선체거더 (Hull Girder)
쉽게 풀면
배 전체를 하나의 긴 다리(빔)처럼 보고 얼마나 튼튼한지 계산하는 방법이다. 선박 전체를 하나의 커다란 다리(교량) 구조물처럼 생각해, 양 끝의 지지점 대신 물의 부력이 떠받치고 있다고 보는 개념적 모델입니다.
왜 중요한가
선체를 하나의 긴 보로 보는 선체거더 개념은 종강도 평가의 근본 모델이므로, 정수 중 하중과 파랑 굽힘 모멘트를 계산하고 단면계수를 검토하는 모든 절차가 이 개념 위에서 이루어집니다. 실무에서는 적재 상태별 정수 중 굽힘 모멘트와 전단력이 허용값 이내인지 확인하는 적하 계산기가 선체거더 이론을 구현한 것입니다. 선체를 하나의 보로 단순화하는 이 가정 덕분에 복잡한 구조물 전체를 일일이 계산하지 않고도 굽힘응력을 신속하게 산정할 수 있어, 초기 설계 단계의 실용적인 도구로 널리 쓰입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
컨테이너선의 대형 해치 개구를 고려한 선체거더 단면특성을 계산하여 비틀림 및 굽힘 복합응력을 평가한다.
파도가 배에 가하는 굽힘 힘을 버티기 위해 갑판과 바닥판이 튼튼해야 한다는 설명이다.
조금 더 깊게 보면
선체거더 이론은 단면이 평면을 유지한다는 보 이론 가정을 쓰므로, 대형 해치가 열린 컨테이너선의 비틀림처럼 단면 뒤틀림이 큰 경우나 갑판 개구부 주변의 응력 집중은 설명하지 못하고 별도의 유한요소 해석이 필요합니다. 또한 파랑 굽힘 모멘트를 정적 하중처럼 다루지만 실제로는 선체거더 진동인 휘핑과 스프링잉이 겹쳐 응력이 커질 수 있어 대형 컨테이너선에서는 이 동적 성분을 따로 고려합니다. 극한 강도는 탄성 단면계수가 아니라 좌굴을 포함한 점진적 붕괴 해석으로 평가합니다. 선체를 보로 취급할 때는 갑판, 선저, 종격벽 등 선체 길이 방향으로 연속된 부재만 유효 단면에 포함시키며, 이 유효 단면적이 클수록 같은 굽힘모멘트에서도 부재에 걸리는 응력이 줄어듭니다. 실제로는 전단지연 현상 때문에 넓은 갑판판 전체가 균일하게 하중을 받지 않아, 정밀 설계에서는 유효폭이라는 개념으로 단면적을 보정합니다.
주의할 점
해치가 큰 컨테이너선처럼 개구가 많은 선박은 단순 보 이론만으로 선체거더 거동을 완전히 설명하기 어렵다.