KR102149486B1 - 절점부 좌굴 방지 트러스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨브재와 상현재 또는 하현재가 접합되는 절점부에서 상하현재 내부에 충전보강재를 충전하여 압축 내력이 큰 절점보강부를 형성함으로써, 강관 트러스의 절점부를 효율적으로 보강하여 부재 좌굴을 방지할 수 있는 절점부 좌굴 방지 트러스에 대한 것이다.
본 발명 절점부 좌굴 방지 트러스는 강관으로 구성되어 상호 이격되게 배치되는 상현재와 하현재 및 상기 상현재와 하현재의 사이에 결합되는 복수의 웨브재로 구성되는 트러스에서, 상기 웨브재가 상하현재와 접합되는 절점부의 상하현재 내부에는 충전보강재가 충전되어 형성되는 절점보강부가 구비되되, 상기 웨브재의 단부에는 엔드플레이트가 구비되어, 상기 엔드플레이트가 상하현재의 일측에 결합되고, 상기 엔드플레이트에는 엔드플레이트와 상하현재의 강관벽을 관통하여 절점보강부 내에 정착되도록 절점보강부 내측 단부가 일측으로 절곡되어 L형으로 형성된 앵커부재가 결합되며, 상기 앵커부재의 상하현재 외측의 일단에는 고정너트가 체결되어 엔드플레이트에 걸려 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

절점부 좌굴 방지 트러스{Truss for preventing buckling of joints}

본 발명은 웨브재와 상현재 또는 하현재가 접합되는 절점부에서 상하현재 내부에 충전보강재를 충전하여 압축 내력이 큰 절점보강부를 형성함으로써, 강관 트러스의 절점부를 효율적으로 보강하여 부재 좌굴을 방지할 수 있는 절점부 좌굴 방지 트러스에 대한 것이다.

트러스 구조는 상현재와 하현재 및 웨브재를 한 평면 내에서 삼각형 형태로 연속적으로 연결하여 조립한 구조체이다.

이러한 트러스 구조는 전체 구조물에 작용하는 휨모멘트를 각 부재의 축 방향 인장 및 압축에 의해 지지하며, 각 부재의 축력은 부재가 서로 만나는 절점에서 타 부재로 전달된다.

이와 같이 트러스 구조는 축력에 의해서만 하중을 지지하므로, 강재 사용량에 비하여 비교적 큰 내력을 갖는다. 따라서 경량이면서도 큰 하중을 지지할 수 있어 장스팬 구조물의 지붕틀, 교량 상판 등으로 사용된다.

한편, 트러스 구조를 이루는 부재는 일반적으로 속이 빈 파이프 형상의 강관을 많이 사용한다.

그러나 강관은 인장력에 충분한 내력을 발휘하는 반면, 압축력이 작용하거나 강관벽에 면외 하중이 작용할 경우 국부좌굴(local buckling)이 발생하여 단면 내력을 충분히 발휘하지 못하는 문제가 있다.

즉, 웨브재에 의한 집중하중이 주강관인 상현재나 하현재의 축에 직각 방향 또는 직각 방향 분력으로 작용하면, 상현재나 하현재의 강관벽에 면외 방향으로 휨변형이 발생된다. 그러면 주강관의 소성화(chord plastification)로 인해 파괴가 발생한다. 또한, 일반적이지는 않으나 주강관의 지름두께비가 상대적으로 작은 경우, 주강관의 절점부에서 전단 항복(chord punching shear)이 발생한다.

특히, 트러스에서 큰 응력이 작용하는 부위에는 웨브재의 내력을 증가시키기 위해 일부 웨브재를 강관 내부에 무수축 모르타르 등을 충전한 CFT 부재로 구성할 수 있다. 이 경우 웨브재의 축강성이 많이 증가하므로, 절점부에서 상하현재 강관에 작용하는 집중하중의 크기가 커지게 된다. 이에 따라 상하현재의 강관 파괴를 방지하기 위해 단면적이 큰 강관을 사용해야 한다. 이때, 상하현재의 단면 크기는 요구 단면이 가장 큰 부분을 기준으로 결정되므로, 전체 상하현재 단면을 증가시켜야 하여 비경제적이다.

KR 10-2065697 B1

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 강관 트러스의 절점부를 보강하여 부재의 좌굴을 방지할 수 있는 절점부 좌굴 방지 트러스를 제공하고자 한다.

본 발명은 상하현재의 길이 전체에 걸쳐 요구 단면의 크기를 증가시킬 필요가 없어 경제적인 절점부 좌굴 방지 트러스를 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 강관으로 구성되어 상호 이격되게 배치되는 상현재와 하현재 및 상기 상현재와 하현재의 사이에 결합되는 복수의 웨브재로 구성되는 트러스에서, 상기 웨브재가 상하현재와 접합되는 절점부의 상하현재 내부에는 충전보강재가 충전되어 형성되는 절점보강부가 구비되되, 상기 웨브재의 단부에는 엔드플레이트가 구비되어, 상기 엔드플레이트가 상하현재의 일측에 결합되고, 상기 엔드플레이트에는 엔드플레이트와 상하현재의 강관벽을 관통하여 절점보강부 내에 정착되도록 절점보강부 내측 단부가 일측으로 절곡되어 L형으로 형성된 앵커부재가 결합되며, 상기 앵커부재의 상하현재 외측의 일단에는 고정너트가 체결되어 엔드플레이트에 걸려 고정되는 것을 특징으로 하는 절점부 좌굴 방지 트러스를 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절점부의 상하현재 내부에는 절점보강부의 양측에 막음플레이트가 구비되는 것을 특징으로 하는 절점부 좌굴 방지 트러스를 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 상하현재의 일측에는 절개부가 형성되고, 상기 막음플레이트는 절개부로 삽입되어 절개부와 용접에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 절점부 좌굴 방지 트러스를 제공한다.

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상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 웨브재와 상현재 또는 하현재가 접합되는 절점부에서 상하현재 내부에 충전보강재를 충전하여 압축 내력이 큰 절점보강부를 형성할 수 있다. 이에 따라 강관 트러스의 절점부를 보강하는 것만으로도 웨브재로부터 작용하는 큰 압축 응력에 대하여 상하현재의 국부 좌굴을 방지할 수 있어 경제적이다.

둘째, 웨브재 단부에 결합되는 엔드플레이트에 엔드플레이트와 상하현재를 관통하여 절점보강부 내에 정착되는 앵커부재가 결합되는 경우, 웨브재에 작용하는 인장력을 절점보강부 내부에 정착되는 앵커부재가 지지할 수 있다. 이에 따라 절점부에서 웨브재의 인장과 압축 모두에 대해 면외 방향 변형이 발생하지 않고, 안정적으로 내력을 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명 절점부 좌굴 방지 트러스를 도시하는 사시도.
도 2는 절점보강부의 결합 상태를 도시하는 사시도.
도 3은 막음플레이트가 구비된 상태를 도시하는 단면도.
도 4는 막음플레이트의 설치 과정을 도시하는 사시도.
도 5는 엔드플레이트와 상하현재의 결합 관계를 도시하는 사시도.
도 6은 절점보강부 내에 정착되는 앵커부재를 도시하는 사시도.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 절점부 좌굴 방지 트러스를 도시하는 사시도이고, 도 2는 절점보강부의 결합 상태를 도시하는 사시도이다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 절점부 좌굴 방지 트러스는 강관으로 구성되어 상호 이격되게 배치되는 상현재(1a)와 하현재(1b) 및 상기 상현재(1a)와 하현재(1b)의 사이에 결합되는 복수의 웨브재(2)로 구성되는 트러스에서, 상기 웨브재(2)가 상하현재(1a, 1b)와 접합되는 절점부의 상하현재(1a, 1b) 내부에는 충전보강재가 충전되어 형성되는 절점보강부(3)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 강관 트러스의 절점부를 보강하여 좌굴을 방지할 수 있는 절점부 좌굴 방지 트러스를 제공하기 위한 것이다.

상기 트러스는 상호 이격 배치되는 상현재(1a)와 하현재(1b) 및 상하현재(1a, 1b)를 연결하는 웨브재(2)로 구성된다.

상기 상현재(1a)와 하현재(1b)는 각각 내부가 빈 강관으로 구성된다.

상기 상현재(1a)와 하현재(1b)는 웨브재(2)의 결합이 용이하도록 사각형 단면의 각형 강관으로 구성함이 바람직하다.

상기 웨브재(2)는 강관뿐 아니라 조립 단면, 강봉, 강관 내부에 무수축 모르타르 등이 충전된 CFT 부재 등으로 구성할 수 있다.

상기 절점보강부(3)는 웨브재(2)가 상현재(1a) 또는 하현재(1b)에 결합되는 절점부에서, 상현재(1a) 또는 하현재(1b) 내부에 충전보강재가 부분적으로 충전되어 형성된다.

이에 따라 절점부에서 상현재(1a)와 하현재(1b)의 강관 내부에 압축 내력이 큰 절점보강부(3)가 채워져 강관벽을 지지한다. 그러므로 상기 웨브재(2)로부터 큰 압축 응력이 작용하더라도 상하현재(1a, 1b)의 면외 방향 변형으로 인한 국부 손상을 방지할 수 있다.

상기 상현재(1a)와 하현재(1b)의 강관벽 일측에는 충전보강재를 충전하기 위한 주입공(11)을 형성할 수 있다(도 3).

도 3은 막음플레이트가 구비된 상태를 도시하는 단면도이고, 도 4는 막음플레이트의 설치 과정을 도시하는 사시도이다.

도 3, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 절점부의 상하현재(1a, 1b) 내부에는 절점보강부(3)의 양측에 막음플레이트(4)가 구비될 수 있다.

상기 절점보강부(3)를 형성하기 위한 충전보강재의 유동성이 큰 경우, 충전보강재 충전시 충전보강재가 상하현재(1a, 1b)의 강관 내부에서 절점보강부(3)의 바깥 부분으로 유출될 수 있다. 이 경우 충전보강재의 충전량이 필요 이상으로 크게 소요되어 비경제적이다.

따라서 상기 상하현재(1a, 1b)의 내부에서 절점보강부(3)의 양측을 막아 충전보강재의 거푸집 역할을 할 수 있는 한 쌍의 막음플레이트(4)를 구비할 수 있다.

한 쌍의 막음플레이트(4)는 서로 이격되며, 사이 공간에 충전보강재가 충전되어 절점보강부(3)를 형성한다.

상기 막음플레이트(4)는 상하현재(1a, 1b)의 강관 내부에서 다이어프램 역할을 하므로, 막음플레이트(4) 자체로 절점부 보강에 기여한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상하현재(1a, 1b)의 일측에는 절개부(12)가 형성되고, 상기 막음플레이트(4)는 절개부(12)로 삽입되어 절개부(12)와 용접에 의해 고정되도록 구성할 수 있다.

폐단면인 상하현재(1a, 1b)의 절점부 내부에 막음플레이트(4)를 설치하기 위해서는 절점부에서 상하현재(1a, 1b)의 강관 부분을 절단하여 막음플레이트(4)를 설치하고, 이들을 다시 용접 결합하여야 하므로 제작이 매우 번거롭다.

따라서 상기 상하현재(1a, 1b)의 강관을 절단하지 않고 일측만 절개하여 절개부(12)를 형성한 다음, 절개부(12) 내부에 막음플레이트(4)를 삽입하여 설치하도록 구성할 수 있다.

상기 막음플레이트(4)는 상하현재(1a, 1b)의 강관 내부 단면과 대응되는 형상으로 형성함이 바람직하다.

상기 막음플레이트(4)의 일단부는 절개부(12)와 용접하여 고정할 수 있다.

도 5는 엔드플레이트와 상하현재의 결합 관계를 도시하는 사시도이다.

도 5, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 웨브재(2)의 단부에는 엔드플레이트(5)가 구비되어, 상기 엔드플레이트(5)가 상하현재(1a, 1b)의 일측에 결합될 수 있다.

상기 상하현재(1a, 1b)에 비해 상대적으로 단면이 작은 웨브재(2)의 하중은 상하현재(1a, 1b)의 강관벽에 집중 하중으로 작용한다. 이에 상하현재(1a, 1b)에 응력 집중으로 인한 내력 저하 우려가 있다.

그러므로 상기 웨브재(2)의 하중을 넓은 면적으로 분산하여 절점보강부(3)에 고르게 전달되도록 하기 위하여 웨브재(2)의 단부에는 엔드플레이트(5)를 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 웨브재(2)의 단부에 미리 엔드플레이트(5)를 고정하고, 공장 또는 현장에서 엔드플레이트(5)를 상하현재(1a, 1b)의 일측면에 용접 등에 의해 결합하는 순서로 시공할 수 있다.

상기 엔드플레이트(5)는 상하현재(1a, 1b)를 구성하는 강관의 외부 형상에 대응되는 형상으로 형성하여 상하현재(1a, 1b)의 일측면에 밀착 고정할 수 있다.

도 6은 절점보강부 내에 정착되는 앵커부재를 도시하는 사시도이다.

도 3, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 엔드플레이트(5)에는 엔드플레이트(5)와 상하현재(1a, 1b)의 강관벽을 관통하여 절점보강부(3) 내에 정착되는 앵커부재(6)가 결합될 수 있다.

상기 웨브재(2)와 상하현재(1a, 1b)가 접합되는 절점부에서 상하현재(1a, 1b) 내부에 구비되는 절점보강부(3)는 강관벽 내측을 지지하여 상하현재(1a, 1b)에 작용하는 압축력에 대해 큰 보강 효과를 발휘한다. 그러나 웨브재(2)로부터 인장력이 작용하는 경우, 절점보강부(3)와 상하현재(1a, 1b)의 강관벽 사이에 계면 박리가 일어나 강관 변형을 방지하기 어렵다.

따라서 상기 엔드플레이트(5)에 앵커부재(6)의 일단을 고정하고, 앵커부재(6)의 타단은 상하현재(1a, 1b) 내부의 절점보강부(3)에 정착되도록 구성할 수 있다.

상기 앵커부재(6)의 일단에는 고정너트(61)가 체결되어 엔드플레이트(5)에 걸려 고정된다.

상기 앵커부재(6)는 절점보강부(3) 내부에 매입되어 정착되나 절점보강부(3)의 충전보강재가 경화되기 전까지는 위치 고정이 어렵다. 그러므로 고정너트(61)를 엔드플레이트(5)에 테크 용접(tack welding) 등으로 미리 가고정할 수 있다.

상기 웨브재(2)에 인장력 작용시, 웨브재(2) 단부의 엔드플레이트(5)에 밀착된 고정너트(61)에 의해 앵커부재(6)로 하중이 전달되고, 앵커부재(6)가 절점보강부(3) 내부에 정착되어 인장력을 지지한다.

이에 따라 절점부에서 웨브재(2)의 인장과 압축 모두에 대해 면외 방향 변형이 발생하지 않고, 안정적으로 내력을 발휘할 수 있다.

상기 앵커부재(6)의 설치를 위해 엔드플레이트(5)와 상하현재(1a, 1b)의 강관벽에는 대응되는 위치에 각각 관통공(51, 13)을 형성할 수 있다(도 5).

구체적인 시공 순서는 다음과 같이 구성할 수 있다.

먼저, 상기 웨브재(2)의 단부에 결합된 엔드플레이트(5)를 용접 등에 의해 상하현재(1a, 1b)에 고정한 후, 일단에 고정너트(61)가 체결된 앵커부재(6)의 타단을 관통공(51, 13)을 통해 상하현재(1a, 1b) 강관 내부로 삽입한다.

그리고 상기 고정너트(61)를 테크 용접 등에 의해 엔드플레이트(5)에 가고정한 다음, 상하현재(1a, 1b)에 형성된 주입공(11)을 통해 충전보강재를 주입한 후 양생하여 앵커부재(6)를 고정한다.

도 3, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 앵커부재(6)의 절점보강부(3) 내측 단부는 일측으로 절곡되어 L형으로 형성될 수 있다.

상기 상하현재(1a, 1b)의 강관 단면 크기가 크지 않은 경우, 앵커부재(6)가 절점보강부(3) 내에 정착되는 정착 길이 확보가 어려울 수 있다.

따라서 상기 앵커부재(6)의 단부를 일측으로 절곡하여 앵커부재(6)가 절점보강부(3) 내에서 충분하게 정착력을 발휘하도록 구성할 수 있다.

이를 위하여 상기 엔드플레이트(5)와 상하현재(1a, 1b)에 형성된 관통공(51, 13)의 크기는 끝단이 절곡된 앵커부재(6)가 관통될 수 있도록 앵커부재(6)의 지름보다 어느 정도 크게 형성함이 바람직하다.

이때, 상기 앵커부재(6)와 관통공(51, 13) 사이에 유격이 발생하더라도 고정너트(61)가 엔드플레이트(5)에 밀착되어 관통공(51, 13)을 폐쇄할 수 있으므로, 유격 부분을 통한 충전보강재의 누출 우려는 없다.

1a: 상현재
1b: 하현재
11: 주입공
12: 절개부
13: 관통공
2: 웨브재
3: 절점보강부
4: 막음플레이트
5: 엔드플레이트
51: 관통공
6: 앵커부재
61: 고정너트

Claims (6)

1. 강관으로 구성되어 상호 이격되게 배치되는 상현재(1a)와 하현재(1b) 및 상기 상현재(1a)와 하현재(1b)의 사이에 결합되는 복수의 웨브재(2)로 구성되는 트러스에서,
   상기 웨브재(2)가 상하현재(1a, 1b)와 접합되는 절점부의 상하현재(1a, 1b) 내부에는 충전보강재가 충전되어 형성되는 절점보강부(3)가 구비되되,
   상기 웨브재(2)의 단부에는 엔드플레이트(5)가 구비되어, 상기 엔드플레이트(5)가 상하현재(1a, 1b)의 일측에 결합되고,
   상기 엔드플레이트(5)에는 엔드플레이트(5)와 상하현재(1a, 1b)의 강관벽을 관통하여 절점보강부(3) 내에 정착되도록 절점보강부(3) 내측 단부가 일측으로 절곡되어 L형으로 형성된 앵커부재(6)가 결합되며,
   상기 앵커부재(6)의 상하현재(1a, 1b) 외측의 일단에는 고정너트(61)가 체결되어 엔드플레이트(5)에 걸려 고정되는 것을 특징으로 하는 절점부 좌굴 방지 트러스.
   
2. 제1항에서,
   상기 절점부의 상하현재(1a, 1b) 내부에는 절점보강부(3)의 양측에 막음플레이트(4)가 구비되는 것을 특징으로 하는 절점부 좌굴 방지 트러스.
   
3. 제2항에서,
   상기 상하현재(1a, 1b)의 일측에는 절개부(12)가 형성되고, 상기 막음플레이트(4)는 절개부(12)로 삽입되어 절개부(12)와 용접에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 절점부 좌굴 방지 트러스.
   
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