KR102606112B1 - Cft용 강관 구조체 및 그 제작 방법 - Google Patents

Cft용 강관 구조체 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 각형 강관의 용접 접합부를 최소화시켜, 제작 비용 및 제작 기간 단축에 의한 생산성 증대는 물론이며, 용접 불량을 최소화하며 보다 견고한 구조로 제작될 수 있는 CFT용 강관 구조체 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 복수의 다이어프램 고정용 슬릿이 형성되는 평판형 금속판과 이에 마련되는 복수의 고정너트를 포함하는 평판형 판재을 준비하는 평판형 판재 준비 단계 ; 상기 복수의 고정너트가 내부에 위치되는 방향으로 상기 평판형 금속판을 폭방향으로 절곡하여 절곡형 금속판을 형성하는 절곡 단계 ; 상기 절곡 단계 이후, 다이어프램을 상기 절곡형 금속판에 임시로 고정하는 다이어프램 임시 고정 단계 ; 상기 다이어프램 임시 고정 단계 이후, 수나사부를 포함하는 전단연결재를 나사 결합시키는 전단연결재 결합 단계 ; 상기 전단연결재 결합 단계 이후, 상기 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시켜 각형 강관으로 형성하는 강관 구조체 형성 단계 ; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

CFT용 강관 구조체 및 그 제작 방법{Steel Tube for CFT and Manufacturing method thereof}
본 발명은 CFT용 강관 구조체 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 보다 간단하고 경제적이면서 품질이 우수한 CFT용 강관 구조체 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
콘크리트 충전 강관이란(Concrete Filled steel Tube, 이하 CFT로 약칭함) 원형 또는 사각형상의 강관에 콘크리트를 충전한 콘크리트 충전강관을 말하며, 골조의 주요 구성부재 중 기둥부재에 채용하여 높은 축력에 저항하도록 고안되었다. CFT구조는 콘크리트 코어를 감싸고 있는 외부강관의 구속력으로 인하여 부재의 강도증진 효과를 나타내는 특징으로 인하여 기존의 철골구조(S조), 철근콘크리트구조(RC조), 철골 철근 콘크리트구조(SRC조)에 이은 제4의 구조로서 최근 각광을 받고 있다. 이러한 CFT구조는 최근 들어 개발된 새로운 구조 시스템으로서, 미국, 일본 등에서는 비교적 많은 연구가 진행되었고 현장에 원활하게 적용되고 있으며 최근에는 국내에서도 이에 대한 다양한 연구 및 시공 사례가 증가하고 있는 추세에 있다.
일반적으로 콘크리트 충전 강관은 사각 강관과 이에 채워지는 콘크리트로 구성된다.
외부의 사각 강관은 주로 휨 모멘트에 저항하며, 내부에 채워진 콘크리트는 주로 축력에 저항한다. 또한 강재가 최외곽에 배치되므로 휨-압축에 대한 강재의 강도 활용이 극대화되고, 강재의 횡구속효과로 인하여 콘크리트의 성능(강도 및 연성)도 증가하며, 내부 콘크리트로 인하여 강재의 국부좌굴에 대한 안정성도 증가하는 등 합성효과가 극대화되므로, CFT 기둥은 강도와 연성면에서 상당히 효율적인 기둥 형태가 된다.
한편 사각 강관과 콘크리트의 합성 효과를 높이기 위하여 콘크리트를 채우기 이전에 사각 강관의 내면에 전단연결재(shear connector)인 복수의 스터드 볼트를 미리 설치한다.
또한 CFT 기둥은 철골보가 용접접합될 철골보의 하중 및 방향성에 의하여 강관이 면외변형(국부좌굴)하거나 용접부가 파단될 수 있다. CFT 기둥-철골보의 접합부는 높은 강도, 강성, 변형능력이 요구되므로, 이를 위해 CFT 기둥과 철골보의 접합부에는 다이아프램(Diaphragm)을 설치하여 보강한다.
다이아프램 설치방법은 통상 내다이아프램(Inner Diaphragm), 외다이아프램(Outer Diaphragm), 관통다이아프램(Through Diaphragm)으로 구분된다.
내다이아프램은 강관기둥의 내부에 다이아프램을 넣고 철골보의 플랜지와 맞닿는 부분에 위치시켜 내접하는 방법이다. 철골보의 전단력이 다이아프램을 통하여 콘크리트에 지압응력으로 직접 전달되는 장점이 있지만, 제작이 어렵고 또한 장스팬 등으로 인하여 철골보의 플랜지 두께가 강관기둥 두께에 비해 상대적으로 두꺼워지면 철골보와 맞닿는 강관기둥 표면에 과도한 인장응력이 발생할 수 있으며, 특히 다이아프램 하부에 콘크리트를 밀실하게 채우기 어려워 하부에서 콘크리트를 압으로 충전해야 하는 단점이 있다.
외다이아프램은 강관기둥에 다이아프램을 끼움설치한 후 용접을 통하여 상호연결하는 방식으로써, 돌출부가 많고 이로 인해 운반 및 작업공정이 까다롭다는 단점이 있다. 특히 철골보의 전단력이 강관기둥에만 전달되고, 강관기둥 내부의 콘크리트에는 화학적 점착, 미세결합력, 마찰, 휨변형효과 등으로 간접 전달되므로, 응력전달 메커니즘의 규명이 명확하지 않다.
관통다이아프램은 철골보의 이음부 위치에서 강관을 절단한 후, 다이아프램을 관통시켜 철골보의 플랜지와 직접용접하는 방식이다. 응력전달이 명쾌하지만, 제작상의 작업공수가 많아지고 용접량이 증가하는 단점이 있다. 또한 철골보의 플랜지와 다이아프램 접합면에서 형상변화에 의한 응력집중 현상으로 용접부위의 파단 위험성이 높아진다.
한편 현재 사용되고 있는 CFT용 사각 강관은, 4-Seam Plate 각형 강관이다.
이는 기둥의 한 변을 이루는 철판 4장을 각각 준비한 후, 이들 철판 4장을 용접하여(즉 사각 강관의 4 모서리를 용접하여) 사각 강관을 제작하는 것이다.
4-Seam Plate 각형 강관의 경우 4곳을 용접하여야 하므로 용접량이 많아 작업에 장시간이 소요되며, 용접불량의 가능성이 높으며, 사각 강관의 열변형이 초래될 가능성이 높다.
또한 종래의 세 가지 다이아프램 방식 모두 4-Seam Plate 각형 강관을 이용하여 제작하기 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0918974호 "콘크리트 충전 강관 기둥 및 이의 제조방법"(2009. 9.18 등록) 대한민국 등록특허 제10-2196491호 "CFT 기둥의 제작방법 및 이 방법에 의해 제작된 CFT 기둥"(2020.12.22 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 각형 강관의 용접 접합부를 최소화시켜, 제작 비용 및 제작 기간 단축에 의한 생산성 증대는 물론이며, 용접 불량을 최소화하며 보다 견고한 구조로 제작될 수 있는 CFT용 강관 구조체 및 그 제작 방법을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 복수의 다이어프램 고정용 슬릿이 형성되는 평판형 금속판과 상기 평판형 금속판의 상면에 마련되는 복수의 고정너트를 포함하는 평판형 판재을 준비하는 평판형 판재 준비 단계 ; 상기 평판형 판재 준비 단계 이후, 상기 복수의 고정너트가 내부에 위치되는 방향으로 상기 평판형 금속판을 폭방향으로 절곡하여 길이방향으로 평평하게 연장되는 적어도 4개 이상의 단위 금속판이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판을 형성하는 절곡 단계 ; 상기 절곡 단계 이후, 십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 제1다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판의 길이방향 양측에 상기 제1다이어프램판에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구가 형성된 평판 형태의 한 쌍의 제2다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판과 상기 제2다이어프램판의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 상기 제1다이어프램판 및 상기 제2다이어프램판에 결합되는 결합 보조대를 포함하는 다이어프램을 상기 절곡형 금속판에 임시 고정하되, 상기 다이어프램의 상기 결합 보조대가 상기 단위 금속판의 내측면과 접하면서 상기 다이어프램의 외측 가장자리가 상기 절곡형 금속판의 복수의 다이어프램 고정용 슬릿 중 어느 하나에 삽입되도록 하여 상기 다이어프램을 임시로 고정하는 다이어프램 임시 고정 단계 ; 상기 다이어프램 임시 고정 단계 이후, 수나사부를 포함하는 전단연결재를 상기 절곡형 금속판의 고정너트의 암나사공에 나사 결합시키는 전단연결재 결합 단계 ; 상기 전단연결재 결합 단계 이후, 상기 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시켜 각형 강관으로 형성하며, 상기 다이어프램의 외측 가장자리를 상기 단위 금속판에 용접 결합하는 강관 구조체 형성 단계 ; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상기에 있어서, 상기 전단연결재는 볼트, 스터드 볼트, 형상재 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 사상으로, 복수의 다이어프램 고정용 슬릿과 복수의 고정용 구멍이 형성되는 평판형 금속판을 포함하는 평판형 판재을 준비하는 평판형 판재 준비 단계 ; 상기 평판형 판재 준비 단계 이후, 상기 평판형 금속판을 폭방향으로 절곡하여 길이방향으로 평평하게 연장되는 적어도 4개 이상의 단위 금속판이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판을 형성하는 절곡 단계 ; 상기 절곡 단계 이후, 십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 제1다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판의 길이방향 양측에 상기 제1다이어프램판에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구가 형성된 평판 형태의 한 쌍의 제2다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판과 상기 제2다이어프램판의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 상기 제1다이어프램판 및 상기 제2다이어프램판에 결합되는 결합 보조대를 포함하는 다이어프램을 상기 절곡형 금속판에 임시 고정하되, 상기 다이어프램의 상기 결합 보조대가 상기 단위 금속판의 내측면과 접하면서 상기 다이어프램의 외측 가장자리가 상기 절곡형 금속판의 복수의 다이어프램 고정용 슬릿 중 어느 하나에 삽입되도록 하여 상기 다이어프램을 임시로 고정하는 다이어프램 임시 고정 단계 ; 상기 다이어프램 임시 고정 단계 이후, 상기 절곡형 금속판의 고정용 구멍에 전단연결재의 일부를 삽입하고 상기 절곡형 금속판의 외부에서 상기 전단연결재의 일부를 상기 절곡형 금속판에 용접 결합시켜 상기 전단연결재를 상기 절곡형 금속판의 내부에 위치시키는 전단연결재 결합 단계 ; 상기 전단연결재 결합 단계 이후, 상기 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시켜 각형 강관으로 형성하며, 상기 다이어프램의 외측 가장자리를 상기 단위 금속판에 용접 결합하는 강관 구조체 형성 단계 ; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 평판형 금속판은 폭방향 양단부에 복수의 다이아프램 고정용 홈이 형성되며, 상기 각형 강관 형성 단계에서 상기 절곡형 금속판의 폭방향 일단부에 배치된 단위 금속판은 상기 절곡형 금속판의 폭방향 타단부에 배치된 단위 금속판의 연장면상에 배치된 상태로 서로 용접될 수 있다.
본 발명의 또다른 사상으로, CFT용 강관 구조체에 있어서, 길이방향으로 평평하게 연장되며 복수의 다이어프램 고정용 슬릿이 형성된 적어도 4개 이상의 단위 금속판이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시킨 각형 강관 ; 십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 제1다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판의 길이방향 양측에 상기 제1다이어프램판에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구가 형성된 평판 형태의 한 쌍의 제2다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판과 상기 제2다이어프램판의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 상기 제1다이어프램판 및 상기 제2다이어프램판에 결합되는 결합 보조대를 포함하며, 상기 결합 보조대가 상기 단위 금속판의 내측면과 접하면서 상기 제1다이어프램 및 상기 제2다이어프램의 외측 가장자리가 상기 단위 금속판의 다이어프램 고정용 슬릿에 삽입되어 상기 단위 금속판에 용접되는 다이어프램 ; 상기 단위 금속판의 내면에 고정된 복수의 고정너트 ; 상기 고정너트의 암나사공에 나사 결합되는 수나사부를 포함하는 전단연결재 ; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 사상으로, CFT용 강관 구조체에 있어서, 길이방향으로 평평하게 연장되며 복수의 다이어프램 고정용 슬릿과 복수의 고정용 구멍이 형성된 적어도 4개 이상의 단위 금속판이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시킨 각형 강관 ; 십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 제1다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판의 길이방향 양측에 상기 제1다이어프램판에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구가 형성된 평판 형태의 한 쌍의 제2다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판과 상기 제2다이어프램판의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 상기 제1다이어프램판 및 상기 제2다이어프램판에 결합되는 결합 보조대를 포함하며, 상기 결합 보조대가 상기 단위 금속판의 내측면과 접하면서 상기 제1다이어프램 및 상기 제2다이어프램의 외측 가장자리가 상기 단위 금속판의 다이어프램 고정용 슬릿에 삽입되어 상기 단위 금속판에 용접되는 다이어프램 ; 상기 각형 강관의 내부에 위치되며 상기 고정용 구멍에 일부가 삽입되면서 상기 각형 강관에 고정되는 복수의 전단연결재 ; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 절곡형 금속판의 폭방향 일단부에 배치된 단위 금속판은 상기 절곡형 금속판의 폭방향 타단부에 배치된 단위 금속판의 연장면상에 배치된 상태로 서로 용접된 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명은, 각형 강관의 용접 접합부를 최소화시켜, 제작 비용 및 제작 기간 단축에 의한 생산성 증대는 물론이며, 용접 불량을 최소화하며 보다 견고한 구조로 제작될 수 있는 CFT용 강관 구조체 및 그 제작 방법을 제공한다.
즉 CFT용 강관 구조체의 제작을 단순화시키고, 또한 각형 강관의 용접 접합부를 대폭 감소시켜 용접 불량을 최소화하며, 또한 용접 응력을 최소화하면서 보다 견고한 구조로 구조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이에 의하여 본 발명은 CFT용 강관 구조체의 제작 비용 및 기간을 단축시키며, 생산성 증대를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시례에 의한 평판형 판재의 사시도,
도 2는 도 1의 A-A 기준 단면도,
도 3은 도 1의 B-B 기준 단면도,
도 4는 도 1 이후 절곡 가공된 상태의 절곡형 판재의 정면도,
도 5는 도 4 이후 다이어프램이 임시 고정된 상태의 절곡형 판재의 정면도,
도 6은 도 5 이후 전단연결재가 결합된 상태의 절곡형 판재의 정면도,
도 7은 도 6의 사시도,
도 8은 도 6 이후 절곡형 금속판이 각형 강관으로 형성되면서 강관 구조체가 완성된 상태의 정면도,
도 9은 도 5의 다이어프램의 사시도,
도 10은 도 9의 정면도,
도 11은 도 9의 평면도,
도 12는 본 발명의 제2실시례에 의한 평판형 판재의 사시도,
도 13은 도 12 이후 절곡 가공된 상태의 절곡형 판재의 개념 단면도,
도 14는 도 13 이후 다이어프램이 임시 고정된 상태의 절곡형 판재의 정면도,
도 15는 도 14 이후 전단연결재가 결합된 상태의 절곡형 판재의 정면도,
도 16은 도 15 이후 절곡형 금속판이 각형 강관으로 형성되면서 강관 구조체가 완성된 상태의 정면도,
도 17은 스터드 볼트가 미리 부착된 상태에서 절곡 가공할 때 금형과 간섭되는 현상을 도시한 개념도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명자는 용접 접합부를 최소화하기 위하여, 오직 1개의 용접 접합부(Seam)를 가진 CFT용 각형 강관을 채택하고자 한다.
그러나 종래와 같이 절곡 이전에 평판형 금속판에 스터드 볼트와 같은 전단연결재가 미리 결합되어 있을 경우, 도 17과 같이 평판형 금속판을 절곡하는 과정에서 전단연결재와 금형이 서로 간섭되어 평판형 금속판을 제대로 절곡할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 제안되는 것이다.
먼저 본 발명에 의한 제1실시례를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시례에 의한 평판형 판재의 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A 기준 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B 기준 단면도이며, 도 4는 도 1 이후 절곡 가공된 상태의 절곡형 판재의 정면도이며, 도 5는 도 4 이후 다이어프램이 임시 고정된 상태의 절곡형 판재의 정면도이며, 도 6은 도 5 이후 전단연결재가 결합된 상태의 절곡형 판재의 정면도이며, 도 7은 도 6의 사시도이며, 도 8은 도 6 이후 절곡형 금속판이 각형 강관으로 형성되면서 강관 구조체가 완성된 상태의 정면도이며, 도 9은 도 5의 다이어프램의 사시도이며, 도 10은 도 9의 정면도이며, 도 11은 도 9의 평면도이다.
본 실시례는 크게 평판형 판재 준비 단계 -> 절곡 단계 -> 다이어프램 임시 고정 단계 -> 전단연결재 결합 단계 -> 강관 구조체 형성 단계를 포함하여 이루어진다.
1. 평판형 판재 준비 단계
도 1 내지 도 3과 같이, 평판형 금속판(111)과 고정너트(112)로 이루어진 평판형 판재(110)를 준비한다.
평판형 금속판(111)에는 복수의 다이어프램 고정용 슬릿(111a), 복수의 다이어프램 고정용 홈(111b), 복수의 절곡용 마킹(111c), 복수의 그루브 용접용 개선부(111d)가 형성되어 있다.
다이어프램 고정용 슬릿(111a)은 평판형 금속판(111)의 내부에 형성되는 것으로, 본 실시례의 경우 "I"자 형태로 형성된다.
다이어프램 고정용 홈(111b)은 평판형 금속판(111)의 폭방향 양단부에 형성되는 것으로, "["자 형태로 형성된다. 서로 폭방향 반대편에 형성된 한 쌍의 다이어프램 고정용 홈(111b)의 "["자 형태를 조합하면 다이어프램 고정용 슬릿(111a)의 "I"자 형태와 동일한 형태가 된다.
또한 평판형 금속판(111)의 상면에는 길이방향으로 연장되는 라인 형태로 절곡용 마킹(111c)이 표시되어 있다.
본 실시례의 경우 절곡용 마킹(111c)이 4개 표시되어 있다.
절곡용 마킹(111c)은 후술하는 절곡 단계를 위하여 표시되는 것이다.
또한 평판형 금속판(111)은 그 폭방향 양단부를 따라 그루브 용접용 개선부(111d)가 형성된다. 그루브 용접용 개선부(111d)의 형태는 다양하게 변경될 수 있으며, 이는 후술하는 CO2 용접 또는 SAW 용접을 위하여 형성되는 것이다.
고정너트(112)는 평판형 금속판(111)의 상면에 용접 등에 의하여 부착 고정된다.
고정너트(112)에는 그 중앙에 암나사공이 형성되어 있다.
고정너트(112)가 고정되는 위치는 후술하는 전단연결재(123)가 설치될 위치이다.
즉 본 실시례는 절곡 단계 이전에, 전단연결재(123) 대신에 미리 고정너트(112)를 설치한다.
2. 절곡 단계
평판형 판재 준비 단계 이후, 도 4와 같이 평판형 판재(110)의 평판형 금속판(111)을 절곡 가공하여 평판형 판재(110)를 절곡형 판재(120)로 형성시킨다.
구체적으로는 프레스 성형에 의하여 평판형 금속판(111)을 폭방향으로 절곡 가공하여 절곡형 금속판(121)으로 형성시킨다. 즉 본 실시례는 프레스 냉간 성형 공법이 적용되며, 절곡용 마킹(111c)을 따라 프레스로 가압하여 절곡한다.
이때 절곡형 금속판(121)은 적어도 4개 이상(본 실시례의 경우 5개이며, 실시례에 따라서는 4개, 6개, 7개, 8개 등이 적용될 수 있다.)의 단위 금속판(121a)이 폭방향으로 절곡 연결된다.
각각의 단위 금속판(121a)은 길이방향으로 평평하게 연장되는 형태이며, 아울러 각각의 단위 금속판(121a)은 이웃하는 다른 단위 금속판(121a)의 폭방향 단부에서 절곡되면서 연결된다.
이와 같이 평판형 금속판(111)을 폭방향으로 절곡하여 절곡형 금속판(121)으로 형성하면 고정너트(112)는 절곡형 금속판(121)의 내부에 위치된다.
이 단계에서 아직 절곡형 금속판(121)은 그 단면 구조가 완전히 닫힌 형태가 아니며, 일부가 개방되어 있다.
3. 다이어프램 임시 고정 단계
절곡 단계 이후, 도 5와 같이 절곡형 금속판(121)의 다이어프램 고정용 슬릿(111a)에 다이어프램(122)을 임시로 고정 설치한다.
아직 전단연결재(123)가 설치되지 않은 상태이므로 다이어프램(122)의 설치가 가능한 상태이다.
다이어프램(122)의 구조를 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한다.
본 실시례의 다이어프램(122)은, 제1다이어프램판(122a)와, 한 쌍의 제2다이어프램판(122b)와, 결합 보조대(122c)를 포함한다.
제1다이어프램판(122a)은 십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 형태이다.
한 쌍의 제2다이어프램판(122b)는, 제1다이어프램판(122a)의 길이방향 양측에 제1다이어프램판(122a)에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구(122b-1)가 형성된 평판 형태이다.
결합 보조대(122c)는, 제1다이어프램판(122a)과 제2다이어프램판(122b)의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 제1다이어프램판(122a)과 제2다이어프램판(122b)에 결합된다.
결합 보조대(122c)는 다이어프램(122)의 설치시 그 설치 간격이 조절되도록 하고, 또한 용접시 용락이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.
이와 같은 구조의 다이어프램(122)의 외측 가장자리가 절곡형 금속판(121)의 복수의 다이어프램 고정용 슬릿(111a) 중 어느 하나에 삽입되며, 이때 결합 보조대(122c)는 단위 금속판(121a)의 내측면에 접하게 된다.
이 상태에서 다이어프램(122)의 외측 가장자리를 절곡형 금속판(121)에 CO2 용접으로 가용접할 수도 있다.
4. 전단연결재 결합 단계
다이어프램 임시 고정 단계 이후, 도 6과 같이 절곡형 판재(120)의 고정너트(112)에 전단연결재(Shear connector, 123)를 결합한다.
전단연결재(123)는 고정너트(112)의 암나사공에 나사 결합되는 수나사부를 포함하며, 전단연결재(123)의 수나사부가 고정너트(112)의 암나사공에 나사 결합된다.
이에 의하여 전단연결재(123)는 절곡형 판재(120)의 내부에 위치된다.
이때 전단연결재(123)는 볼트, 스터드 볼트, 형상재 중 어느 하나일 수 있다.
형상재란, 볼트 및 스터드 볼트 이외의 다른 형태를 가진 것을 의미한다.
한편 전단연결재(123)의 나사 결합 이후에 보다 견고한 결합을 위하여 전단연결재(123)와 고정너트(112)의 간단한 용접 결합 작업이 추가적으로 수행될 수도 있다.
도 7은 다이어프램(122) 및 전단연결재(123)가 결합된 절곡형 판재(120)의 사시도이다.
5. 강관 구조체 형성 단계
전단연결재 결합 단계 이후, 도 8과 같이 절곡형 금속판(121)을 가압하여 각관 형태를 갖춘 후 절곡형 금속판(121)의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시키며, 이에 의하여 서로 마주보는 한 쌍의 다이어프램 고정용 홈(111b)은 "I" 자 형태의 슬릿으로 형성되며, 다이어프램(122)의 가장자리는 다이어프램 고정용 슬릿(111a) 및 다이어프램 고정용 홈(111b)에 삽입된 상태가 되며, 다이어프램 고정용 슬릿(111a) 및 다이어프램 고정용 홈(111b)에 삽입된 다이어프램(122)의 가장자리를 외부에서 단위 금속판(121a)에 용접 결합한다.
이에 의하여 절곡형 금속판(121)은 각형 강관(131)으로 형성되며, 다이어프램(122)은 각형 강관(131)의 내부에 영구 결합되며, 이에 의하여 강관 구조체(130)가 완성된다.
본 실시례의 경우 사각형 형태의 각형 강관(131), 즉 사각 강관(131)이 형성된, 다.
각형 강관(131)의 형성은, 절곡형 금속판(121)을 측면 및 상부에서 가압하여 각형 강관의 형상으로 유지한 상태에서 용접 연결할 부위를 서로 맞닿게 한 후 가용접(태그 용접)을 하여 각형 강관의 형태를 임시로 고정한 후, 가용접이 되어 있는 부위를 서브머지드 아크 웰딩(Submerged Arc Welding, SAW)(또는 CO2 용접) 방식에 의하여 외부에서 용접하여 용접 접합부(131a)를 형성한다.
또한 절곡형 금속판(121)을 측면 및 상부에서 가압하여 각형 강관의 형상으로 유지한 상태에서, 서로 마주보는 한 쌍의 다이어프램 고정용 홈(111b)은 "I" 자 형태의 슬릿으로 형성되며, 다이어프램(122)의 가장자리는 다이어프램 고정용 슬릿(111a) 및 다이어프램 고정용 홈(111b)에 삽입된 상태가 되며, 이 상태에서 다이어프램 고정용 슬릿(111a) 및 다이어프램 고정용 홈(111b)에 삽입된 다이어프램(122)의 가장자리를 외부에서 단위 금속판(121a)에 가용접(태그 용접)을 하여 임시로 고정한 후, 가용접이 되어 있는 부위를 서브머지드 아크 웰딩(Submerged Arc Welding, SAW)(또는 CO2 용접) 방식에 의하여 외부에서 용접하여 다이어프램(122)의 가장자리를 단위 금속판(121a)에 용접 결합한다.
한편 본 실시례에서 절곡형 금속판(121)의 폭방향 일단부에 배치된 단위 금속판(121a-1)은, 절곡형 금속판(121)의 폭방향 타단부에 배치된 단위 금속판(121a-2)의 연장면상에 배치된 상태로 용접된다.
이와 같은 각형 강관(131)은 용접 접합부(131a, 용접심(welding seam))가 오직 1개가 형성된다.
또한 용접 접합부(131a)는 응력 집중이 적게 걸리는 각형 강관(131)의 변의 중앙부에 위치하여 이에 의하여 응력 전달의 명확성 및 견고성 등이 우수하게 된다.
용접 접합부(131a)가 취성에 취약한 각형 강관(131)의 모서리에 형성될 수도 있지만, 용접 접합부(131a)가 각형 강관(131)의 변의 중앙부에 위치하도록 하면 매우 견고하고 우수한 강성을 가질 수 있다.
한편 용접 접합부(131a) 형성 이후, 프레스 또는 롤을 이용하여 각형 강관(131)의 형태를 교정하는 작업을 수행하는 것이 바람직하다.
이에 의하여 길이방향으로 평평하게 연장되는 적어도 4개 이상의 단위 금속판(121a)이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판(121)의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시킨 각형 강관(131), 단위 금속판(121a)의 내면에 고정된 복수의 고정너트(112), 고정너트(112)의 암나사공에 나사 결합되는 수나사부를 포함하는 전단연결재(123), 가장자리가 상기 단위 금속판(121a)에 용접 결합된 다이어프램(122)을 포함하는 CFT용 강관 구조체(130)가 제작된다.
한편 실시례에 따라서는 평판형 금속판(111)의 폭방향 일단부에는 미리 용락 방지판(용락 받침판)이 부착되도록 한 후, 용접 접합부(131a)의 형성시 용락 방지판에 의하여 보조되면서 용접을 수행할 수도 있다.
본 발명의 제2실시례를 설명한다.
도 12는 본 발명의 제2실시례에 의한 평판형 판재의 사시도이며, 도 13은 도 12 이후 절곡 가공된 상태의 절곡형 판재의 개념 단면도이며, 도 14는 도 13 이후 다이어프램이 임시 고정된 상태의 절곡형 판재의 정면도이며, 도 15는 도 14 이후 전단연결재가 결합된 상태의 절곡형 판재의 정면도이며, 도 16은 도 15 이후 절곡형 금속판이 각형 강관으로 형성되면서 강관 구조체가 완성된 상태의 정면도이며, 도 17은 스터드 볼트가 미리 부착된 상태에서 절곡 가공할 때 금형과 간섭되는 현상을 도시한 개념도이다.
1. 평판형 판재 준비 단계
도 12와 같이, 평판형 금속판(111)으로 이루어진 평판형 판재(110)를 준비한다.
평판형 금속판(111)에는, 제1실시례와 마찬가지로, 복수의 다이어프램 고정용 슬릿(111a), 복수의 다이어프램 고정용 홈(111b), 복수의 절곡용 마킹(111c), 복수의 그루브 용접용 개선부(111d)가 형성되어 있다.
본 실시례에서는 고정너트 대신에 평판형 금속판(111)에 복수의 고정용 구멍(111e)이 형성되어 있다.
2. 절곡 단계
평판형 판재 준비 단계 이후, 도 13과 같이 평판형 판재(110)의 평판형 금속판(111)을 절곡 가공하여 평판형 판재(110)를 절곡형 판재(120)로 형성시킨다.
구체적으로는 평판형 금속판(111)을 폭방향으로 절곡 가공하여 절곡형 금속판(121)으로 형성시킨다.
이는 제1실시례와 실질적으로 동일하다.
3. 다이어프램 임시 고정 단계
절곡 단계 이후, 도 14와 같이 절곡형 금속판(121)의 다이어프램 고정용 슬릿(111a)에 다이어프램(122)을 임시로 고정 설치한다.
이는 제1실시례와 실질적으로 동일하다.
4. 전단연결재 결합 단계
다이어프램 임시 고정 단계 이후, 도 15과 같이 절곡형 판재(120)의 고정용 구멍(111e)에 전단연결재(Shear connector, 123)를 결합한다.
구체적으로는, 전단연결재(123)를 절곡형 금속판(121)의 내부에 위치시킨 후 절곡형 금속판(121)의 고정용 구멍(111e)에 전단연결재(123)의 일부를 삽입하고 절곡형 금속판(121)의 외부에서 전단연결재(123)의 일부를 절곡형 금속판(121)에 용접 결합시킨다.
이에 의하여 전단연결재(123)는 절곡형 판재(120)의 내부에 위치된 상태로 절곡형 판재(120)에 결합된다.
5. 강관 구조체 형성 단계
전단연결재 결합 단계 이후, 도 16과 같이 절곡형 금속판(121)의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시키며, 이에 의하여 서로 마주보는 한 쌍의 다이어프램 고정용 홈(111b)은 "I" 자 형태의 슬릿으로 형성되며, 다이어프램(122)의 가장자리는 다이어프램 고정용 슬릿(111a) 및 다이어프램 고정용 홈(111b)에 삽입된 상태가 되며, 다이어프램 고정용 슬릿(111a) 및 다이어프램 고정용 홈(111b)에 삽입된 다이어프램(122)의 가장자리를 외부에서 단위 금속판(121a)에 용접 결합한다.
이는 제1실시례와 실질적으로 동일하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 평판형 판재
111 : 평판형 금속판
111a : 다이어프램 고정용 슬릿 111b : 다이어프램 고정용 홈
111c : 절곡용 마킹 111d : 그루브 용접용 개선부
111e : 고정용 구멍
112 : 고정너트
120 : 절곡형 판재
121 : 절곡형 금속판 121a : 단위 금속판
122 : 다이어프램 122a : 제1다이어프램판
122b : 제2다이어프램판 122b-1 : 중앙관통구
122c : 결합 보조대
123 : 전단연결재
130 : 강관 구조체
131 : 각형 강관
131a : 용접 접합부

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 복수의 다이어프램 고정용 슬릿이 형성되는 평판형 금속판과 상기 평판형 금속판의 상면에 마련되는 복수의 고정너트를 포함하는 평판형 판재을 준비하는 평판형 판재 준비 단계 ;
    상기 평판형 판재 준비 단계 이후, 상기 복수의 고정너트가 내부에 위치되는 방향으로 상기 평판형 금속판을 폭방향으로 절곡하여 길이방향으로 평평하게 연장되는 적어도 4개 이상의 단위 금속판이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판을 형성하는 절곡 단계 ;
    상기 절곡 단계 이후,
    십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 제1다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판의 길이방향 양측에 상기 제1다이어프램판에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구가 형성된 평판 형태의 한 쌍의 제2다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판과 상기 제2다이어프램판의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 상기 제1다이어프램판 및 상기 제2다이어프램판에 결합되는 결합 보조대를 포함하는 다이어프램을 상기 절곡형 금속판에 임시 고정하되,
    상기 다이어프램의 상기 결합 보조대가 상기 단위 금속판의 내측면과 접하면서 상기 다이어프램의 외측 가장자리가 상기 절곡형 금속판의 복수의 다이어프램 고정용 슬릿 중 어느 하나에 삽입되도록 하여 상기 다이어프램을 임시로 고정하는 다이어프램 임시 고정 단계 ;
    상기 다이어프램 임시 고정 단계 이후, 수나사부를 포함하는 전단연결재를 상기 절곡형 금속판의 고정너트의 암나사공에 나사 결합시키는 전단연결재 결합 단계 ;
    상기 전단연결재 결합 단계 이후, 상기 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시켜 각형 강관으로 형성하며, 상기 다이어프램의 외측 가장자리를 상기 단위 금속판에 용접 결합하는 강관 구조체 형성 단계 ;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CFT용 강관 구조체 제작 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전단연결재는 볼트, 스터드 볼트, 형상재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 CFT용 강관 구조체 제작 방법.
  4. 복수의 다이어프램 고정용 슬릿과 복수의 고정용 구멍이 형성되는 평판형 금속판을 포함하는 평판형 판재을 준비하는 평판형 판재 준비 단계 ;
    상기 평판형 판재 준비 단계 이후, 상기 평판형 금속판을 폭방향으로 절곡하여 길이방향으로 평평하게 연장되는 적어도 4개 이상의 단위 금속판이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판을 형성하는 절곡 단계 ;
    상기 절곡 단계 이후,
    십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 제1다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판의 길이방향 양측에 상기 제1다이어프램판에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구가 형성된 평판 형태의 한 쌍의 제2다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판과 상기 제2다이어프램판의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 상기 제1다이어프램판 및 상기 제2다이어프램판에 결합되는 결합 보조대를 포함하는 다이어프램을 상기 절곡형 금속판에 임시 고정하되,
    상기 다이어프램의 상기 결합 보조대가 상기 단위 금속판의 내측면과 접하면서 상기 다이어프램의 외측 가장자리가 상기 절곡형 금속판의 복수의 다이어프램 고정용 슬릿 중 어느 하나에 삽입되도록 하여 상기 다이어프램을 임시로 고정하는 다이어프램 임시 고정 단계 ;
    상기 다이어프램 임시 고정 단계 이후, 상기 절곡형 금속판의 고정용 구멍에 전단연결재의 일부를 삽입하고 상기 절곡형 금속판의 외부에서 상기 전단연결재의 일부를 상기 절곡형 금속판에 용접 결합시켜 상기 전단연결재를 상기 절곡형 금속판의 내부에 위치시키는 전단연결재 결합 단계 ;
    상기 전단연결재 결합 단계 이후, 상기 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시켜 각형 강관으로 형성하며, 상기 다이어프램의 외측 가장자리를 상기 단위 금속판에 용접 결합하는 강관 구조체 형성 단계 ;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CFT용 강관 구조체 제작 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 평판형 금속판은 폭방향 양단부에 복수의 다이아프램 고정용 홈이 형성되며,
    상기 각형 강관 형성 단계에서 상기 절곡형 금속판의 폭방향 일단부에 배치된 단위 금속판은 상기 절곡형 금속판의 폭방향 타단부에 배치된 단위 금속판의 연장면상에 배치된 상태로 서로 용접되는 것
    을 특징으로 하는 CFT용 강관 구조체 제작 방법.
  6. 길이방향으로 평평하게 연장되며 복수의 다이어프램 고정용 슬릿이 형성된 적어도 4개 이상의 단위 금속판이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시킨 각형 강관 ;
    십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 제1다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판의 길이방향 양측에 상기 제1다이어프램판에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구가 형성된 평판 형태의 한 쌍의 제2다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판과 상기 제2다이어프램판의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 상기 제1다이어프램판 및 상기 제2다이어프램판에 결합되는 결합 보조대를 포함하며,
    상기 결합 보조대가 상기 단위 금속판의 내측면과 접하면서 상기 제1다이어프램 및 상기 제2다이어프램의 외측 가장자리가 상기 단위 금속판의 다이어프램 고정용 슬릿에 삽입되어 상기 단위 금속판에 용접되는 다이어프램 ;
    상기 단위 금속판의 내면에 고정된 복수의 고정너트 ;
    상기 고정너트의 암나사공에 나사 결합되는 수나사부를 포함하는 전단연결재 ;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CFT용 강관 구조체.
  7. 길이방향으로 평평하게 연장되며 복수의 다이어프램 고정용 슬릿과 복수의 고정용 구멍이 형성된 적어도 4개 이상의 단위 금속판이 폭방향으로 절곡 연결된 절곡형 금속판의 폭방향 양단부를 서로 용접하여 결합시킨 각형 강관 ;
    십자형 단면 구조로서 길이방향으로 연장되는 제1다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판의 길이방향 양측에 상기 제1다이어프램판에 대하여 직각으로 마련되며 중앙에 중앙관통구가 형성된 평판 형태의 한 쌍의 제2다이어프램판과, 상기 제1다이어프램판과 상기 제2다이어프램판의 외측 가장자리가 외부로 돌출되도록 상기 제1다이어프램판 및 상기 제2다이어프램판에 결합되는 결합 보조대를 포함하며,
    상기 결합 보조대가 상기 단위 금속판의 내측면과 접하면서 상기 제1다이어프램 및 상기 제2다이어프램의 외측 가장자리가 상기 단위 금속판의 다이어프램 고정용 슬릿에 삽입되어 상기 단위 금속판에 용접되는 다이어프램 ;
    상기 각형 강관의 내부에 위치되며 상기 고정용 구멍에 일부가 삽입되면서 상기 각형 강관에 고정되는 복수의 전단연결재 ;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CFT용 강관 구조체.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 절곡형 금속판의 폭방향 일단부에 배치된 단위 금속판은 상기 절곡형 금속판의 폭방향 타단부에 배치된 단위 금속판의 연장면상에 배치된 상태로 서로 용접된 것을 특징으로 하는 CFT용 강관 구조체.
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