KR20060108482A - 구조물의 하중을 지지하는 박스 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물의 하중을 지지하는 박스 빔에 관한 것으로, 내부에 원형관이 구비된 박스 빔 구조를 설계하여 횡 보강 부재의 수량 감소로 인하여 강재 및 작업 공수가 감소하여 생산성이 향상되고, 보강 부재 수량의 감소로 용접선 교차부가 감소되어 응력집중부위가 감소함에 따라 반복되는 외력의 작용에 의한 피로파괴 현상을 방지하는 구조물의 하중을 지지하는 박스 빔을 제공함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 다각형 형상으로 형성되되, 중심부에 관통홀이 형성되고 다각형 변의 일정부위에 다수의 슬롯이 형성되며 박스빔의 일정거리마다 설치되는 다수의 종 보강재와, 상기 종 보강재의 관통홀에 끼워져 용접 고정되는 원형관과, 상기 종 보강재에 교차되도록 슬롯에 끼워져 용접 결합되는 횡 보강재와, 상기 종 보강재와 횡 보강재의 단부에 용접되어 박스 형상을 이루도록 하는 외판으로 구성된 것을 그 기술적 요지로 한다.

박스 빔, 원형관, 종 보강재, 횡 보강재, 휨, 비틀림, 좌굴

Description

구조물의 하중을 지지하는 박스 빔{Box beam structure for improving stiffness and reducing production cost}

도 1 은 종래의 박스 빔 구조 단면 형상을 나타낸 예시도,

도 2 는 종래의 박스 빔 구조의 제작 공정을 나타낸 예시도,

도 3 은 본 발명의 강성 향상 및 생산공수 절감 박스 빔 구조의 단면 형상을 나타낸 예시도,

도 4 는 본 발명의 강성 향상 및 생산공수 절감 박스 빔 구조의 제작 공정을 나타낸 예시도,

도 5 는 종래의 박스 빔 구조의 휨, 비틀림, 전단에 대한 강도를 나타낸 예시도,

도 6 은 본 발명의 박스 빔 구조의 휨, 비틀림, 좌굴에 대한 강도를 나타낸 예시도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 원형 관 (20) : 횡 보강재

(30) : 종 보강재 (31) : 관통홀

(40) : 외판

본 발명은 구조물의 하중을 지지하는 박스 빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박, 교량 및 고층 강구조물 제작시 사용되는 박스 빔 구조로서, 박스 빔 구조의 내부에 원형 파이프를 삽입함으로써 강성 및 강도를 향상하고 생산공수를 절감 할 수 있다.

종래에는 박스 빔(Box beam) 구조를 만들기 위해서는 도 1, 2 에서와 같이 등 간격의 종 보강재(30)(Diagonal stiffener)에 다수의 횡 보강재(20)(longitudinal stiffener)를 끼워 용접하여 내부 보강 구조를 형성하고, 여기에 외판(40)(Side plate)을 용접하여 박스 형태의 빔 구조를 만든다.

상기와 같이 종 보강재(30)에 횡 보강재(20)를 용접하는 경우 횡 보강재(20)가 종 보강재에 원활히 삽입되도록 종 보강재(30)는 슬롯(slot)이 형성되며, 삽입 후 종 보강재(30)와 횡 보강재(20)를 용접하여 내부 보강 구조를 형성한다.

이때 상기 횡 보강재(20)는 L형태의 측면종보강재(20a)와, I형태의 상하종보강재(20b)로 나누어진다.

상기 내부 보강 구조를 외판과 용접하는 경우 종 보강재(30)의 용접선과 횡 보강재(20)의 용접선의 교차부가 발생하고 이 부위는 구조적 응력 집중 및 용접부 형상에 따른 응력집중이 중첩되는 부위로 박스 빔 구조에 변동 외력의 작용에 의하 여 사용 중 피로손상이 발생되고 있다.

한편 상기와 같은 박스 빔 구조의 강성 및 강도를 증가시키기 위해서는 박스 빔 내부에 종 보강재(30) 및 횡 보강재(20)의 개수를 증가시켜야 하나 상기 보강재(20)(30)의 증가로 인하여 용접선 교차부의 수가 증가하고 따라서 응력집중부위가 증가하여 피로손상 확률이 증가하며, 강재 사용량 및 작업공수가 증가하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 내부에 원형관이 구비된 박스 빔 구조를 설계하여 횡 보강 부재의 수량 감소로 인하여 강재 및 작업 공수가 감소하여 생산성이 향상되고, 보강 부재 수량의 감소로 용접선 교차부가 감소되어 응력집중부위가 감소함에 따라 반복되는 외력의 작용에 의한 피로파괴 현상을 방지하는 구조물의 하중을 지지하는 박스 빔을 제공함을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 고안의 구성을 설명하면 다음과 같다.

다각형 형상으로 형성되되, 중심부에 관통홀이 형성되고 다각형 변의 일정부위에 다수의 슬롯이 형성되며 박스빔의 일정거리마다 설치되는 다수의 종 보강재와,상기 종 보강재의 관통홀에 끼워져 용접 고정되는 원형관과, 상기 종 보강재에 교차되도록 슬롯에 끼워져 용접 결합되는 횡 보강재와, 상기 종 보강재와 횡 보강재의 단부에 용접되어 박스 형상을 이루도록 하는 외판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 횡 보강재는 원통을 중심으로 상호 대칭되게 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명의 강성 향상 및 생산공수 절감 박스 빔 구조의 단면 형상을 나타낸 예시도이고, 도 4 는 본 발명의 강성 향상 및 생산공수 절감 박스 빔 구조의 제작 공정을 나타낸 예시도로서,

본 발명은 다각형 형상으로 형성되되, 중심부에 관통홀(31)이 형성되고 다각형 변의 일정부위에 다수의 슬롯이 형성되며 박스빔의 일정거리마다 설치되는 다수의 종 보강재(30)의 관통홀(31)에 원형관(10)을 끼워 용접 고정하고, 상기 종 보강재(30)의 슬롯에 다수의 횡 보강재(20)를 끼워 원형관(10)의 외면에 용접 고정한 후 상기 종 보강재(30)와 횡 보강재(20)의 단부에 외판을 용접하여 박스형태의 구조물을 형성한다.

상기 횡 보강재(20)는 원형관(10)의 상하에 서로 대칭되게 설치되고, 또한 양측면으로도 더 설치하는 것이 가능하다.

이와 같은 본 발명은 생산되는 박스의 크기에 따라 상기 종 보강재(30)를 소 정의 간격으로 다수개를 설치하고, 상기 종 보강재(30)를 상호 연결하도록 횡방향으로 연장된 원형관(10)을 종 보강재(30)의 관통홀(31)에 끼워 용접하고, 상기 횡방향으로 연장되는 횡 보강재(20)를 종 보강재(30)의 슬롯에 끼워 원형관(10)에 용접하여 구성한다.

한편 상기 종 보강재(30)는 주로 비틀림에 대한 저항을 하게 되고 횡 보강재(20)는 휨에 대한 저항을 하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 박스 빔 구조와 종래의 박스 빔 구조를 실험을 통해 비교하면 다음과 같다.

도 5 는 종래의 박스 빔 구조의 휨, 비틀림, 전단에 대한 강도를 나타낸 예시도이고, 도 6 은 본 발명의 박스 빔 구조의 휨, 비틀림, 좌굴에 대한 강도를 나타낸 것으로,

종래의 박스 빔 구조는 1,000×1,000×10,000mm로서, 박스 빔을 구성하는 구성품을 설명하면 다음과 같다.

L형태의 측면종보강재 : 150×50×10×15t(플랜지길이×웨브길이×플랜지두께×웨브두께)

I형태의 상하종보강재 : 100×10t(플랜지길이×플랜지두께)

외판 : 20t

횡보강재 : 20t

여기서 t는 각 부재의 두께로서 단위는 mm 이다.

한편, 본 발명의 박스 빔 구조는 1,000×1,000×10,000mm 로서, 박스 빔을 구성하는 구성품을 설명하면 다음과 같다.

개선형상 원형관d900-12t, 횡보강재2개-20t

여기서 t는 각 부재의 두께로서 단위는 mm 이고, D는 원형관의 지름으로 단위는 mm이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 박스 빔 구조와 종래의 박스 빔 구조에 휨(bending), 비틀림(torsion), 좌굴(linear buckling)을 가했을 경우 나타난 해석결과를 표1 로 나타내면 다음과 같다.

[표 1]

종류	휨		비틀림		좌굴
	최대응력	최대변위	최대응력	최대변위	최대하중	단위 1kgf/㎟
종래 박스 빔	45.9	50.5	3.28	0.88	140
개선형상	46.1	44.6	1.76	0.65	1020

상기와 같이 나타난 해석 결과를 통한 본 발명과 종래 발명의 차이점을 표2 로 나타내면 다음과 같다.

[표 2]

종류	부재수/ 감소량,%	용접길이, m/감소량, %	강재무게,ton/감소량,%
종래 박스 빔	33	264	9.78
개선형상	18/46	166/37	9.77/0

상기와 같은 차이점을 통해 알 수 있듯이 본 발명의 박스 빔 구조는 종래의 박스 빔 구조보다 동일한 무게의 강재를 이용하여 실험한 결과, 부재수는 40%이상, 용접선의 길이는 30%이상 감소하고, 동일한 굽힘하중이 작용하는 경우 굽힘 강성이 10%이상 향상되며, 동일한 비틀림 하중이 작용하는 경우 비틀림 강성이 15% 이상 향상되고, 특히 종 보강재의 좌굴강도는 7배 이상 증가한다. 또한 기둥으로 사용하는 경우에도 좌굴 강도는 기존에 비하여 10%이상 임계 작용 하중이 증가한다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의한 본 발명의 효과는 원형 파이프에 의해 박스 빔 구조의 횡 보강재의 부재 수를 줄임으로써 생산공수를 절감하고 용접길이가 줄어짐에 따라 응력집중부위가 감소하여 강성 및 강도를 향상시켜주어 반복 외력에 의한 피로손상을 방지해주는 매우 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 다각형 형상으로 형성되되, 중심부에 관통홀이 형성되고 다각형 변의 일정부위에 다수의 슬롯이 형성되며 박스빔의 일정거리마다 설치되는 다수의 종 보강재와,

   상기 다수의 종 보강재의 관통홀에 끼워져 용접 고정되는 원형관과,

   상기 종 보강재에 교차되도록 종보강재에 형성된 슬롯에 끼워지며 원형관에 용접 결합되는 횡 보강재와,

   상기 종 보강재와 횡 보강재의 단부에 용접되어 박스 형상을 이루도록 하는 외판으로 구성된 것을 특징으로 하는 구조물의 하중을 지지하는 박스 빔.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 횡 보강재는 원통을 중심으로 상호 대칭되도록 다수개 설치하는 것을 특징으로 하는 구조물의 하중을 지지하는 박스 빔

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