KR100946449B1 - 교량체 갑판 패널 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

교량 갑판 또는 교량 갑판용 패널은 그 사이에 전단력을 전달하도록 금속평판에 접합되는 플라스틱을 함유한 금속-플라스틱-금속 샌드위치 형태로 제작된다. 샌드위치 평판은 플라스틱으로 이루어진 혼합 코어 또는 솔리드 플라스틱 코어의 어느 하나와, 금속평판 또는 구조적 모양과 형태로 구성거더의 프레임 내에 또는 프레임 없이 구조된다. 둘레 금속 프레임이 없는 샌드위치 평판 교량 패널은 금속평판에 플라스틱을 부착하여서만 함께 유지된다.
샌드위치 평판, 패널, 중간개재 층, 중간 빔, 플라스틱, 지지 구조체.

Description

교량체 갑판 패널 및 그 제조방법{BRIDGE DECK PANELS, FABRICATION METHODS AND USE}
본 발명은 샌드위치 평판 패널과 교량 갑판에 관한 것으로서, 특히 패널로 형성되는 갑판을 가진 강철 프레임 또는 강철 지지 교량체용 교량 갑판에 관한 것이다.
D-교량은 트러스 골격과 교량 패널로 구성되는 널리 공지된 임시적인 또는 영구적인 구성물이다. 종래의 강철로 제조된 D-교량 갑판 패널은 다수의 길이방향의 골격을 이루는 U형상 보강체(보통, 보조성 교량 갑판으로 공지되고; 한 쪽 방향에서 강화된)에 용접되는 갑판 평판, 2개 이상의 가로방향 빔, 및 세로 방향 거더(girders)로 구성된다. 갑판 평판은 보강체에 하중을 전달하고 그 후, 트러스에 하중을 직접 전달하는 횡단 빔으로 하중이 전달된다. 공지된 설계는 2개의 연속적인 4mm필릿 용접으로 10mm 갑판 평판에 용접되는 5mm U형상 보강체로 이루어진다. 교량을 횡단하는 차량으로부터 받는 차륜 하중은 보강체의 상부 위의 갑판 평판에 국부적인 절곡을 일으키며, 차례로 상기 2개를 연결하는 용접부에 피로 크랙을 유도한다. 피로 크랙은 교량 용접부를 따라서 또는 갑판 평판 내로 전파되어, 갑판 패널의 강도와 경성을 저하하며, 설계 하중을 유지하는 수용력을 손상하며, 사용 수명을 저하한다. 피로 크랙(일상적인 검시 중에 검출)이 있는 갑판 패널은 일반적으로 교체된다.
피로 내성을 증가시키기 위하여, 당 기술분야의 연구인과 기술자는 전통적으로 갑판 평판과 보강체 양쪽을 두껍게 하여 피로를 받기 쉬운 세부부분(critical fatigue prone detail)에서의 응력 범위를 감소시키었다. 공지된 설계에서는, 인접한 필릿 용접 사이즈가 6mm까지 증가하도록 갑판 평판과 보강체 각각이 12mm와 6mm의 두께로 된다. 이러한 것은 피로 내성은 향상되지만, 변경되지 않고 남아있는 기본적 구조의 세부부분(피로를 받기쉬운 용접 구조부)에서는 여전히 미홉한 것이다. 또한, 평판 두께의 증가는 응력범위를 감소하고 피로 내성을 향상하지만, 여기에는 실질적인 제한 즉, 갑판 패널의 중량이 지지 교량 구조체가 수용하는 중량(dead load)을 초과하는 제한이 있다.
외벽 교량(bailey bridge)은 거더, 트러스, 지주, 갑판 패널의 골격으로 이루어진 임시적인 구조체이다. 종래 외벽 교량의 갑판 패널은 그 엣지에서 2개 채널 섹션을 가진 길이방향으로 형성되는 강철 U형상 섹션에 용접되는 강철 갑판 평판을 포함한다. 제작과 중량에 관계된 비용을 최소로 하려는 노력으로, 평판과 섹션이 가능한 얇게 만들어지며, 또한, 단속적인 용접이 상당히 얇은 갑판 평판에 보강요소를 연결하도록 사용된다. 상술한 바와 같이, 이러한 용접은 피로 받기가 용이하여, 용접 세부부분이 피로를 용이하게 받아서 사용 수명이 감소되는 제한된 피로 내성을 가지는 것이다.
상기 사실에 의거, 본 발명의 목적은 현재의 교량 갑판 패널과 동일한 강도와 경성을 가지면서 구조가 경량으로 단순하며 피로에 둔감한 개량된 교량 갑판 패널을 제공하는 것이다.
본 발명에 의거, 그 사이에 전단력을 전달하도록 금속평판에 접합된 플라스틱 또는 폴리머 물질로 이루어진 중간개재층과 상부와 하부 금속 평판을 가진 샌드위치 평판 구조를 구비한 교량 갑판 패널을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르는 교량 갑판 패널에는, 현재의 설계로 이루어진 패널을 대체할 수 있도록 현재의 설계와 동일한 형상과 둘레 지지요소가 제공된다. 후술되는 실시예의 샌드위치 평판 구조는 비교되는 전체 평판두께의 금속평판에 비하여 증가된 강도와 경성을 가지는 것이다.
종래의 피로를 받기쉬운 세부부분을 제거하기 위해서, 모든 강철 교량 갑판 패널, 혼합 보강체 및 관련된 용접을 제거하고 샌드위치 평판 구조로 대체하는 것이 고려된다. 일부 실시예에서는, 1개 이상의 중간 빔, 전단 평판, 또는 매립 구조 섹션이 변형량을 제어하는데 사용하였다.
보강체를 제거하면 필요한 용접용량이 감소되고, 부식을 방지하기 위한 코팅보호를 요구하는 전체 노출면 영역이 감소되고, 구조를 단순화하고, 피로내성을 향상하고(동일한 하중에 대한 증가된 사용 수명), 제작비를 절감하게 된다. 중량을 최소로 하는 것이 중요한 설계 기준이 되는 일부 실시예에서, 중간개재층과 상부와 하부 금속평판 사이에 접합 영역이 그 사이에서 전단력(shear forces)을 전달하기에 충분하면, 솔리드 중간개재층(코어)은 솔리드 리브(solid rib)와 다소 낮은 밀도의 형성체로 이루어진 혼합 코어로 대체할 수 있을 것이다. 이러한 타입의 구조에서는, 상기 형태체의 공간과 치수는 어느 하나의 금속평판의 버클링을 방지하도록 정해져야 한다.
본 발명의 사용에 적합한 샌드위치 평판 구조의 부가적인 세부내용은 미국특허 제5,778,813호와 영국특허출원 GBA-2 337 022호에 기재되어 있다. 또한, 영국특허출원 9926333.7호에 기술된 혼합 코어를 중간개재층으로 할 수 있다.
도1은 본 발명의 갑판 패널이 사용된 "일반적인 교량체"의 사시도.
도2는 패널 사이에 있으며 지지 교량체 구조에 접속 세부부분을 설명하는 본 발명의 제1실시예에 따르는 교량체 갑판 패널의 단부도.
도3은 1개 중간 빔을 가진 도2의 교량체 갑판 패널이 부분 절취된 평면도.
도4는 D-D선을 따라 절취된 도2의 교량체 갑판 패널의 단면도.
도5는 A-A선을 따라 절취된 도3의 교량체 갑판 패널의 부분 단면도.
도6은 B-B선을 따라 절취된 도3의 교량체 갑판 패널의 부분 단면도.
도7은 C-C선을 따라 절취된 도3의 교량체 갑판 패널의 부분 단면도.
도8은 2개 중간 빔을 가진 제1실시예를 변형한 교량 갑판 패널의 측면도.
도9는 도8의 교량 갑판 패널이 부분 절취된 평면도.
도10은 E-E선을 따라 절취된 도9의 교량체 갑판 패널의 단면도.
도11 내지 도14는 제1실시예에 따르는 교량체 갑판 패널의 구성을 단계별로 설명한 도면.
도15는 가로축 거더 또는 빔 사이가 이격공간진 본 발명의 제2실시예에 따르는 교량 갑판 합체 패널의 평면도.
도16은 지지동작 교량 부재와 패널 사이에 전단 접속부에 대한 접속 세부부분을 설명하는 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널의 배치를 나타낸 도15의 교량 갑판의 일 부분을 나타낸 사시도.
도17과 도18은 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널(전단 접속을 제공)을 연결하는 배열의 평면도와 단면도.
도19는 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널을 연결하는데 사용되는 클립의 사시도.
도20은 은폐된 세부부분(형성영역과 전단평판)을 나타내는 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널의 평면도.
도21은 F-F선을 따라 절취된 본 발명의 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널의 확대 단면도.
도22는 주입물질의 흐름이 용이한 형태로 변경된 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널의 평면도.
도23은 관통 구멍을 가지는 전단 평판을 설명하는 도면.
도24는 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널을 구성하는데 사용되는 몰드와 부품을 개략적으로 나타낸 도면.
도25와 도26은 도24의 몰드의 평면도와 단부도.
도27은 제2실시예에 따르는 교량 패널의 은폐된 세부부분을 나타내는 평면도.
도28은 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널의 G-G선을 따라 절취된 단면도.
도29는 제2실시예에 사용할 수 있는 교량 패널의 일반적인 전단 커넥터를 설명하는 도면.
도30은 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널을 구성하는데 사용되는 몰드와 파트를 개략적으로 나타낸 도면.
도31 내지 도34는 제2실시예에 볼트식 접속부의 구성단계를 설명하는 도면.
도35는 전단 보강부를 제공하고 편향력을 제어하도록 중간개재층 내에 구조단면(모양)을 변경한 실시예를 설명하는, 제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널의 단면도.
도36은 본 발명에 사용할 수 있는 압출된 상부 및 하부 금속 평판의 구조를 설명하는 도면.
제1실시예:둘레 프레임을 가지고 구성된 샌드위치 평판 교량 갑판 패널
도1은 일반적인 구조를 설명하는 트러스 교량의 개략적 도면이다. 지지 구조체는 교량을 길이방향으로 놓는 주 부재를 지지하는 이중 트러스(2) 또는 단일 트러스(3)의 어느 하나로 구성된다. 교량 갑판 패널(4)은 주 부재 사이에 놓여진다. 예를 들어, 교량 갑판 패널(4)은 단일 또는 다수의 차도의 도로면을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 교량은 트럭과 다른 중화중 화물차를 포함하는 1대 이상의 차량에서 발생하는 동하중을 지지할 수 있어야 한다. 교랑 갑판 패널이 설계되는 조건과 차륜 하중(wheel loads)의 진동수와 크기는 교량의 위치와 상기 차도의 특정 교통량에 의존한다.
본 발명에 따르는 교량 갑판 패널(4)은 단부 도면, 부분 절단 평면도 및 단면도를 도시하는 도2 내지 도4의 도면에 나타난다. 상기 교량 갑판 패널(4)이 교량(1)의 트러스(2,3)에 볼트 결합 될 수 있도록, 연결 평판(7)이 가로축 거더(6)의 단부에 제공되고, 길이 방향으로 상기 가로축 거더(6)에 고정되는 일반적으로 직사각형 단면 형상의 샌드위치 갑판 평판(5)을 상기 교량 갑판 패널(4)이 포함한다. 부가적으로 세로축 거더(8)가 상기 패널의 단부에 설치되고, 중간 빔이 패널(4)의 중간선을 따라 제공된다. 사용 시에, 차량 하중은 샌드위치 갑판 평판(5)으로부터 세로축 거더(8)와 중간 빔(9)에 의하여 가로축 거더(6)로, 그 후 교량 트러스(2,3)로 전달된다.
도5 내지 도7은 가로축 거더, 세로축 거더 및 중간 빔(6,8,9)에 대한 샌드위치 갑판 평판(5)의 접속부에 대한 세부를 나타낸 도면이다. 명확히 나타내고자, 후방 바아와 특정 용접 세부부분은 상기 도면에 도시하지 않았다. 상기 도면은 또한, 금속평판 사이에서 전단력을 전달하기에 충분한 세기를 가진 플라스틱 또는 폴리머 물질, 양호하게는 엘라스토머를 함유하는 중간개재층(12)과 접합되는 상부와 하부 금속 평판(10,11)으로 형성되는 샌드위치 갑판 평판(5)을 도시한 도면이다.
도3의 A-A선을 따라 절취된 도5의 단면도는 플랜지(9B)와 웨브(9A)를 구비한 중간 빔(9)이 샌드위치 갑판 평판(5)의 하부 금속평판에 용접되어 접속하는 것을 설명하는 도면이다. 선택적으로, 중간 빔(9)은 하부 금속 평판(11)에 직접 용접되는 웨브를 가진 역T자형 섹션이 될 수 있다.
도 3의 B-B선을 따르는 단면, 도 6은 샌드위치 갑판 평판(5)이 세로축 거더의 웨브(web)에 맞추어 용접되는 세로축 거더(8)와 샌드위치 갑판 평판(5)사이의 전형적인 연결부를 설명한다. 일부 실시예에서, 상부 금속 평판(10)은 상기 웨브에 나란하거나, 도 6에서처럼 경화된 가장자리 평판을 형성하면서 냉간 성형되며 상기 웨브를 지나 연장된다.
도 3의 C-C선을 따라 절취된 도7의 단면도는 샌드위치 갑판 평판(5)의 안으로 형성되며 가로축 거더의 웨브에 용접되는 가로축 거더(6)와 샌드위치 갑판 평판(5) 사이의 일반적인 접속을 설명하는 도면이다. 가로축 거더(6)에서 웨브의 아래 부분에 부착되는 옵셋 플랜지는 인접하는 패널들이 전단 접속(shear connection)할 수 있도록 볼트 결합하기 위한 수평 가장자리 부분을 제공한다. 가로축 거더 및 세로축 거더(6,8)와 상부금속평판(10) 및 하부금속평판(11)은, 중간개재층(12)이 주입되는 공기가 기밀하게 밀봉된 동공을 형성한다.
제1실시예에 따르는 이와 같은 조립식으로 이루어지는(prefabricated) 교량 갑판 패널(4')의 변형 예가 도 8 내지 도 10에서 설명된다. 인접하는 패널 사이에서 볼트결합되는 전단 접속부를 따라 배열되는 2개의 중간 빔(9')은 차량이 교량(1)의 길이를 따라서 이동할 때 패널 사이에 부과되는 하중을 위한 직접적인 하중 통로를 제공한다. 교량 갑판 패널(4)의 다른 모든 세부 사항은 동일하다.
모든 길이방향으로 형성되는 U형상 보강체를 위치 설정하여 용접하는 동작을 제거하였기 때문에 제1실시예의 상기 패널의 제작 공정은 종래기술의 구조와 대비하여 상당히 단순화되었다. 본 발명에 의한, 가로축 거더와 세로축 거더(6,8), 중간 빔(9)과 연결 평판(7)으로 구성된 금속 프레임(60)은 종래 방식으로 형성하며, 도 11에 도시된 구조를 형성한다. 그 후, 금속 프레임(60)은, 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이 작업현장에 영구적으로 위치하는 2개 블록모양의 재사용가능한 형성체(20)의 주위에 놓여진다. 도 13에 도시된 바와 같은 형성체는, 후방 바아가 필요 없는 둘레 금속 프레임에 필릿 용접되면서 저부 면판(11)을 임시적으로 배치하여 지지하는데 사용한다. 상부 금속 평판(10)을 지지하기 위하여 설치된 금속 또는 플라스틱 스페이서(21)는 중간개재층의 두께부에 의해 교정이 가능하다. 부가적인 용접작업(공동 폐쇄)에 앞서, 실내면은 MEK솔벤트 또는 그 상당물로 탈지되어 청결하게 한다. 다음, 상부 금속 평판(11)이 도 14에 도시된 바와 같이 가로축 거더와 세로축 거더(6,8) 및, 중간 빔(9)과 연결 평판(7)으로 구성되는 금속 프레임의 상부에 놓여지고 부분 녹임 용접에 의해 전체 둘레가 용접된다. 필요에 따라서는, 추가적 필릿 용접이 지지 구조체의 하측부에 하부 금속 평판(11)을 연결하는데 제공할 수 있다. 하나의 주입구(22)와 1개 이상의 통기구(23)가 상부 금속 평판(10), 하부 금속 평판(11) 또는 가로축 거더 및 세로축 거더(6,8)의 어느 하나에 만들어진다. 상기 주입구와 통기구는 주입장비를 수용하며, 작업 수행에 대한 영향을 최소로 하고, 구성을 이용할 수 있도록 위치한다. 순차적으로, 엘라스토머가 대략 160초 내에서 공동 내로 주입된다. 최종적으로, 주입구(22)와 통기구(23)가 금속 플러그로 밀봉된다. 본 발명에 따르는 조립식으로 이루어지는 교량 데크 패널은 주입 시간으로부터 10-15분 내에서 장소를 이전해도 상관없다.
제2실시예: 조립식으로 이루어지는 경량 샌드위치 평판 교량 갑판 패널
미국 군대에서 사용되는 하중에 따른 분류 기준에서 MLC12용으로 설계되는 군용의 경하중 샌드위치 평판 교량 갑판 패널이 도 15내지 22에서 본 발명의 제2 실시예로 설명되어진다. 이러한 특별한 예의 것으로 전체 교량 길이(L), 패널 길이(l), 갑판의 최소폭(W), 및 교량(상부-구조부를 포함)은, 각각 20m, 2000m, 2800m, 및 6 내지 8톤이다.
전형적인 교량 갑판(100)은 도15의 평면도에서 설명되는 바와 같이(명료한 설명을 목적으로 교량 상부-구조부는 도시 않음), 가로축 거더(101) 사이에 놓인 40개의 동일한 교량 갑판 패널(104)로 이루어진다. 각각의 패널은 2사람이 운반하여 설치하기에 충분한 경량이어야 하며, 대략 100Kg의 최대 중량을 가져야 한다. 패널에는 상기 목적에 적합하게 설계된 볼트 구멍 또는 관통 구멍이 있으며, 전단 클립을 통하여 각 패널에 부착될 수 있는 핸들을 가진 간단한 리프팅 프레임(도시 않음)을 사용하여 이동된다. 전반적인 치수와 세부부분(통상의 두께, 폭, 볼트 구멍 영역, 전단 클립 세부)은, 교량 갑판 패널이 교량 갑판을 따라서 임의 장소에 배치될 수 있는 정도의 것이다. 그 결과, 각각의 교량 갑판 패널이 MLC12하중과 상관된 탱크 트레드(tank tread)와 트럭의 차륜 하중 모두에 적합하게 설계되어야 한다.
도16은 가로축 거더에 패널을 접속하는 것과 패널 사이의 전단 상호접속부를 보다 상세하게 설명하는 도면이다. 만일 차량이 교량 갑판의 폭을 가로질러 이동한다면, 플라스틱 또는 금속으로 만들어진 2개의 테이퍼진 H형상 전단 클립(120)은 패널 사이의 일정한 변형량을 유지하도록 인접하는 패널(104)과 접속된다. 전단 클립(120)은 스넵 결합되어 양표면과 동일한 높이로 된다. 전단 클립(120)과 그 사용방식은 도17 내지 도19에 도시된 바와 같다. 전단 클립(120)의 테이퍼진 플랜지는 용이하게 배치 및 제거될 수 있는 것이다. 플랜지(121)의 길이는 엣지 금속 전단 평판부(107)와 결합하기에 충분하다. 어느 하나의 단부에서 2개 볼트(102)가 패널(104)을 가로축 거더(101)에 볼트 결합한다.
도20과 도22는 저 밀도 형성부(14), 플라스틱 또는 폴리머 리브 섹션(13), 내부 강철 전단 평판(107), 금속 슬리브(105) 및 전단 클립 돌출부(106)로 이루어진 경량 중간개재층(12)(어떠한 실시예에서도 사용될 수 있는 혼합 코어)를 나타낸 도면이다. 플라스틱 또는 폴리머 리브의 형상은 장방형 단면으로부터 이오니아식 칼럼과 같이 보이는 단면으로 변경하여 상부와 하부 금속평판(10,11)에 대한 접합면을 증가할 수 있으며; 제작에 소요되는 비용의 경제성을 최대로 할 수 있다. 이러한 특정한 예에 적합한 상부와 하부 금속 평판(10,11)의 두께는 각각 상부 금속 평판(10)이 여분의 마모면을 허용하도록 예를 들어 각각 3mm 및 2mm 다르게 할 수 있다. 제2실시예의 패널은 용접 없는 구성을 이룬다. 도22는 저 밀도 형성부의 형상에 대한 응용을 설명하는 도면이며, 주입된 플라스틱 또는 폴리머 물질의 유동이 용이하도록 모서리가 깍여져 있다. 중간개재층의 성분의 정확한 치수는 적절한 접합강도, 경성, 특정 하중용의 전체 강도를 제공하는 크기로 이루어진다. 이러한 실시예의 전단 평판(107)은 도23에 도시된 바와 같이 관통 구멍(107A)을 가지는 고형체 또는 천공체로 되어, 주입되는 플라스틱 또는 폴리머 물질의 자유 흐름을 허용하며, 경화 후에 평판과 플라스틱 리브와의 사이(메카니칼 인터록)에 하중을 증가시킨다. 천공 평판은 경성평판과, 구성요소의 감소된 두께와 감소된 중량을 제공한다.
제2실시예에 따르는 교량 갑판 패널이 치수 정확성과 양질의 구조를 보장하는 도24 내지 도26에 도시된 몰드(40)에서 조립식으로 이루어진다. 치수 정확성은 현장에서 신속하게 설치하는데 중요하며, 패널에서 패널로의 현저한 변화가 없는 일정한 중량을 유지 제공하는데 중요한 것이다. 전단 클립, 내부의 전단 평판(107) 및 형성체(13)용의 돌출부를 가진 얇은 상부와 하부 금속평판(10,11)은 도24에 개략적으로 설명되는 바와 같이 폐쇄 몰드(41,42)에 배치된다. 플라스틱은 대략 12 내지 15초 동안에 공동에 주입되어 채워진다. 최종 갑판 패널은 수 시간 내에 제거된다. 그 후, 부식 또는 슬립 내성 코팅이 노출된 금속면에 가해진다.
이러한 실시예의 변경은 주어진 교량 갑판 패널의 설계 매개변수와 상태의 함수이다. 일반적인 변경의 하나는 가로축 거더 사이에 대략 3000mm로 놓여있으며 200mm x 500mm의 타이어 자국 위에 16T의 설계 트럭하중을 가지는 교량 갑판 패널으로서 도27 내지 도34에 도시된 설계에 의해 설명된다.
1050mm폭 교량 갑판 패널(204)은 상부와 하부 금속평판(10,11)과 중간개재층(코어)(12)을 포함한다. 코어(12)는 일정간격으로 위치하는 길이방향 엘라스토머 리브(14)와, 상부와 하부 금속 평판을 분리하는 폼 삽입체로 구성된다. 도 28에 도시된 바와 같이 내부 전단 평판(구멍 있음)(107)은 엘라스토머 리브(14)에 접합된다. 필요한 휨 강도(flexural stiffness)를 제공하기 위하여 전단력은 접합부(부착성 및 기구성)를 경유하여 금속 평판(107)으로 전달된다.
도27과 도29는 패널 사이에 전단 접속부의 세부부분에 대한 변화를 나타낸 도면이다. 금속 또는 플라스틱 튜브(188)가 패널의 단(短) 치수를 가로질러 중간개재층(12)에 매립된다. 도29에서 설명되는 직선 단부(178) 또는 테이퍼진 단부(179)와 플랜지(180)를 가진 전단 커넥터는 인접하는 패널의 튜브내에 설치되어 필요한 전단 접속을 제공한다. 상기 전단 커넥터는 금속 또는 플라스틱으로 제작된다. 모든 다른 세부부분은 기능적으로는 유사하고, 치수와 위치에서만 변화하며, 적용 또는 설계에 따라 변화한다.
본 실시예에 따르는 갑판 패널의 구조는 2개 단계로 생성된다. 첫째, 형성체(13)를 주입 몰드에 길이방향 강철 평판(107)과 일체적으로 주조한다. 다음, 이러한 초기의 형성체(13)와 가로축 강철 평판(107)의 조합은 상부와 하부금속 평판(10, 11)을 따라서 도 30에 설명된 엘라스토머 주입 몰드(40')에 놓여진다. 엘라스토머는 용접을 필요로하지 않는 구조의 패널에, 볼트결합과 전단 접속을 포함하는 모든 구성성분을 결합하는 몰드에 주입된다.
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도 31 내지 도 34는 가로축 거더들에 갑판 패널들을 볼트결합하는 연결 슬리브(sleeve)의 단면에 대한 상세한 부분을 보여주는 도면이다. 이러한 공정의 단계는:
1.하부 평판(11)에 금속 슬리브(105)를 압입 설치하고, 경성 발포물과 내부 금속 평판을 가진 도 30의 몰드(41)에 상기 하부 평판(11)과 상기 금속 슬리브(105)의 조립체를 배치한다.(도31)
2.슬리브(105)에 플러그(44)(해제 작용부 있음)를 배치한다. 상부 금속 평판(10)을 배치하고 몰드를 닫는다(도32).
3.엘라스토머(14)를 주입한다.(도33)
4.교량 갑판 패널을 제거하고 그리고 플러그(44)를 뽑아낸다.(도34)
조립식으로 이루어지는 샌드위치 평판 교량 갑판 패널(대량생산, 로보트에 의한 조립, 균일성과 고품질 구조, 치수 정밀도), 모든 용접동작의 제거, 및 모든 피로 하중을 받기 쉬운 세부부분의 제거와 상관된 장점은, 기하형상 또는 구성부의 작은 변화에 상관없이 각각의 설계에 동일하게 적용할 수 있는 것이다.
복합 코어와 관련된 장점은 제1실시예에 동일하게 적용될 수 있다. 복합 코어의 다른 변경에는 내부 전단 평판(107)으로서, 채널, 각도, I형상 섹션 및 장방형 또는 원형 중공 구조 섹션과 같은 형상의 섹션을 결합하는 것을 포함한다. 강철 평판(107)은 실질적으로는 I빔과 같이 필요한 모양의 금속부재이다. 도 35는 중간개재층 내에 다양한 구조적 섹션(191,192,193,194)을 설명하는 도면이다. 또한, 압출 알루미늄 섹션을 전단 평판(107)이 도 36에 도시된 바와 같이 상호결합하는 압출 형태의 부분이 되는 상부와 하부 금속 평판으로서 사용할 수도 있다.
다른 변경은 솔리드 코어로 제작되며 설계면에서 장방형이 아닌 교량 갑판 패널을 구비한 것이다. 예를 들어, 비스듬한 교량는 평행사변형의 곡선진 교량 모양의 교량 갑판 패널과, 곡선진 엣지 거더를 가진 패널 및 반경방향 배치된 가로축 거더를 사용한다.
제3실시예:연속 갑판을 제공하는 영구 구조로 결합되는 조립식으로 이루어지는 교량 갑판 패널.
본 발명의 제3실시예에서는, 일단 상부와 하부 금속 평판이 교량에 부착되면, 교량 갑판 패널의 상부와 하부 금속 평판 사이의 공동 내로 또는 조립식으로 이루어지는 교량 갑판 패널의 용접 가장자리 공동 내로 플라스틱 또는 폴리머 물질을 최종 주입하는 단계가, 원래의 위치에서 수행하는 것이다. 패널은, 용접 가장자리 공동을 형성하는 교량 상부-구조부에 용접되는 상부와 하부 플랜지를 제공하는 것을 제외하고는 제2실시예의 것과 유사한 것이다.
이러한 제작 방법은 연속적인 구조 교량 갑판을 제공하는 것이다. 조립식으로 이루어지는 교량 갑판 패널은 구조적으로 경성이며, 다루기가 용이하며, 교량 구조를 제위치에 조립식으로 설치하는데 유리하다. 본 발명의 제3실시예의 교량 갑판 패널의 중간개재층(12)은 상술한 바와 같은 혼합 구조 또는 솔리드 플라스틱의 어느 하나로 제조된다. 이러한 타입의 구조의 부가적인 장점은 샌드위치 교량 갑판이 지지용 거더와 빔으로 사용되는 효과적인 압축 플랜지로서 동작하는 것이다.
본 실시예에서는, 주입전에 공기 기밀한 공동을 형성하기 위해 조립식으로 이루어지는 교량 갑판 패널 또는 상부와 하부 금속 평판은 교량 상부-구조부에 용접된다. '정위치 주입' 교량 갑판을 구성하는데 사용되는 제작방법은 제위치에서 유형화되는 주조와 유사한 것이다. 일반적으로, 연속적 갑판은 교량 갑판 패널이 정위치에서 용접되고, 주입되어, 경화되면 교량의 길이를 따라 형성된 후 패널의 조립을 위한 작업 플랫폼으로서 역활을 하는식으로 제작된다. 상기 경우에서, 교량 갑판 패널은 정상적인 작동환경인, 자체 중량 및 교통 하중과 같은 예상되는 구조 하중에 적합하게 설계되어야 한다.
선택적으로, 만일 교량이 진수(launch)되면, 교량이 받침대 위로 밀려지는 것과 같이 순차적(용접과 주입으로 새롭게 부착되는 교량 갑판 패널)으로 다음 갑판 구조가 제작된다.
본 발명에 따르는 교량 갑판 패널의 금속 섹션을 함께 연결하는 행위와 관련하여 다른 곳에 기술된 기술은 제3실시예에 동일하게 적용할 수 있는 것이다.
재료와 일반적 구조 성질
상기 실시예에 사용되는 상술된 갑판 패널의 상부와 하부 금속 평판(10,11)과 다른 금속 부분들은, 경량, 내부식성 또는 다른 특정한 성질이 필수적인 적용예에서 알루미늄, 스테인리스강 또는 다른 구조 합금이 될 수 있을지라도, 상술된 바와 같이 양호하게는 구조강(structural steel)이 된다. 금속은 양호하게 적어도 10%의 신장률과 240MPa의 최소 항복강도를 가져야 한다. 상부 금속 평판, 하부 금속 평판 그리고 전단 평판은 솔리드 또는 천공되어 있을 수 있으며, 판금되거나 다른 준비된 면이 적용되게 하거나, 이종 물질을 포함하고 두께가 0.5mm 내지 25mm까지 변하도록 하는 것이 가능하다. 부식방지 또는 슬립 내성(slip resistence) 또는 심미성 등과 같이 바람직한 표면처리가 갑판 패널의 외부면의 일측 또는 양측에 적용할 수 있다. 또한, 상부 금속 평판과 하부 금속 평판은 다른 금속일 수 있다.
중간개재층은 부재가 사용되는 환경으로 100℃와 같이 높은 온도가 될 수 있는 최고 예상 온도에서 적어도 250MPa의, 양호하게는 275MPa의 탄성율을 가져야 한다. 중간개재층은 5와 1000mm두께 사이에 있어야 한다.
최저 작동온도에서의 중간개재층의 재료의 연성(ductility)은 약20%가 되는 금속층의 연성보다 더 커야한다. 최저 작동온도에서의 연성의 양호한 값은 50%이다. 중간개재층의 재료의 열계수는 온도 변화가 예상작동범위안에 있고 용접 중에 엽렬을 일으키지 않도록 강철의 열계수에 충분히 근접하여야 한다. 2개 재료의 열계수가 다른 범위는 중간개재층의 탄성에 부분적으로 의존하지만, 중간개재층의 열팽창계수는 금속층의 것보다 약 10배가 될 것으로 믿어진다. 열팽창 계수는 충진물을 첨가하여 제어할 수 있다. 특정 요소(날씨)에 노출된다면, 플라스틱 또는 폴리머를 가수분해적으로 안정적이며 자외선 변색에 내성이 있게 조성되어야 한다.
양호한 재료는 이소시안산염(isocyanate) 또는 디-이소시안산염(di-isocyanate), 사슬 늘림제(chain ectender)와 충진물(filler)과 결합하는 폴리올(예를 들면, 폴리에스테르 또는 폴리에테르)을 포함하는 폴리우레탄 엘라스토머가 있다. 충진물을 제공하여 필요에 의해 중간개재층의 열계수를 저하하고, 그 가격을 절감하며 엘라스토머의 물리적성질을 다른 방식으로 제어한다. 또한, 예를 들어, 기계적 성질 또는 다른 특성(예, 접착물과 물 또는 오일의 내성)을 변경하는 부가적인 첨가물 및 방화 지연제가 포함될 수 있다.
제2실시예의 혼성 코어의 저 밀도 형성체는 발포물(foam), 목재 또는 중공 경량 게이지 금속섹션으로 구성된다. 양호한 형태는 20kg/m3보다 큰 밀도를 가진 폴리프로필렌 반-경성 발포물(semi-rigid foam) 이다.
엘라스토머와 금속층과의 사이에 접합강도는 전체 작동범위에 걸처 적어도 0.5, 양호하게는 6MPa 이어야 한다. 이러한 사실은 양호하게 금속에 대한 엘라스토머의 고유 접착성으로 달성되지만, 첨가 접착작용제를 제공할 수도 있다.
상술된 본 발명의 실시예는 설명을 목적으로 기재한 것으로, 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명은 첨부 청구범위에 의해 한정되며 특히 주어진 치수는 안내를 위한 것으로 규정성이 있는 것은 아니다.

Claims (37)

  1. 교량 갑판 패널은 상부와 하부 금속평판과 그 사이에 전단력을 전달하도록 상기 금속평판에 접합된 플라스틱 또는 폴리머 재료로 이루어진 중간개재층을 가진 샌드위치 구조를 포함하며 중간개재층은 콤팩트한 엘라스토머(compact elastomer)로 형성되는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 갑판 패널의 둘레에 장착되는 가로축 거더와 세로축 거더에 의해 형성된 금속 프레임을 부가로 포함하고, 상기 가로축 거더 및 세로축 거더의 웨브는 중간개재층 둘레에 벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속 프레임에 연결되고 그 사이로 연장되는 하나 이상의 중간 빔을 부가로 포함하고, 상기 중간 빔의 웨브는 중간개재층에 의해 채워지는 공간의 벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  4. 제3항에 있어서, 하나 이상의 중간 빔은 하나 이상의 상기 금속 평판에 부착되는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 금속평판은 0.5 내지 25mm 범위의 두께를 가지며, 상기 하부 금속평판은 0.5 내지 25mm의 범위의 두께를 가지며, 상기 중간개재층은 5 내지 1000mm 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부와 하부 금속 평판은 서로 다른 금속으로 구성되고, 서로 다른 두께로 이루어지며, 다른 표면처리를 적용하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 중간개재층은 형성체와 플라스틱 또는 폴리머 재료를 포함하고, 상기 플라스틱 또는 폴리머 재료는 상기 형성체가 점유하지 않은 상부와 하부 금속평판 사이의 공간을 점유하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  9. 제8항에 있어서, 상기 형성체는 발포물을 함유하고 상기 플라스틱 또는 폴리머 재료는 콤팩트한 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 갑판 패널의 하나 이상의 측부 엣지에 대해 대략 평행하게 배열되고 연장되는 복수의 형성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  11. 제10항에 있어서, 상기 형성체는 상기 상부와 하부 금속평판 사이에 놓여 있고 플라스틱 또는 폴리머 재료가 복수의 이격공간되어 분리되고 연장되는 리브를 형성하도록 실질적으로 갑판 패널의 길이 전체에 연장되는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  12. 제11항에 있어서, 상기 리브의 하나에 접합된 하나 이상의 전단평판을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  13. 제12항에 있어서, 하나 이상의 전단 평판에 관통구멍을 설치하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  14. 제11항에 있어서, 상부와 하부 평판 사이에 전단을 막도록 상기 리브의 하나에 결합되는 하나 이상의 금속 부재를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  15. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 상부와 하부 금속평판은 상기 중간개재층으로의 점착에 의해서 견고하게 함께 유지되는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  16. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 상부와 하부 금속평판을 연결하는 구조 용접부를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  17. 제1항 내지 제4항, 제8항 또는 제9항중 어느 한 항에 따르는 1개 교량체 갑판 패널 또는 2개 교량체 갑판 패널에 있어서, 상기 플라스틱 또는 폴리머 재료는 250MPa보다 크거나 동일한 탄성율(E)과 금속층의 연성을 초과하는 연성을 가지는 것을 특징으로 하는 1개 교량체 갑판 패널 또는 2개 교량체 갑판 패널.
  18. 제1항 내지 제4항, 제8항 또는 제9항중 어느 한 항에 따르는 1개 교량체 갑판 패널 또는 2개 교량체 갑판 패널에 있어서, 상기 플라스틱 또는 폴리머는 250MPa보다 크거나 동일한 탄성율을 가지는 것을 특징으로 하는 1개 교량체 갑판 패널 또는 2개 교량체 갑판 패널.
  19. 제8항 또는 제9항에 있어서, 패널을 인접하여 연결하며 상기 패널 사이에서 전단력을 전달하는 전단 클립을 수용하기 위하여 하나 이상의 측면 가장 자리에 위치하는 하나 이상의 평판에 하나 이상의 홈(recess or embossment)을 구비하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  20. 제19항에 따르는 2개 교량체 갑판 패널과 H 형상의 전단 클립이 상기 갑판 패널에 연결하도록 홈(recess or embossment)에 결합하는 것을 특징으로 하는 2개 교량체 갑판 패널.
  21. 제7항에 있어서, 패널을 인접하여 연결하고 상기 패널 사이에 전단력을 전달하는 전단 커넥터(shear connector)를 수용하는 하나 이상의 가로 방향의 튜브가 플라스틱 재료의 중간 개재층에 매립되는 것을 특징으로 하는 2개 교량체 갑판 패널.
  22. 제7항에 있어서, 패널을 인접하여 연결하고 상기 패널 사이에 전단력을 전달하는 볼트를 수용하는 볼트구멍을 구비한 가로축 거더 및 세로축 거더로 이루어진 금속 프레임을 구비하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  23. 제7항에 있어서, 교량 프레임 부재에 패널을 연결하는 볼트를 수용하기 위한 금속 슬리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널.
  24. 삭제
  25. 제1항 내지 제4항, 제8항 또는 제9항중 어느 한 항에 따르는 하나 이상의 교량체 갑판 패널을 구비한 교량.
  26. 패널을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    금속 프레임을 구성하는 단계와;
    돌출 블록 주위에 상기 프레임을 배치하는 단계와;
    상기 프레임 내의 상기 돌출 블록에 제1금속 평판을 배치하는 단계와;
    상기 프레임에 상기 제1 금속 평판을 용접하는 단계와;
    상기 제1 금속 평판에 공동 형성을 위해 프레임에 제2 금속 평판을 배치하는 단계와;
    상기 프레임에 제2 금속 평판을 용접하는 단계와;
    상기 공동 내로 비경화된 플라스틱 또는 폴리머 재료를 주입하는 단계 및;
    콤팩트한 중간개재층을 형성하기 위해 상기 플라스틱 또는 폴리머 재료를 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널을 제조하는 방법
  27. 제26항에 있어서, 상기 주입 단계용 주입구와 통기구가 상기 제1 금속 평판, 상기 제2 금속 평판 또는 상기 금속 프레임의 어느 하나에 제공되는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널을 제조하는 방법.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 금속 프레임은 하나 이상의 중간 빔을 구비하고, 돌출 블록 주위에 프레임을 배치하는 단계에서, 상기 프레임은 상기 중간 빔이 인접한 돌출 블록 사이에 놓이도록 적어도 2개 돌출 블록을 주위에 배치하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널을 제조하는 방법.
  29. 패널을 제작하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    몰드에 상부와 하부 금속평판 및, 상기 몰드에 상부와 하부 금속평판 사이에 위치하고 공간(voids)이 있는 형성체를 조립하는 단계와;
    몰드를 페쇄하는 단계와;
    경화시에, 그 사이에 전단력을 전달하는 콤팩트한(compact) 중간개재층을 형성하도록 상부와 하부 금속 평판에 접합되는 플라스틱 재료로서, 상기 상부와 하부 금속 평판 사이에 공간을 채우도록 몰드 내로 비경화 플라스틱 또는 폴리머 재료를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널을 제조하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 몰드를 폐쇄하는 단계 전에 하나 이상의 금속튜브 또는 하나 이상의 슬리브가 상부와 하부 금속평판 사이에 부가적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널을 제조하는 방법.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 형성체는 복수의 신장요소를 포함하고, 그리고 상기 조립단계에서, 상기 신장요소는 상기 플라스틱 재료가 주입 시에 이격공간져 분리된 복수개의 리브를 형성하도록 이격분리되어 평행하게 상기 몰드에 배치되는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널을 제조하는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 조립단계에서, 하나 이상의 전단 평판은 상기 플라스틱 또는 폴리머 재료가 상기 상부와 하부 금속평판과 마찬가지로 전단 평판에 접합되도록 하나 이상의 신장요소에 인접하여 몰드에 배치되는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널을 제조하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 조립단계 전에, 전단 평판과 일체적인 복수개의 신장요소의 적어도 하나를 주입성형하는 부가의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량체 갑판 패널을 제조하는 방법.
  34. 제26항 또는 제29항의 방법에 따라 제작된 교량체 갑판 패널.
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
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