KR20050012160A - 접합 구조체 - Google Patents

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KR20050012160A
KR20050012160A KR1020040057276A KR20040057276A KR20050012160A KR 20050012160 A KR20050012160 A KR 20050012160A KR 1020040057276 A KR1020040057276 A KR 1020040057276A KR 20040057276 A KR20040057276 A KR 20040057276A KR 20050012160 A KR20050012160 A KR 20050012160A
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곤도데쯔미
스기모또마사까즈
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신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
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Abstract

본 발명은 보강재의 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재와 멈춤 단부의 응력 집중을 대폭 완화하고, 또한 보강재를 용접했을 경우에는 용접 잔류 응력을 대폭 완화하고, 그 결과로서 내력이나 피로 성능을 종래 보다 대폭 향상할 수 있는 기둥형 구조 부재와 다른 구조 부재의 접합 구조체를 제공하는 것이며,
기둥형 구조 부재를 다른 구조 부재에 접합한 접합 구조체에 있어서, 접합되는 기둥형 구조 부재와 다른 보강 구조 부재에는 상기 구조 부재의 접합을 보강하기 위한 판형의 보강재가 용접되어 있으며, 상기 보강재는 상기 구조 부재의 표면에 따른 형상이 U자형 또는 V자형의 굴곡부를 갖고, 또한 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

접합 구조체 {JOINING STRUCTURE}
본 발명은 기둥형 구조 부재와 다른 구조 부재의 접합 구조에 관한 것이다.
종래 강제(鋼製)의 기둥형 구조 부재와 다른 구조 부재(예를 들어, 판형 구조 부재 혹은 기둥형 구조 부재와 교차하는 기둥형 구조 부재) 사이에 판형 보강재 혹은 U자형 또는 V자형의 보강재를 용접한 접합 구조체가 고안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 2001-132102호 공보, 일본 특허 공개 2003-1476호 공보 참조).
도8에 도시된 종래 강제의 기둥형 구조 부재(10)와 다른 구조 부재(11) 사이에 판형의 보강재(12)를 용접하여 접합하는 접합 구조체에 있어서는, 기둥형 구조 부재(10)에 다른 구조 부재(11)에 대한 굽힘 모멘트가 작용했을 때 판형의 보강재(12)의 멈춤 단부(14)에 가까운 기둥형 구조 부재(10)에 큰 응력 집중이 발생하고, 구조 성능이 저하한다는 문제가 있었다. 또한, 판형의 보강재(12)를 기둥형 구조 부재(10)에 용접한 경우에는 판형의 보강재(12)의 상단부의 주변 용접부가 용접 잔류 응력과 용접 멈춤 단부의 열영향부 재질 열화의 중복에 의해 구조 결함이 되기 쉽고 내력(耐力)이나 피로 성능이 저하한다는 문제가 있었다.
또한, 도9에 도시된 종래 강제의 기둥형 구조 부재(10)와 다른 구조 부재(11) 사이에 U자형 또는 V자형의 보강재(13)를 용접한 접합 구조체에 있어서는, 기둥형 구조 부재(10)와 보강재(13)의 접합부는 기둥형 구조 부재(10)의 표면에 따라 형상이 U자형 또는 V자형으로 되어 있다. 그 때문에, 기둥형 구조 부재(10)에 큰 굽힘 모멘트나 축력(軸力)이 작용했을 때 기둥형 구조 부재(10)에 용접된 보강 부재(13)의 U자형 또는 V자형의 멈춤 단부(15)에 가까운 기둥형 구조 부재(10)에 작용하는 큰 응력 집중이 대폭 완화된다. U자형 또는 V자형의 보강재(13)를 기둥형 구조 부재(10)에 용접했을 경우 멈춤 단부(15)로의 응력 집중의 완화 이외에도 용접 잔류 응력을 대폭 완화할 수 있지만 U자형 또는 V자형 보강재(13)의 개방 단부(16)에서의 다른 구조 부재(11)와의 접합부에서는 기둥형 구조 부재(10)에 굽힘 모멘트가 작용했을 때, U자형 또는 V자형의 보강재(13)의 개방 단부(16)의 멈춤 단부 부근의 다른 구조 부재(11)에 큰 응력 집중이 발생하고, 구조 성능이 저하한다는 문제가 있었다. 또한, U자형 또는 V자형의 보강재(13)의 개방 단부(16)를 다른 구조 부재(11)에 용접했을 경우에는 U자형 또는 V자형의 보강재(13)의 개방 단부의 주변 용접부가 용접 잔류 응력과 용접 멈춤 단부의 열영향부 재질 열화의 중복에 의해 구조 결함이 되기 쉽고, 내력이나 피로 성능이 저하된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고, 보강재에 의한 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재의 멈춤 단부의 응력 집중을 대폭 완화하고, 또한 보강재를 용접했을 경우에는 용접 인장 잔류 응력을 대폭 완화하고, 그 결과로서 내력이나 피로 성능을 종래보다 대폭 향상할 수 있는 기둥형 구조 부재와 다른 구조 부재의 접합 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 제1 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 기둥형 구조 부재를 다른 구조 부재에 접합한 접합 구조체에 있어서, 접합되는 기둥형 구조 부재와 다른 구조 부재에는 상기 구조 부재의 접합을 보강하기 위한 판형의 보강재가 용접되어 있으며, 상기 보강재는 상기 구조 부재의 표면에 따른 형상이 두 개 이상의 U자형 또는 V자형의 굴곡부를 갖고, 또한 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 제2 발명은 기둥형 구조 부재를 다른 구조 부재에 접합하고, 상기 기둥형 구조 부재 및 상기 다른 구조 부재에 보강재가 용접된 접합 구조체에 있어서, 상기 보강재는 상기 양 구조 부재의 표면으로부터 돌출하고, 상기 양 구조 부재의 표면에 따른 단면 형상이 U자형 또는 V자형인 굴곡부를 상기 양 구조 부재의 접합부로부터 먼 측에 갖고, 적어도 상기 굴곡부는 상기 양 구조 부재에 용접되어 상기 양 구조 부재와 접하지 않는 측에 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 제3 발명은 본 제2 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 개구부를 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재와 접하지 않는 측의 보강재의 단부에 의해 형성되는 단부면에 갖고, 상기 개구부가 상기 보강재의 내부 모서리에 의해 형성되는 공간인 것을 특징으로 한다.
본 제4 발명은 본 제2 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 개구부를 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재와 접하지 않는 측의 보강재의 단부에 의해 형성되는 단부면에 갖고, 상기 개구부의 긴 직경이 상기 단부면의 긴 직경의 0.5배 이상 1배 미만인 것을 특징으로 한다.
본 제5 발명은 기둥형 구조 부재에 복수의 다른 기둥형 구조 부재를 접합하고, 두 개의 다른 기둥형 구조 부재에 보강재가 용접된 접합 구조체에 있어서, 상기 보강재는 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재의 표면으로부터 돌출되고, 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재의 표면에 따른 단면 형상이 U자형 또는 V자형인 굴곡부를 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재와 상기 기둥형 구조 부재의 접합부로부터 먼 측에 갖고, 적어도 상기 굴곡부는 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재에 용접되고, 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재 및 상기 기둥형 구조 부재와 접하지 않는 측에 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 제6 발명은 본 제5 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 개구부를 두 개의 다른 기둥형 구조 부재 및 기둥형 구조 부재와 접하지 않는 측의 보강재의 단부에 갖고, 상기 개구부가 상기 보강재의 내부 모서리에 의해 형성되는 공간인 것을 특징으로 한다.
본 제7 발명은 본 제5 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 개구부를 두 개의 다른 기둥형 구조 부재 및 기둥형 구조 부재와 접하지 않는 측의 보강재의 단부에 의해 형성되는 단부면에 갖고, 상기 개구부의 긴 직경이 상기 단부면의 긴 직경의 0.5배 이상 1배 미만인 것을 특징으로 한다.
본 제8 발명은 본 제1 내지 제4 발명 중 어느 하나의 접합 구조체에 있어서, 상기 다른 구조 부재가 판형 부재인 것을 특징으로 한다.
본 제9 발명은 본 제1 내지 제4 발명 중 어느 하나의 접합 구조체에 있어서, 상기 다른 구조 부재가 상기 기둥형 구조 부재와 교차하는 기둥형 부재인 것을 특징으로 한다.
본 제10 발명은 본 제1 내지 제4 발명 중 어느 하나의 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 보강재의 폭이 상기 기둥형 구조 부재의 폭의 0.7 내지 0.95배이고, 상기 기둥형 구조 부재에 대하여 한 쌍의 상대하는 위치에만 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 제11 발명은 본 제5 내지 제7 발명 중 어느 하나의 접합 구조체에 있어서, 상기 보강재의 폭이 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재의 폭의 0.7 내지 0.95배인 것을 특징으로 한다.
본 제12 발명은 본 제1 내지 제7 발명 중 어느 하나의 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 개구부에 덮개 부재를 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 제13 발명은 본 제1 내지 제7 발명 중 어느 하나의 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 보강재가 두 개 이상의 판형 부재를 성형 가공하고, 용접된 부재인것을 특징으로 한다.
본 제14 발명은 본 제1 내지 제7 발명 중 어느 하나의 발명의 접합 구조체에 있어서, 상기 보강재가 통형 부재를 성형 가공한 부재인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 접합 구조체는 개구부를 갖는 보강재와 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재의 단부 접합부가 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재의 주응력 방향으로부터 멀어지는 방향으로 U자형 또는 V자형으로 굴곡되어 있기 때문에, 보강재의 단부 접합부를 저강성 구조로 할 수 있다. 그 결과, 보강재와 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재의 단부 접합부에 있어서의 응력 집중이 대폭 완화되는 동시에 용접부의 용접 잔류 응력도 대폭 완화되고, 접합 구조체로서의 내력이나 피로 성능이 대폭 향상된다.
보강재의 폭을 기둥형 구조 부재의 폭에 가깝게, 기둥형 구조 부재에 대하여 한 쌍의 상대하는 위치에만 배치함으로써 베이스 플레이트 등의 판형 구조 부재의 한 쪽 폭에 공간면에서 제약이 있으며, 90도 피치로 보강재를 4개 배치하는 것은 기하학상 무리한 경우라도 본 발명의 보강재로 큰 단면 2차 모멘트 및 단면 계수를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 내피로 성능도 압도적으로 향상시키는 것이 가능해지며, 재료비의 저감, 시공 비용의 저감을 도모할 수 있다.
보강재의 개구부에 덮개 부재를 설치함으로써 개구부 내로의 빗물, 먼지의 침입을 방지하고, 보강재, 구조 부재의 부식을 억제할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시 형태를 도시하는 사시도.
도2a는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 평면도.
도2b는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 평면도.
도3a는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 사시도.
도3b는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 사시도.
도4a는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 사시도.
도4b는 본 발명의 다른 실시 형태를 도시하는 사시도.
도5는 도1에 있어서의 보강재 개구부의 일부를 폐색한 실시 형태를 도시하는 사시도.
도6a는 두 개의 판형 부재로 이루어지는 보강재를 제작하는 방법을 도시한 사시도.
도6b는 두 개의 판형 부재로 이루어지는 보강재를 제작하는 다른 방법을 도시한 사시도.
도6c는 네 개의 판형 부재로 이루어지는 보강재를 제작하는 방법을 도시한 사시도.
도7는 통형 부재로 이루어지는 보강재를 제작하는 방법을 도시한 사시도.
도8은 종래 접합 구조체의 사시도.
도9는 종래 접합 구조체를 도시하는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 11 : 기둥형 구조 부재
2 : 판형 구조 부재
3 : 보강재
6 : 개구부
6' : 단부면
7 : 덮개 부재
8 : 기둥형 구조 부재
17 : 접합부
본 발명의 실시 형태를 도면에 의해 설명한다. 도1은 본 발명의 일 실시 형태인 기둥형 구조 부재와 다른 구조 부재로서 판형 구조 부재 사이에 90도 간격으로 4개의 보강재를 배치한 접합 구조체를 도시하는 사시도이며, 도2a, 도2b는 기둥형 구조 부재와 판형 구조 부재 사이에 180도 간격으로 2개의 보강재를 배치한 접합 구조체를 도시하는 평면도이며, 도3a, 도3b는 기둥형 구조 부재와 그에 교차하는 다른 기둥형 구조 부재 사이에 보강재를 배치한 접합 구조체를 도시하는 사시도이며, 도4a, 도4b는 기둥형 구조 부재와 그에 교차하는 복수의 다른 기둥형 구조 부재 사이에 보강재를 배치한 접합 구조체를 도시하는 사시도이다.
도5는 도1에 있어서의 보강재의 개구부의 일부를 폐색한 상태의 접합 구조체를 도시하는 사시도이다. 도6a, 도6b, 도6c는 성형 가공된 두 개 이상의 판형 부재를 용접하고, 보강재를 제작하는 방법의 예를 도시하는 사시도이다. 도7은 성형 가공된 통형 부재로 이루어지는 보강재를 제작하는 방법을 도시한 사시도이다.
도1 내지 도7에 설명한 바와 같이, 개구부, 단부면 및 공간은 원형, 타원형 또는 각이 둥근 다각형상을 갖는다.
도1에 도시된 접합 구조체의 실시 형태에 있어서, 도면 부호 1은 기둥형 구조 부재이며, 도면 부호 2는 기둥형 구조 부재(1)의 하단부에 용접되는 다른 구조 부재로서의 판형 구조 부재이며, 도면 부호 3은 기둥형 구조 부재(1)와 판형 구조 부재(2) 사이에 90도 간격으로 용접되는 보강재이며, 기둥형 구조 부재(1)와 판형 구조 부재(2)로부터 돌출되도록 설치되어 있다. 기둥형 구조 부재(1)에 용접된 보강재(3)의 기둥형 구조 부재(1)와 판형 구조 부재(2)의 접합부(17)로부터 먼측의 단부, 즉 하단부(5)에 있어서, 기둥형 구조 부재(1)의 표면에 따른 보강재(3)의 단면 형상이 U자형 또는 V자형으로 굴곡되어 있다. 또한, 판형 구조 부재(2)에 용접된 보강재(3)의 기둥형 구조 부재(1)와 판형 구조 부재(2)의 접합부(17)로부터 먼측의 단부, 즉 하단부(5)는 판형 구조 부재(2)의 표면에 따른 단면 형상이 U자형 또는 V자형으로 굴곡되어 있다. 이들 상하 단부의 굴곡부에 의해 보강재(3)에는 상기 기둥형 구조 부재(1), 판형 구조 부재(2)와 접하지 않는 측에 보강재(3)의 판 두께(tr)를 포함하지 않는 공간인 개구부(6)가 형성된다. 즉, 개구부(6)는 도1에 있어서, 보강재(3)의 기둥형 구조 부재(1) 및 판형 구조 부재(2)의 양 구조 부재와 접하지 않는 측의 단부에 의해 둘러싸여 보강재(3)의 내부 모서리에 의해 형성되는 공간이다. 또한, 도1에 있어서, 단부면(6')은 보강재(3)의 기둥형 구조 부재(1) 및 판형 구조 부재(2)의 양 구조 부재와 접하지 않는 측의 단부에 의해 형성되는 단부면이며, 보강재(3)의 판 두께(tr)를 포함한다. 통상, 개구부(6) 및 단부면(6')은 긴 직경, 짧은 직경을 가진 타원형상으로 이루어진다. 또, 이 실시 형태에서는 개구부(6)의 크기는 단부면(6')에서 보강재(3)의 판 두께(tr)를 뺀 크기이다. 이 실시 형태의 접합 구조체에 있어서는, 보강재(3)의 상하 단부(4, 5)를 기둥형 구조 부재(1) 및 판형 구조 부재(2)의 주응력 방향으로부터 멀어지는 방향으로 U자형 또는 V자형으로 굴곡시키고 있기 때문에 보강재(3)의 상하 단부(4, 5)를 저강성 구조로 할 수 있다. 그 결과, 보강재(3)의 상하 단부(4, 5)에 있어서의 응력 집중이 대폭 완화되는 동시에 용접부의 용접 잔류 응력도 대폭 완화되고, 접합 구조체로서의 내력이나 피로 성능이 대폭 향상된다. 이 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는보강재의 상하 단부(4, 5)의 굴곡부의 곡률 반경을 보강재(3)의 판 두께의 3배 이상으로 해두는 것이 바람직하다. 곡률 반경이 이보다 작으면 보강재(3)를 만곡시킬 때에 재질 열화가 발생되기 쉬워지고, 또한 강성을 저하시키는 효과도 작아진다. 또, 보강재(3)와 기둥형 구조 부재(1) 및 판형 구조 부재(2)의 용접은 보강재(3)의 바깥 쪽만 행해도 되지만 보강재(3)의 안 쪽으로부터도 용접하는 것이 바람직하다. 또한, 기둥형 구조 부재(1)와 판형 구조 부재(2)의 용접부와 보강재(3)의 중첩을 피하기 위해 보강재(3)의 기둥형 구조 부재(1)와 판형 구조 부재(2)의 용접부(17)에 대응하는 위치, 즉 개구부와 반대측 보강재(3)의 안 쪽의 모서리부에 스캘럽을 설치해도 된다. 보강재(3)의 개구부(6)에는 내부에 빗물, 먼지의 침입을 방지하기 위한 덮개 부재(7)(도1의 강목 모양으로 도시한다)를 설치하는 것이 바람직하다. 덮개 부재(7)의 판 두께가 보강재(3)의 판 두께 이하이면 보강재(3)에 작용하는 응력이 완화된다. 또, 덮개 부재(7)의 판 두께는 보강재(3)의 판 두께인 0.5배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 덮개 부재(7)의 재질은 보강재(3)의 재질보다도 연질인 것이 바람직하다. 덮개 부재(7)를 설치하는 대신에 개구부에 발포 수지 등의 충전재를 충전해도 된다.
도2a, 도2b에 도시되는 접합 구조체의 실시 형태는 기둥형 구조 부재(1)의 하단부에 폭이 좁은 판형 구조 부재(2)가 용접되고, 기둥형 구조 부재(1)와 폭이 좁은 판형 구조 부재(2) 사이에 도1에 도시되는 실시 형태와 마찬가지 보강재(3)가 기둥형 구조 부재(1)에 대하여 한 쌍의 상대하는 위치에만 용접되어 배치된다. 도2a는 Y 방향의 판 폭 제약은 강하지만, X 방향의 판 폭 제약은 약한 경우이며, 도2b는 X 방향의 판 폭 제약도 강한 경우(판형 구조 부재(2)의 X 방향의 폭이 기둥형 구조 부재(1)의 외경의 3배 정도밖에 얻을 수 없는 경우)이다. 도2b와 같은 경우, 보강재(3)의 폭 W, 즉 보강재(3)의 중심과 기둥형 구조 부재(1)의 중심을 잇는 축선에 직교하는 방향(Y축 방향)의 길이는 기둥형 구조 부재(1)의 폭에 가깝고, 기둥형 구조 부재의 폭의 70 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 상한은 가공성을 고려하면 95 ％ 이하가 바람직하다. 또한, 바람직하게는, 보강재(3)의 개구부(6)에는 덮개 부재(7)를 설치한다.
기둥형 구조 부재(1)에 대하여 한 쌍이 상대하는 위치에만 배치되는 보강재(3)는 그 중심면과 판형 구조 부재(2)의 면과의 교선 X축 주변 및 이와 직교하는 Y축 주변의 굽힘 모멘트에 대하여 충분한 강성 및 강도를 확보하도록 설계된다. Y축 주변의 굽힘 모멘트에 대항하려면 보강재(3)의 판 두께(t)와 돌출 길이 L를 필요한 만큼 확보함으로써 실현할 수 있으므로 베이스 플레이트 등의 판형 구조 부재(2)가 폭이 좁은 형상이어도 대응 가능하다.
X축 주변의 굽힘 모멘트에 대항하기 위해서는 폭이 좁은 판형 구조 부재(2)로 했을 경우, 폭 방향(Y축 방향)에 보강재(3)를 설치할 수 없다는 제한 아래에서는 보강재(3)의 폭 W(보강재가 차지하는 폭)를 넓히는 것이 바람직하다.
보강재(3)의 폭(보강재가 차지하는 폭) W라 함은 도2a, 도2b에 도시한 바와 같이, 보강재(3)의 판형 구조 부재(2)에 용접된 부분의 Y 축 방향의 폭의 최대값을 말한다.
기둥형 구조 부재(1)가 원형 강관 기둥일 경우 기둥형 구조 부재(1)의 폭을직경 D, 판 두께를 t로 하고 단면 2차 모멘트(I1)와 단면 계수(Z1)는
I1= (π/64) ×{D4- (D-2·t)4} ≒ (π/8) ×D3·t
Z1= (π/32) ×{D3- (D-2·t)3} ≒ (π/4) ×D2·t
한편, 보강재(3)의 바닥면의 단면 2차 모멘트(I2)와 단면 계수(Z2)는
I2= L·W2·t
Z2= 2L·W·t
따라서, I2가 I1과 동등하기 위한 W의 하한값 Wa는
Wa =
Z2가 Z1과 동등하기 위한 W의 하한값 Wb는
Wb = (π/8L) ×D2
이다.
여기서, 실제 가공으로는 도2b와 같이 X 방향의 판 폭 제약도 있는 경우가 많고, L = 0.75D 정도인 경우가 많으므로,
Wa == 0.72D
Wb = (π/8L) ×D2= 0.52D
따라서, 보강재(3)의 폭 W는 기둥형 구조 부재(1)의 폭에 가까운 것이 바람직하고 구체적으로는 기둥형 구조 부재(1)의 폭의 0.7 내지 0.95배인 것이 바람직하다.
도3a, 도3b에 도시된 접합 구조체의 실시 형태는 기둥형 구조 부재(1)의 하단부에 상기 기둥형 구조 부재(1)와 교차하는 방향으로 연장되는 다른 기둥형 구조 부재(3)가 접합되고, 기둥형 구조 부재(1)와 다른 기둥형 구조 부재(8) 사이에, 도1 및 도2에 도시된 것과 마찬가지 보강재(3)를 배치한 것이다. 도면에서는 보강재(3)는 1개만 배치되어 있지만 더욱 보강이 필요한 경우에는 기둥형 구조 부재(1)를 끼워서 대면에 또 보강재(3)를 배치해도 상관없다. 또한, 보강재(3)의 개구부(6)에는 덮개 부재(7)를 설치하는 것이 바람직하다.
도4a, 도4b에 도시된 접합 구조체의 실시 형태는 기둥형 구조 부재(1)에 복수의 다른 기둥형 구조 부재(8)가 교차하여 접합되고(도면에는 2개인 예), 기둥형 구조 부재(1)와 복수의 다른 기둥형 구조 부재(8) 사이에 도1, 도2, 도3에 도시된 것과 마찬가지 보강재(3)를 배치한다. 다른 기둥형 구조 부재(8)의 기둥형 구조 부재(1)로의 교차 각도는 90도에 한하지 않고, 어떠한 각도로 교차하는 것에도 적용 가능하다. 보강재(3)의 개구부(6)에는 덮개 부재(7)를 설치하는 것이 바람직하다.
도5에 도시된 접합 구조체의 실시 형태는 도1에 도시한 접합 구조체의 개구부의 일부를 보강재(3)의 판 두께와 동등 이상의 판 두께를 갖는 판형 부재(18)에 의해 덮은 것이다. 즉, 도5에 도시된 보강재(3)의 개구부(6)의 긴 직경은 보강재(3)의 기둥형 구조 부재(1) 및 다른 구조 부재(2)와 접하지 않는 측의 단부에 의해 형성되는 면, 즉 단부면(6')의 긴 직경 보다도 짧게 되어 있으며, 개구부(6)는 작게 되어 있다. 이 개구부(6)의 긴 직경은 단부면(6')의 긴 직경의 0.5배 이상이면 보강재(3)에 작용하는 응력을 완화할 수 있다. 또, 개구부(6)의 긴 직경은 단부면(6')의 긴 직경의 0.8배 이상인 것이 바람직하다. 개구부(6)의 긴 직경의 단부면(6')의 긴 직경에 대한 비는 도1에 도시한 바와 같이, 개구부가 폐색되어 있지 않는 경우에 최대가 되며, 개구부(6)의 긴 직경의 단부면(6')의 긴 직경에 대한 비의 최대값은 보강재(3)의 형상 및 판 두께에 따라 변화한다. 이와 같은 경우, 개구부(6)의 긴 직경은 단부면(6')의 긴 직경의 1배 미만이다. 또, 개구부에는 긴 직경이 도1 내지 도4에 도시한 것 보다도 짧은 덮개 부재(7)를 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 보강재는 두 개 이상의 판형 부재를 굽힘 가공하고 용접함으로써 형성할 수 있다. 예를 들어, 도6a에 도시한 바와 같이, 보강재(3)를 일점쇄선에 평행한 종단면에 의해 굴곡부로 2분할한 형상의 판형 부재(19, 20)를 프레스 가공에 의해 형성하고, 굴곡부 끼리를 맞대어 용접하면 된다. 또한, 도6b에 도시한 바와 같이, 보강재를 짧은 직경에 평행한 단면으로, 예를 들어 보강재의 개구부의 짧은 직경과 기둥형 구조 부재와 다른 구조 부재의 접합부 근방이 되는 모서리부를 잇는 일점쇄선으로 평행한 단면으로, 2분할한 형성의 판형 부재(21, 22)를 굽힙 가공에 의해 형성하고, 두 개의 부재를 개구부를 형성하도록 맞대어 용접해도 된다. 또한, 도6c에 도시한 바와 같이, U자형 부분을 분리하여 두 개의 5각형의 판형 부재(23, 24)와 두 개의 U자형 부재(25, 26)를 제작하고, 네 개의 부분을 일점쇄선으로 도시된 위치에서 맞대어 용접해도 된다.
또한, 본 발명의 보강재는 도1의 개구부가 바닥면이 되는 형상으로 판형을 프레스 가공함으로써 제조할 수 있다. 이 경우, 프레스 가공의 판재의 바닥면의 일부 또는 전방부를 절단하여 구멍을 형성함으로써 개구부를 형성할 수 있다. 판재의 재질, 판 두께에 의해서는 프레스 가공하기 전에 판재를 가열해도 된다.
또한, 본 발명의 보강재는 도7에 도시한 바와 같이, 이 통형의 부재(27)를 절단함으로써 제조할 수 있다. 이 통형의 부재(27)의 타원형상의 단면을 개구부(6)로 하고, 이를 기둥형 구조 부재(1)와 다른 구조 부재(2)의 접합부로부터 먼측이 되도록 용접하면 된다. 이 경우, 도7에 일점쇄선으로 표시한 통형의 부재(27)의 절단부는 기둥형 구조 부재(1) 및 다른 구조 부재(2)에 용접되는 위치에 대응하는 양 구조 부재의 표면 형상에 따르는 형상으로 하면 된다. 또한, 통형의 부재(27)는 편평하게 하여 단면을 타원형상으로 해도 상관없다. 통형의 부재(27)는 예를 들어, 전기 접합 강관 또는 시임리스 강관을 그대로의 형상, 또는 편평 형상으로 프레스 가공하여 제조할 수 있다. 이와 같이 하여 제조한 보강재를 예를 들어, 판형 구조 부재에 기둥형 구조 부재를 수직으로 접합한 구조체에 용접할 경우, 보강재의 U자형 또는 V자형의 굴곡부의 꼭대기부에 있어서의 능선은 기둥형 구조 부재의 축선에 대하여 경사진 상태가 된다.
또한, 본 발명의 보강재는 예를 들어 도9에 도시한 종래 보강재(13)의 개방 단부(16)의 선단을 U자형상으로 굴곡시켜 선단 끼리를 맞대어 용접함으로써 제조해도 된다. 즉, 도9에 도시한 상단부(15)에 U자형 또는 V자형의 굴곡부를 갖고, 타단부에 개방 단부(16)를 갖는 보강재(13)의, 기둥형 구조 부재(10) 및 판형 구조 부재(11)와 접촉하지 않는 측에 형성된 개방면이 개방 단부(16)의 선단을 U자형 또는 V자형으로 굴곡시켜 그 선단 끼리가 용접 접합됨으로써 개구부(6)가 된다.
도1에 도시된 실시 형태에 있어서, 기둥형 구조 부재의 외경 D: 163 ㎜, 기둥형 구조 부재의 두께 tp: 4.5 ㎜, 판형 구조 부재의 두께 tb: 25 ㎜, 보강재의 두께 tr: 6.0 ㎜, 보강재의 기둥형 구조 부재측의 길이 hp: 200 ㎜, 보강재의 판형 구조 부재측의 길이 hb: 100 ㎜, 보강재의 폭 W : 40 ㎜, 보강재의 기둥형 구조 부재측(상단부)의 곡률 반경 rp: 40 ㎜, 보강재의 판형 구조 부재측(하단부)의 곡률 반경 rb: 40 ㎜으로 하여 기둥형 구조물(1)에 수평력을 부하하는 시험을 실시한 결과 충분한 내력을 갖는 것이 증명되었다.
본 발명의 접합 구조체는 개구부를 갖는 보강재와 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재의 단부 접합부가 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재의 주응력 방향으로부터 멀어지는 방향으로 U자형 또는 V자형으로 굴곡되어 있기 때문에, 보강재의 단부 접합부를 저강성 구조로 할 수 있다. 그 결과, 보강재와 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재의 단부 접합부에 있어서의 응력 집중이 대폭 완화되는 동시에 용접부의 용접 잔류 응력도 대폭 완화되고, 접합 구조체로서의 내력이나 피로 성능이 대폭 향상된다.
보강재의 폭을 기둥형 구조 부재의 폭에 가깝게, 기둥형 구조 부재에 대하여 한 쌍의 상대하는 위치에만 배치함으로써 베이스 플레이트 등의 판형 구조 부재의 한 쪽 폭에 공간면에서 제약이 있으며, 90도 피치로 보강재를 4개 배치하는 것은 기하학상 무리한 경우라도 본 발명의 보강재로 큰 단면 2차 모멘트 및 단면 계수를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 내피로 성능도 압도적으로 향상시키는 것이 가능해지며, 재료비의 저감, 시공 비용의 저감을 도모할 수 있다.
보강재의 개구부에 덮개 부재를 설치함으로써 개구부 내로의 빗물, 먼지의 침입을 방지하고, 보강재, 구조 부재의 부식을 억제할 수 있다.

Claims (14)

  1. 기둥형 구조 부재를 다른 구조 부재에 접합한 접합 구조체에 있어서, 접합되는 기둥형 구조 부재와 다른 구조 부재에는 상기 구조 부재의 접합을 보강하기 위한 판형의 보강재가 용접되어 있으며, 상기 보강재는 상기 구조 부재의 표면에 따른 형상이 두 개 이상의 U자형 또는 V자형의 굴곡부를 갖고, 또한 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  2. 기둥형 구조 부재를 다른 구조 부재에 접합하고, 상기 기둥형 구조 부재 및 상기 다른 구조 부재에 보강재가 용접된 접합 구조체에 있어서, 상기 보강재는 상기 양 구조 부재의 표면으로부터 돌출하고, 상기 양 구조 부재의 표면에 따른 단면 형상이 U자형 또는 V자형인 굴곡부를 상기 양 구조 부재의 접합부로부터 먼 측에 갖고, 적어도 상기 굴곡부는 상기 양 구조 부재에 용접되어 상기 양 구조 부재와 접하지 않는 측에 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 개구부를 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재와 접하지 않는 측의 보강재의 단부에 의해 형성되는 단부면에 갖고, 상기 개구부가 상기 보강재의 내부 모서리에 의해 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 개구부를 기둥형 구조 부재 및 다른 구조 부재와 접하지 않는 측의 보강재의 단부에 의해 형성되는 단부면에 갖고, 상기 개구부의 긴 직경이 상기 단부면의 긴 직경의 0.5 배 이상 1배 미만인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  5. 기둥형 구조 부재에 복수의 다른 기둥형 구조 부재를 접합하고, 두 개의 다른 기둥형 구조 부재에 보강재가 용접된 접합 구조체에 있어서, 상기 보강재는 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재의 표면으로부터 돌출되고, 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재의 표면에 따른 단면 형상이 U자형 또는 V자형인 굴곡부를 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재와 상기 기둥형 구조 부재의 접합부로부터 먼 측에 갖고, 적어도 상기 굴곡부는 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재에 용접되고, 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재 및 상기 기둥형 구조 부재와 접하지 않는 측에 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 개구부를 두 개의 다른 기둥형 구조 부재 및 기둥형 구조 부재와 접하지 않는 측의 보강재의 단부에 갖고, 상기 개구부가 상기 보강재의 내부 모서리에 의해 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  7. 제5항에 있어서, 상기 개구부를 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재 및 상기 기둥형 구조 부재와 접하지 않는 측의 상기 보강재의 단부에 의해 형성되는 단부면에 갖고, 상기 개구부의 긴 직경이 상기 단부면의 긴 직경의 0.5 배 이상 1배미만인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다른 구조 부재가 판형 부재인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다른 구조 부재가 상기 기둥형 구조 부재와 교차하는 기둥형 부재인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재의 폭이 상기 기둥형 구조 부재의 폭의 0.7 내지 0.95배이고, 상기 기둥형 구조 부재에 대하여 한 쌍의 상대하는 위치에만 배치되는 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  11. 제5항 내지 제7항에 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재의 폭이 상기 두 개의 다른 기둥형 구조 부재의 폭의 0.7 내지 0.95배인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구부에 덮개 부재를 설치하는 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재가 두 개 이상의 판형 부재를 성형 가공하고, 용접한 부재인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재가 통형 부재를 성형 가공한 부재인 것을 특징으로 하는 접합 구조체.
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