KR20100078142A - 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복공판의 구조를 보다 단순화함으로써 복공판의 제작 및 설치상의 용이성을 향상시키고, 진동 및 충격하중을 쉽게 견딜 수 있어 내진동성 및 고강도를 이루어낼 수 있으며, 복공판을 종래 비중이 큰 철강 재질로 제작하였던 것을 상대적으로 비중이 훨씬 낮은 섬유강화 복합소재로 제작하여 복공판의 경량화를 실현함으로써 종래의 문제점인 제작 및 설치상의 어려움을 해소함과 아울러 빗물 등에 의한 산화부식에 취약했던 종래 기술의 문제를 효율적으로 개선할 수 있도록 한 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판을 제공한다.
복공판, 섬유강화 복합소재(FRP), 점탄성
Description
본 발명은 복공판의 구조를 보다 단순화함으로써 복공판의 제작 및 설치상의 용이성을 향상시키고, 진동 및 충격하중을 쉽게 견딜 수 있어 내진동성 및 고강도를 이루어낼 수 있으며, 복공판을 종래 비중이 큰 철강 재질로 제작하였던 것을 상대적으로 비중이 훨씬 낮은 섬유강화 복합소재로 제작하여 복공판의 경량화를 실현함으로써 종래의 문제점인 제작 및 설치상의 어려움을 해소함과 아울러 빗물 등에 의한 산화부식에 취약했던 종래 기술의 문제를 효율적으로 개선할 수 있도록 한 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판에 관한 것이다.
일반적으로 복공판은 지하철 건설과 같은 지하 시설 공사를 위해 도로를 파헤치는 경우, 교통량에 미치는 영향을 최소화하기 위해 노면을 복개하는데 사용된다. 이러한 복공판은 전체적으로 평평한 직육면체 형상을 가지며, 수십 내지 수백개가 평평하게 배열되어 그 위로 차량이 지나다니게 된다. 또한, 이러한 복공판은 노후 교량의 보수시 우회도로를 건설하는데 사용되기도 한다.
상기와 같은 종래의 복공판은 크게 강재 복공판과, 합성 복공판으로 분류되는데, 강재 복공판의 경우 다수의 'ㄷ'형 또는 'H'형 형강이 나란히 배열된 상판과, 상판의 양측 하부에 각각 고정된 한 쌍의 측판, 상판의 하부에 길이 방향을 따라 소정 간격으로 설치된 리브판으로 구성된다. 또한, 합성 복공판은 강재로 이루어진 챔버 내부에 콘크리트가 합성된 구조로 이루어진다.
이러한 종래의 복공판 중 강재 복공판은 제작하기가 복잡하고, 제작 단가가 비싸며, 무게가 많이 나가기 때문에 운반, 제작, 설치 및 해제시 상당히 불편한 문제가 있다. 또한, 차량 하중에 의한 강성체로서의 충격 및 진동에 대해 취약성을 갖고 있기 때문에 사용 수명이 짧고, 부분 파손으로 인해 소음이 발생하는 문제가 있다. 또한, 종래의 합성 복공판이 제작이 간단하고, 제작 단가가 저렴한 장점은 있으나, 강재 복공판과 마찬가지로 무게가 무겁고, 강재와 콘크리트의 합성이 불완전하여 충격 및 진동을 잘 흡수하지 못하는 문제가 있다. 더욱이, 종래의 복공판은 비중이 큰 철강 재질로 형성되기 때문에 그 큰 중량으로 인하여 복공판 전체의 무게를 증가시킬 뿐만 아니라, 철강 재질이 외부로 노출됨에 따라 빗물 등에 의한 산화로 부식되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 복공판의 구조를 보다 단순화함으로써 복공판의 제작 및 설치상의 용이성을 향상시키고, 진동 및 충격하중을 쉽게 견딜 수 있어 내진동성 및 고강도를 이루어낼 수 있으며, 복공판을 종래 비중이 큰 철강 재질로 제작하였던 것을 상대적으로 비중이 훨씬 낮은 섬유강화 복합소재로 제작하여 복공판의 경량화를 실현함으로써 종래의 문제점인 제작 및 설치상의 어려움을 해소함과 아울러 빗물 등에 의한 산화부식에 취약했던 종래 기술의 문제를 효율적으로 개선할 수 있도록 한 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판은, 장방형의 판상으로 된 상판부재와, 상기 상판부재의 하면에 나란히 결합되는 복수의 지지부재와, 상기 상판부재 및 지지부재 사이에 개재된 점탄성을 가진 댐핑부재를 포함하고, 상기 상판부재 및 지지부재는, 유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)로 제작된다.
또한, 상기 상판부재는, 상면에 점탄성을 가진 복수의 엠보싱이 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지부재는, 그 단면이 'ㅁ' 형상이거나 'I' 또는 90도 회전된 'H' 형상일 수 있으며, 180도 회전된 각진 'Ω' 형상일 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 각각이 서로 접촉되도록 배치되고, 상기 댐핑부재는 상기 지지부재 각각이 서로 접촉되는 부분에 개재될 수 있다.
또한, 상기 상판부재와 마주보도록 상기 지지부재의 하부에 결합되는 하판부재와, 상기 댐핑부재는 상기 하판부재 및 지지부재 사이에 개재될 수 있다.
또한, 상기 상판부재 내부에 격벽구조로 형성된 내부부재를 더 포함하고, 상기 상판부재는 상기 내부부재를 감싸도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 내부부재는 허니컴 형상으로 형성될 수 있고, 섬유강화 복합소재로 제작될 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판은, 복공판의 구조를 보다 단순화함으로써 복공판의 제작 및 설치상의 용이성을 향상시키고, 댐핑부재를 통하여 진동 및 충격하중을 쉽게 견딜 수 있어 내진동성 및 고강도를 이루어낼 수 있으며, 복공판을 종래 비중이 큰 철강 재질로 제작하였던 것을 상대적으로 비중이 훨씬 낮은 섬유강화 복합소재로 제작하여 복공판의 경량화를 실현함으로써 종래의 문제점인 제작 및 설치상의 어려움을 해소함과 아울러 빗물 등에 의한 산화부식에 취약했던 종래 기술의 문제를 효율적으로 개선할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만 들어진 복공판의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 제1 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 제2 실시예를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 제3 실시예를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 제4 실시예를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 1의 실시예에 따른 사용 상태도이다.
도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판은 상판부재(100), 지지부재(200) 및 댐핑부재(300)를 포함하여 이루어지고, 하판부재(400) 및 내부부재(500)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 상판부재(100)는 엠보싱(150)이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판은, 도 5에 도시된 바와 같이, 지하철 건설과 같은 지하 시설 공사를 위해 도로를 파헤치는 경우, 교통량에 미치는 영향을 최소화하기 위해 노면을 복개하는데 사용된다. 이때, 거더(G)와 거더(G) 사이에 개구된 노면을 폐쇄하도록 복수의 복공판이 설치된다.
이러한 본 발명의 복공판을 이루는 상판부재(100)는 장방형의 판상으로 제작되고, 지지부재(200)는 복수가 구비되어 상기 상판부재(100)의 하면에 나란히 결합된다. 상기 지지부재(200)는 상판부재(100)의 하면을 지지하기 위한 부재로서, 적은 중량으로 높은 하중을 지지할 수 있는 형상으로 제작되어야 한다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 지지부재(200)는 그 단면이 'ㅁ'자 형상일 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 그 단면이 'I' 또는 90도 회전된 'H' 형상일 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 그 단면이 180도 회전된 각진 'Ω' 형상일 수 있다.
상기와 같은 상판부재(100) 및 지지부재(200)는 내후성, 내수성, 내유성 및 내산화성이 우수한 섬유강화 복합소재(FRP: Fiber Reinforced Plastics)로 제작되는 것에 그 특징이 있다. 상기 섬유강화 복합소재는 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 섬유재를 수지로 다층 접착하여 경화시킨 복합재료로서, 철강 소재에 비하여 경량으로 구조물을 만들 수 있는 것은 물론, 제작이 용이하고 기계적인 강도는 오히려 향상될 수 있다. 특히, 상기 섬유강화 복합소재는 고분자 재료에 첨가되는 섬유재의 종류에 따라 강도를 조절할 수 있고, 비중이 1.6 정도로 제작할 수 있어서 비중이 7.85인 강철 소재에 비하여 매우 경량으로 제작할 수 있는 이점이 있다. 즉, 종래의 강철 소재인 복공판에 비하여 본 발명의 섬유강화 복합소재로 제작된 복공판은 경량으로 설치 및 작업의 편리성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 섬유강화 복합소재를 형성하기 위한 섬유재로 사용되는 소재로는 유리섬유, 탄소섬유, 케블라섬유, 보론섬유, SiC섬유 및 Al2O3섬유 등이 있으며, 상기 섬유재는 그 방향성에 따라 일정한 방향성 없이 산개되어 있는 Non-Axial Type, 일방향성을 갖는 Mono-Axial Type, 이방향성을 갖는 Biaxial Type 및 그 이상의 방향성을 갖는 Multi-Axial Type 등으로 구별된다. 상기 섬유강화 복합소재는 전술한 섬유재 각각의 소재 및 그 방향성에 따라 기계적 물성이 달라진다. 상기 섬유 강화 복합소재를 형성하기 위해 전술한 섬유재를 다층 접착하는 수지로는 일반적으로 불포화 폴리에스테르 수지가 이용된다.
본 발명의 복공판 중 상판부재(100) 및 지지부재(200)를 제작하는 방법에 대해 살펴보면, 상기 상판부재(100) 및 지지부재(200)의 형상을 갖는 틀(미도시)을 먼저 준비하고, 상기 틀의 내표면에 왁스층을 형성한 다음, 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 섬유재를 수지로 다층 접착하여 경화시킨 후, 상기 틀을 떼어낸다. 마지막으로 상기 상판부재(100) 및 지지부재(200)의 외표면에 겔코우트용 수지(미도시)를 코팅하여 외관을 미려하게 함과 동시에 내후성, 내수성, 내유성 및 내산화성을 더욱 강화시킴으로써 빗물에 의한 산화부식의 문제를 보다 효율적으로 개선할 수 있다.
그러나, 상기와 같이 섬유강화 복합소재로 만들어진 상판부재(100) 및 지지부재(200)만으로 복공판을 제작할 경우, 내산화성 및 고강도의 복공판을 제작할 수는 있으나 사람이나 차량 등의 잦은 이동에 따른 동적 하중 및 충격에 의한 취성파괴를 불러 일으킬 수 있다. 이러한 문제로 인해 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판을 실용화할 수 없다. 이러한 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 취성파괴 특성을 방지하기 위해 댐핑부재(300)를 개재하는 것이다.
댐핑부재(300)는 상기 상판부재(100) 및 지지부재(200) 사이에 개재되고, 점탄성을 가진 물체이다. 점탄성은 하중에 의한 빠른 변형에는 어긋나는 탄성을 나타내고, 느린 변형에서는 점성 유동을 나타내는 역학적인 성질을 말하며, 이런한 특성을 가진 물체를 점탄성체라고 한다. 즉, 댐핑부재(300)는 점탄성체로서 점성 과 탄성을 함께 가지고 있는 물체이다. 점탄성 재료로서 일반적으로 에폭시 계열, 실리콘 계열 또는 우레탄 계열 등이 널리 사용된다. 그 중에서도 에폭시 계열은 경화시 중량 변화율이 작고, 비틀림이나 변형이 없어 내구성이 뛰어나며, 경화 후 응력변화에 따른 내구성이 우수한 특징이 있어 본 발명의 댐핑부재(300)의 소재로서 가장 바람직하다. 이때, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 상기 지지부재(200) 각각이 서로 접촉되도록 배치된 경우, 상기 댐핑부재(300)는 상기 지지부재(200) 각각이 서로 접촉되는 부분에 개재된다. 즉, 상판부재(100)에 하중이 가해졌을 때, 지지부재(200) 사이에 개재된 댐핑부재(300)에 의해 지지부재(200) 각각이 미세하게 흔들릴 때, 인접한 지지부재(200) 간에도 점탄성을 가진 댐핑부재(300)를 개재하여 지지부재(200) 간에 접촉 파괴가 일어나지 않도록 한다.
한편, 상기 상판부재(100)는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 상면에 점탄성을 가진 복수의 엠보싱(150)이 형성될 수 있다. 즉, 상판부재(100)의 상면으로 사람 또는 자동차 등이 이동하게 되므로 미끄럼 방지를 위하여 엠보싱(150)을 형성하는 것이며, 이 경우 상기 엠보싱(150) 역시 점탄성을 가진 물체로서 미끄럼 방지 기능을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판은, 도 4에 도시된 바와 같이 하판부재(400)를 더 포함할 수 있다. 하판부재(400)는 상기 상판부재(100)와 마주보도록 상기 지지부재(200)의 하부에 결합된다. 즉, 하판부재(400)는 지지부재(200)의 하부에 결합되어 본 발명의 복공판의 안정도를 보다 견고하게 해준다. 이때, 상기 하판부재(400) 및 지지부재(200) 사이에 댐핑부재(300)를 개 재하여 하판부재(400) 및 지지부재(200) 간의 취성 파괴를 방지한다.
상기 상판부재(100)는 처음부터 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 형성할 수도 있으나, 보다 저중량으로 고하중을 견딜 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같이 내부에 격벽구조로 형성된 내부부재(500)를 더 포함할 수 있다. 즉, 내부부재(500)를 격벽구조로 형성한 후 상판부재(100)는 상기 내부부재(500)를 감싸도록 형성시켜 제작할 수 있다. 더욱이, 상기 내부부재(500)를 허니컴(honeycomb) 형상으로 제작하고, 상기 내부부재(500) 역시 섬유강화 복합소재로 제작하여 저중량으로 고하중을 견딜 수 있는 복공판을 제작할 수 있다. 이때, 상기 내부부재(500)는 섬유강화 복합소재를 적층 방식으로 제작하거나 몰드 성형법에 의해 제작할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 제1 실시예를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 제2 실시예를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 제3 실시예를 도시한 사시도이며,
도 4는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판의 제4 실시예를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 1의 실시예에 따른 사용 상태도이다.
**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**
100 : 상판부재 150 : 엠보싱
200 : 지지부재
300 : 댐핑부재
400 : 하판부재
500 : 내부부재
G : 거더
Claims (10)
- 장방형의 판상으로 된 상판부재와,상기 상판부재의 하면에 나란히 결합되는 복수의 지지부재와,상기 상판부재 및 지지부재 사이에 개재된 점탄성을 가진 댐핑부재를 포함하고,상기 상판부재 및 지지부재는,유리섬유 또는 탄소섬유로 이루어진 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)로 제작된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제1항에 있어서,상기 상판부재는,상면에 점탄성을 가진 복수의 엠보싱이 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제1항에 있어서,상기 지지부재는,그 단면이 'ㅁ' 형상인 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제1항에 있어서,상기 지지부재는,그 단면이 'I' 또는 90도 회전된 'H' 형상인 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제1항에 있어서,상기 지지부재는,그 단면이 180도 회전된 각진 'Ω' 형상인 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제1항에 있어서,상기 지지부재는 각각이 서로 접촉되도록 배치되고,상기 댐핑부재는 상기 지지부재 각각이 서로 접촉되는 부분에 개재된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제1항에 있어서,상기 상판부재와 마주보도록 상기 지지부재의 하부에 결합되는 하판부재와,상기 댐핑부재는 상기 하판부재 및 지지부재 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 상판부재 내부에 격벽구조로 형성된 내부부재를 더 포함하고,상기 상판부재는 상기 내부부재를 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제8항에 있어서,상기 내부부재는허니컴 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
- 제8항에 있어서,상기 내부부재는,섬유강화 복합소재로 제작된 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판.
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|---|---|---|---|
| KR1020080136309A KR20100078142A (ko) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판 |
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| KR1020080136309A KR20100078142A (ko) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판 |
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| KR20100078142A true KR20100078142A (ko) | 2010-07-08 |
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| KR1020080136309A KR20100078142A (ko) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 섬유강화 복합소재로 만들어진 복공판 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20100078142A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101250194B1 (ko) * | 2011-09-02 | 2013-04-02 | 계명대학교 산학협력단 | 다층 섬유시트를 이용한 복공판. |
| CN103806357A (zh) * | 2012-11-14 | 2014-05-21 | 辽宁辽杰科技有限公司 | 一种临时路面板及其制备方法 |
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2008
- 2008-12-30 KR KR1020080136309A patent/KR20100078142A/ko not_active Application Discontinuation
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| CN103806357A (zh) * | 2012-11-14 | 2014-05-21 | 辽宁辽杰科技有限公司 | 一种临时路面板及其制备方法 |
| CN103806357B (zh) * | 2012-11-14 | 2018-07-13 | 辽宁辽杰科技有限公司 | 一种临时路面板及其制备方法 |
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