JP2007209967A - Ｆｒｐハニカムサンドイッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】水処理施設の開口部上方を覆う覆蓋を平板タイプで施工する場合，ＦＲＰハニカムサンドイッチパネルが有効な手段であるが，その形状設計を効率よく行うことは製品重量の軽減が可能であり，必要な設計条件を満足させ上で，スキンプレートの厚みとハニカムコアの大きさの組み合せを最適化する手法を提供する。
【解決手段】必要な仕様を分解し，曲げ剛性はスキンプレート２１の弾性率・厚み・設置間隔にて設定する。圧縮強度はハニカムコア２２の壁厚みにて設定する。ＦＲＰハニカムサンドイッチパネルの厚みは，３０ｍｍ，３５ｍｍ，５０ｍｍ，７５ｍｍに規定されており，スキンプレート２１の厚みを設定して効率的な形状設計が可能となる。以上により必要かつ十分な特性を有する製品を上市することが出来る。
【選択図】図−３

Description

発明の詳細な説明

本発明は浄水場或は下水処理場等水処理施設に敷設される平板型覆蓋として，ＦＲＰハニカムサンドイッチパネルの最適構成を提案するものである。

水処理施設に敷設される覆蓋は，防臭，防藻，転落防止，危険物投入防止等を目的としてＦＲＰ，合成木材，サンドイッチパネル，アルミニウム等の素材が使用されている。本考案に懸かるＦＲＰハニカムサンドイッチパネルは軽量，高強度，かつ高剛性である平板型覆蓋を提供するものである。平板型覆蓋は処理槽の脱臭効率がよく，上部の通行が可能となる特徴の為，安全性が重要となりＦＲＰハニカムサンドイッチパネル有効な素材となり得る。

ＦＲＰハニカムサンドイッチパネルはその強度，剛性，及び軽量性が最大の特徴であるがスキンプレートの厚み，及び基材構成とハニカムコアの厚み，及び対辺間隔の組み合せを最適に設定できない場合，強度，剛性及び重量がアンバランスとなり，本来の特性が阻害されるばかりか，無駄な原材料を使用する不経済設計になり得る。

水処理施設の開口寸法及び負荷条件に応じて，ＦＲＰハニカムサンドイッチパネルの断面形状を設計するが，一般的に適応される基準として，日本下水道事業団の標準仕様があり等分布荷重として３５００Ｎ／ｍ^２の負荷に対し，変位量が開口寸法の１／２００以下であることが要求されている。
開口寸法を８００ｍｍ，１０００ｍｍ，１３００ｍｍ，１８００ｍｍ，に分類し必要な剛性を算出する。この剛性の差別化はＦＲＰハニカムプレートとしての製品厚さを変えることによりにより容易に設定することができる。
平板型覆蓋は作業者の通行もあり集中荷重９８０Ｎの負荷に対して仕様が規定されている。ハニカムコアの圧縮強度から必要なコア投影面積が逆算されハニカムコアの壁厚みと対辺長さが決定される。
以上の作業により，スキンプレートの厚みと基材構成及びハニカムコアーの壁厚みと対辺長の組み合せを最適化することが出来る。

開口寸法毎の曲げモーメント（ＥＩＮ−ｍｍ）は，５×Ｗ×Ｌ^３／３８４×Ｅ×Ｉ≦Ｌ／２００よりＥＩ≧１０００×Ｗ×Ｌ^２／３８４となり，スキンプレートの厚みを変化させて製品重量を算出し，剛性／重量の値をグラフー１に纏めることができる。
必要な曲げ弾性率（Ｅ）は９８００Ｎｍｍ^２であり，自ずとスキンプレートの基材構成が決定される。スキンプレートの厚みを増やせば曲げ弾性率は低くてもよいが，投入原料及び製品重量の増加に直結する為，好ましくない。また集中荷重９８０Ｎ対してハニカムコアの２ブロックで支えるとすれば，ハニカムコアの投影断面積が決定される。
対辺長を５０ｍｍとすると，必要な投影面積よりハニカムコア壁厚み１ｍｍが算出できる。

ハニカムコアの形状は集中荷重９８０Ｎに対する強度から対辺長及び壁厚みを決定する。サンドイッチ構造においてはコアのせん断変形も発生するが計算上は無視することができる。引き続きスキンプレートの厚みを１〜７ｍｍに変化させて，机上計算にて断面二次モーメントを算出し，対応する重量との比率，ＥＩ／Ｗを比較すると７ｍｍ以下でピークが確認され，３ｍｍ前後のスキンプレート厚みが，共通仕様としてとして，最適である。

１ スキンプレートの成形
幅５００ｍｍ，長さ１５００ｍｍ，厚み２．５ｍｍのスキンプレートをハンドレイアップ成形より成形した。構成はゲルコート，４５０＃ガラスマット，５７０＃ロービングクロス，４５０＃ガラスマットであり，樹脂重量含有率は６０％とした
２ ハニカムコアプレートの成形
対辺距離５０ｍｍ，壁の厚み１ｍｍの六角構造体を成形した。構成は４５０＃ガラスクロスのみであり，樹脂重量含有率は７５％とした。
３ ハニカムコアプレートの切断
ハニカムコアプレートの厚みを４５ｍｍにスライスカットした。
４ サンドイッチ構造として接合
上下面のスキンプレート厚みを各２．５ｍｍ，ハニカムコアの厚みを４５ｍｍとしてサンドイッチ構造に接着接合した。
５ 曲げ試験の実施
支点間距離１３００ｍｍの単純支持梁とし，３５００Ｎ／ｍ２の負荷を加える。
同様に中央に９８０Ｎの負荷を加え，夫々の変位量を測定した。
６ 測定結果
変位量は等分布荷重負荷時５．１ｍｍ，集中荷重負荷時３．５ｍｍであり夫々１／２５５
１／３７１と規格を十分満足した。
７ 理論値との比較
理論値は等分布荷重に対し４．６６ｍｍ，集中荷重に対し３．２２ｍｍであり誤差は１０％弱と満足できるものであった。

本考案に懸るハニカムコアの標準的な形状を示す。 本考案に懸るハニカムサンドイッチの標準的な形状を示す。 本考案に懸るスキンプレートの標準的な形状を示す。

図１の符号は
１１…ハニカムコア対辺距離，１２…コア壁厚み
図２の符号は
２１…スキンプレート，２２…ハニカムコア，２３…スキンプレート
図３の符号は
３１…ゲルコート層，３２…ガラスマット，３３…ロービングクロス，３４…ガラスマット
（グラフの簡単な説明）

本考案に懸かるハニカムサンドイッチパネルの製品厚みを３０ｍｍ，３５ｍｍ，５０ｍｍ，７５ｍｍとし，スキンプレートの厚みを変化させて，剛性と製品重量との比率をグラフに示す。スキンプレートの厚みが２，５ｍｍ〜６．５ｍｍの間でピークが認められる。
ピーク点のスキンプレート厚みが効率的に優れるが必要な剛性は設計条件から算出でき絶対重量で有利な２．５ｍｍを採用して実施例のハニカムサンドイッチプレートを成形した。

Claims (5)

1. 対辺の間隔が２０ｍｍから８０ｍｍのガラス繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）製ハニカムコアーの両面に１ｍｍから６．５ｍｍの厚みをもつＦＲＰスキンプレートを接着することにより構成されるＦＲＰハニカムサンドイッチパネル。
2. ハニカムコアーの壁の厚みが１ｍｍから５ｍｍである，請求項１に示すＦＲＰハニカムサンドイッチパネル。
3. ハニカムコアーはガラスマットと不飽和ポリエステル樹脂の組合せにて固化し，スキンプレートはガラスマットとロービングクロスの比率を１対１から３対１の間で組合せ，不飽和ポリエステル樹脂にて硬化させた，請求項１に示すＦＲＰハニカムサンドイッチパネル。
4. ハニカムコアーはガラスマットと不飽和ポリエステル樹脂の組合せにて固化し，スキンプレートはガラスマットとカーボンクロスの比率を１対１から１対４の間で組合せ，不飽和ポリエステル樹脂にて硬化させた，請求項１に示すＦＲＰハニカムサンドイッチパネル。
5. ハニカムコアーはガラスマットとエポキシ樹脂の組合せにて固化し，スキンプレートはガラスマットとカーボンクロスの比率を１対１から１対４の間で組合せ，エポキシ樹脂にて固化させた，請求項１に示すＦＲＰハニカムサンドイッチパネル。

Images