KR101206512B1 - 교차형 주름을 갖는 파형강판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 방향으로 마루와 골이 반복 형성되어 요철무늬의 주름을 구비하는 것으로, 상기 파형 강판의 표면과 이면 중 어느 하나의 면에서 상기 주름과 교차하는 보조 주름을 추가로 형성하는 교차형 주름을 갖는 구성으로, 기존 주름판재의 국부 공진 주파수대역을 크게 증가시켜 소음 주파수 영역 위로 올리고, 그 결과 사용하는 주파수대역에서 차음성능을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 철도차량, 선박, 자동차 등 소음에 대한 우수한 중량대비 차음성능이 요구되는 모든 수송기계 분야에 사용된 기존 주름판재를 대신하여, 철도차량 분야에서는 고속화, 경량화를 이룰 수 있으면서도, 건설 현장에서는 중량을 크게 증가시키지 않고 실내 소음을 획기적으로 낮출 수 있는 교차형 주름을 갖는 파형강판에 관한 것이다.

Description

교차형 주름을 갖는 파형강판{corrugated steel plate with cross type crease}

본 발명은 교차형 주름을 갖는 파형강판에 관한 것으로 더욱 상세하게는 파형강판의 주름과 직교하는 요철무늬의 보조주름을 추가로 형성하여, 강판의 강도 및 차음성능을 현저히 증가시킬 수 있도록 하는 교차형 주름을 갖는 파형강판에 관한 것이다.

일반적으로, 토목 및 건축 분야 등에서 시공되는 다양한 구조물 중, 비교적 하중이 작은 구조물 등을 콘크리트 구조물로 시공하는 경우, 거푸집, 배근, 콘크리트 타설 등 많은 작업공수가 소요되고 시공기간이 길어지기 때문에, 강판이나 알루미늄판에 요철형 주름을 성형 가공한 파형판재를 이용한 시공방법(예를 들어, 터널의 라이닝 시공방법, 블릿지 플레이트 시공방법 등)이 제안되었다.

특히, 파형강판은 금속판을 파(물결)형으로 굴곡 성형하여 형상강도를 높인 것으로, 이러한 파형강판을 이용하여 시공되는 구조물은, 콘크리트 타설 등에 비하여 시공이 간편하고 시공비용을 절감할 수 있으며 시공기간이 단축됨은 물론, 구조 자체가 연성구조물로서 부등침하 등에 대하여 유연한 대응이 가능하여 기존의 콘크리트구조물의 단점을 보완할 수 있기 때문에, 도로나 철도를 횡단하는 지하통로, 용수 또는 배수용 암거 등의 다양한 구조물에 사용되고 있으며, 최근에는 소하천을 횡단하는 소교량이나, 수조 및 건축용 건자재 등으로 널리 이용되고 있다.

특히, 상기한 파형강판 구조물은 파형강판을 조립하여 완성하는 구조물이므로, 각각의 파형강판의 조합에 따라 그 구조물의 크기 및 형상을 다양하게 변형시켜 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 파형강판을 도시한 사시도이고, 도 2는 종래 파형강판의 음 투과손실을 도시한 도표이며, 도 3은 종래 파형강판의 가속도 응답을 도시한 도표이다,

상기 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 기존의 파형강판(20)은 높은 강성에도 불구하고, 외부의 음을 차단하는 차음성능은 동일한 중량을 갖는 평판에 비해 현저히 덜어지는 문제점이 있었다.

그 원인은 입사음파가 주름단위에서 발생하는 다수의 국부진동 모드를 공진시키기 때문인데, 그 결과, 국부공진 주파수 대역에서 차음성능이 크게 떨어지고 이 주파수 대역이 많이 사용하는 소음의 주파수 영역 안에 들어오면 차음이 잘 안되는 심각한 문제가 발생하게 된다.

한편, 주름판재의 국부공진대역에서 차음성능이 크게 떨어지는 것을 방지하려면 판재의 두께를 두껍게 하여야 하나, 중량이 증가되므로 수송기계의 가동성이 감소하고 건설자재의 비용이 증가하게 되는 문제점이 부가적으로 발생하게 된다.

상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기존 주름판재의 국부 공진 주파수대역을 크게 증가시켜 소음 주파수 영역 위로 올리고, 그 결과 주파수대역에서 차음성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 교차형 주름을 갖는 파형강판을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또, 철도차량, 선박, 자동차 등 소음에 대한 우수한 중량대비 차음성능이 요구되는 모든 수송기계 분야에 사용된 기존 주름판재를 대신하여, 철도차량 분야에서는 고속화, 경량화를 이룰 수 있으며, 건설 현장에서는 중량을 크게 증가시키지 않고 실내 소음을 획기적으로 낮출 수 있는 교차형 주름을 갖는 파형강판을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 한 방향으로 마루와 골이 반복 형성되어 요철무늬의 주름을 구비하는 파형 강판에 있어서, 상기 파형 강판의 표면과 이면 중 어느 하나의 면에서 상기 주름과 교차하는 보조 주름을 추가로 형성하는 교차형 주름을 갖는 파형강판을 제공한다.

또한, 상기 주름과 보조주름은 상호 직교하도록 형성된 교차형 주름을 갖는 파형강판을 제공한다.

또한, 상기 보조주름은 상기 주름에 비해 작은 크기로 형성된 교차형 주름을 갖는 파형강판을 제공한다.

또한, 상기 주름과 보조주름은 각각 일정 간격을 두고 형성된 교차형 주름을 갖는 파형강판을 제공한다.

상기와 같은 본 발명 교차형 주름을 갖는 파형강판에 따르면, 기존 주름판재의 국부 공진 주파수대역을 크게 증가시켜 소음 주파수 영역 위로 올리고, 그 결과 주파수대역에서 차음성능을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 철도차량, 선박, 자동차 등 소음에 대한 우수한 중량대비 차음성능이 요구되는 모든 수송기계 분야에 사용된 기존 주름판재를 대신하여, 철도차량 분야에서는 고속화, 경량화를 이룰 수 있으면서도, 건설 현장에서는 중량을 크게 증가시키지 않고 실내 소음을 획기적으로 낮출 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

도 1은 종래 파형강판을 도시한 사시도,
도 2는 종래 파형강판의 음 투과손실을 도시한 도표,
도 3은 종래 파형강판의 가속도 응답을 도시한 도표,
도 4는 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 사시도,
도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 일부를 골라낸 시편의 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 고유 진동수 증가 효과를 보인 도표,
도 8은 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 차음성능 향상효과를 보인 도표.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 구성 및 작용을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 사시도이고, 도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 일부를 골라낸 시편의 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 고유 진동수 증가 효과를 보인 도표이고, 도 8은 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판의 차음성능 향상효과를 보인 도표이다.

본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판은 한 방향으로 마루(110)와 골(120)이 반복 형성되어 요철무늬의 주름(100)을 구비하는 것으로, 상기 파형 강판(10)의 표면과 이면 중 어느 하나의 면에서 상기 주름(100)과 교차하는 보조 주름(200)을 추가로 형성하여 구성된다.

상기 파형강판은 금속판을 파형으로 굴곡 성형하여 형상강도를 높인 것으로, 이러한 파형강판을 이용하여 시공되는 구조물은, 콘크리트 타설 등에 비하여 시공이 간편하고 시공비용을 절감할 수 있으며 시공기간이 단축됨은 물론, 구조 자체가 연성구조물로서 부등침하 등에 대하여 유연한 대응이 가능하여 기존의 콘크리트구조물의 단점을 보완할 수 있기 때문에, 도로나 철도를 횡단하는 지하통로, 용수 또는 배수용 암거 등의 다양한 구조물에 사용되고 있으며, 최근에는 소하천을 횡단하는 소교량이나, 수조 및 건축용 건자재 등으로 널리 이용되고 있다.

본 발명에서는 상기와 같은 파형강판의 주름(100)과 수직 또는 소정의 각도로 교차하는 보조주름(200)을 추가로 가공하는 파형강판에 관한 것이다.

상기 보조주름(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 주름(100)과 같이 마루(210)와 골(220)이 반복되어 요철무늬를 형성하게 되고, 그 단면이 곡선을 이루거나, 사각형, 삼각형, 사다리꼴을 비롯하여 다양하게 가공될 수 있다.

또한, 그 간격 및 치수 역시 임의로 결정될 수 있고, 가공 방법은 하부로 오목 또는 볼록한 패턴을 형성하거나, 상부로 오목 또는 볼록한 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르며, 상기 주름(100)과 보조주름(200)은 상호 직교하도록 형성된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르며, 상기 주름(100)과 보조주름(200)은 각각 일정 간격을 두고 형성된다.

상기와 같이 주름(100)과 보조주름(200)이 직교하도록 가공하거나 일정한 간격을 유지하도록 가공하는 이유는 무엇보다 주름(100) 및 보조주름(200)의 가공이 용이하고, 파형강판(10)을 절단하거나, 운반, 시공, 설치할 경우, 수평과 수직의 위치를 잡기 용이하고, 치수 등을 육안확인이 용이하기 때문이다.

상기 보조주름(200)은 상기 주름(100)과 다양한 각도를 형성하여 교차할 수 있으나, 가공 및 절단, 시공이 용이하도록 특히 직교하는 방향으로 형성도록 가공할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 교차형 주름을 갖는 파형강판(10)의 구체적 작용 특히, 차음성능 향상효과에 대해 설명한다.

일반적으로, 국부공진은 각 주름(100)에서 굽힘변형을 보이는 진동모드에 의하여 발생한다.

상기 주름(100)과 교차 또는 직교하도록 요철무늬의 보조주름(200)을 가공하는 이유는 각 주름(100)의 국부 변형에 따른 고유진동수를 판재의 두께를 증가시키지 않고 크게 증가시키기 위함이다.

보조주름(200)은 굽힘변형이 발생하는 단면의 면적관성모멘트를 크게 증가시키므로, 중량을 거의 증가시키지 않으면서 국부공진주파수를 크게 올릴 수 있게 된다.

이러한 보조주름(200)이 바깥쪽으로 돌출되면서 공간조건에 제약을 받거나, 보조주름(200)에 의한 공간손실을 막을 필요가 있는 경우, 보조주름(200) 돌출된 부분을 바깥쪽 대신 안쪽으로 오목하게 들어가도록 만드는 것도 동일한 효과를 기대할 수 있다.

또한, 보조주름(200)은 주름(100)과 같이 크게 만들면 고유진동수 증가 효과가 높으나, 서로 직교하는 요철무늬가 너무 복잡해지면 사용 편의성과 성형성 측면에서 문제가 될 수 있다.

또한, 보조주름(200)은 곡선형태의 단면이 경우도 직선형태의 단면일 경우와 동일한 효과를 내므로, 본 발명에 포함될 수 있다.

본 발명에서는 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 보조주름(200)이 형성되지 않은 파형강판(20)의 시편과, 보조주름(200)이 형성된 본 발명의 파형강판(10)의 시편을 도 5 내지 도 6에 도시한 바와 같이 골라내서 고유진동수 증가와 차음성능 향상 효과를 측정하였다.

그 결과를 유한요소를 해석한 결과, 고유진동수가 보조주름(200) 가공전에 비해 2배 이상 상승하고, 차음성능 향상효과 또한 현저히 개선되는 것을 확인하였다.

도 7에 도시된 바와 같은 주파수 상승이면, 국부공진 주파수 대역을 대부분의 소음원 주파수 대역 위로 올릴 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 가장 핵심적인 특징은 주름(100)에 의한 국부공진주파수 대역이 차음하려는 사용 주파수대역 위로 올라가기만 하면 차음효과가 발생한다는 점이다.

참고로, 상기 보조주름(200)의 크기는 주름재의 제원과 소음환경을 고려하고, 성형성이나 사용 편의성을 감안하여 결정할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르며, 상기 보조주름(200)은 상기 주름(100)에 비해 작은 크기로 형성된다.

상기 보조주름(200)의 줄 수를 늘리면 주파수 상승효과가 더욱 커진다. 따라서 보조주름(200)의 크기를 줄이고, 줄 수를 늘려도 동일한 주파수 상승효과를 낼 수 있으며, 동일하게 파형강판(10)의 차음효과를 높일 수 있다.

따라서 이러한 조건하에 가공성, 미관 등 다른 요인들은 감안하여 적절히 작은 주름의 제원을 결정할 수 있다.

일반적으로, 보조주름(200)은 주름(100)에 비해 상당히 작으므로 파형강판(10)의 전체 굽힘이나 비틀림 공진주파수는 거의 일정한데, 이는 굽힘 강성이나, 비틀림 강성에 거의 변화가 없음을 의미한다.

이에 반해서 모든 차수의 국부공진 주파수는 크게 상승한다.

파형강판(10)의 굽힘 변형모드의 고유 진동수가 두께에 비례하는 것을 감안할 때, 국부공진 주파수를 2배 높이려면 두께가 2배 되어야 하며, 이는 100%의 중량 증가를 필요로 한다. 이에 비해서, 상기한 본 발명에서와 같이 파형강판(10)에 형성된 주름(100)에 직교하는 방향으로 주름(100)에 비해 작은 요철무늬의 보조주름(200)을 만들게 되면, 파형강판(10)의 성형가공 시 별다른 어려움이 발생하지 않으면서도, 직교 주름 강판은 1줄 사용시 11% 정도의 중량 증가만으로 공진주파수를 2배 이상 높여 중량대비 국부공진 모드의 강성을 획기적으로 증가시킨다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이 국부공진 모드의 주파수가 2배 이상 증가될 때, 본 발명에 따른 파형강판(10)의 차음성능 예측결과를 보면, 원래의 2000㎐의 국부공진대역이 2배 이상 위로 올라간 결과, 투과 손실이 급락하는 대역이 소음원의 주파수 대역 밖으로 벗어나게 되고, 그 결과 사용 주파수 범위에서 차음성능이 크게 향상된다.

본 발명 파형강판(20)의 시편의 경우, 1000㎐ ~ 4000㎐에서 기존 주름강판 대비 최고 10dB 이상 차음성능 효과를 가져온다.

차음에 대한 질량법칙(mass law)에 따르면, 판재는 두께가 2배로 증가하여야 6dB정도의 상승효과가 나타난다.

따라서 중량증가 측면에서, 국부공진에 의한 심각한 문제를 해결하는 경제적인 효과가 있다.

10 : 교차형 주름을 갖는 파형강판
100 : 주름
110 : 마루
120 : 골
200 : 보조 주름

Claims (4)

1. 한 방향으로 마루와 골이 반복 형성되어 요철무늬의 주름을 구비하는 파형 강판에 있어서,
   상기 파형 강판의 표면과 이면 중 어느 하나의 면에서 상기 주름과 수직으로 교차하는 요철무늬의 보조 주름을 추가로 형성한 것을 특징으로 하는 교차형 주름을 갖는 파형강판.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 보조주름은 상기 주름에 비해 작은 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 교차형 주름을 갖는 파형강판.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 주름과 보조주름은 각각 일정 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 교차형 주름을 갖는 파형강판.

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