KR20060032961A - 향상된 비임 - Google Patents

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KR20060032961A
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flanges
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KR1020057024615A
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로스 존 바아틀트
로스 이안 뎀프시
루셀 람버트 왓킨스
알렉산더 놀러
케이지 요코야마
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스모르곤 스틸 라이트스틸 프로덕츠 피티와이 리미티드
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Abstract

중공형 플랜지 채널 비임은 한쌍의 좁은 사각형 단면 플랜지들을 가진 평탄한 웹을 가지며, 상기 한쌍의 플랜지들은 상기 웹의 반대 측부를 따라서 연장되고 그리고 상기 웹의 반대편 측부를 따라서 같은 방향으로 연장된다. 단면은 Wf=(0.3)Db, Wf=(3.0)Df 및, WF=(30)t 일 때 최적화된다.

Description

향상된 비임{An improved beam}
본 발명은 구조물 비임에서의 향상에 관한 것이다.
본 발명은 특히, 전적으로 그러한 것은 아닐지라도, 중공형의 플랜지화된 채널(flanged channel)에 관한 것으로서, 여기에서 웹(web)의 반대편 측들을 따라서 대향하는 중공형 플랜지들이 웹으로부터 이탈되게 같은 방향으로 연장된다.
역사를 통하여, 빌딩, 교량, 선박 구조물, 트럭 차체 및 섀시, 항공기등을 포함하는 모든 방식의 구조물을 위한 비임(beam) 또는 거더(girder)와 같은, 보다 저렴하고 그리고/또는 강한 구조 부재들을 개발하려는 공학자들의 연구가 계속되었다.
수천년 동안 재목은 빌딩과 교량에서 구조물 비임을 위한 주된 재료의 원천이었으며, 특히 지난 수세기 동안에는 재목으로부터 주철로, 단조물로, 연강으로, 그리고 그때 이래로 정교한 강철 합금으로 극적인 진전을 이루었다. 구조물 비임의 재료들에서의 진전과 함께 제조 기술에서의 향상이 이루어졌으며 이는 다시 구조 엔지니어링에서의 현저한 진보를 가능하게 하였다. 구조 엔지니어링에서의 이러한 변화의 기간과 개발을 통하여, 역사는 특이한 추진력들의 출현을 보게 되는데, 이것은 이러한 변화 및, 개발의 특성과 방향에 심오한 영향을 미쳤다. 그러한 추진력 들은 노동력 비용, 재료 비용 및, 보다 최근에는 환경 문제등을 포함한다.
미국 의장 특허 제 27394 호 및, 제 28864 호는 각각 초기 형태의 I 비임과 C 채널을 개시는 반면에, 미국 특허 제 426,558 호는 중공형 플랜지 비임의 초기 형태를 도시하는데, 이는 주물 공정에 의해 제작될 수 있는 것이다.
제조 방법들에서의 향상은 구조상의 성능을 보유하면서 다음에는 구조 부재들의 질량을 감소키는 것에 이르게 된다. 미국 특허 제 1,377,251 호는 중공형 플랜지의 골(trough)형 채널의 냉간 압연을 나타내는 반면에, 미국 특허 제 3,199,174 호는 금속의 분리된 스트립들을 함께 용접함으로써 I 형상 비임들의 제조 및 강화 방법을 개시한다. 미국 특허 제 4,468,946 호는 금속의 박판을 굽힘으로써 라멜라 형상인 단면을 가진 비임의 제조 방법을 설명하고, 미국 특허 제 4,433,565 호는 다양한 단면 형상을 가진 금속 부재들의 냉간 또는 열간 형상화에 의한 제조를 설명한다. 미국 특허 제 3,860,781 호 및, 러시아 발명자증 제 245935 호는 모두 분리된 웹과 함께 용접된 플랜지 스트립들로부터 I 비임을 자동화로 제조하는 것을 설명한다. 미국 특허 5,022,210 호는 밀(mill)로 가공된 재목 비임(timber beam)을 개시하는데, 이것은 웹의 반대 측들을 따라서 연장되고 속이 채워진 플랜지보다 좁은, 속이 채워진 중앙의 웹 부분을 가진다.
미국 특허 제 5,012,626 호에 설명된 바와 같이, 복수개의 구성 요소들로부터 제조된 복합 비임 또는 트러스 구조물이 공지되어 우수한 중량 대 강도 비율을 제공하는데, 상기 미국 특허는 횡단하는 물결형 웹에 연결된 평탄 플랜지를 가지는 I 비임과 같은 구조물을 설명한다. 다른 횡단 물결형 웹 비임들은 미국 특허 제 3,362,056 호 및, 제 6,415,577 호에 개시되어 있는데, 이들은 모두 사각형 단면의 중공형 플랜지 부재들을 고려한다. 중공 사각 단면 플랜지를 가진 다른 횡단 물결형 웹 비임(web beam)들은 호주 특허 716272 호 및, 호주 특허 출원 AU 1986-52906 호에 설명되어 있다. 물결형 웹들을 가진 중공형 플랜지 비임들의 제조 방법은 미국 특허 4,750,663 호에 개시되어 있다.
선행 기술에는 광범위하게 변화하는 형상의 구조 부재들 및, 비임들이 많이 있는 반면에, 그러한 구조 부재들 또는 비임들의 일부가 예를 들면 종래의 열간 압연 I 비임을 대체하는 일반적인 목적으로 설계되었다 할지라도, 그들 대부분은 특정한 최종의 용도를 염두에 두고 설계되었다. 미국 특허 제 3,241,285 호는 얇은 오스테나이트 강의 중공형으로 제조된 비임을 설명하는데, 이것은 교량 건설의 적용예에서 열간 압연의 I 비임들 보다 낮은 유지 비용과, 높은 중량 대 강도 비율을 제공한다. "델타(Delta)" 거더(girder)로서 알려진, 다른 유형으로 제조된 교량 거더는 1964 년 10 월자의 AISC 공학 저널, 132 - 136 면에 개시되어 있다. 이러한 디자인에 있어서, 하나 또는 양쪽의 플랜지 플레이트(flange plate)들은 플랜지 플레이트(들)와 웹 사이의 양쪽 측부상에서 비임의 전체 길이에 연장된 플레이트들을 조임으로써 강화된다.
미국 특허 제 5,692,353 호는 예비 조립된 지붕과 마루 트러스로서 이용하기 위하여 이격된 목재 블록에 의해 분리된 냉간 압력 삼각형 중공 부분 플랜지를 구비하는 복합 비임을 설명한다. 영국 특허 출원 GB 2 093 886 호는 전체적으로 J 의 형상인 단면을 가진 냉간 압연 지붕 도리들보(purlin)를 설명하는 반면에, 영국 특 허 출원 GB 2 102 465 호는 금속의 단일 스트립으로부터 압연된 I 또는 H 단면 비임을 설명한다. 국제 공보 WO 96/23939 호는 지붕 지지용 건축에서 이용되기 위한 C 단면 도리들보를 설명하고, 미국 특허 제 3,256,670 호는 중공형 플랜지와 함께 이중 두께의 웹을 가진 박판 금속 들보를 설명하는데, 웹과 플랜지들은 들보가 주조 콘크리트 마루 구조 안으로 편입될 수 있도록 천공된다.
미국 특허 제 6,436,552 호는 웹 부재에 의해 분리된 중공형 플랜지들을 가지는, 냉간 압연 형성된 박판 금속 구조 부재를 설명한다. 이러한 부재는 지붕 트러스 또는 마루 들보에서 코드 부재(chord member)로서 기능하도록 의도된다.
상기 언급된 예의 구조 부재들 또는 비임들은 수많은 적용예들에 대하여 비임을 향상시키도록 현재 진행되는 노력의 단지 일부만을 나타낸 것이다. 그러나, 본 발명은 특히 중공형 플랜지 비임들에 관한 것으로서 그것의 초기 예는 위에서 언급된 미국 특허 제 426,558 호에 설명되어 있다. 질량을 증가시키지 않으면서 플랜지 단면을 증가시키는 중공형 플랜지들의 이용은 종래 기술에 공지되어 있다. 중공형 플랜지 비임들의 다른 초기 예는 미국 특허 991,603 호에 설명되어 있는데, 여기에서는 삼각형 단면 플랜지들의 자유 가장자리들이 웹에 용접되지 않으면서 웹으로 전환된다. 유사한 비용접 중공형 플랜지 비임들은 미국 특허 제 3,342,007 호 및, 국제 공보 WO 01/17328 에 설명되어 있다.
플랜지들과 웹 사이에 필렛(fillet)으로 용접 연결된, 중공형 플랜지 I 비임과 같은 구조물은 미국 특허 제 3,517,474 호 및, 러시아 발명자증 제 827723 호에 설명되어 있다. 스웨덴 공보 번호 제 444464 호에 도시된 압출 알루미늄 비임에 는 하나의 웹 면으로부터 돌출된 중공 사각형 플랜지들을 가진 리브 평탄 웹(ribbed planar web)이 형성되어 있는데, 중공형 플랜지들은 웹의 일면에 형성된 이격된 수용 리브(receiving ribs)들의 안으로 클립 고정된 U 자 형상의 압출부에 의해 형성된다.
미국 특허 제 3,698,224 호는 이격된 중공형 플랜지들 사이에 이중 두께의 웹을 형성하도록 용접된 시임 강철 배관(seam steel tubing)을 변형시킴으로써 중공형 플랜지를 가진 채널 단면과 H 및 I 비임들을 형성하는 것을 개시한다.
미국 특허 제 6,115,986 호, 제 6,397,550 호 및, 한국 특허 출원 2001077017 A 는 냉간 압연 형성된 박판 강철 구조 부재들을 설명하는데, 이것은 각각의 플랜지로부터 연장된 립(lip)이 스폿 용접, 리벳 또는 클린치(clinches)에 의해서 웹의 면에 대하여 고정되는 중공형 플랜지들을 가진다. 미국 특허 제 6,115,986 호 및, 제 6,397,550 호에 개시된 비임들은 벽의 스터드로서 채용되는데, 이것은 클래딩(cladding)이 나사나 또는 못에 의해서 중공형 플랜지들에 고정될 수 있게 한다.
영국 특허 GB 2 261 248 은 압출이나 또는 냉간 압연 성형에 의해 형성된 중공형 플랜지 토션의 저항 사다리형 선틀(stiles)을 설명한다.
미국 특허 제 6,591,576 호는 차량용의 길이 방향으로 원호화된 범퍼 바아 강화 부재를 제조하도록 프레스 성형에 의해 형상화된 단면상의 만곡된 웹을 가진 중공형 플랜지 채널 형상 구조 부재를 설명한다.
위에서 설명된 중공형 플랜지 구조 부재의 대부분은 고정되지 않은 자유 가 장자리를 가진 폐쇄 플랜지와 함께 제조되거나, 또는 그렇지 않으면 별도의 공정에서 용접이나 또는 그와 유사한 것에 의하여 고정된 자유 가장자리를 가지는 것으로 개시되는데 반해, 미국 특허 제 5,163,225 호는 중공형 플랜지들의 자유 가장자리가 웹의 가장자리에 대하여 직선상의 2 중 용접 공정으로 고정되었던 냉간 압연 공정을 최초로 설명하였다. 이러한 비임은 "도그본(Dogbone)"(등록상표)으로서 알려져 있으며 전체적으로 삼각형의 단면을 가진 중공형 플랜지들을 가진다. 미국 특허 제 5,373,679 호는 미국 특허 5,163,225 호의 공정에 의해 제작된 2 중 용접 중공형 플랜지의 "도그본" 비임을 설명한다. I 또는 H 단면의 종래 유니버설 비임(universal beam)들에 대한 인지된 위협에 대항하도록 가벼운 질량의 얇은 단면으로 열간 압연된 유니버설 비임이 시장에 도입되었던 것은, 이들 비임에 의해 제공되는 가격 대비 성능이었다.
미국 특허 제 5,163,225 호에 설명된 2 중 용접 "도그본" 공정의 다른 개발은 미국 특허 제 5,403,986 호에 개시되었는데, 이것은 중공형 플랜지 비임들의 제조를 다루고 있으며 여기에서 플랜지(들)와 웹(들)은 미국 특허 제 5,163,225 호에 있는 금속의 단일 스트립과는 다르게 금속의 분리된 스트립으로부터 형성되었다. 중공형 플랜지 비임들을 형성하기 위한 다중의 스트립 공정의 다른 발전은 미국 특허 제 5,501,053 호에 설명되었는데, 이것은 파일(pile) 박기, 벽 쌓기, 구조 장벽이나 또는 그와 유사한 구조상의 적용예에서 이용되기 위하여, 근접 비임의 중공형 플랜지 안에 하나의 중공형 플랜지 비임의 플랜지가 망원경식으로 연계되는 것을 허용하도록 적어도 하나의 플랜지의 길이 방향으로 연장된 슬롯으로 형성된 구멍을 가진 중공형 플랜지 비임을 시사한다.
2 중 용접 "도그본" 공정의 다른 발전은 호주 특허 제 724555 호 및, 미국 의장 417,290 호에 설명되어 있다. 중공형 플랜지 비임은 코드 부재(chord member) 안의 채널화된 요부에 고정되어 있는 조립 웹 구조를 가진 트러스 비임의 상부와 하부 코드로서 작용하도록 채널 단면으로서 형성된다.
비슷한 질량의 다른 중공형 플랜지 비임들보다 전체적으로 우수하지만, 중공형 플랜지 "도그본" 비임들은 제조 및 성능에 있어서 여러 가지 제한을 받는다. 제조상의 관점에서, 종래의 튜브 밀(tube mill)로부터 이용될 수 있는 "도그본" 비임들의 크기의 범위는 하단부에서 내측 밀 롤(mill roll)의 근접에 의해서 제한되었으며, 그렇지 않다면 대형 단부에서 롤 스탠드(roll stands)의 크기에 의해 제한된다. 종래의 "개방"(비용접) 중공형 플랜지 비임들이나 또는 종래의 각도 단면을 가진 I 비임, H 비임 및, 채널들에 비교했을 때 "도그본" 비임들이 전체적으로 단위 비용 또는 단위 질량당 증가된 용량을 나타낼지라도, 이들은 또한 경이적으로 높은 비틀림 견고성을 나타내며, 따라서 긴 길이에 걸쳐서 (측방향) 토션 버클링(torsional buckling)에 대한 저항을 나타낸다. 이러한 중공형 플랜지 비임들은 다른 유사한 제품들에서 발견되지 않는, 특이한 파괴의 측방향 왜곡 버클링 모드에 기인하여 파괴되었다. 마찬가지로, 경사진 내측의 플랜지 면들이 일부 구조상의 적용예에서 조류 및 설치류 유해 동물에 대한 우수한 억제를 제공하였지만, 플랜지가 국부적인 지탱 파괴에 저항하는 역량은 플랜지 쿠션에 기인한 I 비임과 같은 다른 비임들보다 작다. 또한, 단면 형상 때문에 특수한 부착 고정구들이 필요하였다.
통상적으로, 구조물에서 이용되기 위한 구조 비임의 선택은 항상 엔지니어에 의하여, 라미네이션된 재목, 열간 압연된 H-, L- 또는 I 비임들과 채널들, C-, Z-, J- 형상의 도리들보나 그와 유사한 것의 냉간 압연된 비임들과 같은 용이하게 이용될 수 있는 "표준적인" 비임들의 범위에서 단면효율과 하중 지탱 용량을 확인하도록 표준 엔지니어링 표를 참고한 후에 만들어진다. 단위 질량당 굽힘 용량의 값이 높을수록, 단면은 보다 효율적이다. 이러한 값은 단위 비용당 성능을 측정하게 하여 각각의 제품에 대한 단위 질량당 비용을 고려함으로써 다양한 비임들의 비용 효율의 비교를 가능하게 한다.
특별한 성능 요건들이 비임에 대해서 요구되는 경우에, 비용 또는 비용 효율이 다른 인자들에 의해 지배될 수 있으며, 종종 이러한 것이 특정한 적용예를 위한 특수 목적의 비임을 설계하는 원동력이 된다. 다른 점에서, 선행 기술이 명백하게 나타내는 바와 같이, 널리 이용되는 종래 일반 목적용의, 재목으로 라미네이트된 비임들, 열간 압연의 I-, L- 및, H- 비임들, 열간 압연된 채널 및, 다양한 단면 형상의 냉각 압연된 도리들보 비임들보다 큰 단면 효율을 가지는 보다 비용 효과적인 일반 목적의 비임을 제조하기 위한 계속적인 추구가 있어왔으며 현재도 계속되고 있다. 수많은 종래 기술의 "발전"들의 그 어느 것도 광범위한 이용을 위해서 설사 채용되었을지라도 거의 채용된 바 없다는 사실은 아마도 전체적인 비용 효율을 전체적인 단면 효율과 조합시키는 것에 있어서의 불능성에 기인한 것이다.
본 발명의 양수인은 "도그본" 이중 용접 중공형 플랜지 비임 발명들에 대한 계승자이고, 중공형 플랜지의 2 중 용접 냉간 압연된 일반 목적 비임을 설계할 목 적으로 "도그본" 유형의 비임을 구조물로 편입시키는 실제 비용을 철저하게 조사하였는데, 상기 중공형 플랜지의 2 중 용접 냉간 압연된 일반 목적 비임은 종래 기술의 통상적인 일반 목적 비임들의 그 어떤 것보다 전체적으로 비용 효과적이었으며, 그렇지 않다면 "도그본" 비임에서 인식된 몇가지 단점들, 즉, 국부화된 하중으로써 플랜지가 부서지는 것에 대한 연결성 및, 용량의 단점을 극복하였다.
건설업자, 엔지니어 및, 건축가들과 함께 다양한 비임 프로파일에 대한 개별 제품의 특질 유용성을 측정하도록 공동 연구 방법론이 개발되었다. 이들 중요한 특질들은 다음에 유용성 등급을 만들도록 값이 할당되었으며, 그러한 유용성 등급으로부터 다양한 유형의 비임들에 대한 고객 가치 분석은 단순한 비용/단위 질량 및 단면 효율이 아닌, 많은 제품 특질에 기초한 직접 비교를 가능하게 하였다. 이러한 고객 가치 유용성 분석으로부터, 연강 및, 얇은 표준 치수의 고강도 강철 모두에서 일련의 2 중 용접의 중공형 플랜지 비임이 라미네이트된 재목 비임 뿐만 아니라 I- 및, H- 비임들과 열간 압연된 채널과 같은 열간 압연 강철 비임들에 대한 잠재적인 대체물로서 발명되었다.
열간 압연된 강철 비임들에 대하여 고려된 많은 특질들 중에서, 크레인으로 취급하는 것에 대한 비용과 연결성은 중요한 문제이다. 열간 압연된 구조 비임들의 플랜지에 대한 부착이 가능한 클립을 설명하는 미국 특허 제 6,637,172 호는 그러한 비임들의 연결 문제를 나타낸다. 재목이 관련되는 한, 낮아지는 이용성, 길이의 이용성, 흰개미, 직선성 및, 날씨의 악화는 고객의 가치 분석에 부정적으로 영향을 미치는 중요한 인자들이다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 일반 목적 구조 비임들의 적어도 일부 단점들을 극복하거나 또는 경감시키는 것이며, 그러한 종래 기술의 일반 목적 구조물 비임들보다 큰 전체적인 고객 이용성을 가진 구조 비임을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따라서 채널 형상의 구조 비임이 제공되는데, 이것은:
평탄한 신장된 웹(web); 및,
반대 측부들을 따라서 상기 웹의 평면으로부터 직각으로 서로 평행하게 연장된 중공형 평행 측부 플랜지;를 구비하며, 상기 중공형 플랜지들은 모두 상기 웹의 상기 평면으로부터 이탈되게 같은 방향으로 연장되고, 상기 비임은 상기 웹의 상기 평면에 직각인 방향에서 반대 단부 면들 사이의 각각의 상기 플랜지의 폭과 상기 플랜지들의 대향하는 외측 면들 사이의 상기 비임의 깊이의 비율은 0.2 내지 0.4 의 비율이다.
바람직스럽게는, 각각의 상기 플랜지의 깊이에 대한 각각의 상기 플랜지의 폭의 비율은 1.5 내지 4.00의 범위이다.
적절하게는, 웹의 두께에 대한 플랜지의 폭의 비율은 15 내지 50 의 범위이다.
필요하다면, 각각의 상기 플랜지의 상기 폭과 상기 플랜지의 깊이의 비율은 2.5 내지 3.5 의 범위이다.
바람직스럽게는, 각각의 상기 플랜지의 상기 폭과 각각의 상기 플랜지의 상기 깊이의 비율은 2.8 내지 3.2 의 범위이다.
상기 비임의 깊이에 대한 각각의 상기 플랜지의 폭의 비율은 0.25 내지 0.35 의 비율일 수 있다.
바람직스럽게는, 상기 비임의 깊이에 대한 각각의 상기 플랜지의 폭의 비율은 0.28 내지 0.32의 범위이다.
필요하다면, 웹의 두께에 대한 플랜지의 폭의 비율은 25 내지 35 의 범위일 수 있다.
바람직스럽게는, 웹의 두께에 대한 플랜지의 폭의 비율은 28 내지 32 의 범위이다.
적절하게는, 상기 비임이 강철로부터 제조된다.
바람직스럽게는, 상기 비임이 300 MPa 보다 큰 고강도의 강철로부터 제조된다.
필요하다면, 상기 비임이 스테인레스 스틸로부터 제조될 수 있다.
비임은 중공형 플랜지를 형성하도록 중공형 튜브 부재가 상기 웹 부재의 반대 측부들을 따라서 연속적으로 용접되면서 평탄한 웹 부재로부터 제조될 수 있는데, 각각의 상기 중공형 플랜지는 상기 웹 부재의 외측면과 실질적으로 같은 평면에 놓인 단부면을 가진다.
바람직스럽게는, 상기 비임이 단일의 강철 시이트로부터 제조된다.
필요하다면, 상기 비임이 접음 공정(folding process)에 의해 제조될 수 있다.
대안으로서, 상기 비임은 압연 성형 공정에 의해 제조될 수 있다.
적절하게는, 중공형 플랜지들의 자유 가장자리들이 폐쇄된 중공형 플랜지들을 형성하도록 근접한 웹 부분에 연속적으로 시임 용접(seam welding)된다.
상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들은 상기 웹의 반대 가장자리들 중간에 상기 웹의 상기 일면에 연속적으로 시임 용접될 수 있다.
대안으로서, 상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들은 상기 웹의 개별 측부 경계들을 따라서 연속적으로 시임 용접될 수 있다.
가장 바람직스럽게는, 상기 구조물 비임이 연속적인 냉간 압연 공정으로 제조된다.
적절하게는, 상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들이 비소모성(non-consumable) 전극 용접 공정에 의해 연속적으로 시임 용접된다.
대안으로서, 상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들은 고주파 전기 저항 용접 또는 유도 용접 공정에 의해 연속적으로 시임 용접된다.
바람직스럽게는, 상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들은 고주파 전기 저항 용접이나 또는 유도 용접 공정에 의해서 연속적으로 시임 용접된다.
필요하다면, 상기 구조 비임들은 부식 저항 코팅을 가진 박판 강철로부터 제조될 수 있다.
대안으로서, 상기 구조 비임들이 상기 플랜지들의 상기 자유 가장자리들의 용접 이후에 부식 저항 코팅으로써 코팅될 수 있다.
필요하다면, 상기 플랜지는 하나 또는 그 이상의 강화용 리브들을 구비할 수 있다.
적절하게는, 상기 웹이 강화용 리브들을 구비할 수 있다.
강화용 리브들은 상기 웹의 길이 방향으로 연장될 수 있다.
대안으로서, 강화용 리브들은 상기 웹의 횡방향으로 연장될 수 있다.
본 발명이 보다 완전하게 이해되고 실제의 효과로 나타날 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 구현예들에 대한 참조가 이루어질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 구조 비임의 전형적인 구성을 도시한다.
도 2 는 도 1 의 중공형 플랜지 비임의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 제조된 비임의 다른 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 4 는 제조된 비임의 다른 구현예를 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 냉간 압연 형성된 비임의 일 구성을 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 압연 형성된 비임의 다른 구성을 도시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 HFC(중공 플랜지 채널)에 대한 단면 용량을, 유효 비임 길이가 0 인 경우에, UB(I-단면의 열간 압연 유니버설 비임), LUB(I-단면의 경량 열간 압연 유니버설 비임); PFC (열간 압연 채널), CFC(냉간 압연 C 단면) 및, HFB("도그본" 구성의 중공 플랜지 비임들, 즉, 3 각형 단면 플랜지)와 비교하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 8 은 길이가 6.0 미터인 경우에 같은 단면의 모멘트 용량을 그래프로 도시한다.
도 9 는 압연 성형 밀(mill)의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 10 은 본 발명의 일 특징에 따른 비임을 직접 형성하기 위한 개화 시퀀스(flower sequence)를 개략적으로 도시한다.
도 11 은 본 발명에 따른 비임을 성형하고 형상화하기 위한 개화 시퀀스를 개략적으로 도시한다.
도 12 는 용접 스테이션(12)의 시임 롤(seam roll) 영역(17)을 통한 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 13 은 플랜지들의 폐쇄 지점에서 용접 스테이션(12)의 스퀴지 롤(squeeze roll) 영역(18)을 통한 단면을 개략적으로 도시한다.
도 14 는 성형 스테이션을 개략적으로 도시한다.
도 15 는 구동 스테이션을 개략적으로 도시한다.
도 16 은 형상화 스테이션에서 형상 롤의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 17 내지 도 21 은 본 발명에 따른 비임들의 굴곡을 도시한다.
도 22 는 강화된 플랜지와 강화된 웹을 가진 중공 플랜지 비임을 도시한다.
도 23 은 도 22 의 대안의 구현예를 도시한다.
도면을 통해서, 적절한 경우에, 명확성을 위해서 같은 도면 번호는 같은 특징을 지시하도록 채용된다.
도 1 에 있어서, 비임(1)은 사각형 단면을 가진 중공형 플랜지(3)들 사이에서 연장된 중앙의 웹(2)을 구비한다. 각각의 플랜지(3)의 반대 측부(4,5)들은 서로 평행하며 웹(2)의 평면에 직각인 같은 방향으로 웹(2)으로 이탈하여 연장된다. 플랜지(3)들의 각각의 면(6,7)들은 서로 평행하며 단부 면(6)은 웹(2)과 같은 평면에 놓인다.
도 2 는 플랜지(3)의 폭(Wf), 플랜지의 깊이(Df), 비임의 깊이(Db) 및, 비임이 제조된 강철의 두께(t) 사이의 관계를 나타내는 도 1 의 비임의 단면을 도시한다.
본 발명에 따른 중공 플랜지 채널의 형상을 안출하는데 있어서, 현재의 열간 압연 비임들에서 통상적으로 채용된 250 - 300 MPa 등급보다 높은 강도(350-500 MPa)를 채용하는 용량의 장점이 취해졌다. 처음부터 이것은 낮은 질량의 비임을 만들도록 가벼운 표준 치수 강철의 이용을 허용하였다. 다음에 직면한 곤란은 가벼운 표준 치수의 냉간 압연 비임들이 다양한 버클링 파괴 모드(buckling failure mode)들을 경험하는 경향성이 크다는 것이었으며, 이러한 일련의 버클링 파괴 모드들은 다시 하나의 구조상의 제안이 하나의 파괴를 감소시키는 반면에 그것이 종종 다른 파괴 모드를 불러들이는 상충되는 해법의 선택을 야기한다. 예를 들면, 플랜지의 질량을 비임의 중립 축으로부터 이탈되게 변화시킴으로써 파괴의 상이한 버클링 모드들이 도입되었다. 이러한 상충성을 염두에 두고서, 도 1 및, 도 2 에 도시된 바와 같은 중공형 플랜지 채널의 단면은 선택된 타협으로서 발명되었으며 그것은 최적의 단면 효율이 다음과 같을 때 얻어지는 것으로 측정되었다.
Wf = (0.3)Db,
Wf = (3)Df, 및,
Wf = (30)t
비록 최적의 단면 효율이 소망스러울지라도, 압연용 밀의 제약, 최종 사용자의 특정한 치수상의 요건들 및, 그와 유사한 것의 결과로서 일부 변형이 필요한 예가 있을 것이라는 점이 인식된다. 이와 관련하여, 상당히 우수한 단면 효율이 다음과 같은 범위의 플랜지 폭 비율들로써 유지될 수 있다.
Wf = (0.15-0.4)Db
Wf = (1.5-4.0)Df, 및,
Wf = (15-50)t.
도 3 은 본 발명에 따른 구조 비임을 개략적으로 도시하며, 여기에서 비임(1)은 분리된 웹과 플랜지 요소(2,3)들로부터 각각 제조된다. 웹(2)은 측부(5)와 단부 면(6) 사이의 접합부에서 반경화된 모서리(3a)에 대하여 반대 가장자리를 따라서 연속적으로 시임 용접된다.
용접 시임(8)은 고주파 전기 저항 용접 또는 유도 용접에 의하여 연속적인 작동으로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 반 연속적인 작동에 있어서, 용접 시임(8)은 MIG, TIG, SMAW, SAW GMAW, FCAW 용접 공정 레이저나 또는 플라즈마 용접 또는 그와 유사한 것에서 소모성 용접 전극을 이용하여 형성될 수 있다. 반 연속적인 소모성 용접 전극 공정이 이용되는 경우에, 용접 이후의 압연 또는 또는 직선화 공정이 열적으로 유도된 변형을 제거하도록 필요할 수도 있다. 연속적인 용접 시임(8)은 플랜지(3)들의 외측부(4)들 사이에 연장된 일체로 형성된 평탄 웹 부재(2)를 만드는 완전 침투 용접(full penetration welding)이다.
반 연속적인 제조가 연속적인 냉간 압연 공정에 비교하여 상당히 비효율적일지라도, 특별하게 치수가 정해진 비표준형 비임의 짧은 가동에 대해서는 비용에 관하여 효과적일 수 있다. 더욱이, 별도의 미리 형성된 웹과 플랜지 요소들로부터 비임을 제조하는 것은 상이한 두께 및/또는 강도의 요소들을 이용할 수 있게 한다. 예를 들면, 그러한 비임은 두꺼운 고강도 강철의 플랜지와 얇은 낮은 등급인 강철의 웹을 포함할 수 있다.
도 4 는 프레스 브레이크(press brake) 또는 그와 유사한 것(미도시)에서 접음(folding)으로써 금속의 단일 스트립으로부터 중공 플랜지 비임을 형상화하여 분리된 비임 길이를 제조하기 위한 다른 공정을 도시한다.
통상적으로, 자유 가장자리(5a)가 채널과 같이 그렇게 형성된 비임의 내측 표면(2a)에 접촉할 때까지, 단부면(7)에 대하여 측부(5)를 점진적으로 접고, 다음에 측부(4)에 대하여 단부면(7)을 접고, 다음에 마지막으로 웹(2)에 대하여 측부(4)를 접어서 폐쇄된 플랜지가 형성될 수 있다. 완전 침투 용접 시임(8)은 다음에 자유 가장자리(5a)와 웹(2) 사이에 형성되어 일체형의 구조를 형성하여, 다시 연속적인 평탄 웹 부재(2)는 플랜지(3)들의 외측 측부(4)들 사이로 연장된다.
도 5 는 연속적인 냉간 압연 공정에 의해 제작되었을 때의 본 발명에 따른 비임의 일 구성을 도시하는데, 이러한 공정은 일관된 품질의 비임들을 제조하는데 있어서 작은 치수의 공차를 유지하는 성능과 높은 비용 효율 때문에 바람직한 것이다.
이러한 구현예에서, 중공형 플랜지(3)들의 단부면(7)들은 반경화된 곡선으로 서 형성된다. 이러한 구성의 단면 효율은 비록 이러한 단면 구성을 적용한 예가 있을지라도 사각형 단면 플랜지보다는 열등한 것이다.
이와는 달리, 반경화된 곡선을 가지는 평탄한 단부 면을 형성하도록 더욱 형상화될 수 있다.
미국 특허 제 5,163,225 호에 전체적으로 설명된 바와 같이, 고주파 전기 저항 용접 또는 유도 용접 공정에 의해서 웹(2)의 내측 표면(2a)과 측부(5)의 자유 가장자리(5a) 사이에 완전 관통 용접 시임(8)이 형성된다. 결과적인 비임은 일체로 형성된 부재로서, 이것은 하중을 외측 플랜지 측부(4)들 사이에서 그 사이로 연장된 연속적인 웹 요소(2)를 통하여 전달하는 성능에 의존한다.
도 6 은 본 발명에 따른 냉간 압연된 비임을 형성하기 위한 다른 기술을 도시한다.
이러한 구현예에서, 중공형 플랜지(3)의 단부면(6)의 자유 가장자리(6a)는 완전 관통 용접 시임(8)을 형성하도록 고주파 전기 저항 용접 또는 유도 용접에 의해서 웹(2)과 측부(5) 사이의 반경화된 접합부(10)에 용접되는데, 완전 관통 용접 시임은 단부 면(6)들과 웹(2)을 구비하는 하중 지탱 요소의 실질적으로 연속적인 평탄 외측 표면(2b)을 효과적으로 만들어서 하중 지탱 요소가 외측 플랜지 측부(4)들 사이에 연장된다.
도 7 및, 도 8 은 L = 6.0 미터인 경우에 굽힘에서의 단면 용량과 모멘트 용량을 각각 도시한다. 열간 압연 채널 단면들을 제외한 모든 것의 곡선에서 평활함이 결여된 것은 다양한 웹의 깊이들과 플랜지 폭들의 선택으로부터 발생되는데, 이 것은 증가하는 질량에 기초한 축에서 각각의 단면에 대한 중첩되는 값들로써 명백해진다.
간단한 용량 대 질량의 근거에 기초하여, 열간 압연된 유니버설 비임(UB), 낮은 질량의 유니버설 비임(LUB) 및, 열간 압연된 채널(PFC)들은 본 발명에 따른 삼각 형상 플랜지와 중공형 플랜지 채널(HFC)을 가진 "도그본" 비임과 같은 중공형 플랜지(HFB) 비임들 및, 냉간 압연 C 형상 도리들보 단면(CFC) 비임들보다 상당히 열등하다는 것을 용이하게 알 수 있다.
비교를 위해서 선택된 크기의 범위들은 아래의 표 1 에 도시되어 있다.
표 1
단면 웹(최소) 웹(최대)
HFC 125 mm 300 mm
UB/LUB 100 mm 200 mm
PFC 75 mm 250 mm
CFC 100 mm 350 mm
HFB 200 mm 450 mm
그래프는 명확하게 모든 다른 비교 가능한 비임들에 비해서 HFC 중공형 플랜지 채널의 단면 용량이 우수한 것을 나타내며 긴 길이에 걸쳐서 우수한 모멘트 용량을 나타낸다.
합동 분석의 등급들이 평가된 단면들에 적용되었을 때, 비교된 표준 부분들에 걸친 중공형 플랜지 채널의 특질들은 UB 및, LUB 열간 압연 I 비임들과 HFB 삼각 중공형 플랜지 "도그본" 비임들에 비해 놀라울 정도로 우수한 유용성 등급을 발생시킨다.
예를 들면, 본 발명에 따른 HFC 냉간 압연 채널들과 UB 열간 압연 I 비임들 에 대한 표 2 의 특질 값의 비교에 있어서, HFC 비임에 대한 집합적인 유용성 득점은 UB 열간 압연 비임에 비하여 60 % 의 가격 프리미엄에서 UB 냉간 압연 I 비임의 유용성 득점의 약 2.5 배였다.
표 2
특질의 분류 특질
사양 가격 선 코팅(pre-coatings)
마무리 용접 외관 비임 플랜지 길이 가용성
고유성(inherent) 비임을 통한 서비스 고정구와 설비에 대한 연결성 강철에 대한 연결성 재목에 대한 연결성 취급하기 위한 자원
표 3 은 라미네이트된 재목 비임과의 유용성 값 비교를 나타내는 것으로서 여기에서 본 발명에 따른 HFC 중공형 플랜지 채널의 집합적인 유용성 값은 라미네이트된 목재 비임들의 약 2.5 배였다.
표 3
특질의 분류 특질
사양 마무리 가격 길이 가용성 비임 프로파일(Beam Profile)
고유성(inherent) 기간 부재 직선성 기후 악화
도 9 는 압연 성형 밀(mill)의 전형적인 형상을 개략적으로 도시하는데, 이것은 도 5 및, 도 6 에 예시되고 본 발명에 따른 중공형 플랜지 비임들의 제조에 채용될 수 있는 것이다. 단순화시키면, 밀은 성형 스테이션(11), 용접 스테이션(12) 및, 예리하게 하는 스테이션(sharping station, 13)을 구비한다.
성형 스테이션(11)은 교번하는 구동 스탠드(drive stand, 14) 및, 성형 롤 스탠드(15)를 구비한다. 구동 스탠드(14)는 종래의 밀 구동 트레인(train, 미도시)에 결합되지만, 성형 공정을 보조하는 윤곽을 가진 성형 롤을 채용하는 대신에, 평평한 실린더형 롤들이 채용되어 결과적인 비임의 웹 부분에 대응하는 중앙 영역에서 강철 스트립(16)을 쥔다. 성형 롤 스탠드(15)는 분리된 쌍(15a,15b)으로서 형성되는데, 그 각각에는 금속 스트립(16)이 성형 스테이션을 통과할 때 금속 스트립의 반대 측부상에 중공 플랜지 부분을 형성하도록 적합화된 한 세트의 윤곽을 가진 롤러가 구비되어 있다. 성형 롤 스탠드(15a,15b)는 종래의 냉간 압연 성형 밀에서와 같이 구동 트레인에 결합될 것을 필요로 하지 않으므로, 성형 롤 스탠드(15a,15b)는 가변되는 폭의 중공형 플랜지 비임을 수용하도록 밀의 길이 방향 축의 횡방향으로 용이하게 조절될 수 있다.
소망되는 단면 형상으로 형성되었을 때, 성형된 스트립(16)은 용접 스테이션(12)으로 진입하고 여기에서 개별 플랜지들의 자유 가장자리들은 고주파 전기 저항 용접 또는 유도 용접(ERW) 장치가 존재하는 상태에서 소정의 각도로 웹과 접촉하도록 안내된다. 소망되는 용접선에 대한 플랜지 가장자리들의 위치 선정을 보조하도록, 성형된 스트립은 시임 안내 롤 스탠드(17)를 통하여 도면 번호 17a 로 개략적으로 도시된 ERW 장치의 영역 안으로 향하게 된다. 웹상의 용접 시임 라인(line)과 플랜지 가장자리들이 융접 온도로 가열된 이후에, 스트립은 스퀴지 롤 스탠드(18)를 통과하여 가열된 부분들이 함께 폐쇄된 플랜지들을 융접시키도록 강제한다. 용접된 중공형 플랜지 단면은 다음에 구동 롤 스탠드(19)와 형상화 롤 스탠드(20)의 연속부를 통과하여 소망되는 비임의 단면 형상을 형성하고 마지막으로 최종의 정렬 을 위한 종래의 터크 헤드 롤 스탠드(turk' head roll stand,21)를 통과하여 본 발명에 따른 2 중의 용접된 중공형 플랜지 비임(22)으로서 나온다. 고주파 ERW 공정은 웹의 자유 가장자리와 최근접 부분 사이의 근접 효과에 기인하여 웹의 개별 근접 영역들과 스트립의 자유 가장자리들 안으로 전류를 유도한다. 웹 부분에서의 열 에너지는 플랜지의 자유 가장자리에 비하여 2 방향으로 방산될 수 있기 때문에, 자유 가장자리와의 융합이 가능하도록 충분한 열이 웹 영역 안으로 유도되도록 부가적인 에너지가 필요하다.
이제까지 밝혀진 바로는, 종래의 롤 성형 기술과 ERW 공정을 이용함으로써, 융합 온도로 웹 부분을 가열하는데 필요한 에너지의 양은 플랜지의 자유 가장자리가 용융되어 소망되는 용접 시임 라인의 밖으로 당겨지도록 되는 것이다. 이러한 스트립 가장자리 손실의 결과로서, 플랜지의 단면적은 현저하게 감소되었으며 용접 지점으로 스트립 가장자리를 조절하는 것이 곤란해졌다.
지금 발견된 바로는, 가열되었을 때 플랜지의 자유 가장자리를 의도된 용접 라인과 정렬하고, 그리고 다음에 용접 시임의 인접부에서 플랜지 가장자리의 영역과 웹 부분 사이에 입사되는 소망의 각도에 대응하는 방향으로 직선의 경로를 따라서 가열된 웹 영역과 접촉되도록 스트립의 자유 가장자리를 강제함으로써 상기 언급된 곤란성이 극복될 수 있다는 것이다. 이러한 기술은 또한 부가적인 장점을 부여하는데, 차후의 형상화 공정에서 웹 부분과 그에 근접한 플랜지 가장자리 영역 사이에 입사되는 각도가 최종 단면의 웹 형상과 대응하도록 선택되므로 형상화에 의해서 용접 시임이 응력을 받지 않는다는 점이 장점인 것이다. 플랜지 가장자리의 자유 가장자리를 그러한 소정의 궤적을 따라 안내함으로써, 용접 스테이션의 스퀴지 롤(squeeze rolls)에서 플랜지의 가장자리는 소망되는 용접 라인과 정렬되게 스위핑(sweeping)되므로 플랜지의 회전에 의해 야기되는 "스위핑(sweeping)" 효과는 소망되는 용접 라인으로부터 이탈되게 연장되는 불필요하게 넓은 경로로 열이 유도되는 문제를 회피하였다.
고주파 ERW 공정을 보다 많이 조절하는 것은 본 발명의 2 중 용접 중공형 플랜지 비임들에서 향상된 제조 효율 및 현저하게 향상된 제조 허용 오차를 가능하게 하였다.
도 10 및 도 11 은 도 5 및, 도 6 에 각각 도시된 바와 같은 중공형 플랜지 비임들의 성형, 용접 및, 형상화에 대한 전형적인 개화 형상을 나타낸다. 도 6 에 도시된 구성으로 이르게 되는 개화 형상(flower shape)은 용접 스테이션의 영역에서 중공형 플랜지 부분들 사이의 채널 안에 밀(mill) 냉각 유체를 축적시키는 경향이 적으므로 바람직하다. 더욱이, 도 6 의 구성에서, 밀 작업자들은 용접을 잘 볼 수 있다. 플랜지 시임 용접의 영역에서 밀 냉각제가 축적됨으로써 야기되는 문제는 용접 스테이션의 유도 영역내에서 용접 시임들에 냉각제가 없도록 흡입 노즐 및/또는 기계적 또는 공기 커튼 와이퍼 블레이드를 제공함으로써 극복될 수 있다.
다른 대안은 단면 프로파일을 역전시키고 웹의 외측 표면하에 용접 시임을 형성하는 것이다.
또 다른 대안은 수직 또는 직립의 위치에 배향된 비임 웹과 함께 회전 밀을 작동시키는 것이다.
도 10 은 냉간 롤 형성 작동에서 중공형 플랜지가 전개되는 것을 도시한 것으로, 상기 냉간 롤 형성 작동은 평탄 스틸 스트립(30)이 밀로 들어가는 입구 지점과 가장자리 용접이 발생하는 마지막 단계(10)를 통한 직접 성형 공정으로서 알려진 것이다. 연속적인 냉간 롤 성형 공정으로 용접하는 것이 불가능하지 않지만, 용접의 안정성과 단면 형상을 유지하는 것은 매우 곤란하다. 이러한 유형의 직접 성형된 중공형 플랜지는 롤 성형 공정이나 또는 차후에 이용되는 자동화 또는 반자동화 공정 동안에 소모성 전극 공정에 의하여 용접될 수 있으며 그리고/또는 저렴한 노동 비용이 소요될 수 있다. 소모성 전극 용접 공정으로써, 차후의 용접 직선화 공정이 보다 큰 열 입력에 기인한 왜곡(warping)과 국부적인 변형을 제거하도록 필요할 수 있을 것 같다. 자동화 공정이나, 반자동화 공정이나 또는 수동 용접 공정이 채용되었든지 간에, 성형된 비임의 구조적인 일체성을 최상으로 유지하기 위하여 중공형 플랜지 형성(formation)을 폐쇄하도록 연속적인 용접 시임을 채용하는 것이 중요하다.
도시된 구현예에서, 용접은 도시된 최종의 단계에서 이루어지며 밀의 형상화 부분을 통하는 차후의 공정은 그 어떤 왜곡이나 변형이라도 단순히 직선화시킨다.
도 11a 는 플랜지들의 자유 가장자리들이 웹(2)의 개별 측부 가장자리를 따라서 접촉되는 곳인 밀의 스퀴지 롤들의 안으로 진입하기 직전에, 용접 스테이션내에서 가장자리 시임 정렬을 통하여 평탄 강철 스트립(30)을 입구 지점 사이에 냉간 롤 성형 밀의 성형 부분을 통해서 전진시키는 것을 나타내는 개화(flower)를 도시한다.
도 11b 는 용접 스테이션내의 스퀴지 롤 스탠드로부터 형상화 스테이션을 통하여 터크 헤드 최종 직선화(turk's head final straitening)로 개화 진전되는 것을 도시한다. 프로파일이 형상화 스테이션을 통하여 진전되는 최초로 폐쇄된 플랜지(3)들의 형상화 동안에, 비임의 구조적인 일체성을 손상시키는 것과 같이 용접 시임 자체에 대한 응력의 부과를 회피하기 위하여 용접 시임(8)들의 근접부에서 플라스틱 힌지의 변형을 회피시키는 주의가 취해진다.
도 12 는 한쌍의 독립적으로 장착된, 윤곽을 가진 지지용 롤(36,36a)로서 그 각각이 정렬된 회전 축(37,37a)를 중심으로 회전되게 저널(journal)되어 있는 지지용 롤(36,36a) 및, 개별의 경사진 축(39,39a) 위에 회전 가능하게 저널되어 있는 시임 안내 롤(38,38a)을 구비하는 시임 롤 스탠드(seam roll stand, 17)를 개략적으로 도시한다. 형상화된 스트립(16)이 용접 스테이션의 스퀴지 롤 영역으로 접근할 때 시임 안내 롤(38,38a)들은 스트립(16)의 자유 가장자리(16a,16b)를 소망되는 용접 시임 라인과 길이 방향으로 정렬되게 안내하는 역할을 한다.
도 13 은 실린더형 상부 롤(40) 및, 윤곽이 있는 가장자리(41a)를 가진 실린더형 하부 롤(41)을 구비한 스퀴지 롤 스탠드(18)를 개략적으로 도시하는데, 각각의 롤(40,41)들은 개별의 회전 축(42,43)을 중심으로 회전되게 저널되어 있다. 개별의 경사진 축(45a,45b)을 중심으로 회전 가능한 스퀴지 롤(44a,44b)들은 연속적인 용접 시임을 만들기 위하여 웹(20)의 반대되는 경계부들 사이에 융접을 이루도록 웹의 반대되는 경계부들을 따라서 개별의 가열된 용접 라인 영역으로 중공형 플랜지(3)들의 가열된 자유 가장자리(16a,16b)들을 강제하도록 적합화된다.
자유 가장자리(16a,16b)들은 횡방향의 "스위핑" 작용 없이 스퀴지 롤(44a,44b)의 개별 회전 축(45a,45b)에 직각인 선형의 방식으로 개별 용접 라인들을 향하여 강제됨으로써, 개별의 자유 가장자리(16a,16b)들과 웹(2)의 반대되는 경계부들 사이의 용접 시임들의 소망되는 위치에서 또는 그 위에서 안정적인 유도 "섀도우(shadow)" 또는 경로들을 유지한다.
도 13a 는 스트립(16)의 자유 가장자리(16a,16b)가 웹(2)의 경계부와 융접되도록 안내될 때 상부와 하부 지지용 롤(40,41)들에 대한 스퀴지 롤(44a,44b)의 관계를 확대된 사시도에서 가상선으로 개략적으로 도시한다. 도시된 구현예에서, 하부 지지용 롤(41)은 분리되어 저널된 롤 요소들로서 도시되어 있으며, 그 각각은 윤곽이 있는 외측 가장자리(42a)를 가진다.
도 14 는 밀 베드(mill bed, 52)상에 미끄러지게 장착된 독립적인 형상화 롤 스탠드(51)를 구비하는 형상화 롤 스탠드(50)를 개략적으로 도시한다. 도 11a에서 전체적으로 성형 개화 패턴(the forming flower pattern)으로써 도시된 바와 같이, 롤 스탠드(51)는 강철 스트립(16)의 외측 가장자리 영역들에 점진적으로 형상을 부여하도록 각각 상보적인 쌍(complementary pair)의 형상화 롤(53,54)을 지지한다.
도시된 바와 같이, 형상화 롤(53,54)은 비구동 공전 롤(idler roll)이다.
도 15 는 구동 롤 스탠드(60)를 개략적으로 도시하는데, 이것은 도 9 에 도시된 바와 같은 형상화 스테이션(13)이나 또는 성형 스테이션(11)과 함께 채용될 수 있다.
구동 롤 스탠드는 밀 베드(61a)상에 장착된 이격된 측부 프레임(61)을 구비 하는데, 측부 프레임(61)들은 상부 및 하부 피구동 샤프트(62,63)를 회전 가능하게 지지하고, 상기 샤프트상에서 실린더형 구동 롤(64,65)이 장착되어, 도 9 에 전체적으로 도시된 냉간 롤링 밀의 성형 및 형상화 영역을 통해서 안내될 때 중공형 플랜지 부재의 웹 부분(2)의 상부 및 하부 표면들과 맞물린다.
필요하다면, 롤 스탠드(60)에는 밀을 통한 스트립(16)의 정렬을 유지하도록 스트립 가장자리 롤(70,71)들이 설비될 수 있다. 가장자리 롤들은 평이한 실린더형 롤일 수 있거나, 또는 이들이 도시된 바와 같이 윤곽이 형성될 수 있다. 롤(70,71)들은 가변적인 폭의 중공형 플랜지 비임들을 수용하도록 롤 스탠드(61)상에 조절 가능하게 장착된다.
도 16 은 형상화 밀 스탠드내에 있는 형상화 롤들의 구성을 개략적으로 도시한다.
플랜지(3)의 형상화는 웹(2)의 각각의 측부에 위치된 개별의 형상화 롤의 세트(75)에 의해 이루어진다. 도시된 바와 같이, 플랜지(3)는 수평축(81)상에서 회전되도록 장착된 롤러(76), 수직축(82)상에서 회전되도록 장착된 롤러(77) 및, 경사축(83)상에 회전되도록 장착된 롤러(78)로부터의 형상화 압력을 받는다.
도 17 은 본 발명에 따른 비임의 일 적용예를 도시한다.
큰 폭의 비임이 수용될 수 없는 위치에서 큰 하중을 유지하는 용량이 필요한 경우에, 이격된 너트 및, 볼트의 조합체(91), 자체-관통 클렌치 고정구(clench fastener) 또는 그와 유사한 것(92)이나, 또는 웹(90a)을 통한 자체-드릴링 자체- 탭핑(self-drilling self-tapping) 나사(93)와 같은 그 어떤 적절한 고정구에 의해 서 한쌍의 비임(90)들이 배면을 맞대고 고정될 수 있다. 설치되었을 때, 설비 도관(95)을 위한 지지용 브래킷(94)이 나사(97)로 플랜지(96)에 고정될 수 있다. 마찬가지로, 케이블을 위한 도관이 나사(100) 또는 그와 유사한 것에 의해 금속 채널 단면(98)을 플랜지(99)에 고정함으로써 형성될 수 있어서 전기 케이블 또는 통신 케이블(102)들을 감싸는 중공형 공동(101)을 형성한다.
도 18 은 바닥 들보로서 기능하는 중공형 플랜지 채널(103)을 도시한다. 바닥 들보(103)는 지탱부로서 기능하는 다른 중공형 플랜지 채널(104)상에 지지된다. 목재 바닥부(105)는 못(107)이나 또는 그와 유사한 것에 의해서 상부 플랜지(106)에 고정된다. 이와 유사하게, 중공형 플랜지 채널들의 개별 플랜지들(106,108)의 교차는 나사(110)에 의해 고정된 각도 브래킷(109)에 의해서 개별의 근접한 플랜지(106,108)들에 고정된다.
도 19 는 중공형 플랜지(111) 및, 나사(113) 또는 그와 유사한 것에 의하여 그에 고정된 각도 부분(112)의 형태인 복합 구조물(115)을 도시한다. 복합 구조물(115)은 공동(cavity)의 벽돌 구조물 안에 문이나 또는 창문 개구를 지지하는 상인방(lintel)과 같은 구조물로서 작용할 수 있어서, 그에 의하여 벽돌(120)은 각도 부분(112) 위에 놓일 수 있지만, 그렇지 않으면 벽돌 결속부(112)에 의해서 채널(111)의 웹(114)에 고정될 수 있으며, 상기 벽돌 결속부는 모르타르(mortar) 층(117) 안에 고정된 주름잡힌 부분(116a) 및, 나사(118)에 의해 웹(114)에 고정된 장착 탭(116b)을 가진다.
도 20 은 본 발명에 따른 중공형 플랜지 채널들 사이에 있는 십자가 형태의 접합부의 형성을 도시한다.
일 구현예에서, 중공형 플랜지 채널(120)은 리벳, 나사 또는 그 어떤 다른 적절한 고정구(126)에 의해서 개별의 웹(124,125)에 고정된 각도 브래킷(123)에 의해 유사한 크기인 채널(122)의 외측면(121)에 직각으로 고정될 수 있다.
다른 구현예에 있어서, 작은 중공형 플랜지 채널(127)은 채널(122)의 플랜지(128)들 사이에 포개어져서 위치되며, 나사 또는 다른 적절한 고정구(131)에 의해 각각 채널(122,127)들의 웹(125,130)에 부착된 각도 브래킷(129)에 의해서 그 안에 고정된다.
대안으로서, 채널(122,127)들의 근접한 플랜지(128,132)들은 나사(134)로 고정된 각도 브래킷(133)에 의해 각각 부착될 수 있다.
다른 구현예에 있어서, 근접한 플랜지(128,132)들은 플랜지(128,132)들 사이에 연장된 나선이 형성된 고정구(135)에 의해 고정될 수 있다.
필요하다면, 플랜지들의 중공형 내부(128a)가 전기 케이블(138)이나 또는 그와 유사한 것을 위한 도관으로서 채용될 수 있다.
도 21 은 다른 복합 비임(140)을 도시하는데, 여기에서 목재 비임(141)은 버섯 머리형 볼트(148)와 너트(144)에 의해 웹(142)의 외측면에 고정되어 단면 용량을 증가시키고 그리고/또는 장식 마무리를 제공한다.
당해 기술 분야의 당업자들에게 명백한 바로서, 본 발명에 따른 중공형 플랜지 채널 비임들은 다른 구조용 비임들에 비교하여 우수한 미터당 모멘트 용량/질량 비율을 제공할 뿐만 아니라, 용이한 연결성, 용이한 취급성 및, 적용에서의 유연성 을 부여하여 "유용성"을 현저하게 향상시킨다. 본래 위치에서의 설치 가치 또는 비용에 기여하는 모든 인자들을 고려하면, 중공형 플랜지 채널 비임들은 종래의 열간 압연 비임들과 라미네이트된 재목 비임들의 최대 2.5 배인 현저한 유용성을 제공하며, 긴 길이들에 걸쳐서 유사한 크기의 냉간 압연 개방 플랜지 도리 들보보다 우수한 성능을 허용하는 모멘트 용량을 가진다.
도 22 는 본 발명에 따른 중공 플랜지 비임의 다른 구현예를 도시한다.
도시된 바와 같이, 비임에는 웹(2)의 길이 방향 굽힘에 큰 저항성을 제공하도록 길이 방향으로 연장된 교번하는 리브(150)들과 골(trough,151)이 형성되어 있다.
필요하다면, 플랜지(3)들은 그 안에 길이 방향으로 연장된 강화용 리브(152)들이 형성될 수 있다.
도 23 은 본 발명에 따른 강화된 웹의 중공형 플랜지 비임의 다른 구현예를 도시한다.
이러한 구현예에서, 횡방향으로 연장된 이격된 리브(153)들은 웹(2)의 횡방향 굽힘에 보다 큰 저항을 제공한다.
상기 명세서 및, 이후의 청구항들에 있어서, 문맥의 전후 관계가 다르게 해석될 것을 요구하지 않는 한, "구비하는" 및, "구비한" 또는 "구비하고 있는"과 같은 변형은 진술된 완전체 또는 완전체들의 그룹 또는 단계들을 포함하는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이며, 그러나 다른 완전체 또는 완전체들의 그룹을 배제하는 것은 아니다.
본 발명은 건축물의 구조물등으로 사용될 수 있다.

Claims (29)

  1. 평탄한 신장된 웹(web); 및,
    반대 측부들을 따라서 상기 웹의 평면으로부터 직각으로 서로 평행하게 연장된 중공형 평행 측부 플랜지;를 구비하며, 상기 중공형 플랜지들은 모두 상기 웹의 상기 일 면으로부터 이탈되게 같은 방향으로 연장되고,
    상기 웹의 상기 평면에 직각인 방향에서 반대 단부 면들 사이의 각각의 상기 플랜지의 폭과, 상기 플랜지들의 대향하는 외측 면들 사이의 상기 비임의 깊이의 비율은 0.2 내지 0.4 의 비율인 것을 특징으로 하는, 채널 형상의 구조물 비임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지의 깊이에 대한 각각의 상기 플랜지의 폭의 비율은 1.5 내지 4.0의 범위인 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  3. 제 1 항에 있어서,
    웹의 두께에 대한 각각의 상기 플랜지의 폭의 비율은 15 내지 50 의 범위인 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  4. 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 플랜지의 상기 폭과, 각각의 상기 플랜지의 깊이의 비율은 2.5 내지 3.5 의 범위인 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 상기 플랜지의 상기 폭과 각각의 상기 플랜지의 상기 깊이의 비율은 2.8 내지 3.2 의 범위인 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비임의 깊이에 대한 각각의 상기 플랜지의 폭의 비율은 0.25 내지 0.35 의 비율일 수 있는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비임의 깊이에 대한 각각의 상기 플랜지의 폭의 비율은 0.28 내지 0.32의 범위인 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  8. 제 3 항에 있어서,
    웹의 두께에 대한 플랜지의 폭의 비율은 25 내지 35 의 범위일 수 있는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  9. 제 8 항에 있어서,
    웹의 두께에 대한 플랜지의 폭의 비율은 28 내지 32 의 범위인 것을 특징으 로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 비임이 강철로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 비임이 300 MPa 보다 큰 고강도의 강철로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 비임이 스테인레스 스틸로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 비임은 상기 웹 부재의 반대 측부들을 따라서 연속적으로 용접된 중공형 플랜지 부재를 가진 평탄한 웹 부재로부터 제조되며, 각각의 상기 중공형 플랜지 부재는 상기 웹 부재의 외측면과 실질적으로 같은 평면내에 놓인 단부 면을 가지는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 비임이 단일의 강철 시이트로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 비임은 접음 공정(folding process)에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 비임은 압연 성형 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  17. 제 16 항에 있어서,
    중공형 플랜지들의 자유 가장자리들이 폐쇄된 중공형 플랜지들을 형성하도록 근접한 웹 부분에 연속적으로 시임 용접(seam welding)되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들은 상기 웹의 반대 가장자리들 중간에 상기 웹의 상기 일면에 연속적으로 시임 용접되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들은 상기 웹의 개별 측부 경계들을 따라서 연속적으로 시임 용접되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물 비임이 연속적인 냉간 압연 공정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들이 비소모성(non-consumable) 전극 용접 공정에 의해 연속적으로 시임 용접되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들은 소모성 전극 공정에 의해 연속적으로 시임 용접되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 중공형 플랜지들의 상기 자유 가장자리들은 ERW 공정에 의해 연속적으로 시임 용접되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물 비임들은 부식 저항 코팅을 가진 박판 강철로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 구조물 비임들이 상기 플랜지들의 상기 자유 가장자리들의 용접 이후에 부식 저항 코팅으로써 코팅되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 웹이 강화용 리브들을 구비하는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  27. 제 26 항에 있어서,
    강화용 리브들은 상기 웹의 길이 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 구조물 비임.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 강화용 리브들은 상기 웹의 횡방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
  29. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 플랜지는 하나 또는 그 이상의 길이 방향으로 연장된 강화용 리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 채널 형상의 구조물 비임.
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