JP2005505472A - 構造サンドイッチ板部材用の連結材 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、構造サンドイッチ板部材を一体に連結するための連結材に関し、この構造サンドイッチ板部材は、間で剪断力を伝達させるプラスティックとポリマー材料のコア層によって一体に接合された外側金属板を有し、また本発明は、構造サンドイッチ板部材を一体に連結することによって形成される構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
商業的にSPS(商標)として知られている構造サンドイッチ板部材は、米国特許第5,778,813号、英国特許出願第GB−A−2337022号、および国際出願番号GB00/04198号に記載されており、これらの文献を、本明細書に参照により組み込む。そのような構造サンドイッチ板部材は、間で剪断力を伝達させるのに充分な強度を備えたプラスティックまたはポリマーのコアによって一体に接合された外側金属板を含む。プラスティックまたはポリマーのコアは、固体でありかつ連続し、かつ外側金属板の間で全容積を占めることができる。あるいは、プラスティックまたはポリマーのコアは、例えば外側金属板の間に連続的なプラスティックまたはポリマーの連結を残す発泡体形状によって、断続されることもできる。これらの構造サンドイッチ板部材の主な使用は、例えば海運、洋上、および土木技術の用途で、強化スチール構造体と置き換わることである。そのような用途では、構造サンドイッチ板部材は、強化要素のいくらか、または強化要素のすべての排除を可能にし、構築および保守管理がさらに簡単な一層単純な構造体を提供する。特に、溶接の必要な量は、従来の強化スチール構造体と比較すると概して大幅に削減される。
【0003】
そのような構造サンドイッチ板部材のさらなる利点は、最終的な構造体に組み立てられる個別の板部材またはさらに複雑なモジュールのいずれかとして、それらを事前作製することが可能であることである。事前作製されたモジュールは、従来の構造体が現場で組み立てられ得るよりも著しく精度の高い工場の条件下で、かつさらに簡単な構造体で作られることが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、ある範囲の特定の区間を必要としないが、それでも作り出され得る連結に柔軟性を提供する、構造サンドイッチ板部材を一体に組み立てて連結する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明によると、構造サンドイッチ板部材を連結する際に使用するための連結部材が設けられ、その構造サンドイッチ板部材は、第1および第2の金属面板と、プラスティックまたはポリマーのコアと備え、このコアは、第1および第2の金属面板間の剪断力を他の部材へと伝達するのに充分な力で前記面板を一体に接合し、前記連結材が、実質的に一定な断面の細長い金属本体からなり、かつ第1および第2の傾斜面で形成された少なくとも1つのテーパエッジを有し、前記傾斜面が、前記第1および第2の金属面板のための着座面および溶接準備部分として働く。
【0006】
本発明による連結部材は、外側の板とコア層の両方で様々な厚さの構造サンドイッチ板部材が、他の構造サンドイッチ板部材または従来のスチール板と、簡単かつ削減された数の異なる連結部材で組み立てられ連結されることを可能にする。
【0007】
本発明による連結部材は、構造サンドイッチ板部材の作製と他の板または部材への連結の両方のために、一体に予備形成された溶接準備部分を提供する。
【0008】
本発明による連結部材は、連結部材のテーパエッジの少なくとも一部に対してサイズおよび形状が対応する主面の一方または両方に、剪断キー(shear key)が設けられることができる。これは構造サンドイッチ板部材の垂直方向の連結を容易にする。
【0009】
この連結部材は、圧延スチール、ステンレススチール、押し出しアルミニウムであることができ、または一体に爆発接合される2種類の異種金属で作製されることもできる。そのとき、連結部材は、溶接を容易にするために、構造サンドイッチ板部材の面板と適合性がある金属で作製される。
【0010】
さらなる利点は、構造サンドイッチ板部材のキャビティの連結材の幾何学形状が、温度負荷から生じる可能性のある、面板コア界面に沿った局在する剪断応力を下げるようになることである。テーパ端部は、さらに、コア材料と周囲の棒との間の接合を強めるために、鳩尾継手(dove−tail joint)のように修正されることができる。
【0011】
本発明は、また、少なくとも1枚の構造サンドイッチ板部材と、上述したような連結部材とを含む構造体を提供する。
【0012】
またさらに、本発明は、構造体の部品を製造する方法であって、
実質的に一定の断面の細長い金属の本体からなり、かつ第1および第2の傾斜面で形成された少なくとも1つのテーパエッジを有する連結部材を提供するステップと、
間隔を置いた関係で第1および第2の金属板を前記連結部材に溶接して、キャビティを画定するステップとを含み、前記第1および第2の傾斜面が、それぞれ前記第1および第2の金属板のための着座面および溶接準備部分として働き、方法がさらに、
前記第1および第2の金属板を、この第1および第2の金属板間の剪断力を伝達するのに充分な強度で一体に接合するために、プラスティックまたはポリマー材料を前記キャビティ内に注入するステップを含む方法を提供する。
【0013】
本発明は、例示的な実施形態の下記の説明および添付の図面を参照しながら、以下にさらに説明される。
【0014】
図中で、類似した部品は類似した参照符号で示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
図1は、本発明の第1の実施形態による連結部材1の断面を示している。その基本的な形状では、連結部材1は、第1の主面2および第2の主面3と、第1のテーパエッジ4および第2のテーパエッジ5とを備える、実質的に角柱(すなわち実質的に一定の断面)である。この連結部材の端部は、類似し、同等であり、かつ平行な多角形であり、その側部は平行四辺形である。しかしながら、いくつかの用途では、この連結部材の端部は、変更される可能性があり、例えば留め継ぎされてフレームを形成する。基本的な断面から局所的に派生する形も、やはり特定の用途、例えば直角以外で部材を連結するときに必要とされる可能性がある。テーパエッジ4、5は、角度を持った複数の面6を有し、それらの面6が、構造サンドイッチ板部材の面板のための着座面と溶接準備部分を提供する。
【0016】
本発明の第2の実施形態による連結部材1aが、図2に断面で示されている。第2の実施形態による連結部材1aは、剪断キー7が、主面2のうちの1つに設けられて、連結部材1aの全長に延びることを別として、第1の実施形態の連結部材と同様である。剪断キー7は、本発明による連結部材のテーパエッジのうちの1つを受けるように形作られ、連結継手を横切る剪断抵抗の向上を提供すると共に、下記に述べる方式で組み立ての位置合わせを容易にする。
【0017】
本発明による連結部材1cの第3の実施形態が、図3に示されている。連結部材1cは、そのテーパエッジに、鳩尾継手に断面が類似した張り出し部分7を有する。図から分かるように、張り出し部分7は、連結部材1cと、連結部材1cが取り付けられる構造サンドイッチ板部材のコア層13との間の接合を高める。張り出し部分7は、両方のテーパエッジで示されているが、張り出し部分が、連結部材1cの一方のテーパエッジだけに設けられることができることは理解されるであろう。
【0018】
本発明による連結部材は、ある範囲のコア厚さおよび板厚を備えた構造サンドイッチ板部材を収容するように、充分な深さdを有するべきである。例えば、ある連結材は、最大5mmの平均面板厚さと組み合わせた5mm〜25mmのコア厚さを収容するために、約35mmの厚さを有することができる。構造サンドイッチ板部材の2枚の面板が、必ずしも同じ厚さである必要もなければ同じ金属である必要もないことは理解されるであろう。さらに大きなコア例えば25mm〜75mm、およびより厚い板の厚さ例えば5mm〜20mmを備えた構造サンドイッチ板部材を収容するために、さらに大きな厚さdを備えた連結材が提供されることができる。
【0019】
連結部材1、1aの全幅wは、厚さdに匹敵する最小の実際的サイズから、厚さdの約20倍の範囲にあることができる。幅wは、それが使用されると予測される連結部の複雑さ、および面板間のキャビティにコア材料が注入された後に実施される溶接作業から結果的に生じる熱を散逸する連結材の能力によって決定される。連結材が幅広、例えばw>3dになると、必要であれば、複数の剪断キー7が設けられることができる。
【0020】
テーパエッジを構成する着座面6の角度は、適切な溶接準備部分を提供するその機能によって決まり、連結部材のどちらかの主軸に関して、30°〜60°の範囲内であることができる。テーパエッジ4、5の先端の幅は、連結材間の最少溶接量を決定するか、または必要であれば完全な突合せ溶接を提供するように変えられることができる。テーパエッジは、同じでかつ連結部材の中心線について対称に示されているが、テーパエッジが異なることもでき、かつ偏位していることもできることは理解されるであろう。
【0021】
連結部材1、1aは、圧延スチールまたは押し出しアルミニウムで製造されることができ、あるいは一体に爆発接合される2種類の金属で構成されることもできる。意図される用途のため、および溶接を容易にするための適切な表面処理が、適用されることができる。
【0022】
使用上では、本発明による連結部材1、1aは、構造サンドイッチ板部材の周囲の一部、好ましくは全部に設けられる。構造サンドイッチ板部材の面板は、間隔を置いた関係で、連結部材1、1aのテーパエッジ4または5のうちの一方の着座面6のそれぞれの1つに溶接される。予めシャープレートまたは空隙形状が設けられることができる、結果的に生じるキャビティは、2枚の面板間の剪断力を伝達することができるコア層を形成するために、プラスティックまたはポリマーの材料が注入される。もしも構造サンドイッチ板部材が、連結部材1、1aの厚さdと同じ合計厚さを有していれば、2枚の面板は、連結部材1、1aの主面2、3のそれぞれの一方と面一になるであろう。さらに薄い構造サンドイッチ板部材については、面板は、連結部材1、1aのテーパエッジ4、5について対称に溶接されることができ、あるいは一方の面板が、主面2、3のうちの一方と面一に配置されることができ、そのとき他方の面板は、他方の主面よりも奥に引っ込むであろう。
【0023】
連結部材の他方のテーパエッジは、また別の構造サンドイッチ板部材の周囲の部分を形成する別の連結部材、または従来の金属板に溶接するための着座面6および溶接準備部分を提供する。第2の構造サンドイッチ板部材を形成するために、他方のテーパエッジの2つの着座面6が、2枚のさらなる面板を受けることもやはり理解されるであろう。
【0024】
概して、平坦と屈曲の両方の構造サンドイッチ板部材が、本発明による連結部材にそれらの面板を溶接することによって製造されることができる。結果的に得られる構造板部材は、本発明による連結部材を使用して従来の溶接方法によって、金属板または他の構造サンドイッチ板部材に連結される。この方法で、大きな区間、モジュール、およびブロックが組み立てられ、それが最終的に、ブリッジパネル、船舶部品、船舶、洋上構造、またはその他の工学構造体になる。連結を形成するとき、本発明による連結部材は、整列した状態で平行であるが偏位を設けられるか、またはある角度、例えば垂直方向に一体に溶接されることができる。このように、多数の異なる構成に適応することができる。
【0025】
図4は、異なる連結の細部を提供するために、どのようにして本発明による連結部材が使用され得るかを例示している。この図は二重底タンカーの船体中央区画を示している。本発明による連結部材は、とりわけ、A〜Fで示された連結部に使用されており、それらの連結部は、それぞれ図5〜図10に拡大して示されている。
【0026】
図5は、ガンネル101、デッキ102、および外側の側板103の間の連結部である連結部Aを示している。この構造で、連結部材1は、主面2、3と面一であって一方のテーパエッジ4の着座面6に溶接される構造サンドイッチ板部材の面板11、12を備えた、外側の側板103の部分を構成する板部材の一方の側を構成する。上述したように、面板11、12が連結部材1に溶接されると、その後、コア層13が注入される。ガンネル101は、従来のスチール板として形成され、他方のテーパエッジ5に溶接される。デッキ102は、テーパエッジ5の船内の着座面6に溶接された上側の面板11と、連結部材1の主面3に隅肉溶接された下側の面板12とを備えた、構造サンドイッチ板部材として形成される。
【0027】
デッキ102への内側の側板104の連結部である連結部Bは、図6に示されている。デッキの部分を構成する2枚の構造サンドイッチ板部材102a、102bは、各々がそれぞれの構造サンドイッチ板部材の側面を構成する連結部材1を有する。2つの連結部材1は一体に溶接され、構造サンドイッチ板部材として形成された内側の側板104は、一方の連結材1の下側の面に溶接される。デッキ102の上側の面板11が、連結部材1の上側の面2と面一になって、滑らかなデッキ表面を提供していることが分かるであろう。デッキの構造サンドイッチ板部材は、連結部材1と同じ厚さである必要がないので、下側の面板12は、連結材1の下側の面3の上に設置される。
【0028】
図7に示した連結部Cは、デッキ102と縦方向の桁105の間の連結部であり、デッキと横方向の梁の間の連結部も同様である。ここでは、連結部材1は、2枚の構造サンドイッチ板部材102c、102dを連結してデッキの部分を構成し、その一方で縦方向の桁105は、連結部材1の下側の面3に隅肉溶接される。
【0029】
図8は、内側の船底106と内側の側板104との間の連結部である連結部Dを示している。この連結部では、内側の側板104と内側の船底106を形成する構造サンドイッチ板部材は、それらの周囲に設けられた連結部材1を有する。内側の側板104の連結部材1の自由になっているテーパエッジ5は、内側の船底106の連結部材1の上側の面2に溶接される。外側の側板および外側の船底に連結する桁107、108は、内側の船底106の連結部材1の自由になっているテーパエッジ5と下側の主面3にそれぞれ溶接される。
【0030】
内側の船底および外側の側板は位置合わせされ、各々が、構造サンドイッチ板部材として形成される。2枚の構造サンドイッチ板部材は、図9に示したように一体に溶接されるそれらの上側と下側のエッジを形成する連結部材1を有する。外側の側板103と外側の船底109の構造サンドイッチ板部材は、連結部材1と同じ厚さを有し、それにより、面板は、両側で連結部材の主面と面一になる。内側の側板および内側の船底の接合部に連結する桁107は、2つの連結部材1のうちの下側に隅肉溶接される。
【0031】
最後に、連結部Fが図10に示されている。外側の船底109を桁108に連結するこの連結部では、外側の船底109の部分を形成する2枚の構造サンドイッチ板部材109a、109bが、連結部材1を使用して連結される。構造サンドイッチ板部材109a、109bの内側および外側の面板は、連結部材1の主面2、3と面一である。その後、桁108が、連結部材1の主面の最上部に隅肉溶接される。横方向の梁と外側の船底との間、または側板のウェブフレームと、内側または外側の側板103、104の構造サンドイッチ板部材との間の連結部は同様である。
【0032】
図11は、デッキが、主に構造サンドイッチ板部材102e、102fから形成されるデッキにはめ込まれた従来のスチール板110で、都合良く形成されることができる構成を示している。構造サンドイッチ板部材102e、102fの周囲は、構造サンドイッチ板部材102e、102fの上側の面板と面一の上側主面2を備えた連結部材1で構成される。その後、従来の金属板110が、2つの連結部材1の間に溶接され、やはりその上側表面が連結部材1の主面2と面一になる。この構成は、図12に示したようにデッキを通る貫通部の提供を容易にし、図12では、パイプ111が、従来のスチール板110を突き抜ける。この構成は、また、平面図で図13にも示されている。意図される構造の機能に適したキルティングされたパターンで配置されることも可能な、この一体化されたスチール板の構成は、また、プラスティックまたはポリマーのコアあるいは隣接する構造サンドイッチ板部材を損なうことなく、溶接取り付けのための領域を提供する。金属板は、構造サンドイッチ板部材間の構造連続性を与えるように寸法設定され、局部的な板の座屈を阻止するのに充分なほど頑丈である。
【0033】
図14は、本発明の第2の実施形態による連結部材1aにおける剪断キー7の使用を示している。この構成は、2枚の構造サンドイッチ板部材を一列に並べて、3枚目の構造サンドイッチ板部材を垂直にして、3枚の構造サンドイッチ板部材21、22、23を連結するのに使用される。2枚の一列にされた構造サンドイッチ板部材21、22は、面板を、本発明の第2の実施形態による構造サンドイッチ板部材1aの対向するテーパエッジに溶接することによって形成される。垂直方向の構造サンドイッチ板部材23は、本発明の第1の実施形態による連結部材1をその周囲の部分として有する。連結部材1の自由になっているテーパエッジ5は、連結部材1aの剪断キー7に係合する。剪断キー7への連結部材1のテーパエッジ5の係合は、構造サンドイッチ板部材23の位置合わせ、および構造サンドイッチ板部材23から構造サンドイッチ板部材21と22への面外力の移動を容易にする。
【0034】
事前作製されたモジュール25が、本発明による連結部材を使用して、構造サンドイッチ板部材から構築される場合では、モジュールのエッジは、本発明による連結部材1で終端処理されることが好ましい。図15に示したように、こうして着座面6が、モジュールを一体に連結するために必要とされるしっかりした溶接のための溶接準備部分を形成する。
【0035】
上記で本発明の実施形態およびそれらの可能性のある使用を説明してきたが、当業者によって、本発明の連結部材が、説明したものと異なって作製されることが可能であり、かつ他の方法で使用されることができることは理解されるであろう。特許請求項の範囲以外で本発明が限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の第1の実施形態による連結部材の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態による連結部材の断面図である。
【図3】2枚の構造サンドイッチ板部材を連結する、本発明の第3の実施形態による連結部材の断面図である。
【図4】本発明による連結部材を使用して建造された二重底タンカーの船体中央部の一部を示す断面図である。
【図5】図4のAの詳細を示す拡大図である。
【図6】図4のBの詳細を示す拡大図である。
【図7】図4のCの詳細を示す拡大図である。
【図8】図4のDの詳細を示す拡大図である。
【図9】図4のEの詳細を示す拡大図である。
【図10】図4のFの詳細を示す拡大図である。
【図11】本発明の第1の実施形態による連結部材を使用する、2枚の構造サンドイッチ板部材の間の従来のスチール板の連結を示す。
【図12】本発明の第1の実施形態による連結部材を使用する、2枚の構造サンドイッチ板部材の間で貫通部を有する板の連結を示す。
【図13】図12に示した構成の平面図である。
【図14】本発明の第1の実施形態による連結部材および本発明の第2の実施形態による連結部材を使用する、構造サンドイッチ板部材の平行方向と垂直方向の連結を示す。
【図15】本発明の第1の実施形態による連結部材を使用する、2つのモジュールの連結をそれらのエッジで示す。
Claims (21)
- 構造サンドイッチ板部材を連結する際に使用するための連結部材であって、前記構造サンドイッチ板部材が、第1および第2の金属面板と、プラスティックまたはポリマーのコアとを備え、該コアが、前記面板間の剪断力を他の部材へと伝達するのに充分な力で前記面板を一体に接合し、連結材が、実質的に一定の断面の細長い金属本体からなり、かつ第1および第2の傾斜面によって形成される少なくとも1つのテーパエッジを有し、前記傾斜面が、前記第1および第2の金属面板のための着座面および溶接準備部分として働く連結部材。
- 前記テーパエッジが、前記プラスティックまたはポリマーのコアとの接合を強めるために張り出し部分を設けられる、請求項1に記載の連結部材。
- 前記本体が、さらに第2のテーパエッジを有する、請求項1または2に記載の連結部材。
- 前記本体が、前記複数のテーパエッジの間で第1および第2の平行した主面を有する、請求項3に記載の連結部材。
- 前記傾斜面が、前記主面に対して30°から60°の範囲の角度にある、請求項4に記載の連結部材。
- 前記複数のテーパエッジは、形状が実質的に同じである、請求項3、4、または5に記載の連結部材。
- 前記複数のテーパエッジが、前記本体の中心線に関して実質的に対称に配置される、請求項3、4、5、または6に記載の連結部材。
- 前記主面の少なくとも一方に、前記テーパエッジのうちの少なくとも1つに対応する形状を有する剪断キーが設けられる、請求項4から7のいずれか一項に記載の連結部材。
- 前記本体が、前記テーパエッジのテーパの方向に対して垂直方向に、10mmから100mmの範囲の最大厚さを有する、請求項1から8のいずれか一項に記載の連結部材。
- 前記本体が、前記テーパエッジの前記テーパの方向に、前記最大厚さの1から20倍の範囲の最大幅を有する、請求項9に記載の連結部材。
- 前記本体が、スチール、ステンレススチール、またはアルミニウムで作製される、請求項1から10のいずれか一項に記載の連結部材。
- 前記本体が、爆発接合によって一体化された2種類の異種金属で作製される、請求項1から10のいずれか一項に記載の連結部材。
- 構造体の部品を製造する方法であって、
実質的に一定の断面の細長い金属本体からなり、かつ第1および第2の傾斜面によって形成された少なくとも1つのテーパエッジを有する連結部材を提供するステップと、
間隔を置いた関係で第1および第2の金属板を前記連結部材に溶接して、キャビティを画定するステップとを含み、前記第1および第2の傾斜面が、それぞれ前記第1および第2の金属板のための着座面として働き、かつ溶接準備部分を提供し、前記方法がさらに、
前記第1および第2の金属板を、該第1および第2の金属板間の剪断力を伝達するのに充分な強度で一体に接合するために、前記キャビティ内にプラスティックまたはポリマーの材料を注入するステップを含む方法。 - さらなる部材を前記連結部材に溶接するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記連結部材が、第3および第4の傾斜面によって形成された第2のテーパエッジを有し、前記さらなる部材を溶接するステップが、
間隔を置いた関係で第3および第4の金属板を前記連結部材に溶接して、第2のキャビティを画定するステップを含み、前記第3および第4の傾斜面が、それぞれ前記第3および第4の金属板のための着座面として働き、かつ溶接準備部分を提供し、前記さらなる部材を溶接するステップがさらに、
前記第3および第4の金属板を、該第3および第4の金属板間の剪断力を伝達するのに充分な強度で一体に接合するために、前記第2のキャビティ内にプラスティックまたはポリマーの材料を注入するステップを含む、請求項14に記載の方法。 - 前記さらなる部材を溶接するステップが、
構造サンドイッチ板部材を提供するステップを含み、該構造サンドイッチ板部材が、周縁部で第2の連結部材に溶接された第3および第4の金属板と、プラスティックまたはポリマー材料のコア層とを備え、該コア層が、前記第3および第4の金属板に該第3および第4の金属板間の剪断力を伝達するのに充分な強度で接合され、前記さらなる部材を溶接するステップがさらに、
前記第2の連結部材を前記連結部材に溶接するステップを含む、請求項14に記載の方法。 - 前記さらなる部材を溶接するステップが、スチール板を前記連結部材に溶接するステップを含む、請求項13、14、15、または16に記載の方法。
- 前記連結部材が第2のテーパエッジを有し、方法がさらに、
構造サンドイッチ板部材を提供するステップを含み、該構造サンドイッチ板部材が、周縁部で第2の連結部材に溶接された第3および第4の金属板と、プラスティックまたはポリマー材料のコア層とを備え、該コア層が、前記第3および第4の金属板に該第3および第4の金属板間の剪断力を伝達するのに充分な強度で接合され、前記第2の連結部材が、主面に剪断キーを有し、前記剪断キーが、前記連結部材の前記第2のテーパエッジに対応した形状を有し、方法がさらに、
前記連結部材の前記第2のテーパエッジを前記剪断キーに係合させるステップと、
前記第2の連結部材を前記第1の連結部材に溶接するステップとを含む、請求項13、14、15、16、または17に記載の方法。 - 構造体を築き上げる方法であって、
請求項12から18のいずれか一項に記載の方法に従って、複数の構造部品を製造するステップと、
前記構造部品を組み立てて前記構造体を形成するステップとを含む方法。 - 前記製造するステップと前記組み立てるステップとが、異なる場所で実行される、請求項19に記載の方法。
- 前記構造体が、ビルディング、橋、船舶、船舶部品、または洋上構造体である、請求項19または20に記載の方法。
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