JP4335006B2 - 構造サンドイッチ板部材および連結部材を含む構造体ならびに該構造体の部品を製造する方法 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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４のＡの詳細を示す拡大図である。 図４のＢの詳細を示す拡大図である。 図４のＣの詳細を示す拡大図である。 図４のＤの詳細を示す拡大図である。 図４のＥの詳細を示す拡大図である。 図４のＦの詳細を示す拡大図である。 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。 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１２に示した構成の平面図である。 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。 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)

1. 第１および第２の金属板と、互いに間隔を置いた第１および第２の金属板に溶接されて該第１および第２の金属板の間にキャビティを画定する連結部材と、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、前記第１および第２の金属板が前記連結部材に溶接された後で前記キャビティ内に注入されたプラスティックまたはポリマーの材料からなるコアとを備えており、第１および第２の金属板とコアとが構造サンドイッチ板部材を形成する、構造体であって、前記連結部材が、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ており、前記傾斜面が、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なる、前記構造体。
2. 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具備している、請求項１に記載の構造体。
3. 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に記載の構造体。
4. 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に記載の構造体。
5. 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に記載の構造体。
6. 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に記載の構造体。
7. 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に記載の構造体。
8. 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ている、請求項４から７のいずれか一項に記載の構造体。
9. 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構造体。
10. 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に記載の構造体。
11. 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構造体。
12. 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構造体。
13. 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、前記溶接後、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、前記方法。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 構造体を築き上げる方法であって、
    請求項１３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。
20. 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。
21. 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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