KR100603664B1 - 강상자형 주형의 파형 강판 합성 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강상자형 교량의 주형 구조에 관한 것으로, 더욱 더 상세하게는 강상자형 주형의 주요 구성 요소인 상하의 플랜지와 좌우 복부판에 있어서 평판 강판에 stud bolt를 용접하고, 추가 파형 강판을 제작하여 welding stud bolt 용접용 구멍과 채움 구멍을 천공 조립한 후 stud bolt로 용접 연결하여 평판 강판과 파형 강판 보강 합성 판을 제작하고, 파형 강판의 요철 형상의 볼록부 폐쇄 공간에 채움재를 충진 경화시켜 강성이 증대된 합성 보강 판넬을 각각 다수 제작, 조립, 용접하여 강상자형의 상하 플랜지와 좌우 복부판을 형성함으로써 강상자형 주형 제작 공정의 단순화 및 내구성을 증가시키는 강상자형 합성 보강 판넬 주형을 제공한다.
강상자형. 파형 강판, welding stud bolt, 채움재

Description

강상자형 주형의 파형 강판 합성 구조{wave shaped panel composition structure of steel box girder}
도1은 종래의 강상자형 주형의 단면도
도2는 본 발명에 의한 강상자형 주형의 합성 보강 판의 단면 상세도
도3은 본 발명의 평판과 파형 강판의 stud bolt 접합시 발생 응력도
도4는 본 발명의 평판과 파형 강판의 welding stud bolt 접합 분해 사시도
도5는 본 발명의 평판과 파형 강판의 합성 보강 판넬 사시도
도6은 본 발명의 합성 보강판의 복부판 제작 예시 사시도
도7은 본 발명의 합성 보강판의 플랜지와 복부판 제작 예시 사시도
도8은 본 발명의 합성 보강판의 주형 제작 조립 예시 사시도
도9는 본 발명의 합성 보강 주형의 사용 예시 사시도
본 발명은 강상자형 교량의 주형 구조에 관한 것으로, 더욱 더 상세하게는 강상자형 주형의 주요 구성 요소인 상하의 플랜지와 좌우 2장의 복부판을 평판 강판과 교량의 규모 및 각 구간에 작용하는 응력에 의한 단면력의 크기에 따라 파형 강판 형상의 크기, 수량, 방향을 조절 배치한 파형 강판의 조합으로 조립하고, stud bolt 용접으로 평판 강판과 연결 접합 보강한 합성 강재 판을 제작하여, 파형 강판의 요철 형상의 볼록부 폐쇄 공간에 채움 재를 충진 경화시켜 강성이 증대된 합성 보강 판을 다수 제작, 조립, 용접하여, 강상자형의 상하 플랜지와 좌우 복부 판을 형성하는 강상자형 주형 제작의 공정의 단순화 및 내구성을 증가시키는 강상자형 합성 보강 판넬 주형에 관한 것이다.
일반적으로 기존의 강상자형 주형의 교량은 폭과 높이에 비해 대단히 얇은 판을 상하 플랜지(도1의 1, 2)와 좌우 복부판(도1의 3,4)에 쓰는 박육 구조로써 4장의 얇은 판에 의해 형성된 폐 단면이 휨 모우멘트, 전단력 및 비틀림 모우멘트에 저항하게 되며, 또한 압축 플랜지의 국부 좌굴을 방지하는데 종리브(도1의 7, 8) 및 수평 수직 보강재(도1의 5, 6)를 설치하고 휨 또는 비틀림 모우멘트 작용 시 탄성 변형으로 인한 굴복 현상을 방지하기 위하여 6m이하의 간격으로 격판(다이어 프램)을 설치하게 된다.
그러나 상기 구조는 제작에 있어 편평한 강판을 상하 플랜지와 좌우 복부판을 형성하여 그 단면 구조가 사각 형상을 이루도록 용접을 하고 내부 상하 좌우에 종횡 리브 및 수직 수평 보강재를 격자 형상으로 끼워 용접 제작하여 강성을 유지하여, 제작 시 종횡 리브 및 수평 수직 보강재를 규격에 맞게 절단, 면 처리 가공 제작하여 조립한 다음 많은 개소를 용접해야하기 때문에 시간 소요 및 공기가 길어지고 인력 및 비용이 과다하게 투입된다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 종래의 강상자형 주형의 상하 플랜지와 좌우 복부판의 폐 단면 박육 구조의 편평한 철판을 요철구조를 가진 파형으로 절곡된 파형 강판을 보강 사용하여 휨 모우멘트, 전단력, 비틀림 모우멘트를 증대시켜 단면을 감소하고, 제작에 있어 종횡 리브 수평 수직 보강재의 절단, 면처리 가공 제작의 복잡한 공정을 주형의 각 구간에 작용하는 응력에 의한 단면력의 크기에 따라 파형 강판 요철의 크기, 수량 , 방향을 조절 배치하여, 상하 플랜지 및 좌우 복부판을 평판 강판과 파형 강판으로 조립하고 welding stud bolt로 용접 연결하여 평판 강판과 파형 강판의 폐쇄된 요철 공간에 채움재를 충진 강성을 향상시켜 기존의 주형보다 작은 단면의 강상자형 주형을 제공한다.
본 발명에서는 상기한 기존 강상자형 주형의 설계 및 시공상의 문제점을 개선하기 위한 것으로 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성 요소 및 목적 특징을 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 플랜지나 복부판의 평판 강판(100)과 종횡 리브나 수평 수직 보강 대체 재인 파형 강판(200)의 조합으로 파형 강판과 평판 강판의 용접 및 연결재로 welding stud bolt(300,320,330)와 파형 강판 요철에 welding stud bolt를 용접하기 위한 구멍(도2의 210, 220)과 요철공간 채움재 투입을 위한 투입구(도3의 230), 파형 강판의 요철 공간의 채움재(400)로 구성되며 각 구성 재의 특징은 다음과 같다.
평판 강판(100)은 상하 플랜지 판이나 좌우 복부 판의 기본구조를 형성하며, 파형 강판(200)은 평판 강판을 주형의 각 구간의 작용하는 응력에 의한 단면력의 크기에 따라 요철의 크기 및 수량, 방향, 형상을 설계에 맞게 절단 , 프레스 절곡 입체화하여 요철이 제작되며, 이 파형 강판은 플랜지와 복부재를 경량화 하여 전체 중량을 감소시키고, 전단 좌굴 강도를 향상시킴과 동시에 용접을 최소화하여 생산성을 향상시키고, 용접 부재의 피로 영향을 적게 하고, 파형 요철의 신축으로 채움재와 합성 시 탄성 변형이나 크리프, 건조, 수축 등의 변형에 자유자재로 따라갈 수 있으며, 종횡 리브나 수직 수평 보강재를 대체 또는 절감 할 수 있다.
또한 주 부재의 평판 강판(도2의 100)에 돌출형 머리 welding stud bolt(도2의 300)를 용접하고, 부 부재인 파형 강판(도2의 200)에 일정간격으로 주 부재의 welding stud bolt(도2의 300,320,330)를 접합시킬 요철부 구멍(도2의 210, 220)과 충진재를 투입할 구멍(도2의 230)을 천공하여 평판 강판(100)과 파형 강판(200)을 돌출형 머리부 welding stud bolt(300)와 요철부 구멍(도2의 210, 220)이 일치하게 조립한 후 파형 강판 오목부 구멍(도2의 220)과 파형 강판 돌출부의 용접한 구멍 속의 돌출 머리형 welding stud bolt(도2의 300) 머리(도2의 302)에 추가로 반구형 머리 welding stud bolt(도2의 320)를 용접 이음하고 평판 강판 위의 파형 강판 끝단에 용접(도2의 500) 합성으로 판 작용이 확보된다. 이 평판 강판(100)과 파형 강판(200)의 연결 합성재인 welding stud bolt(300, 320, 330)는 모재와의 융착성이 월등하며, 인장 강도 및 보증 하중이 충분히 보장되고, 용접 시간이 짧고 용접 금속의 열 영향부가 매우 좁아 모재의 변형이 매우 작고, 모재의 뒷면에 뒷 손질이 필요 없으며, 압력 용기에 용접에도 누수에 대한 신뢰도를 높이고, 합금이나 서로 다른 재질을 용접할 수 있으며, 본 고안의 파형 강판의 돌출부의 연결 용접용 welding stud bolt(도2의 300)는 돌출형 머리(도2의 302)와 돌출 NECK(도2의 301)로 구성되어 있으며, 평판 강판에 용접된 welding stud bolt 돌출 NECK는 평판 위에 파형 강판을 얹어 놓고, 추가로 반구형 머리 welding stud bolt(도2의 320)를 용접 이음 시 반구형 머리 welding stud bolt 선단부 용해 물이 흘러내리지 않도록 밀폐공간을 형성하여 파형 강판과 용접되어 합성화하고, 이음 돌출형 머리부(도2의 302)는 추가로 반구형 머리 welding stud bolt(도2의 320)를 용접 이음 결합하여 평판 강판과 파형 강판의 합성 판넬을 형성한다. 이 합성된 합성 판넬(도2)에 형성된 파형 요철의 폐쇄공간에 충진 투입구(도2의 230)로 시멘트 및 무수축 몰탈이나 혼화재등의 액체 상태 채움재(도2의 400)를 투입하여 채움재의 경화로 압축력을 증대시키고, welding stud bolt가 채움재와 결합하여 전단 연결재 및 일체화하여 각 강판과 채움재의 구속효과를 향상시킨 단위 당 합성 판넬(도5)을 제작하여, 다수의 합성 판넬을 주형의 플랜지판과 복부판으로 조립후 맞닿은 선형을 따라 용접하여 단위당 강상자형 합성 보강 판넬 주형(도9)을 완성한다.
도3은 본 발명의 평판과 파형 강판의 welding stud bolt 접합 시 발생되는 응력 도시한 것으로 주형의 바닥 틀 요소 중 플랜지의 평판 강판(도3의90)과 종횡 리브로서 파형 강판(도3의 91)이 폐 단면 리브 구조 특성으로 폐 단면 리브이면서 주 수직 보강재의 welding stud bolt(도3의 92, 93)를 용접함으로 받침 반력(R)으로 큰 축 방향 압축력이 작용하는 경우에 유리하고 대칭 휨 응력(도3의 σ)에 의한 횡분배 작용이 양호하고 단순 비틀림 강성력(도3의 τ)이 크기 때문에 좌굴 안정도가 높아 횡 리브 간격을 크게 할 수 있다. 전단 응력 분포는 박육 휨 이론에 의 한 계산법에 의해 구한 분포 예를, 휨 비틀림은 박육 구조물의 휨 비틀림 이론으로 활 하중의 편재에 의한 휨 비틀림 2차 응력을 계산한 예를 도시하였다.
본 발명의 상기 상하 플랜지(도9의 10, 20) 및 좌우측 복부판(도9의 30, 40)의 단위당 제작 방법을 예시된 도와 같이 설명하면, 강상자형 주형의 주부재의 평판 강판(100)을 상하부 플랜지(도7의 100), 좌우측 복부판(도6의 100)용으로 단위당 크기에 따라 절단하고, 일정 간격으로 평판 강판에 다수의 돌출형 머리부 welding stud bolt(도6,7의 300)를 설계된 일정 위치에 welding stud bolt 용접기 및 건으로 용접하여 단위당 평판 강판을 제작하고, 부 부재용의 추가 평판 강판을 주형의 각 구간에 작용하는 응력에 의한 단면력의 크기에 따라 요철의 크기, 수량, 방향, 형상을 설계에 맞추어 절단 프레스 절곡 입체화 가공하여, 평판 강판에 덧 댈 단위당 파형 강판(도6,7의 200)을 제작한 후, 각 각의 파형 강판에 일정 위치에 welding stud bolt 돌출형 머리(도2의 302)보다는 작게 돌출 NECK(도2의 301)규격보다 는 자게 요철부분에 평판 강판과 파형 강판을 연결 부착시킬 welding stud bolt (300,310,320) 부착용 관통 구멍(도6의 210, 220)과 요철 공간의 도장이나 채움 재 구멍(도2,6의 230)을 드릴로 천공하여 단위당 파형 강판(도6,7의 200)을 제작한다. 상기와 같이 제작된 단위당 주 부재의 평판 강판(100)위의 돌출형 머리 welding stud bolt(300)에 부 부재인 파형 강판(200)을 연결 부착시킬 welding stud bolt(300)부착용 관통 구멍(도6의 210)과 돌출형 머리 welding stud bolt(300)가 일치하게 조립한 후 파형 강판 오목부 구멍과 파형 강판 돌출부 돌출 머리형 welding stud bolt(300) 머리에 추가로 반구형 머리 welding stud bolt(320)를 용접 이음하고, 또한 조립된 파형 강판의 오목부 구멍(220)에 반구형 머리 welding stud bolt(도2의 330)를 용접 이음 합성 판넬(도6, 도7)을 제작한다. 이 합성판을 상하 플랜지 및 좌우 복부판으로 다수 제작하여 크레인으로 조립(도8)하고 조립 후 연결 접합부를 용접하여 합성 보강 구조 강상자형 주형(도9)을 제작한다. 이때 도7의 파형 강판(도7의 200)의 절곡 방향은 상면과 하면의 파형 강판이 직각으로 조립한 것으로, 주형의 각 구간에 작용하는 응력에 의한 단면력의 크기에 따라 요철의 크기, 수량, 방향, 형상을 설계에 맞추어 절단 프레스 절곡 입체화 가공하여, 평판 강판에 덧대는 예를 도시하였다. 이 합성 보강 구조 강상자형 주형(도9)의 평판 강판과 파형 강판의 단위 합성 판넬(도4)에 형성된 파형 요철의 폐쇄공간에 충진 투입구로 채움재(도2의 400)를 투입하여 채움 재를 경화하여 단위당 강상자형 복합 보강 주형(도9)을 완성한다. 도8과 도9는 파형 강판을 주형의 각 구간에 작용하는 응력에 의한 단면력의 크기에 따라 요철의 방향을 설계에 맞추어 조합 응용 구현한 예를 도시하였다.
본 발명은 평판 강판과 요철 구조로 절곡된 파형 강판을 welding stud bolt로 용접 연결 조합 구조로써 채움재를 충진하여, 파형 강판의 요철 구조로 종횡 리브 수평 수직 보강재로 대체함으로서 휨 모우멘트, 전단력, 비틀림 모우멘트를 증대시켜 단면을 감소하고, 용접부 및 용접부 결함의 감소로 제작에 있어 공정의 단순화 및 내구성을 증가시키고, 재료와 인력을 절감할 수 있다. 또한 기존 설치된 강상형 교량의 내구성 저하시 추가 보강 방법으로 용이하게 보강할 수 있다.

Claims (3)

  1. 강상자형 주형의 교량 구조에 있어서, 평판 강판(100)에 welding stud bolt(도2의 300)를 용접하고, 요철 형상을 가진 파형으로 절곡된 파형 강판(200)을 추가 제작하여 welding stud bolt 용접용 구멍(도2의 210)과 요철 공간의 도장이나 채움 재 구멍(도2의 230)을 천공한 후 welding stud bolt(도2의 300)가 용접된 평판 강판(100)과 조립하고, welding stud bolt(320, 330)로 용접 부착하여 밀폐공간이 형성되는 합성된 강재 판넬(도5)을 제작하고, 이 강재 판넬의 파형 강판 요철로 형성된 볼록부의 폐쇄된 공간에 채움재(도2의 400)로 충진하여 휨 모우멘트, 전단력, 비틀림 모우멘트를 증대시켜 단면을 감소한 합성 보강 판넬을 각각 다수 제작, 조립, 용접하여 강상자형의 상하 플랜지(도8의 10,20)와 좌우 복부판(도8의 30,40)을 형성한 강상자형 주형 제작으로 공정의 단순화 및 내구성을 증가시키는 강상자형 주형의 합성 보강 구조.
  2. 제1항에 있어서, 요철 형상을 가진 파형으로 절곡된 파형 강판(200)을 제작시 주형의 각 구간에 작용하는 응력에 의한 단면력의 크기에 따라 요철의 크기, 수량, 방향, 형상을 절단, 프레스 절곡 입체화 가공한 파형 강판(200)을 제작하여 강상자형 주형 상하 플랜지와 좌우 복부판을 조합(도8) 형성하는 것을 특징으로하는 강상자형 주형의 합성 보강 구조.
  3. 제1항에 있어서, 평판 강판과 요철 형상을 가진 파형으로 절곡된 파형 강판의 합성 보강 제작을 위한 용접 연결 재인 welding stud bolt 형상에 있어 돌출형 머리 welding stud bolt(도2의 300)와 반구형 머리 welding stud bolt(도2의 320, 330)로 용접 이음하여 합성 된 강재 판넬을 제작하여 강상자형의 상하 플랜지와 좌우 복부판을 형성하는 것을 특징으로 하는 강상자형 주형의 합성 보강 구조.
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