KR20050005510A - 개량 구조물 샌드위치 판 부재 - Google Patents

개량 구조물 샌드위치 판 부재 Download PDF

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KR20050005510A
KR20050005510A KR10-2004-7019356A KR20047019356A KR20050005510A KR 20050005510 A KR20050005510 A KR 20050005510A KR 20047019356 A KR20047019356 A KR 20047019356A KR 20050005510 A KR20050005510 A KR 20050005510A
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Abstract

구조물 샌드위치 판 부재는 제1 및 제2 외부판과 플라스틱 또는 중합체 재료의 코어 재료를 포함한다. 다수의 경량 형틀은 외부판 사이에 배치되어, 코어 재료가 두 개의 실질적으로 직각인 방향으로 연장하는 리브를 형성한다. 경량 형틀은 속이 비어 있거나 차 있을 수 있고 발포부재, 플라스틱 또는 팽창된 플로스티렌으로 제조될 수 있다. 바람직하게 구조물 샌드위치 판 부재는 플라스틱이나 중합체 코어 재료를 외부판 사이에 형성되어 있고 경량 형틀이 미리 위치된 닫힌 부분내로 주입하여 형성된다.

Description

개량 구조물 샌드위치 판 부재{IMPROVED STRUCTURAL SANDWICH PLATE MEMBERS}
구조물 샌드위치 판 부재는, 참고로 여기에 합체된 문서, 미국특허 제 5,778,813 호 및 미국특허 제 6,050,208 호에 기재되어 있고, 발포되지 않은 폴리우레탄과 같은 중간에 있는 중합체 코어와 함께 접합된 외부의 강철과 같은 금속판을 포함한다. 이러한 샌드위치 판 시스템은 보강재 강철 판을 대체하기 위해 많은 여러 형태의 건축에서 사용될 수 있고, 그 결과로서 구조를 상당히 단순화 시켜, 중량을 줄이는 반면 강도와 구조물의 성능(강도, 댐핑 성질)을 개선시킨다. 이러한 구조물 샌드위치 판 부재에 대한 추가적인 개선점이 국제특허출원 제 GB00/04198 호에 기재되어 있고, 또한 여기서 참고로 합체되어 있다. 이하 설명되는 것처럼, 발포 형틀(foam form)은 중량을 줄이기 위해 코어층에 합체될 수 있고, 횡단 금속 강철판이 강도를 향상시키기 위해 더해질 수 있다.
제 GB00/04198 호의 내용에 의하면, 발포 형틀은 속이 비어 있거나 채워져있거나 둘 중 하나이다. 중공(中空) 형틀은 상당한 중량의 감소를 이루므로 매우 유리하다. 본 서류에 기재된 형틀(form)은 경량의 발포 재료로 만들어지는 것에 한정되지 아니하며, 나무나 강철 상자와 같은 다른 재료로 만들어 질 수도 있다.
국제특허출원 제 GB02/01565 호는 중공 형틀을 포함하는 개념에 대해 추가적으로 개선한 것이며 제조 및 조립이 쉬운 형틀을 설명하고 있고, 특히 함께 스냅되는 조각으로 만들어진 중공 연장 형틀이 설명되어 있다.
본 발명은 부재의 구조물 강도에 실질적으로 도움이 되기에 충분한 힘을 갖는 두 개의 외부 판과 이 외부 판에 접합되는 플라스틱 중합체 재료의 코어(core)를 포함하는 구조물 샌드위치 판 부재에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 제1실시예의 구조물 샌드위치 판 부재를 이용하는 다리의 데크의 부분 단면 사시도.
도2는 본 발명의 제1실시예의 구조물 샌드위치 판 부재의 평면 단면도.
도3은 도1의 A-A 라인에 따른 단면도.
도4는 도1의 B-B 라인에 따른 단면도.
도5는 본 발명의 제2실시예의 도1과 유사한 도면.
도6은 도4의 A-A라인에 따른 단면도.
도7은 도4의 B-B라인에 따른 단면도.
여러 도면에서, 유사한 부분은 유사한 도면부호로 표시된다.
코어내에 경량의 형틀을 포함하고 하중을 받을 때 감소된 전단 변형과 개선된 하중 분포를 갖는 구조물 샌드위치 판 부재를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따르면, 금속으로 형성된 제1 및 제2 외부판과; 외부판 사이에서 전단력을 전달하기에 충분한 힘을 가지고 상기 외부판에 결합된 실질적으로 밀집된 플라스틱 또는 중합체 재료의 코어; 및, 상기 코어내에 배치된 다수의 비교적 경량의 형틀을 포함하고, 판 부재의 평면에서 두 개의 실질적으로 직각인 방향으로 연장하는 상기 플라스틱 또는 중합체 재료의 리브(rib)가 있도록 상기 경량의 형틀이 배치되고, 상기 리브는 또한 상기 제1 및 제2 외부판사이에서 연장하는 구조물 샌드위치 판 부재가 제공된다.
코어의 플라스틱 또는 중합체 재료가 두 개의 실질적으로 직각인 방향으로 연장하는 리브를 형성하는 경량의 형틀을 배열함으로써, 판에 가해지는 더 나은 측면 하중 분포가 얻어지고, 따라서 하중을 받는 판 부재의 전단 변형을 줄인다. 사용시, 판 부재에 국부적으로 가해지는 하중은 외부 판을 경유할 뿐만 아니라 플라스틱이나 중합체 재료 리브에 의한 두 개의 직각 방향으로 전해진다.
본 발명은 다른 적절한 형틀 뿐만 아니라 국제 특허 출원 제 GB00/04198 호 및 제 GB02/01565 호에 기재된 발포 및 중공 형틀로 이용될 수 있다. 경량의 형틀은 건축물 샌드위치 판 부재의 질량을 줄이는 것이고, 그 건축물 강도에 크게 기여할 필요는 없다. 경량의 형틀이 필요한 것은 주로, 경량의 형틀이 코어를 형성하는 플라스틱 이나 중합체 재료보다 밀도가 더 낮고, 주입하는 동안 그리고 플라스틱이나 중합체 코어를 굳히는 동안 원하는 형상을 유지하기 위해 충분한 열적 기계적 성질을 갖는다는 점 때문이다.
건축물 샌드위치 판 부재가 직선인 경우, 리브는 판의 엣지에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하지만, 또한 판 부재의 엣지에 경사지게 하는 방향으로도 연장할 수 있다.
본 발명의 건축물 샌드위치 판 부재의 외부 판의 재료, 치수, 및 일반적인 성질들은 건축물 샌드위치 판 부재를 특별하게 이용하기 위해 원하는 대로 선택될 수 있고, 일반적으로 미국특허 제 5,778,813 호 및 미국특허 제 6,050,208 호에 기재된 것과 같을 것이다. 강철이나 스테인리스 강철은 보통 0.5mm 내지 20mm의 두께로 사용되고, 가벼운 중량이 요구되는 경우에는 알루미늄이 사용될 수 있다. 비슷하게, 플라스틱이나 중합체 코어는 미국특허 제 5,778,813 호 및 미국특허 제 6,050,208 호에 기재된 것처럼, 예를 들어, 폴리우레탄과 같은 중합체와 같은 어떤 적합한 재료가 될 수 있다.
어떤 적용에 대해서는, 여기에 참고로서 합체되고 "개량 건축물 샌드위치 판 부재"로 명명된 영국 특허출원 제 0201903.2 호에 기재된 것처럼, 비금속 면판(faceplates)이 사용될 수 있다. 그러한 비금속 면판은 섬유 강화 중합체 재료와 같은 강화된 합성물이나 중합체 재료로 구성될 수 있고, 1mm 내지 30mm의 두께를 가질 수 있다.
나아가, 본 발명은 간격을 두고 떨어진 관계로 금속으로 형성된 제1 및 제2 외부판에 이 사이에 위치되는 다수의 경량 형틀을 제공하는 단계와; 강기 외부판과 상기 경량 형틀사이에 한정된 공간을 채우기 위해 경화되지 않은 플라스틱 또는 중합체 재료를 주입하는 단계; 및, 외부판 사이에서 전단력을 전달하기에 충분한 힘을 가지고 상기 외부판에 결합하는 실질적으로 밀집된 재료를 형성하도록 상기 플라스틱 또는 중합체 재료가 경화되게 하는 단계를 포함하고, 상기 플라스틱 또는 중합체 재료가 판 부재의 평면에서 두 개의 실질적으로 직각인 방향으로 연장하는 리브를 형성하도록 상기 경량의 형틀이 배치되는 구조물 샌드위치 판 부재의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 실시예와 첨부되는 도면을 참고하여 이하에서 설명될 것이다.
도1은 본 발명의 구조물 샌드위치 판 부재가 사용되는 다리 데크(1)의 일부를 보여준다. 다리 데크는 약 5m 또는 6m의 폭과 약 11m 또는 12m의 길이로 된 본 발명의 패널(10)로 형성된 데크(2)와 밑면(3)을 갖는 상자 대들보의 형태이다. 패널(10)은 약 4.5m의 간격으로 횡단 칸막이(6)에 의해 지지된다. 다리의 폭을 가로지르는 네 개의 패널은 끈(4) 사이에서 약 27m의 간격을 만든다. 페어링 노즈(맨앞부분; faring nose)(5)는 구조물이 아닌 별개의 부분이다.
도2, 도3 및 도4는 각각 도로의 다리에 사용하기에 적합한 본 발명의 구조물 샌드위치 판 부재의 평면도, 길이방향 단면도, 측면 단면도이다. 길이방향은 주요 하중이 전달되는 방향을 말한다. 패널(10)은 5m 내지 6m정도의 폭과 10m 내지 12m의 길이로 될 수 있고 강화된 상자 대들보(stiffened box girder)로서 총 중량이 625kN 또는 그 이상인 트럭 하중을 견딜 수 있다.
구조물 샌드위치 판 부재는 0.5mm 내지 20mm의 두께를 갖고 강철로 된 상하부의 외부 판, 즉 면판(faceplate)(11, 12)을 포함한다. 본 출원에서는 6mm의 두께가 적합하다. 엣지 판은 밀폐된 구멍을 형성하도록 외부 주변의 둘레에서 면판(11, 12)사이에 결합된다. 면판(11, 12)사이의 구멍에 플라스틱 또는 중합체 재료의 코어(14), 바람직하게는 폴리우레탄 중합체가 있다. 이 코어는 15mm 내지 200mm사이의 두께를 갖고; 본 출원에서는 160mm가 적합하다. 코어(14)는 충분한 강도를 갖고 면판(11, 12)에 접합되고, 두 개의 면판사이에서 사용될 때 기대되는 전단력을 전달하도록 충분한 기계적 성질을 갖는다. 코어(14)와 면판(11, 12)사이의 결합력은 3MPa보다 커야하고, 바람직하게는 6Mpa보다 커야하며, 코어 재료의 탄성율은 250Mpa보다 커야한다. 일반적인 사용 및 점유 하중이 1.4kPa 내지 7.2kPa 정도인 플로어 패널과 같이 낮은 하중이 적용되는 경우에, 결합력은 약 1Mpa 정도로 더 낮을 것이다. 코어층에 의해, 구조물 샌드위치 판 부재는 실질적으로 더 큰 판 두께와 현저히 추가된 강도를 갖는 강화된 강철판의 힘과 하중에 견디는 능력을 갖는다.
구조물 샌드위치 판 부재(10)의 중량을 줄이기 위해, 면판(11, 12)사이의 모든 체적이 코어(13)에 의해 점유되는 것은 아니다. 대신에, 경량의 형틀(13)이 쭉 배열되어 있고, 판 부재의 내부 부피의 부분을 실질적으로 차지하고 있다. 경량의 형틀(13)은 판의 구조 강도에 중대하게 영향을 끼칠 필요는 없고, 재료를 형틀 코어(14)에 주입하는 압력과 굳히는 동안 코어의 발열반응에서 나오는 열을 견디기에 충분한 열적 기계적 성질을 갖기만 하면 된다. 경량 형틀(13)은 속이 차있거나 비어있을 수 있고 예를 들어 속이 찬 형틀 블록이나 속이 빈 플라스틱 몰딩이나 속이 빈 팽창된 폴리프로필렌 몰딩을 포함할 수 있다. 형틀 그자체는 구조물 샌드위치 판 부재(10)의 짧은 방향으로 보통 연장하면서, 형틀은 일반적으로 그 직선으로둘러싸인 형상이며 코어(14)가 형틀(13)의 긴 치수에 수직 및 평행으로 연장하는 다수의 리브(15, 16)를 포함하도록 그리드내에 배열되어 있다. 사용시, 패널(10)의 짧은 방향으로 놓인 리브(15)가 하중을 측면으로 분배하는데 도움이되고 패널의 국부적인 전단 변형을 줄이는 반면, 패널(10)의 긴 방향으로 연장하는 코어(14)의 리브(16)는 하중을 횡단하는 칸막이(6)에 전달한다. 패널내의 주요 하중 전달은 횡단 칸막이(6)에 대한 것이기 때문에, 비교적 적은 수의 횡단 리브(15)만이 필요하다. 예를 들어, 약 11m의 패널폭에서 일곱 개의 횡단 리브(15)면 충분할 것이다. 일반적으로, 횡단 리브사이의 간격은 0.5m 내지 2m의 범위에 있다.
횡단 리브(15)의 폭은 약 10mm 내지 100mm 사이에 있고; 50mm가 본 출원에서 적절하다. 단면에서, 횡단 리브(15)는 직사각형이거나 면판(11, 12)에 대해 결합면적을 증가시키도록 이오니아식의 기둥과 같은 모양일 것이다.
세 개의 측면에 스터브(stub)(131)를 갖는 경량 형틀(13)이 평면도에서 보여진다. 스터브(131)는 리브를 형성하기 위해 필요한 간격을 유지하도록 인접한 형틀이나 구조물 샌드위치 판 부재의 엣지 판을 밀고 있다. 스터브(131)는 구조물 샌드위치 판 부재(10) 높이의 전체까지 미치지 아니하고, 따라서 방해한다기 보다는 코어의 리브내에 작은 구멍만을 형성한다. 각 면판에 인접한 실질적으로 연속적인 탄성중합체 층을 생성하는 면판(11, 12)으로부터 형틀이 일정한 간격을 갖도록, 형틀(13)의 정상부와 바닥면에 스터브(131)가 추가로 제공될 수 있다. 폴리프로필렌 스페이서가 건축용 샌드위치 판 부재의 엣지로부터 형틀(13)이 일정한 간격을 갖도록 제공될 수 있다.
건축용 샌드위치 판 부재(10)를 만들기 위해서, 엣지 판이 하부 면판(11)의 주위를 둘러싸고 접합되고, 그런후에 형틀(13)과 어떤 스페이서가 개방된 공동내에 위치하게 된다. 이 단계에서, 요구되는 전단판이나 다른 장치 뿐만아니라 어떤 코어의 미리 만든 섹션이 위치된다. 그런후, 상부 면판(12)이 닫힌 공동을 형성하도록 엣지판에 접합되고 플라스틱이나 중합체 재료가 리브(15, 16)를 포함하여 코어(14)를 형성하도록 주입된다. 그런후에 주입된 재료는 경화되도록 되고 주입 단계에서 사용되는 주입 포트가 그라운드 오프(ground off)되어 통기 구멍을 따라 밀봉된다. 이러한 단계들은 공장 사이트 본래의 위치 또는 공장 사이트에서 떨어진 곳에서 수행될 수 있고 완성된 패널은 설치 사이트로 운송된다.
본 발명의 제2실시의 건축물 샌드위치 판 부재가 도5, 56, 및 도7에 도시되어 있고, 이는 도2, 도3, 및 도4에 대응한다. 이 판 부재는 예를 들어, 빌딩이나 떠다니는 구조물에서 바닥 패널로서 이용될 수 있다. 제2실시예의 건축물 샌드위치 판 부재(20)는 보다 작고 약 3m의 폭을 가로지르는 두 개의 길이방향의 리브만을 갖는 제1실시예의 것과 유사하다. 사용될 때 예상되는 하부 하중의 견지에서, 면판은 약 3mm의 두께이며, 코어 두께는 60mm이다. 도4, 도5, 및 도6에서, 건축물 샌드위치 판 부재(20)의 부분들은 도면 부호 10을 추가하여 도2 내지 도4의 도면부호에 대응하는 도면부호가 붙여져있다. 폴리프로필렌 스페이서는 도면부호 27로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 주요 하중의 전달은 리브(26)를 거쳐서 패널의 짧은 길이(치수)를 가로지른다. 횡단 리브(25)는 하중의 배분에 도움이 되고 측면의 전단 변형을 줄인다.
상기 실시예에서, 플라스틱이나 중합체 재료가 코어(13)를 형성하도록 주입될 때 횡단 리브가 형성된다. 그러나, 리브는 또한 미리 만들어진 요소로서 형성된다.
상기 실시예에서, 플라스틱이나 중합체 재료가 코어(13)를 형성하도록 주입될 때 횡단 리브가 형성된다. 그러나, 리브는 또한 면판(11, 12)에 붙는 미리 만들어진 요소로서 형성될 수 있다. 상기의 기재는 한정하기 위한 것이 아니며 수정되고 변형된 다른 것들도 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위내에 속한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 금속으로 형성된 제1 및 제2 외부판과;
    외부판 사이에서 전단력을 전달하기에 충분한 힘을 가지고 상기 외부판에 결합된 실질적으로 밀집된 플라스틱 또는 중합체 재료의 코어; 및,
    상기 코어내에 배치된 다수의 비교적 경량의 형틀을 포함하는 구조물 샌드위치 판 부재에 있어서,
    판 부재의 평면에서 두 개의 실질적으로 직각인 방향으로 연장하는 상기 플라스틱 또는 중합체 재료의 리브가 있도록 상기 경량의 형틀이 배치되고, 상기 리브는 또한 상기 제1 및 제2 외부판사이에서 연장하는 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  2. 제1항에 있어서, 구조물 샌드위치 판 부재는 직선으로 둘러싸인 형상을 갖고, 상기 두개의 실질적으로 직각인 방향은 상기 구조물 샌드위치 판 부재의 엣지에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  3. 제1항에 있어서, 구조물 샌드위치 판 부재는 직선으로 둘러싸인 형상을 갖고, 상기 실질적으로 직각인 방향은 상기 구조물 샌드위치 판 부재의 엣지에 예각을 형성하는 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  4. 제1항, 제2항, 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 개의 실질적으로 직각인 방향 중 제1 방향으로 연장하는 리브 사이의 간격이 상기 두 개의 실질적으로 직각인 방향 중 제2 방향으로 연장하는 리브 사이의 간격보다 더 큰 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 두 개의 실질적으로 직각인 방향 중 제1 방향으로 연장하는 리브 사이의 간격은 약 0.5m 내지 약 2m 사이에 있는 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  6. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리브의 두께는 약 10mm 내지 약 100mm 사이에 있는 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  7. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리브는 상기 구조물 샌드위치 판 부재의 한 엣지에서 다른 엣지로 실질적으로 연속적으로 연장하는 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  8. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리브는 상기 제1 및 제2 외부판 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  9. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리브는 상기 제1 및 제2 외부판 사이의 한정된 공간내로 상기 플라스틱 또는 중합체 재료를 주입하여 형성되었던 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재.
  10. 간격을 두고 떨어진 관계에 있는 금속으로 형성된 제1 및 제2 외부판에 이 사이에 위치되는 다수의 경량 형틀을 제공하는 단계와;
    상기 외부판과 상기 경량 형틀사이에 한정된 공간을 채우기 위해 경화되지 않은 플라스틱 또는 중합체 재료를 주입하는 단계; 및,
    외부판 사이에서 전단력을 전달하기에 충분한 힘을 가지고 상기 외부판에 결합하는 실질적으로 밀집된 재료를 형성하도록 상기 플라스틱 또는 중합체 재료가 경화되게 하는 단계를 포함하는 구조물 샌드위치 판 부재의 제조방법에 있어서,
    상기 플라스틱 또는 중합체 재료가 상기 판 부재의 평면에서 두 개의 실질적으로 직각인 방향으로 연장하는 리브를 형성하도록 상기 경량의 형틀이 배치되는 것을 특징으로 하는 구조물 샌드위치 판 부재의 제조방법.
  11. 첨부된 도면을 참조하여 실질적으로 앞서 기재된 것처럼 구성되는 구조물 샌드위치 판 부재.
  12. 첨부된 도면을 참조하여 실질적으로 앞서 기재된 것처럼 구조물 샌드위치 판부재를 제조하는 방법.
KR10-2004-7019356A 2002-05-29 2003-05-22 개량 구조물 샌드위치 판 부재 KR20050005510A (ko)

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