굴 설계기준에 따라 계산합니다. 또한 양축 응력이 포함되어야 합니다. 판 좌굴(Plate buckling)의 계산에는 양축응력과 합성응력의 효과를 고려한 유한요소해석방법(FEM) 또는 강구조설계기준(한국강구조학회, 2009), DIN, FEM, JIS Code를 따라야 합니다. 그리고 보강재의 크기, 위치, 개수에 따른 판의 임계 좌굴응력과 실제 작용 좌굴 조합응력과의 비를 계산한 후 허용된 규격에서 명시하고 있는 안전율을 만족해야 한다. 또는 설계 좌굴강도가 계수하중에 의한 단면력 이상이어야 합니다.

 

다음으로 구조물의 처짐과 강성 기준입니다.

처짐 기준은 항만시설장비검사기준(제7조 4항)의 기준을 만족하여야 한다. 또한, 스팬 구간의 구조물의 최대 처짐량은 스팬의 1/800 이하로 설계하는 것을 원칙으로 합니다. 그리고 트롤리 횡행방향으로의 크레인 구조물의 공진 주기가 1.5초 이하가 되도록 강성설계를 하는 것을 원칙으로 하고 동적 공진문제가 발생하지 않도록 설계해야 합니다.

 

다음은 캠버 설계 기준입니다.

이동하중이 육측 최대 도달거리에서 해측 최대도 달거리까지 횡행할 때 트롤리 횡행레일이 거의 수평을 이룰 수 있도록 캠버를 주어야 합니다. 또한 최대 처짐량이 다음의 기준을 만족하지 못할 경우 캠버를 고려해야 합니다. 스팬 구간은 스팬의 1/800이하. 외팔보 구간은 그 길이의 1/400 이하

 

구조물의 연결에 사용한 모든 핀은 크레인의 구조 설계수명이 다할 때까지 견딜 수 있도록 피로 설계해야 한다.

 

다음은 계단 및 사다리입니다.

계단의 경사 각도는 수평에 대하여 50°를 초과하지 않도록 하며 높이가 10m를 초과할 경우에는 7m 이내 마다 플랫폼이 설치되어야 하고 계단의 발판높이는 300㎜ 이내의 같은 간격으로 한다. 지면에서의 계단은 레일 중심부에서 1.8m 이상의 돌출부가 생기지 않도록 한다. 계단의 폭은 560㎜ 이상이 되어야 합니다. 계단 및 통로의 디딤판은 용융아연도금한 그레이팅으로 합니다. 또한 계단 및 통로의 디딤판은 미끄럼을 방지할 수 있어야 합니다. 수직사다리는 계단용 사각 강봉으로 만든다. 간격은 250㎜ ~ 350㎜의 같은 간격이어야 하며 폭은 400㎜ 이상으로 발이 빠지지 않는 구조이어야 합니다.

 

다음은 보도 및 통로입니다.

모든 보도와 통로는 2m의 상부 여유 공간이 있도록 한다. 보도나 통로의 표준 폭은 최소한 600㎜ 이상이 되도록 하고 제한된 구역에서의 폭은 최소한 460㎜ 이상이 되도록 하고 구조물 외 별도의 디딤판이 필요한 부분은 용융아연도금 처리된 그레이팅으로 한다. 구조물 부분이 디딤판이 되는 경우 미끄럼 방지 대책을 강구합니다. 또한 핸드레일은 외경이 34㎜인 강 파이프를 사용하고 높이는 1,000㎜ ~ 1,100㎜가 되도록 합니다. 중간레일은 20㎜ 이상의 강봉으로 하고 높이는 600㎜가 되도록 합니다. 모든 보도와 통로를 따라 최소 높이 150㎜ × 두께 6㎜ 이상의 발 보호판을 설치하며 디딤판과 발보호판 사이의 틈은 공구 등이 떨어지지 않도록 충분히 작아야 합니다. 안전제일!!! 명심하셔야 합니다.!!

 

다음은 용접에 대한 내용입니다.

모든 용접은 자격이 있는 용접사에 의해 수행해야 한다. 용접사의 자격증은 제작 전에 공사감독자에게 제출하여 승인을 받습니다. 용접 자격 시험절차는 KS B 0885 요구조건에 따라 제작 시 적용될 모든 용접 위치에 대해 수행합니다. 이 시험은 공사감독자 입회하여 실행하고 그 결과를 제작 전에 공사감독자에게 제출합니다. 주요 구조부에 사용되는 용접봉의 인장강도는 모재보다 큰 것을 사용해야 하며 주 부재 또는 구조물을 현지에서 용접으로 연결하는 것은 허락되지 않습니다.

구조 프레임 및 주요부재에 대하여 제작시의 결함을 교정하기 위하여 현장에서 가스 절단기를 사용하거나 열을 가하여 교정하는 것은 허용되지 않는다. 응력을 받지 않는 사소한 부재에 대한 현장교정은 공사감독자의 승인을 받고 합니다.

 

 

마지막으로 구조물 제작의 품질관리는 다음과 같습니다.

(1) 수급인은 품질관리 프로그램을 서면으로 작성하여 공사감독자에 제출하여 승인을 받아야 합니다.

(2) 구조물 제작의 품질관리 항목은 최소한 아래 사항을 포함해야 하고 이것들에 국한된 것은 아닙니다.

① 재료성적서, 기계류의 물품 명세서

② 재료에 대한 추적 인식 코드 및 절차

③ 보관, 절단, 조립, 용접, 외관 및 구조요소 등의 치수

④ 용접절차서, 크레인 구조물에 실행할 비파괴의 부위 및 종류를 명확하게 나타내는 시험 및 검사절차서

⑤ 용접, 기계가공, 측정 및 검사장비의 정비와 조정에 대한 확인서

⑥ 구조물의 처짐량 및 고유진동수의 측정방법, 절차 및 측정장비제원

⑦ 도장에 대한 절차

⑧ 구조물의 설치 조립 방법 및 절차서

 

지금까지 항만의 크레인 설계에 대하여 알아보았습니다. 여러분들에게 유익한 정보가 되었기를 바랍니다. 저도 잘 숙지하였다가 설계 시 반영하도록 하겠습니다. 이상입니다. ^^