KR101372614B1 - 구조체 - Google Patents

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Abstract

4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재(1)를 구비하는 구조체이며, 구조 부재(1)가 교차하는 코너부(2)에, 보강재로서 폐단면 구조 부재(4)를 설치하고 있다. 폐단면 구조 부재(4)는, 구조 부재(1)의 두께 방향으로 이격되어 배치되고, 구조 부재(1)의 면 방향으로 넓어지는 2개의 가로 부분(5)과, 2개의 가로 부분(5)의 일단부끼리 및 타단부끼리를 각각 연결하는 2개의 세로 부분(6)으로 이루어지고, 구조 부재(1)의 내주 평탄면(1a)측을 향하는 제1 개구부(7) 및 구조 부재(1)의 내측을 향하는 제2 개구부(8)가 형성되어 있다. 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho가 구조 부재(1)의 두께 H와 대략 동일하며, 제1 개구부(7)의 전체 개구 테두리가 구조 부재(1)의 내주 평탄면(1a)에 접합한다. 그리고, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho에 대한 제2 개구부(8)의 최대 폭 H의 비인 편평률을 1.0보다 크고 3.0 이하로 한다.

Description

구조체{STRUCTURE}
본 발명은, 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며, 구조 부재가 교차하는 부분에 폐단면 구조 부재를 설치함으로써 휨을 저감시킨 구조체에 관한 것이다.
자동차, 건설 기계, 교량, 건축 구조물 등의 강 구조물에서는, 경량화 혹은 대형화를 실현하기 위해서는, 하이텐재라고 불리어지는 강도가 높은 고장력강(高張力鋼)을 사용하여 부재의 판 두께 혹은 단면적을 작게 할 필요가 있다. 그러나, 부재의 판 두께 혹은 단면적을 작게 하면 부재의 강성이 저하되고, 외력에 대한 변형, 즉 휨이 크게 되어, 강 구조물의 안전성을 확보할 수 없게 된다고 하는 과제가 있다. 그로 인해, 구조 부재의 경량화와 휨 저감을 양립하는 기술의 출현이 갈망되고 있다.
구조 부재의 휨을 저감시키는 기술 중, 구조 부재가 교차하는 부분에 리브라고 불리어지는 보강판을 장착하는 기술이 널리 알려져 있다. 또한, 판상의 보강재의 단부를 U자 형상 혹은 V자 형상으로 굴곡시켜 내력이나 피로 성능을 향상시키는 기술이 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 또한, U자 형상 혹은 V자 형상의 보강재와 구조 부재가 이루는 각이나 폭을 규정하여 내력이나 피로 성능을 향상시킨 기술이 특허 문헌 2에 개시되어 있다.
또한, 구조 부재를, 격벽을 갖는 중공 단면으로 하여, 결합 부재의 단부에 구조 부재를 삽입하는 개구 단부를 설치한 결합 구조가 특허 문헌 3에 개시되어 있다.
또한, 주상 구조 부재를 다른 구조 부재에 접합한 접합 구조체에 있어서, 접합되는 주상 구조 부재와 다른 보강 구조 부재에는, 상기 구조 부재의 접합을 보강하기 위한 판상의 보강재가 용접되어 있고, 상기 보강재는 상기 구조 부재의 표면에 따른 형상이 U자 형상 또는 V자 형상의 굴곡부를 갖고, 또한, 링 형상의 개구부를 갖는 접합 구조체가 특허 문헌 4에 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 출원 공개 제2001-132102호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허 출원 공개 제2006-2464호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허 출원 공개 평9-118257호 공보 특허 문헌 4: 일본 특허 출원 공개 제2005-54565호 공보
상기 개시 기술 중, 굴곡되어 있지 않은 판상의 보강판을 구조 부재가 교차하는 부분에 배치하는 것으로는, 구조 부재가 면 내부에 휘어지려고 하는 경우, 즉 교차하는 구조 부재가 이루는 각도가 작게 되는 방향의 휨에 대해서는 저감시키는 효과를 갖는다. 그러나, 구조 부재가 면 외부로 휘어지려고 하는 경우, 즉 구조 부재가 보강판에 대하여 수직 방향으로 휘는 경우에 대해서는 저감 효과가 작다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 1은, 보강판을 U자 형상 혹은 V자 형상으로 굴곡시킴으로써, 보강판이 장착된 부분의 내력이나 피로 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 구조 부재가 면 내부에 휘어지려고 하는 경우의 휨을 저감시키는 효과가 있다. 그러나, 구조 부재가 면 외부로 휘어지려고 하는 경우에는 휨의 저감 효과가 작다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 2는, 관상 구조 부재와 베이스 플레이트 사이에 고착한 U자 형상 혹은 V자 형상의 보강재와 구조 부재가 이루는 각이나 폭을 규정함으로써 보강판이 장착된 부분의 내력이나 피로 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 구조 부재가 면 내부에 휘어지려고 하는 경우의 휨을 저감시키는 효과가 있다. 그러나, 구조 부재가 면 외부로 휘어지려고 하는 경우에는 휨의 저감 효과가 작다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 3은, 자동차 차체의 구조 부재에 격벽을 설치하여 복수의 구획으로 분할하여 중공 단면 부재로 하고, 결합 부재에는 복수의 구획에 따른 개구 단부를 설치하여, 결합 구조의 강성이나 강도를 높인 기술이다. 그러나, 구조 부재가 면 내부 및 면 외부로 휘어지려고 하는 경우에는 휨의 저감 효과가 작다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 4는, 주상 구조 부재를 다른 구조 부재에 접합한 접합 구조체에 적용되는 것이다. 그러나, 원형 강관 기둥인 주상 구조 부재와 보강재의 적합한 치수 관계는 규정되어 있지만, 그 치수 관계는, 다른 형상의 부재에 보강재를 접합할 때에 적용할 수는 없다. 또한, 특허 문헌 4에서는, 주상 구조 부재의 외주의 원호면에 보강재를 접합하게 되므로, 보강재의 두께 등에 제한이 있어, 반드시 유효한 치수 관계 등을 갖게 할 수 없는 경우도 있다.
본 발명은, 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체에 있어서, 구조 부재에 대하여 면 내부 및 면 외부로부터 작용되는 하중에 의한 구조 부재의 휨을 효과적으로 저감시키는 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 구조체는, 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며, 상기 구조 부재 중, 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부에, 상기 소정의 변의 내주 평탄면과 상기 다른 변의 내주 평탄면을 따르도록 폐단면 구조 부재가 설치되어 있고, 상기 폐단면 구조 부재는, 상기 구조 부재의 두께 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 구조 부재의 면 방향으로 넓어지는 2개의 가로 부분과, 상기 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분으로 이루어지고, 상기 구조 부재의 내주 평탄면측을 향하는 제1 개구부 및 상기 구조 부재의 내측을 향하는 제2 개구부가 형성되어 있고, 상기 제1 개구부의 개구 테두리 중 적어도 상기 2개의 세로 부분에 대응하는 개구 테두리의 일부가 상기 구조 부재의 내주 평탄면에 접합하고, 상기 폐단면 구조 부재의 높이에 대한 상기 제2 개구부의 최대 폭의 비인 편평률을 1.0보다 크고 3.0 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 구조체의 다른 특징으로 하는 것은, 상기 편평률을 1.5 이상으로 하는 점에 있다.
또한, 본 발명에 의한 구조체의 다른 특징으로 하는 것은, 상기 제1 개구부의 전체 개구 테두리가 상기 구조 부재의 내주 평탄면에 접합하는 점에 있다.
또한, 본 발명에 의한 구조체의 다른 특징으로 하는 것은, 상기 폐단면 구조 부재의 높이가, 상기 구조 부재의 두께와 동일한 점에 있다.
또한, 본 발명에 의한 구조체의 다른 특징으로 하는 것은, 상기 폐단면 구조 부재의 내측 높이가, 상기 구조 부재의 두께와 동일한 점에 있다.
또한, 본 발명에 의한 구조체의 다른 특징으로 하는 것은, 상기 폐단면 구조 부재는 상기 구조 부재의 네 구석 모두에 설치되어 있는 점에 있다.
또한, 본 발명에 의한 구조체의 다른 특징으로 하는 것은, 상기 폐단면 구조 부재의 상기 가로 부분과 상기 세로 부분이 원활하게 접속되어 있는 점에 있다.
본 발명에 의한 다른 구조체는, 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며, 상기 구조 부재 중, 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부에, 상기 소정의 변의 외주 평탄면과 상기 다른 변의 외주 평탄면을 따르도록 폐단면 구조 부재가 설치되어 있고, 상기 폐단면 구조 부재는, 상기 구조 부재의 두께 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 구조 부재의 면 방향으로 넓어지는 2개의 가로 부분과, 상기 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분으로 이루어지고, 상기 구조 부재의 외주 평탄면측을 향하는 제1 개구부 및 상기 구조 부재의 외측을 향하는 제2 개구부가 형성되어 있고, 상기 제1 개구부의 개구 테두리 중 적어도 상기 2개의 세로 부분에 대응하는 개구 테두리의 일부가 상기 구조 부재의 외주 평탄면에 접합하고, 상기 폐단면 구조 부재의 높이에 대한 상기 제2 개구부의 최대 폭의 비인 편평률을 1.0보다 크고 6.0 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다른 구조체는, 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며, 상기 구조 부재 중, 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부에, 상기 소정의 변의 내주 평탄면과 상기 다른 변의 내주 평탄면을 따르도록 폐단면 구조 부재가 설치되어 있고, 상기 폐단면 구조 부재는, 상기 구조 부재의 두께 방향의 소정의 높이 위치에서 상기 구조 부재의 면 방향으로 넓어지는 가로 부분과, 상기 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분과, 상기 2개의 세로 부분을 연결하는 접속부로 이루어지고, 상기 구조 부재의 내주 평탄면측을 향하는 제1 개구부 및 상기 구조 부재의 내측을 향하는 제2 개구부가 형성되어 있고, 상기 제1 개구부의 개구 테두리 중 적어도 상기 2개의 세로 부분에 대응하는 개구 테두리의 일부가 상기 구조 부재의 내주 평탄면에 접합하고, 상기 폐단면 구조 부재의 높이에 대한 상기 제2 개구부의 최대 폭의 비인 편평률을 1.0보다 크고 3.0 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다른 구조체는, 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며, 상기 구조 부재 중 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부에, 상기 소정의 변의 외주 평탄면과 상기 다른 변의 외주 평탄면을 따르도록 폐단면 구조 부재가 설치되어 있고, 상기 폐단면 구조 부재는, 상기 구조 부재의 두께 방향의 소정의 높이 위치에서 상기 구조 부재의 면 방향으로 넓어지는 가로 부분과, 상기 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분과, 상기 2개의 세로 부분을 연결하는 접속부로 이루어지고, 상기 구조 부재의 외주 평탄면측을 향하는 제1 개구부 및 상기 구조 부재의 외측을 향하는 제2 개구부가 형성되어 있고, 상기 제1 개구부의 개구 테두리 중 적어도 상기 2개의 세로 부분에 대응하는 개구 테두리의 일부가 상기 구조 부재의 외주 평탄면에 접합하고, 상기 폐단면 구조 부재의 높이에 대한 상기 제2 개구부의 최대 폭의 비인 편평률을 1.0보다 크고 6.0 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체에 있어서, 구조 부재에 대하여 면 내부 및 면 외부로부터 작용되는 하중에 의한 구조 부재의 휨을 효과적으로 저감시킬 수 있어, 그 공업적 의미는 크다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 구조체를 도시하는 사시도이다.
도 2는 구조 부재에 입력되는 하중과 휨의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 구조 부재에 입력되는 다른 하중으로 다른 휨의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 구조체에 있어서 구조 부재가 교차하는 코너부에 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 5a는 제1 실시 형태에 관한 구조체에 있어서의 폐단면 구조 부재의 평면도이다.
도 5b는 제1 실시 형태에 관한 구조체에 있어서의 폐단면 구조 부재의 측면도이다.
도 6은 비교예로서, 구조 부재가 교차하는 코너부에 편평하지 않는 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 제1 실시 형태의 변형예로서, 구조 부재가 교차하는 코너부에 다른 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 구조체에 있어서 구조 부재가 교차하는 코너부에 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9는 제3 실시 형태에 관한 구조체에 있어서 구조 부재가 교차하는 코너부에 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 10은 제4 실시 형태에 관한 구조체에 있어서 구조 부재가 교차하는 코너부에 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 11은 제5 실시 형태에 관한 구조체에 있어서 구조 부재가 교차하는 코너부에 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 12는 제6 실시 형태에 관한 구조체에 있어서 구조 부재가 교차하는 코너부에 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 13은 제6 실시 형태의 변형예로서, 구조 부재가 교차하는 코너부에 다른 폐단면 구조 부재가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 14a는 폐단면 구조 부재의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 14b는 폐단면 구조 부재의 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 15a는 폐단면 구조 부재의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 15b는 폐단면 구조 부재의 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 16a는 폐단면 구조 부재의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 16b는 폐단면 구조 부재의 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 17a는 구조 부재의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 17b는 구조 부재의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 18은 실시예에 있어서 구조체에 하중이 부하되는 상황을 도시하는 도면이다.
도 19는 실시예에 있어서 구조체에 다른 하중이 부하되는 상황을 도시하는 도면이다.
도 20은 종래 기술인 구조 부재가 교차하는 코너부에 삼각 리브를 배치한 예를 나타내는 도면이다.
도 21은 종래 기술인 구조 부재가 교차하는 코너부에 2매의 삼각 리브를 배치한 예를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 23은 실시예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 24는 실시예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 25는 실시예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 26은 실시예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 27은 실시예의 결과를 나타내는 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
(제1 실시 형태)
우선, 도 2, 도 3에 본 발명을 적용 가능한 구조체를 도시한다. 구조체는, 4개의 직사각형 단면의 중공 각재를 ㅁ자형으로 접합함으로써, 4변을 갖는 프레임 형상(ㅁ자형)으로 구성된 구조 부재(1)를 구비한다. 또한, 도시는 생략하지만, 구조체에는, 구조 부재(1) 이외에 다른 부재가 접합되어 있어도 된다. 이러한 구조체는 널리 일반적인 구조체에 적용되어, 예를 들어 자동차의 엔진이 설치되는 엔진 크레이들, 자동차의 후방부에 설치되는 리어 서브 프레임 등에 적용된다.
본 발명자는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 구조 부재(1)의 1변에 내측을 향하여 하중 P1이 입력된 경우, 즉 구조 부재(1)에 면 내부 방향의 하중이 입력된 경우에 대해서, 구조 부재(1)의 휨 y1을 상세하게 검토하였다. 또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 구조 부재(1)의 1변에 상측으로부터 하측을 향하여 하중 P2가 입력된 경우, 즉 구조 부재(1)에 면 외부 방향의 하중이 입력된 경우에 대해서, 구조 부재(1)의 휨 y2를 상세하게 검토하였다.
그 결과, 구조 부재(1)의 중앙부 부근의 변형이 크므로, 구조 부재(1)에 내측을 향하여 하중 P1이 입력되는 경우의 휨 y1은, 구조 부재(1)의 중앙부 부근의 단면 2차 모멘트에 의존하지만, 구조 부재(1)가 교차하는 코너부(2)에 있어서도 변형이 크므로, 이 코너부(2)의 변형을 저감하기 위한 보강이 유효한 것을 발견하였다. 이 경우에, 도 20 및 도 21에 도시하는 바와 같이, 구조 부재(1)가 교차하는 코너부(2)에 단순히 보강판으로서 삼각 리브(3)를 접합하는 것만으로는, 휨 y1의 저감은 그다지 크게 되지 않는다. 또한 구조 부재(1)에 상측으로부터 하측을 향하여 하중 P2가 입력되는 경우에는, 구조 부재(1)의 가로 쓰러짐 변형이나 단면 형상의 변형을 방지하는 효과가 충분하지 않다. 따라서, 휨 y1 및 y2의 양쪽을 저감시키는 보강의 방법을 여러 가지 검토하였다.
본 발명자는, 도 1 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 구조 부재(1) 중, 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부(2)에, 보강재로서 폐단면 구조 부재(4)를 설치하는 것이 매우 유효한 것을 발견하였다. 폐단면 구조 부재(4)는, 구조 부재(1)의 소정의 변의 내주 평탄면(1a)과 다른 변의 내주 평탄면(1a)을 따르도록 설치된다.
폐단면 구조 부재(4)는, 도 5a, 도 5b에도 도시하는 바와 같이, 판상의 대향하는 2개의 가로 부분(5)과, 판상의 대향하는 2개의 세로 부분(6)으로 이루어지고, 가로 부분(5)과 세로 부분(6)은 단부로 연속되어 있어 폐단면을 형성한다. 즉, 폐단면 구조 부재(4)는 구조 부재(1)의 두께 방향으로 이격되어 배치되고, 구조 부재(1)의 면 방향으로 넓어지는 2개의 가로 부분(5)과, 2개의 가로 부분(5)의 일단부끼리 및 타단부끼리를 각각 연결하는 2개의 세로 부분(6)으로 이루어지고, 구조 부재(1)의 내주 평탄면(1a)측을 향하는 제1 개구부(7) 및 구조 부재(1)의 내측을 향하는 제2 개구부(8)가 형성되어 있다. 제1 개구부(7)는, 대략 U자 형상의 개구의 개방 단부끼리가 직각으로 연속해서 환상을 이루는 형상이 된다. 제1 개구부(7)의 개구 테두리는 구조 부재(1)의 내주 평탄면(1a)에 용접, 접합되지만, 그 경우에, 예를 들어 제1 개구부(7)의 개구 테두리의 외주측으로부터 아크 용접해도 되고, 제1 개구부(7)의 개구 테두리의 내주측으로부터 아크 용접해도 되고, 그 양쪽으로 해도 된다.
또한, 가로 부분(5)은 구조 부재(1)의 면 방향으로 넓어진다고 하였지만, 모두가 평평한 면일 필요는 없으며, 가로 부분(5)의 적어도 일부가 구조 부재(1)의 면 방향으로 넓어져 있으면 된다. 또한, 세로 부분(6)도 모두가 평평한 면일 필요는 없다. 가로 부분(5)과 세로 부분(6)이 곡면으로 형성됨으로써, 가로 부분(5)과 세로 부분(6)이 원활하게 접속 가능하다. 이 경우, 평판상의 가로 부분(5)과 평판상의 세로 부분(6)이 연결되는 경우에 비해, 코너에서 응력이 집중되는 일이 없기 때문에 피로 파괴에 대하여 강도를 갖는다.
이러한 폐단면 구조 부재(4)를 보강재로서 사용함으로써, 구조 부재(1)에 면 내부 방향의 하중 P1이 입력되는 경우에는, 2개의 가로 부분(5)이 구조 부재(1)의 면 내부 방향의 변형 저항을 늘려서 휨 y1을 저감하는 효과를 갖는다. 또한, 구조 부재(1)에 면 외부 방향의 하중 P2가 입력되는 경우에는, 동일하게 2개의 가로 부분(5)이 면 외부 방향의 변형 저항을 늘리는 동시에, 세로 부분(6)이 구조 부재(1)의 가로 쓰러짐 변형이나 단면 형상의 변형을 방지하는 효과를 갖고, 휨 y2를 저감하는 효과를 갖는다. 이상 서술한 바와 같이 구조 부재(1)가 교차하는 코너부(2)에 폐단면 구조 부재(4)를 설치한 구조체는, 구조 부재(1)의 휨이 크게 저감하는 것이 명확해졌다.
또한, 폐단면 구조 부재(4)를 설치하는 코너부(2)는, 주로 하중이 작용되는 구조 부재(1)의 변(휨이 발생하는 변)을 알고 있으면, 그 양단부의 코너부로 하는 것이 바람직하다. 단, 4변의 어느 쪽에도 하중이 작용될 가능성이 있으면, 도 1에 도시하는 바와 같이 구조 부재(1)의 네 구석[4개의 코너부(2)]에 폐단면 구조 부재(4)를 설치함으로써, 구조 부재(1)의 휨을 밸런스 좋게 저감시킬 수 있다.
본 발명의 구조체는, 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재(1)를 구비한다. 구조 부재(1)의 변 부분은, 직선 형상이어도 되고, 곡률을 갖고 곡선 형상이어도 된다. 4변을 갖기 때문에 구조 부재(1)가 교차하여 코너부(2)가 형성되지만, 그 교차의 방법은, 예각, 둔각, 또는 직각으로 교차해도 되고, 도 13에 도시하는 바와 같이 곡률을 갖고 교차해도 된다.
본 발명은, 구조 부재(1)에 면 내부 방향의 하중 P1이 입력되거나, 면 외부 방향의 하중 P2가 입력되거나 하는 것을 전제로 하고 있고, 어느 한쪽의 하중만이 입력되는 구조체와는 다르다. 그리고, 본 발명은, 양자의 하중 P1과 P2가 입력되는 구조체에 특유한 과제를 해결하는 것이며, 어느 한쪽의 하중만이 입력되는 구조체로부터는 얻어지지 않는 지식에 의해 발견된 것이다.
다음에, 본 발명자는, 폐단면 구조 부재(4)의 형상이 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2에 미치는 영향을 상세하게 검토하였다. 그 결과, 폐단면 구조 부재(4)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 구조 부재(1)를 따라서 편평화되어 있는 것이, 휨 y1 및 휨 y2의 양쪽을 저감하는 데 유효한 것이 판명되었다. 여기서 말하는 편평화란, 도 4, 도 5a, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho에 대한 제2 개구부(8)의 최대 폭 L의 비를 편평률이라고 정의하고, 이 편평률이 1.0보다도 큰 것을 말한다. 여기서, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho는, 구조 부재(1)의 두께 방향의 치수, 즉 상측 가로 부분(5)의 상면과 하측 가로 부분(5)의 하면의 치수를 말하는 것으로 한다.
폐단면 구조 부재(4)의 가로 부분(5)은, 구조 부재(1)에 면 내부 방향의 하중 P1이 입력되는 경우 및 면 외부 방향의 하중 P2가 입력되는 경우의 양쪽에 대하여 크게 영향을 미친다. 즉, 폐단면 구조 부재(4)가 구조 부재(1)를 따라서 편평화되어 가로 부분(5)이 길면 길수록, 면 내부 방향 및 면 외부 방향의 하중에 대한 변형 저항이 크게 된다. 덧붙여, 폐단면 구조 부재(4)의 세로 부분(6)이 존재함으로써, 구조 부재(1)의 가로 쓰러짐 변형이나 단면 형상의 변형에 대하여 큰 저항이 되는 결과, 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2를 저감시킬 수 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)가 구조 부재(1)를 따라서 편평화되어 있지 않은 경우, 폐단면 구조 부재(4)의 가로 부분(5)의 길이가 짧게 된다. 그로 인해, 면 내부 방향 및 면 외부 방향의 하중에 대한 변형 저항이 충분하지 않아, 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2를 효과적으로 저감시킬 수 없다.
또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)가 구조 부재(1)의 코너부를 사이에 두고 편측에 치우쳐 편평화되어 있어도 된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)가 구조 부재(1)의 코너부(2)를 사이에 두고 양측에 대략 균등하게 편평화되어 있는 경우에는, 양쪽의 변의 휨 y1 및 y2가 저감한다. 그것에 대하여, 도 7에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)가 구조 부재(1)의 코너부(2)를 사이에 두고 편측에 치우쳐 편평화되어 있는 경우에는, 폐단면 구조 부재(4)가 치우쳐 편평화되어 있는 측의 변의 휨 y1 및 y2가 저감하는 것이 판명되었다.
구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2를 효과적으로 저감시키는 편평화의 범위에 대해서는, 편평률이 1.5 이상, 3.0 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 편평화의 정도가 작으면(편평률이 1.5 미만이면), 휨의 저감 효과가 적기 때문이다. 또한 반대로, 극단적으로 편평화하면(편평률이 3.0을 초과하면), 구조 부재(1)가 가로 쓰러짐 변형되기 쉬워지거나, 큰 단면 변형을 발생하기 쉬워지거나 하기 때문이다. 이상 서술한 바와 같이 폐단면 구조 부재(4)가 구조 부재(1)를 따라서 편평화되어 있는 구조체에서는, 구조 부재(1)의 휨이 크게 저감하는 것이 명확해졌다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에 관한 구조체에서는, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho가 구조 부재(1)의 두께 H보다 작게 되어 있다.
본 발명자는, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho가 구조 부재(1)의 휨에 미치는 영향을 상세하게 검토하였다. 그 결과, 구조 부재(1)의 두께[구조 부재(1)의 두께 방향의 높이]가 H인 경우에, 제1 실시 형태와 같이, 그 두께 H와 동일한 높이 ho의 폐단면 구조 부재(4)가 설치되어 있는 구조체는, 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2가 크게 저감하는 것이 판명되었다. 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho는 구조 부재(1)의 변형 저항에 크게 영향을 미치고, 제1 실시 형태의 도 4에 도시하는 바와 같이, 구조 부재(1)의 두께 H와 대략 동일하게 함으로써, 구조 부재(1)에 면 내부 방향의 하중이 입력되는 경우 및 면 외부 방향의 하중이 입력되는 경우의 양쪽에 대하여 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho가 구조 부재(1)의 두께 H보다 작은 경우, 특히 구조 부재(1)에 면 외부 방향의 하중이 입력되는 경우의 변형 저항이 작게 되는 동시에, 구조 부재(1)의 가로 쓰러짐 변형이나 단면 변형에 대한 저항도 작게 되지만, 제2 실시 형태도 본 발명의 범주에 포함된다.
(제3 실시 형태)
폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho의 상한은 특별히 규정하는 것이 아니라, 제3 실시 형태에 관한 구조체에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho가 구조 부재(1)의 두께 H보다 높아지고 있다.
폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho가 구조 부재(1)의 두께 H보다 높게 되면, 폐단면 구조 부재(4)와 구조 부재(1)의 접합 부분은, 구조 부재(1)의 내측에 한정되어 작게 된다. 즉, 구조 부재(1)에 대한 접합 부분은, 제1 개구부(7)의 개구 테두리 중, 2개의 세로 부분(6)에 대응하는 개구 테두리의 일부가 된다. 그로 인해, 제1 개구부(7)의 전체 개구 테두리가 구조 부재(1)에 접합하는 제1, 제2 실시 형태에 비교하면, 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2의 저감 효과는 떨어지게 되지만, 제3 실시 형태도 본 발명의 범주에 포함된다.
(제4 실시 형태)
또한, 본 발명자는, 폐단면 구조 부재(4)의 내측 높이 hi가 구조 부재(1)의 휨에 미치는 영향을 상세하게 검토하였다. 그 결과, 폐단면 구조 부재(4)의 내측 높이 hi가 구조 부재(1)의 두께 H와 동일한 경우, 구조 부재(1)의 휨이 크게 저감하는 것이 판명되었다. 여기서 말하는 폐단면 구조 부재(4)의 내측 높이 hi란, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho로부터 폐단면 구조 부재(4)의 상하의 판 두께[가로 부분(5)의 판 두께]를 뺀 높이로 정의한다.
폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho는, 상술한 바와 같이 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2에 영향을 미치고, 구조 부재의 두께 H와 대략 동일한 경우에 구조 부재(1)의 휨이 크게 저감하지만, 도 10에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)의 내측 높이 hi가 구조 부재(1)의 두께 H와 동일한 경우에도, 폐단면 구조 부재(4)의 가로 부분(5)을, 구조 부재(1)의 상면 및 하면에 있어서 필렛 용접함으로써 충분한 접합 강도를 가지므로, 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2가 크게 저감하는 것을 발견하였다.
이 경우, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho는, 구조 부재(1)의 두께 H보다도 상하의 판 두께분만큼 높게 되지만, 폐단면 구조 부재(4)와 구조 부재(1)의 접합 부분의 길이는, 폐단면 구조 부재(4)의 높이 ho와 구조 부재(1)의 두께 H가 동일한 경우와 거의 바뀌지 않으므로, 마찬가지로 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2를 크게 저감시킬 수 있다. 또한, 도 4에 도시하는 실시 형태에서는, 폐단면 구조 부재(4)와 구조 부재(1)를 접합할 때에 개선(開先) 용접으로 할 필요가 있지만, 도 10에 도시하는 실시 형태에서는, 필렛 용접이어도 되므로, 개선 가공의 수고 등이 불필요하게 되어 가공성이 좋다.
폐단면 구조 부재(4)의 내측 높이 hi의 상한에 대해서는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 구조 부재(1)의 두께 H보다도 크면, 도 9에 도시하는 바와 같이 폐단면 구조 부재(4)와 구조 부재(1)의 접합 부분의 길이가 구조 부재(1)의 내측에 한정되어 작게 되고, 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2의 저감률이 작게 된다. 따라서, 폐단면 구조 부재(4)의 내측 높이 hi를, 폐단면 구조 부재(4)가 폐단면 부분의 전체 둘레에 걸쳐 구조 부재(1)와 접합되는 정도로 하는 것이 바람직하다. 이상 서술한 바와 같이 폐단면 구조 부재(4)의 내측 높이 hi가 구조 부재(1)의 높이 H와 동일한 구조체는, 구조 부재(1)의 휨이 크게 저감하는 것이 명확해졌다.
(제5 실시 형태)
제1 내지 제4 실시 형태에서는, 도 4, 도 6 내지 도 10에 도시하는 바와 같이, 구조 부재(1)의 두께 H의 중심을 폐단면 구조 부재(4)의 중심으로 하고, 상하로 대칭인 형상을 갖는 폐단면 구조 부재(4)의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 제5 실시 형태에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 폐단면 구조 부재(4)는, 구조 부재(1)의 두께 방향의 소정의 높이 위치에서 구조 부재(1)의 면 방향으로 넓어지는 가로 부분(5)과, 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분(6)과, 2개의 세로 부분(6)을 연결하는 접속부(11)로 이루어지고, 구조 부재(1)의 내주 평탄면측을 향하는 제1 개구부(7) 및 구조 부재(1)의 내측을 향하는 제2 개구부(8)가 형성되어 있다. 그리고, 가로 부분(5)이 구조 부재(1)의 내주 평탄면에 접합하고, 접속부(11)가 구조 부재(1)의 상면(혹은 하면이어도 됨)에 접합한다. 이러한 구조체이어도, 구조 부재(1)의 휨을 저감시킬 수 있다.
(제6 실시 형태)
또한, 본 발명의 구조체에 있어서의 폐단면 구조 부재(4)의 설치 위치는, 구조 부재(1)가 교차하는 부분의 내측에 한정되는 것이 아니라, 도 12에 도시하는 바와 같이, 교차 부분의 외측이어도 구조 부재(1)의 휨 저감 효과가 얻어진다. 즉, 폐단면 구조 부재(4)는 구조 부재(1)의 두께 방향으로 이격되어 배치되고, 구조 부재(1)의 면 방향으로 넓어지는 2개의 가로 부분(5)과, 2개의 가로 부분(5)의 일단부끼리 및 타단부끼리를 각각 연결하는 2개의 세로 부분(6)으로 이루어지고, 구조 부재(1)의 외주 평탄면(1b)측을 향하는 제1 개구부(9) 및 구조 부재(1)의 외측을 향하는 제2 개구부(10)가 형성되어 있다. 특히 구조 부재(1)가 교차하는 부분이, 도 13에 도시하는 바와 같이 곡률을 갖고, 충분한 강성을 갖지 않는 경우에는, 폐단면 구조 부재(4)를 교차 부분의 외측에 설치함으로써, 큰 휨 저감 효과가 얻어진다. 또한, 도 13과 같이 구조 부재(1)가 교차하는 부분이 곡률을 갖는 경우에, 폐단면 구조 부재(4)를 교차 부분의 내측에 설치해도 된다.
제6 실시 형태의 경우, 폐단면 구조 부재(4)를 구조 부재(1)가 교차하는 부분의 내측에 설치하는 제1 내지 제5 실시 형태에 비해, 제2 개구부(10)의 최대 폭 L은 필연적으로 커진다. 제6 실시 형태와 같이, 폐단면 구조 부재(4)를 구조 부재(1)가 교차하는 부분의 외측에 설치하는 경우, 구조 부재(1)의 휨 y1 및 y2를 효과적으로 저감시키는 편평화의 범위에 대해서는, 편평률이 1.5 이상, 6.0 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 편평화의 정도가 작으면(편평률이 1.5 미만이면), 휨의 저감 효과가 적기 때문이다. 또한 반대로, 극단적으로 편평화하면(편평률이 6.0을 초과하면), 구조 부재(1)가 가로 쓰러짐 변형되기 쉬워지거나, 큰 단면 변형을 발생하기 쉬워지거나 하기 때문이다. 이상 서술한 바와 같이 폐단면 구조 부재(4)가 구조 부재(1)를 따라서 편평화되어 있는 구조체에서는, 구조 부재(1)의 휨이 크게 저감하는 것이 명확해졌다.
이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 그들 실시 형태에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
예를 들어, 구조 부재(1)의 단면 형상이나 치수가 부위마다 다르고, 하중이 작용되는 부위가 구조 부재(1)의 변의 길이 방향 중심으로부터 어긋나는 구조체에서는, 구조 부재(1)의 코너부(2)마다 상술한 다양한 형상ㆍ치수의 폐단면 구조 부재(4)를 설치함으로써, 구조 부재(1)의 휨 저감을 효과적으로 행하는 것이 가능한다.
또한, 폐단면 구조 부재(4) 및 구조 부재(1)는, 그 재료의 종류에는 의존하지 않고, 강재, 알루미늄 및 그 합금, 티탄 및 그 합금, 마그네슘 및 그 합금과 수지 등, 어느 하나의 재료에도 적용 가능하다. 또한, 판재, 관재를 가공한 것, 주조ㆍ단조한 것이어도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 본 발명은 부재의 구조를 고안하여 휨의 저감을 도모한 것이므로, 재료의 화학 조성, 기계적 성질 등에 따르지 않고, 모든 재료에 대하여 유효하다.
또한, 폐단면 구조 부재(4)의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니라, 도 14a, 도 14b, 도 15a, 도 15b, 도 16a, 도 16b에 도시하는 바와 같이, 다양한 형상의 것이어도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다. 이들은 관재를 프레스나 하이드로 폼 등의 방법에 의해 가공함으로써도, 또한 2개 이상으로 분할한 부재를 접합하는 방법으로도 제작할 수 있다. 또한, 하이드로 폼 가공이나 절삭 가공 등을 조합하여 구조 부재(1)와 일체의 폐단면 구조 부재(4)를 제작해도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다.
또한, 구조체를 구성하는 구조 부재(1)는, 직사각형 단면의 중공 부재뿐만 아니라, 폐단면 구조 부재(4)와의 접합면이 평탄면이면, 다양한 형상의 것이어도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다. 구조 부재(1)는, 예를 들어 하이드로 폼 등의 방법에 의해 가공하여 제작해도 되고, 도 17a, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 3변을 갖는 단면 형상을 가공 제작하여, 외측으로 돌출한 접합 여유 부분에 있어서 스폿 용접 등에 의해 2개의 부재를 접합하여 제작해도 된다.
덧붙여, 본 발명은 구조 부재(1)의 두께나 단면 형상이 구조 부재(1)의 길이를 따라서 변화되는 경우에도 구조 부재(1)의 휨을 저감하는 것이 가능하다.
<실시예>
본 발명을 적용하여, 도 18, 도 19에 도시하는 바와 같이, 4개의 직사각형 단면의 중공 각재를 ㅁ자형으로 용접에 의해 접합함으로써, 4변을 갖는 프레임 형상(ㅁ자형)으로 구성된 구조 부재(1)로 하고, 4개의 코너부(2)의 내측에 보강재로서 폐단면 구조 부재(4)를 용접에 의해 접합한 구조체를 제작하였다. 이 구조체에 대하여, 도 18에 도시하는 1000㎏의 하중 P1 및 도 19에 도시하는 1000㎏의 하중 P2를 부하하고, 구조 부재(1)의 휨을 측정하였다. 이때, 구조 부재(1)의 코너부(2)의 회전 변위의 영향은 빼고, 변형에 의한 구조 부재(1)의 휨만을 구하였다.
또한, 비교예로서, 도 20에 도시하는 바와 같이, 구조 부재(1)의 코너부(2)의 내측에 보강판으로서 삼각 리브(3)가 1매 및 도 21에 도시하는 바와 같이 삼각 리브(3)가 2매 접합된 구조체도 제작하여 마찬가지로 재하 시험을 행하였다.
구조 부재(1) 및 보강판[폐단면 구조 부재(4) 및 삼각 리브(3)]은 모두 판 두께 2.3㎜의 인장 강도 780㎫급의 강재를 사용하였다.
그 결과를 도 22 내지 도 26에 도시한다. 또한, 각 도면 중의 본 발명예의 「휨 저감률 1」이란, 보강재의 개구부의 최대 폭 및 구조 부재(1)를 따른 길이가 동일한 삼각 리브가 1매인 경우의 휨에 대한 저감률이다. 또한, 본 발명예의 「휨 저감률 2」란, 보강재의 개구부의 최대 폭과 구조 부재(1)를 따른 길이 및 보강판(3)의 높이가 동일한 삼각 리브가 2매인 경우의 휨에 대한 저감률을 나타낸다.
또한, 도 22 내지 도 26에 있어서 하기의 주석이 부여된다.
*1 : 보강재가 삼각 리브인 경우에는 삼각형의 사변의 길이를 나타낸다.
*2 : 보강재가 삼각 리브 2매인 경우에는 2매의 삼각 리브의 사이의 거리에 2매의 판 두께를 더한 것을 나타낸다.
*3 : 보강재가 삼각 리브 2매인 경우에는 2매의 삼각 리브의 사이의 거리를 나타낸다.
*4 : 1000㎏의 하중 P1이 주어진 경우의 구조 부재 중앙의 휨을 나타낸다.
*5 : 보강재의 구조 부재를 따른 길이가 동일한 삼각 리브 1매인 경우의 하중 P1에 있어서의 휨에 대한 저감률을 나타낸다.
*6 : 보강재의 구조 부재를 따른 길이 및 높이가 동일한 삼각 리브 2매인 경우의 하중 P1에 있어서의 휨에 대한 저감률을 나타낸다.
*7 : 1000㎏의 하중 P2가 주어진 경우의 구조 부재 중앙의 휨을 나타낸다.
*8 : 보강재의 구조 부재를 따른 길이가 동일한 삼각 리브 1매인 경우의 하중 P2에 있어서의 휨에 대한 저감률을 나타낸다.
*9 : 보강재의 구조 부재를 따른 길이 및 높이가 동일한 삼각 리브 2매인 경우의 하중 P2에 있어서의 휨에 대한 저감률을 나타낸다.
도 22에 나타내는 결과에 있어서, No.102, 104, 106, 108, 110, 112 및 114는, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 높이가 70.8㎜이고 구조 부재(1)의 높이보다도 낮은 경우의 본 발명예(No.102, 114는 참고예)이다. 그리고, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 1매의 비교예인 No.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 5.5％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 5.7％ 이상으로 되어 있다. 또한, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 2매의 비교예인 No.101, 103, 105, 107, 109, 111, 113에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 2가 2.8％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 2가 2.6％ 이상으로 되어 있다. 이 결과로부터, 어느 것이나 휨이 크게 저감되어 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 중, No.104, 106, 108, 110, 112, 114는, 편평률이 1.0보다 크고 편평화한 폐단면 구조 부재(4)를 설치한 본 발명예이고, 편평률이 1.0 이하의 참고예 No.102에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 2.3％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 2가 1.0％ 이상 향상되어 있다.
또한, 특히 편평률이 1.5 이상, 3.0 이하의 범위에 있는 발명예 No.108, 110, 112는, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 12.4％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 14.8％ 이상이고, 휨 저감 효과가 현저하다.
이상과 같이, 본 발명의 구조체는 구조 부재(1)의 휨을 저감하는 데 유효한 것이 판명되었다.
다음에, 도 23에 나타내는 결과에 있어서, No.202, 204, 206, 208, 210, 212 및 214는, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 높이가 75.4㎜이고, 구조 부재(1)의 높이보다도 낮은 경우의 본 발명예(No.202, 214는 참고예)이다. 그리고, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 1매의 비교예인 No.1, 2, 3, 4, 5, 7, 8에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 6.1％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 9.5％ 이상으로 되어 있다. 또한, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 2매의 비교예인 No.201, 203, 205, 207, 209, 211, 213에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 2가 3.4％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 2가 2.9％ 이상으로 되어 있다. 이 결과로부터, 어느 것이나 휨이 크게 저감되어 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 중, No.204, 206, 208, 210, 212, 214는, 편평률이 1.0보다 크고 편평화한 폐단면 구조 부재(4)를 설치한 본 발명예이고, 편평률이 1.0 이하의 참고예 No.202에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 2.5％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 2가 1.5％ 이상 향상되어 있다.
또한, 특히 편평률이 1.5 이상, 3.0 이하의 범위에 있는 발명예 No.208, 210, 212는, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 13.3％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 15.8％ 이상이고, 휨 저감 효과가 현저하다.
이상과 같이, 본 발명의 구조체는 구조 부재(1)의 휨을 저감하는 데 유효한 것이 판명되었다.
또한, 도 24에 나타내는 결과에 있어서, No.302, 304, 306, 308, 310, 312 및 314는, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 높이가 80.0㎜이고, 구조 부재(1)의 높이와 동일한 본 발명예(No.302, 314는 참고예)이다. 그리고, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 1매의 비교예인 No.2, 9, 4, 10, 5, 11, 12에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 10.2％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 13.2％ 이상으로 되어 있다. 또한, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 2매의 비교예인 No.301, 303, 305, 307, 309, 311, 313에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 2가 6.6％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 2가 6.0％ 이상으로 되어 있다. 이 결과로부터, 어느 것이나 휨이 크게 저감되어 있는 것을 알 수 있었다. 이들의 휨 저감률은, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가 동일하고, 또한 폐단면 구조 부재(4)의 높이가 구조 부재(1)의 높이보다도 낮은 No.102, 202, 104, 204, 106, 206, 108, 208, 110, 210, 112, 212, 114, 214에 비해 더 크게 되어 있다.
또한, 이 중, No.304, 306, 308, 310, 312, 314는, 편평률이 1.0보다 크고 편평화한 폐단면 구조 부재(4)를 설치한 본 발명예이고, 편평률이 1.0 이하의 참고예 No.302에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 2.5％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 2가 1.1％ 이상 향상되어 있다.
특히 편평률이 1.5 이상, 3.0 이하의 범위에 있는 발명예 No.308, 310, 312는 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 20.5％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 22.7％ 이상이며, 휨 저감 효과가 현저하다.
이상과 같이, 본 발명의 구조체는 구조 부재(1)의 휨을 저감하는 데 유효한 것이 판명되었다.
또한, 도 25에 나타내는 결과에 있어서, No.402, 404, 406, 408, 410, 412 및 414는, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 높이가 84.6㎜, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 내측의 높이가 80.0㎜이고 구조 부재(1)의 높이와 동일한 본 발명예(No.402, 414는 참고예)이다. 그리고, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 1매의 비교예인 No.2, 13, 10, 14, 5, 11, 15에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 10.5％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 14.4％ 이상으로 되어 있다. 또한, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 2매의 비교예인 No.401, 403, 405, 407, 409, 411, 413에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 2가 6.9％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 2가 7.1％ 이상으로 되어 있다. 이 결과로부터, 어느 것이나 휨이 크게 저감되어 있는 것을 알 수 있었다. 이들의 휨 저감률은, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가 동일하고, 또한 폐단면 구조 부재(4)의 내측의 높이가 구조 부재(1)의 높이보다도 낮은 No.102, 202, 104, 204, 106, 206, 108, 208, 110, 210, 112, 212, 114, 214에 비해 더 크게 되어 있다.
또한, 이 중, No.404, 406, 408, 410, 412, 414는, 편평률이 1.0보다 크고 편평화한 폐단면 구조 부재(4)를 설치한 본 발명예이고, 편평률이 1.0 이하의 비교예 No.402에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 2.2％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 2.5％ 이상 향상되어 있다.
특히 편평률이 1.5 이상, 3.0 이하의 범위에 있는 발명예 No.408, 410, 412는 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 21.2％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 24.4％ 이상이고, 휨 저감 효과가 현저하다.
이상과 같이, 본 발명의 구조체는 구조 부재(1)의 휨을 저감하는 데 유효한 것이 판명되었다.
덧붙여, 도 26에 나타내는 결과에 있어서, No.501, 502, 503, 504, 505, 506 및 507은, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 높이가 89.2㎜, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 내측의 높이가 84.6㎜이고 구조 부재(1)의 높이보다 큰 본 발명예(No.501, 507은 참고예)이다. 그리고, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 삼각 리브 1매의 비교예인 No.2, 12, 13, 16, 5, 17, 18에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 1.6％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 3.3％ 이상으로 되어 있고, 휨이 크게 저감되어 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 중, No.502, 503, 504, 505, 506, 507은, 편평률이 1.0보다 크고 편평화한 폐단면 구조 부재(4)를 설치한 본 발명예이고, 편평률이 1.0 이하의 참고예 No.501에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 1.0％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 1.1％ 이상 향상되어 있다.
특히 편평률이 1.5 이상, 3.0 이하의 범위에 있는 발명예 No.504, 505, 506은 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 4.4％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 5.2％ 이상이고, 휨 저감 효과가 현저하다.
이상과 같이, 본 발명의 구조체는 구조 부재(1)의 휨을 저감하는 데 유효한 것이 판명되었다.
또한, 본 발명을 적용하여, 도시는 생략하지만, 4개의 직사각형 단면의 중공 각재를 ㅁ자형으로 용접에 의해 접합함으로써, 4변을 갖는 프레임 형상(ㅁ자형)으로 구성된 구조 부재(1)로 하고, 4개의 코너부(2)의 외측에 보강재로서 폐단면 구조 부재(4)를 용접에 의해 접합한 구조체를 제작하였다(도 12를 참조). 이 구조체에 대한 재하 시험은, 도 18 및 도 19의 경우와 마찬가지이다.
또한, 비교예로서, 도시는 생략하지만, 구조 부재(1)의 코너부(2)의 외측에 보강판으로서 L형 각(角) 리브가 1매 접합된 구조체도 제작하여 마찬가지로 재하 시험을 행하였다.
구조 부재(1) 및 보강판[폐단면 구조 부재(4) 및 L형 리브]은 모두 판 두께 2.3㎜의 인장 강도 780㎫급의 강재를 사용하였다.
그 결과를 도 27에 나타낸다. 또한, 도면 중의 본 발명예의 「휨 저감률 1」이란, 보강재의 개구부의 최대 폭 및 구조 부재(1)를 따른 길이가 동일한 L형 리브가 1매인 경우의 휨에 대한 저감률이다. 또한, 도 27에 있어서, 상술한 도 22 내지 도 26과 마찬가지의 주석 *1 내지 *9가 부여된다.
도 27에 나타내는 결과에 있어서, No.601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609 및 610은, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 높이가 80.0㎜, 보강재[폐단면 구조 부재(4)]의 내측의 높이가 75.4㎜이고 구조 부재(1)의 높이와 동일한 본 발명예(No.601, 610 및 611은 참고예)이다. 그리고, 각각의 구조 부재(1)를 따른 폐단면 구조 부재(4)의 길이가, 구조 부재(1)를 따른 보강판(3)의 길이와 동일한 L형 리브 1매의 비교예인 No.19 내지 29에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 6.5％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 9.0％ 이상이 이루어져 있고, 휨이 크게 저감되어 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 중, No.602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609 및 610은, 편평률이 1.0보다 크고 편평화한 폐단면 구조 부재(4)를 설치한 본 발명예이고, 편평률이 1.0 이하의 참고예 No.601에 비해, 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 2.4％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 2.5％ 이상 향상되어 있다.
특히 편평률이 1.5 이상, 6.0 이하의 범위에 있는 발명예 No.602, 603, 604, 605, 606, 607, 608은 하중 P1에 대한 휨 저감률 1이 13.9％ 이상, 하중 P2에 대한 휨 저감률 1이 15.9％ 이상이고, 휨 저감 효과가 현저하다.
이상과 같이, 본 발명의 구조체는 구조 부재(1)의 휨을 저감하는 데 유효한 것이 판명되었다.
본 발명은, 예를 들어 자동차의 엔진이 설치되는 엔진 크레이들, 자동차의 후방부에 설치되는 리어 서브 프레임 등에 적용된다.

Claims (10)

  1. 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며,
    상기 구조 부재 중, 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부에, 상기 소정의 변의 내주 평탄면과 상기 다른 변의 내주 평탄면을 따르도록 폐단면 구조 부재가 설치되어 있고,
    상기 폐단면 구조 부재는,
    상기 구조 부재의 두께 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 구조 부재의 면 방향으로 넓어지는 2개의 가로 부분과, 상기 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분으로 이루어지고, 상기 구조 부재의 내주 평탄면측을 향하는 제1 개구부 및 상기 구조 부재의 내측을 향하는 제2 개구부가 형성되어 있고,
    상기 제1 개구부의 개구 테두리 중 적어도 상기 2개의 세로 부분에 대응하는 개구 테두리의 일부가 상기 구조 부재의 내주 평탄면에 접합하고,
    상기 폐단면 구조 부재의 높이에 대한 상기 제2 개구부의 최대 폭의 비인 편평률을 1.0보다 크고 3.0 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편평률을 1.5 이상으로 하는 것을 특징으로 하는, 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개구부의 전체 개구 테두리가 상기 구조 부재의 내주 평탄면에 접합하는 것을 특징으로 하는, 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐단면 구조 부재의 높이가, 상기 구조 부재의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는, 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폐단면 구조 부재의 내측 높이가, 상기 구조 부재의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는, 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폐단면 구조 부재는 상기 구조 부재의 네 구석 모두에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폐단면 구조 부재의 상기 가로 부분과 상기 세로 부분이 원활하게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 구조체.
  8. 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며,
    상기 구조 부재 중, 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부에, 상기 소정의 변의 외주 평탄면과 상기 다른 변의 외주 평탄면을 따르도록 폐단면 구조 부재가 설치되어 있고,
    상기 폐단면 구조 부재는,
    상기 구조 부재의 두께 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 구조 부재의 면 방향으로 넓어지는 2개의 가로 부분과, 상기 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분으로 이루어지고, 상기 구조 부재의 외주 평탄면측을 향하는 제1 개구부 및 상기 구조 부재의 외측을 향하는 제2 개구부가 형성되어 있고,
    상기 제1 개구부의 개구 테두리 중 적어도 상기 2개의 세로 부분에 대응하는 개구 테두리의 일부가 상기 구조 부재의 외주 평탄면에 접합하고,
    상기 폐단면 구조 부재의 높이에 대한 상기 제2 개구부의 최대 폭의 비인 편평률을 1.0보다 크고 6.0 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 구조체.
  9. 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며,
    상기 구조 부재 중, 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부에, 상기 소정의 변의 내주 평탄면과 상기 다른 변의 내주 평탄면을 따르도록 폐단면 구조 부재가 설치되어 있고,
    상기 폐단면 구조 부재는,
    상기 구조 부재의 두께 방향의 소정의 높이 위치에서 상기 구조 부재의 면 방향으로 넓어지는 가로 부분과, 상기 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분과, 상기 2개의 세로 부분을 연결하는 접속부로 이루어지고, 상기 구조 부재의 내주 평탄면측을 향하는 제1 개구부 및 상기 구조 부재의 내측을 향하는 제2 개구부가 형성되어 있고,
    상기 제1 개구부의 개구 테두리 중 적어도 상기 2개의 세로 부분에 대응하는 개구 테두리의 일부가 상기 구조 부재의 내주 평탄면에 접합하고,
    상기 폐단면 구조 부재의 높이에 대한 상기 제2 개구부의 최대 폭의 비인 편평률을 1.0보다 크고 3.0 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 구조체.
  10. 4변을 갖는 프레임 형상으로 구성된 구조 부재를 구비하는 구조체이며,
    상기 구조 부재 중 하중이 작용되는 소정의 변의 양단부가 다른 변과 교차하여 형성되는 코너부에, 상기 소정의 변의 외주 평탄면과 상기 다른 변의 외주 평탄면을 따르도록 폐단면 구조 부재가 설치되어 있고,
    상기 폐단면 구조 부재는,
    상기 구조 부재의 두께 방향의 소정의 높이 위치에서 상기 구조 부재의 면 방향으로 넓어지는 가로 부분과, 상기 가로 부분의 각 단부에 연결되는 2개의 세로 부분과, 상기 2개의 세로 부분을 연결하는 접속부로 이루어지고, 상기 구조 부재의 외주 평탄면측을 향하는 제1 개구부 및 상기 구조 부재의 외측을 향하는 제2 개구부가 형성되어 있고,
    상기 제1 개구부의 개구 테두리 중 적어도 상기 2개의 세로 부분에 대응하는 개구 테두리의 일부가 상기 구조 부재의 외주 평탄면에 접합하고,
    상기 폐단면 구조 부재의 높이에 대한 상기 제2 개구부의 최대 폭의 비인 편평률을 1.0보다 크고 6.0 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 구조체.
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