KR100245115B1 - 최적높이비의 복수층 파형판을 갖는 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평판과 평판사이에 높이가 서로 다른 2층이상의 파형판을 구비하는 구조체에 관한 것으로, 특히 구조체의 평판과 평판에 대한 수직으로 압축력을 가해 고파형판이 직사각형, 저파형판이 사다리꼴이 되는 파형판 높이비에서 저파형판이 고파형판과 접촉하는 파형판 높이비까지의 범위를 유지할 수 있도록 하되, 상기 고파형판 높이에 대한 저파형판 높이의 비가, 0.8보다 크고 0.95보다 작은 것을 특징으로 하는 구조체에 관한 것이다.

Description

최적높이비의 복수층 파형판을 갖는 구조체

본 발명은 주로 골판지처럼 포장재로 사용되며 평판과 파형판재로 구성되는 구조체에 관한 것으로, 특히 평판과 평판사이에 높이가 서로 다른 2층이상의 파형판을 구비하되, 구조체의 평판과 평판에 대한 수직으로 압축력을 가해 고파형판이 직사각형, 저파형판이 사다리꼴이 되는 파형판 높이비에서 저파형판이 고파형판과 접촉하는 파형판 높이비까지의 범위를 유지할 수 있도록 하는 구조체에 관한 것이다.

도면 3-1에 표시한 것처럼 일층파형판구조체5는 평판1과 평판2의 사이에 파형판3을 배치해서 그것들을 접착제4에 의해 붙여서 만든 것이다.

본 구조체5의 평면압축특성은 실험결과에 의해 도면 3-2처럼 나타난다. 요컨데 도면 3-2의 a점에서 구조체5를 구성하는 파형판3의 모양은 산봉우리모양이고 압축변형량δ가 증가함에 따라서 압축강도P는 증가하고 도면 3-2의 B점에서는 제1피크를 만들고 이때 파형판3의 형상은 사다리꼴이 된다. 게다가 압축변형량δ의 증가에 따라서 압축강도P도 증가하며 도면 3-2의 C점에서 제2피크를 만들고, 그때 파형판3의 형상은 직사각형이 된다. 그 뒤 파형판3은 휘어지기 때문에 그림 3-2의 C점의 압축강도P는 최대치가 되며 그 뒤 압축변형량의 증가에 따라 압축강도P는 급격하게 감소한다.

일층 파형판구조체보다 더욱더 압축강도를 갖기 때문에 파형판을 두장 붙여서 이중으로한 파형판구조체도 생각되어진다. 도면 4-1에 나타난 것처럼 이중파형구조체6은 평판1과 평판2 사이에 접착제 4-a로 붙여진 파형판3-a와 파형판3-b를 배치해서 이것들을 접착제 4- b에 의해붙인 것이다.

본 구조체6의 평면압축특성은 세밀한 분석결과 도면 4-2처럼 나타난다. 요컨데 도면 4-2의 a점에서 구조체6을 구성하는 파형판3-a와 3-b의 형상은 산봉우리 모양이고 압축변형량δ가 증가함에따라서 압축강도P는 증가하고, 도면 4-2의 b점에서는 제1절정을 만들고, 이때 파형판3-a와 3-b의 형상은 사다리꼴이 된다. 더욱 압축변형량δ의 증가에 따라서 압축강도P도 증가하고 도면 4-2의 c점에서 제2절정을 만들고, 이때 파형판3-a와 3-b의 형상은 직사각형이 된다. 그 뒤 파형판3-a와 3-b는 휘어지기 때문에 도면 4-2의 c점에서 압축강도P는 최대치가 되고, 이후 일층파형판구체와의 경우와 같이 압축변형량δ의 증가에 따라 압축강도P는 급격하게 감소한다.

이중파형판구조체6은 일층파형판구조체5의 비해서 파형판이 2장이 되기 때문에 압축변형량δ의 증가에 따라서 압축강도P의 초기증가량은 크고 또 압축강도P의 제1, 2 절정치는 일층파형판구조체 5보다 크다.

이중파형판구조체6은 일층파형판구조체5보다 압축강도는 높지만, 일층파형판구조체5와 같이 파형판이 직사각형이 되어 최대압축강도가 된뒤에 파형판은 휘어지기 때문에, 이후의 압축강도는 급격하게 감소된다. 또 초기압축변형량의 증가에 따라 압축강도의 증가량도 크기 때문에, 초기완층효과는 거의 없다.

파형판이 휘어진후 급격한 압축강도의 감소를 억제하고, 초기완충효과를 갖게하기 위해서는, 파형판을 2장 붙여서 겹으로 하지말고 파형판에 간격(빈공간)을 주어서 고파형판과 저파형판 2층으로 되는 구조체로 하는 것이 생각되어진다.

도면 5-1(1), 도면 5-1(2)에 나타난 것처럼, 이중파형판의 구조체7은 평판1과 평판2사이에 고파형판 3-c와 저파형판 3-d를 배치해서, 이것들을 접착제4에 의해 붙인 것이다. 여기서 도면 5-1(2)은 저파형판3-d의 높이가 고파형판3-c의 높이보다 극단적으로 낮은 경우이다.

세밀한 조사결과와 실험결과에서 구해진 이것들의 압축거동은 도면 5-2에 표시했다. 저파형판 3-d의 높이가 고파형판 3-c의 높이보다 조금 낮은 경우, 고파형판 3-c가 사다리꼴이 되며, 제1절정(1)-b점이 되고, 파형판 3-c가 직사각형이 되는 제2절정(1)-c점의 압축강도는 이중파형판구조체의 압축거동보다는 낮지만 일층파형판구조체 압축거동 보다는 꽤 높고 변형거동자체는 이중파형판 구조체와 비숫하다. 또 고파형판 3-c가 직사각형이 된 제2절정(1)-c점 이후 고파형판 3-c가 휘어진후에도 저파형판 3-d가 직사각형이 되기 때문에 1-(d)점 같은 제3절정이 생기지만 고파형판 3-c와 저파형판 3-d의 파형판 높이 차이가 거의 없기 때문에 이 절정은 작고 압축거동은 이중파형판구조체와 거의 비숫하다.

저파형판 3-d의 파형판 높이가 고파형판 3-c보다 극단적으로 낮은 경우, 고파형판 3-c가 직사각형이 되는 제2절정(2)-c점 이후 고파형판 3-c가 저파형판 3-d와 접촉할때까지는 압축거동은 일층파형판구조체와 비숫하다. 이후에 저파형판 3-d가 직사각형이 되기 때문에 (2)-d점 처럼 제3절정을 만들지만 저파형판 3-d의 파형판높이가 낮기 때문에 이 절정은 작고 압축거동은 일층거동은 일층파형판구조체와 거의 같아진다.

이상 처럼 이층파형판구조체의 저파형판 3-d 높이가 고파형판 3-c의 높이보다 약간 낮은 경우 압축거동은 이층파형판구조체와 비숫하고 저파형판 3-d의 파형판높이가 고파형판 3-c의 파형판높이보다 극단적으로 낮은 경우 압축거동은 일층파형판구조체와 거의 같아진다.

이 때문에 이층파형판구조체7의 저파형판 3-b파형판 높이를 적정하게 고르면 파형판이 휘어진후 급격한 압축강도의 감소를 억제하고, 초기압축변형량의 증가에 따라 압축강도의 증가량을 억제해서 초기완층효과를 갖게함과 동시에 높은 압축강도를 확보하는 일도 가능해 진다.

일층파형판구조체는 도면 3-2에 나타낸 것처럼 파형판이 직사각형이 될때 최대압축강도가 되어 이것을 경계로 파형판이 휘어지기 때문에 압축강도는 급격하게 감소한다. 또 압축강도는 이중파형판구조체에 비해서 꽤 낮다.

이중파형판구조체는 파형판이 2장이 되는 만큼 압축강도는 일층파형판구조체보다는 높지만 도면 4-2에서처럼 이중파형판이 직사각형이 될 때에 최대압축강도가 되어 이것을 경계로 파형판이 휘어지기 때문에 일층파형판구조체와 같이 압축강도는 급격하게 감소한다. 또 일층파형판구조체에 비해서 초기압축변형량의 증가에 따라서 압축강도 증가량이 크기 때문에 초기완충효과는 거의 없다.

파형판이 휘어진후 급격한 압축강도 저하를 억제해서 높은 압축강도를 확보해가고 최대완충효과를 갖게 하기위해서는 고파형판과 저파형판 같은 이충파형판구조체로서 고파형판이 휘어진후 저파형판이 직사각형이 되게 하지 않으면 안된다.

이것 때문에 복수층의 파형판 구조체에 있어서 고파형판에 대해 저파형판 높이를 적절하게 선정할 필요가 있다.

복수층 파형판구조체에 있어서, 높은 초기완충성 압축강도와 함께 고판형판이 휘어진후도 급격하게 압축강도가 저하되지 않게 하기 위해서는 고판형판에 대해서 저파형판의 높이를 적정하게 선정해야 한다.

도면 6은 이층파형판구조체높이 Hhigh에 대해 저파형판높이 Hlow의 비(Hlow/Hhigh)를 변화시킬때에 총 압축강도P와 초기압축강도a의 관계를 조사 및 실험에서 구한 결과를 나타낸다.

여기서 도면6에 정의된 것처럼 총압축강도P는 압축변형량δ-압축강도P 곡선을 구할때에 횡축과δ-P 곡선에 싸여진 면적에 의해 구해지고, 초기 완충량a는 δ-P곡선에 초기경사에 의해 구해진다.

도면에서, 총압축강도P는 높이비(Hlow/Hhigh)를 증가시킴에 따라 일층파형판구조체의 압축강도와 비교해서 서서히 증가하고, 어느 높이비 이상이 되면 급격하게 증가한다. 또 초기완충량 a는 높이비(Hlow/High)를 증가시켜도 어느 높이 까지는 일층파형판구조체의 초기완충량과 같고 어느 높이비 이상이 되면 급격하게 감소한다. 따라서 도면에 표시한 것처럼 압축강도도 높고 초기완충효과도 큰 최적의 파형판 높이에 대해서는 아래와 같이 설명한다.

최적파형판 높이비를 구하기 위해서는 도면 7-1(1)에 나타낸 것처럼 이층파형판구조체의 고파형판높이에 대한 저파형판높이비(Hlow/Hhigh)를 도면6에 나타낸 최적파형판 높이비로 할수 있다. 최적파형판 높이비의 범위는 도면 7-(2)-(b)에 나타난 것처럼 고파형판이 직사각형시에 저파형판도 직사각형이 되는 파형판높이비(Hlow/Hhigh)보다는 작고, 도면 7-(2)-(c)에 나타난 것처럼 고파형판이 직사각형시 저파형판의 꼭대기가 고파형판과 접촉하는 파형판높이비(Hlow/Hhigh)보다는 크다. 요컨데 고파형판 높이에 대한 저파형판높이비(Hlow/Hhigh)는 0.8보다 크고 0.95보다는 범위가 된다.

도 1 최적의 파형판 높이비를 갖는 이층파형판 구조체의 평면압축 변형거동

도 2 최적의 파형판 높이비를 갖는 삼층파형판 구조체의 개략도.

도 3-1 일층파형판 구조체의 단면 개략도

도 3-2 일층파형판 구조체의 압축변형량δ과 압축강도P의 관계

도 4-1 이중파형판 구조체의 단면 개략도

도 4-2 이중파형판 구조체의 압축변형량δ과 압축강도P의 관계

도 5-1 이충파형판 구조체의 단면 개략도

도 5-2 이층파형판 구조체의 압축변형량δ과 압축강도P의 관계

도 6 이층파형판 구조체의 파형판 높이비(Hlow/Hhigh)와 총압축강도P, 초기 완충량a의 관계

도 7 이층파형판 구조체를 평면 압축할 때 고파형판과 저파형판의 모양

도 8 최적의 파형판 높이비를 같는 이층파형판 구조체의 압축변형량δ과 압축강도P의 관계

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 2 : 평판, 3,3-a, 3-b, 3-c, 3-d, 3-e : 파형판, 4,4-a, 4-b : 접착체, 5 : 일층파형판구조체, 6 : 이중파형판구조체, 7 : 이충파형판구조체, 8 : 삼층파형판구조체

도면8에 상술한 방법으로 구한 최적파형판 높이비로 할때의 이층파형판구조체, 일층파형판구조체, 이중파형판구조체의 평면압축변형거동의 실혐결과를 나타낸다.

도면에 있어서 이층파형판구조체의 초기압축변형량의 증가에 따른 압축강도의 증가량, 요컨데 도면6에 정의한 초기완충량a(압축변형량δ-압축강도P곡선의 초기경사)는 일층파형판구조체와 거의 같다.

또 이층파형판구조체의 압축변형에 따른 압축강도, 바꾸어 말하면 총압축강도P(압축변형량δ-압착강도P의 관계를 구할때의 횡축과 δ-P곡선의 싸여진 면적)은 일층파형판구조체보다 크고, 이층파형판주구조체보다는 작다.

따라서, 고파형판 높이에 대한 저파형판 높이비를 최적으로 함에 의해서, 초기완층능력은 이중파형판구조체보다는 높고 일층파형판구조체와 거의 같아진다. 또 평면압축강도는 일층파형판구조체보다는 높게 된다. 또 고파형판이 휘어진후에 급격하게 압축강도가 감소하는 일은 없다. 이 때문에 고강도와 높은 초기 완충효과를 겸비한 파형판구조체로 하는 일이 가능하다.

도면1에 고파형판 높이에 대한 저파형판 높이의 최적비로 (Hlow/Hhigh)=0.85로 한 경우 일층파형판구조체의 평면압축거동 실측결과를 나타냈다. 그림에서는 비교하기 위해 일층파형판구조체와 이중파형판구조체의 평면압축거동을 나타냈다.

도면에 있어서 이층파형판구조체의 초기압측변형량의 증가에 따른 압측강도증가량(초기경사)는 일층파형판구조체와 거의 같고 이층파형판구조체의 압측변형에 따른 압측강도는 일층파형판구조체보다 크고 이중파형판구조체보다는 작게되어 있다.

이하에 2층파형판 구조체의 평면압착 변형거동을 순서대로 설명한다.

그림a점에 이층파형판구조체의 파형판 모양은 고파형판, 저파형판 모두 산봉우리형상이 된다. 또 그림b점에는, 고파형판이 사다리꼴, 저파형판이 산봉우리 형상이 되기 때문에 압축강도가 증가하고 압축강도변형량δ-압축강도P곡선은 제[1절정을 만든다. 다음으로 도면c점에는 고파형판이 직사각형, 저파형판이 사다리꼴이 되기 때문에 압축강도가 증가, 제2절정이 된다. 다음으로 c점을 넘으면 고파형판이 휘어지기 때문에 압축강도는 감소하지만, 저파형판이 직사각형이 되기 때문에 도면d처럼 제3절정을 만든다. 그 뒤 저파형판도 휘어지지만 고파형판과 저파형판이 초기휘어진 상태에서는 고파형판과 저파형판이 직사각형이된 상태에 가깝기 때문에 압축강도는 약간 증가한 후 감소한다.

본 구조체를 구성한 파형판꼭대기 및 바닦에 곡선형상은 원호에 의해 표현되는 것이나 원호와 직선에 의해 표시되는 것도 좋다. 본 구조체를 구성하는 평판 및 파형판의 재질로서는 종이를 사용하는 것이 가능하다. 또 프라스틱과 복합재료 등에 비금속 혹은 알미늄과 스팀 등의 금속도 좋다.

도면2는 3층파형판구조에 파형판높이비를 최적으로 한경우의 개략현상이다. 그림처럼 고파형판높이에 대한 저파형판높이비(Hlow1/Hhigh)=0.85로 해서 저파형판높이1에 대한 고파형판높이2 비(Hlow2/Hhigh1)=0.85로 하고 있다.

본 구조체를 구성하는 파형판꼭대기 및 바닦의 곡선형상은 원호에 의해 표현된 것이던지, 원호와 직선에 의해 표현된 것이던지 좋다. 본 구조체를 구성하는 평판 및 파형판의 재료로서는 종이를 사용할수 있다. 또 프라스틱과 복합재료 등에 비금속 혹은 알미늄과 스틸 등의 금속도 좋다.

최적높이비를 갖는 복수층의 파형판구조체로 함에 따라, 파형판매수가 같고, 파형판높이가 거의 같은 복수의 파형판을 겹쳐만든 파형판구조체보다는 초기완층효과가 높고 파형판매수가 한장 작고, 파형판높이가 거의 같은 파형판구조체보다는 평면압축강도는 높게된다. 게다가 파형판매수가 같은 복수의 파형판을 겹쳐서 만든 파형판구조체에 비해 저파형판이 낮은 만큼 파형판재료를 절약할 수 있다.

또, 파형판매수가 같은 복수의 파형판을 겹친 파형판구조체에서는 복수의 파형판을 겹친 까닭에 파형판 두께가 증대되어 파형판형상을 가공하기 어렵지만 본 구조체에서는 파형판두께가 극단적으로 커지지 않기 때문에 파형판 형상의 가공은 용이해진다.

Claims (2)

1. 평판과 평판사이에 높이가 서로 다른 2층이상의 파형판을 구비하는 구조체에 있어서,

   구조체의 평판과 평판에 대한 수직으로 압축력을 가해 고파형판이 직사각형, 저파형판이 사다리꼴이 되는 파형판 높이비에서 저파형판이 고파형판과 접촉하는 파형판 높이비까지의 범위를 유지할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 구조체.
2. 제 1항에 있어서, 고파형판 높이에 대한 저파형판 높이의 비가, 0.8보다 크고 0.95보다 작은 것을 특징으로 하는 구조체.

Images