KR20110136933A

KR20110136933A - 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조

Info

Publication number: KR20110136933A
Application number: KR1020100056855A
Authority: KR
Inventors: 이기윤; 이훈기
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-12-22

Abstract

본 발명은 평판부재와 접합되는 봉형부재의 종단부 내부에 부재의 길이방향을 따라 연장되고 내부 중심에서 부재의 내주면을 향해 방사상으로 배치되는 다수의 보강재를 설치함으로써, 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에서 베어링 하중을 분산시켜 전이할 수 있는 보다 넓은 경로를 확보하고 이에 따른 구조적 강성문제를 해소하며, 특히 주변 의장품과의 간섭문제를 해소할 수 있는 경제적인 설계구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 평판부재(10)와 봉형부재(12) 사이의 보강구조로서, 상기 봉형부재(12)는 일측 종단부 내부에 길이방향을 따라 연장되고 그 외측단부가 상기 봉형부재(12)의 내주면 사이에 걸쳐 접합되는 보강재(14)를 구비하고, 상기 봉형부재(12)의 종단부와 상기 보강재(14)의 종단부가 각각 상기 평판부재(10)에 대해 접합되는 구조로 이루어진다.

Description

평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조{Reinforcement structure for welded part between plain member and column member}

본 발명은 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐단면을 갖는 봉형부재의 선단부위에 대한 구조를 주보강재인 평판부재로 베어링 하중을 보다 넓은 범위에 걸쳐 전달할 수 있는 방식으로 변경하여 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 베어링 강도의 보강에 있어 레이 아웃상의 배치 자유도 증진과 그에 따른 적용 부위의 확대, 그리고 작업 공정의 간략화에 따른 생산성의 향상을 기대할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 각종 해양 구조물은 다양한 종류의 부재를 상호 접합시켜 건조되는 바, 예컨대 각종 구조물의 탑재를 비롯하여 설치를 위해 층상으로 배치되는 데크 또는 벌크 헤드와 같은 평판부재는 이들 사이를 강봉 또는 강빔과 같이 내부에 폐단면을 형성하는 중공의 봉형부재를 직립한 상태로 접합시켜 그 하중을 지지하게 된다. 이때, 각 봉형부재와 평판부재 사이의 접합부위는 베어링 하중(Bearing Force)의 전이에 따른 응력의 정도를 감안하여 추가적인 보강의 여부를 결정해야 한다.

일례로, 도 1에 도시된 바와 같이 평판부재(51)에 대해 봉형부재(53)의 일측 종단부가 필렛용접 등으로 접합되어 상기 봉형부재(53)를 통해 베어링 하중이 상기 평판부재(51)로 전달되는 구조를 갖는 부위에서 발생하는 베어링 스트레스는 다음과 같은 관계식으로부터 연산되고, 이때 산출되는 베어링 스트레스는 재료가 가지는 고유의 항복 응력(fy)과 비교하여 베어링 하중의 면적이 충분하지 않을 경우에는 봉형부재(53)의 종단부에 베어링 하중을 위한 면적의 확보를 위해 평판부재(51)의 저면(底面)에 별도의 보강재를 취부하거나 또는 봉형부재(53)의 종단부 외측에 별도의 보강재를 취부하여야 한다.

베어링 스트레스 = R / [t₂*(N+5K)] -------------------------- (관계식)

여기서, R은 베어링 하중이고, N은 베어링 하중을 전달하는 봉형부재(53)의 두께이며, t₁은 베어링 하중을 받는 평판부재(51)의 두께이고, t₂는 베어링 하중을 받는 평판부재(51)의 저면에 접합되는 웨브 형태의 저면 주 보강재(55) 두께이며, t₃은 봉형부재(53)와 주보강재인 평판부재(51)의 저면에 접합된 저면 주 보강재(55) 사이의 필렛용접 부위에 대한 각장이고, K=t1+t3이며, fy는 재료의 항복 응력에 해당한다.

그리고, 상기 관계식을 통해 산출된 베어링 스트레스와 재료가 가지는 고유한 항복 응력(fy)을 각각 비교하여 보강 여부에 대한 판단을 하게 된다. 즉, 산출된 베어링 스트레스가 재료가 가지는 고유한 항복 응력의 0.66배 보다 크기 않으면(베어링 스트레스 ≤ 0.66fy), 용접부위에 대한 보강이 필요하지 않게 된다. 이에 반해, 산출된 베어링 스트레스가 재료가 가지는 고유한 항복 응력의 0.66배 보다 크면(베어링 스트레스 > 0.66fy), 용접부위에 대한 보강을 필요로 하게 되는 데, 이 경우 보강의 형태는 상기 평판부재(51)와 상기 봉형부재(53) 사이의 결합부위가 가지는 형상적 특징에 따라 다양한 형태로 제안된다.

예컨대, 도 2와 도 2의 A-A선 단면을 도시한 도 3에서와 같이, 종래 평판부재(51)와 봉형부재(53) 사이의 접합부위는 상기 평판부재(51)의 저면에 십자형태로 접합되는 웨브 형태의 저면 주 보강재(55)를 취부하여 봉형부재의 하중을 지지하게 된다. 이 경우, 상기 저면 주 보강재(55)는 상기 평판부재(51)의 저면에 대해 수직하게 접합되는 제1웨브(55a)와, 상기 평판부재(51)의 저면에서 상기 제1웨브(55a)와 교차되는 방향으로 배치되어 접합되는 제2웨브(55b)로 보강되는 데, 상기 봉형부재(53)와 교차되는 교차부위에 베어링 하중이 전달되게 된다. 이때 도 1에 도시된 인자들을 가지고 상기 관계식에 따라 베어링 보강 여부를 판단하여 베어링 면적이 부족할 시 적절한 보강을 고려하여야 한다.

종래의 대표적인 보강 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 봉형부재의(53) 저면(평판부재(51)의 하부)에 봉형부재(53)의 접합부를 따라서 원형타입보강재(61)로 하부 보강을 하거나 하중이 그리 크지 않을 경우 봉형부재(53)와 저면 주 보강재(55)의 교차되는 부위의 하부에 스티프너 보강재를 취부하여 부족한 베어링 면적을 확보하는 것이다.

그런데 상기와 같은 구조로 상기 평판부재(51)와 상기 원형타입보강재(61) 또는 스티프너 사이의 접합부위에 대해 구조적 보강을 실시하려면, 원형타입보강재(100) 또는 스티프너가 취부될 수 있는 구역의 공간이 허락되거나 취부면 작업이 가능한 스테이지일 때에 한해 각각 가능한 보강방법이었고, 그렇지 못한 경우에는 작업 공간의 확보를 위해 작업용 발판 등과 같은 별도 시설물의 설치가 선행되어야 하는 문제를 안고 있다.

또 다른 베어링보강 방법으로 도 5와 도 5의 B-B선 단면을 도시한 도 6에서와 같이, 상기 봉형부재(53)의 종단부 외측에서 상기 평판부재(51)에 걸쳐 십자형태로 접합되는 별도의 외부 보강재(57)를 취부하여 베어링 하중의 면적을 확대시킴으로써 상기 봉형부재(53)로부터 상기 평판부재(51)로 전달되는 베어링 하중을 분산시키게 된다. 이때 상기 외부 보강재(57)는 상기 봉형부재(53)의 외주면에 대해 교차하는 방향으로 배치되어 상기 평판부재(51)와의 사이에 걸쳐 접합되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 봉형부재(53)와 상기 평판부재(51) 사이의 접합부위 면적을 상기 저면 주 보강재(55) 또는 외부 보강재(57)의 설치를 통해 확대시킴으로써 상기 봉형부재(53)를 통해 상기 평판부재(51)로 전달되는 베어링 하중을 보다 넓은 접촉부위를 통해 분산하여 흡수하고, 이를 통해 상기 평판부재(51)에 대한 구조적 강성을 보강할 수 있게 된다.

그런데, 도 5와 같은 구조로 상기 평판부재(51)와 상기 봉형부재(53) 사이의 접합부위에 대해 구조적 보강을 실시할 경우에는 상기 봉형부재(53)의 종단부 외측에서 상기 평판부재(51)에 걸쳐 외부로 돌출된 형태의 외부 보강재(57)를 별도로 접합해야 하므로, 상기 평판부재(51)의 상부에서 작업자의 통행이나 시설물 또는 장비의 이동시 상기 외부 보강재는 장애의 요인으로 작용하는 문제를 초래하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 평판부재와 접합되는 봉형부재의 종단부 내부에 부재의 길이방향을 따라 연장되고 내부 중심에서 부재의 내주면을 향해 방사상으로 배치되는 다수의 보강재를 설치함으로써, 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에서 베어링 하중을 분산시켜 전이할 수 있는 보다 넓은 경로를 확보하고 이에 따른 구조적 강성문제를 해소하며, 특히 주변 의장품과의 간섭문제를 해소할 수 있는 경제적인 설계구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 평판부재와 봉형부재 사이의 보강구조로서, 상기 봉형부재는 종단부 내부에 십자로 교차되어 길이방향을 따라 연장되고 그 외측단부가 상기 봉형부재의 내주면 사이에 걸쳐 접합되는 보강재를 구비하고, 상기 봉형부재의 종단부와 상기 보강재의 종단부가 각각 상기 평판부재에 대해 접합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 보강재는 상기 봉형부재의 내부 중심에 대해 등간격으로 이격되게 배치되고, 상기 각 보강재는 상기 봉형부재의 내부에서 상호 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 각 보강재는 상기 봉형부재에 형성되는 심에 대해 외측단부를 삽입시킨 상태에서 상기 봉형부재에 접합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 보강재는 상기 봉형부재의 길이방향을 따라 상기 봉형부재의 내주면과 접합되는 외측단부의 길이가 더 길게 형성되는 연장부를 일체로 구비하고, 상기 연장부는 오목한 원호형상으로 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 평판부재는 저면에 상기 보강재와 동일한 위치로 접합되는 저면 보강재를 구비하고, 상기 저면 보강재는 상기 평판부재의 저면에서 수직하게 접합되는 제1웨브와 상기 제1웨브와 교차되는 방향으로 수직하게 접합되는 제2웨브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조에 의하면, 평판부재와 접합되는 봉형부재의 종단부 내부에 길이방향을 따라 연장되면서 내측 중심으로부터 외측에 위치한 봉형부재의 내주면을 향해 방사상으로 배치되는 다수의 보강재를 접합시켜 봉형부재로부터 평판부재에 이르는 베어링 하중의 보다 넓은 전달경로를 확보함으로써, 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보다 간략화된 보강구조를 제공할 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 봉형부재를 통해 평판부재로 전달되는 베어링 하중을 봉형부재의 종단부 내부에 위치한 방사상 배치의 보강재를 통해 주보강재에 해당하는 평판부재로 전이할 수 있으므로 구조물의 접합부위에 대한 구조 강성을 한층 더 강화시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 평판부재와 봉형부재 사이의 결합부위에 있어 운용상 봉형부재의 외부로 보강재를 설치하는 데 제한이 있거나, 그로 인해 봉형부재의 주변에서 필요한 의장품과의 간섭 문제의 발생이 수반되는 경우 이를 보다 적극적으로 회피할 수 있으므로, 평판부재에 해당하는 데크 상부 또는 데크 하부에서 이루어지는 설비의 배치에 관한 레이 아웃상의 설계적 자유도를 한층 더 자유롭게 설정할 수 있는 효과를 거둘 수 있게 된다.

도 1은 베어링 하중에 대한 보강여부를 판단하기 위한 관계식의 적용부위를 도시한 도면.
도 2는 봉형부재의 주하중을 주로 지지하는 보강구조에 대한 일 실시예를 도시한 측면도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4는 종래 또 다른 형태의 보강구조를 도시한 도면.
도 5는 종래 평판부재와 봉형부재 사이의 보강구조에 대한 다른 실시예를 도시한 측면도.
도 6은 도 4의 B-B선 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 평판부재와 봉형부재 사이의 보강구조를 도시한 측면도.
도 8은 도 7의 C-C선 단면도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 평판부재(10)와 봉형부재(12) 사이를 상호 수직한 방향으로 결합시키기 위한 접합부위에 적용되는 것으로, 상기 봉형부재(12)는 상기 평판부재(10)와의 접합부위에 해당하는 일측 종단부의 내부에 위치하도록 접합되는 다수의 보강재(14)를 구비한다.

상기 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)의 내부 중심으로부터 상기 봉형부재(12)의 내주면을 향해 방사상으로 배치되어 접합되고, 상기 봉형부재(12)의 종단부 내부에서 길이방향을 따라 연장되는 구조로 배치된다. 즉, 상기 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)의 내부에서 십자형태로 상호 교차되도록 배치된다.

이때, 상기 보강재(14)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 봉형부재(12)의 내부 중심에 대해 상기 봉형부재(12)의 내주면을 향해 동일한 각도의 간격을 두고 상호 이격되도록 배치되는 데, 예컨대 상기 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)의 내부 중심을 기준으로 90도의 등간격을 두고 내부 중심에서 상호 교차하는 방향으로 배치된다.

이 경우, 상기 봉형부재(12)의 종단부와 상기 보강재(14)의 종단부는 모두 상기 평판부재(10)에 대해 접합되어 상기 봉형부재(12)로부터 상기 평판부재(10)로 전이되는 베어링 하중의 전달 경로를 보다 넓은 부위로 확장시켜 주는 역할을 하게 되고, 이를 통해 상기 평판부재(10)와 상기 봉형부재(12) 사이의 구조 강성은 한층 더 보강될 수 있게 된다.

그리고, 상기 봉형부재(12)와 상기 보강재(14) 사이의 접합구조는 상기 봉형부재(12)의 내주면에 대해 상기 보강재(14)의 외측단부가 필렛용접의 접합방식으로 결합되어도 무방하고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 봉형부재(12)에 상기 보강재(14)의 외측단부가 삽입될 수 있을 정도의 심(seam;12a)을 형성한 다음 상기 심(12a) 내에 상기 보강재(14)의 외측단부를 삽입시킨 상태에서 상기 봉형부재(12)와 함께 접합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 보강재(14)의 내측단부에 해당하는 상기 보강재(14) 사이의 교차부위에서도 상호 필렛용접으로 접합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)의 길이방향을 따라 상기 봉형부재(12)의 내주면과 접합되는 외측단부의 길이가 상기 봉형부재(12)의 중심부위에 위치하여 상호 접합되는 내측단부의 길이 보다 더 길게 설정되는 연장부(14a)를 일체로 형성하는 바, 상기 연장부(14a)는 상기 보강재(14)의 외측에 위치한 자유단부를 오목한 원호형상으로 라운드지게 형성함으로써 전이되는 응력을 보다 효과적으로 분산시키는 역할을 하게 된다.

이에 따라, 상기 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)를 통해 상기 평판부재(10)로 전이되는 베어링 하중의 전달면적으로 보다 넓게 확보함과 더불어, 상기 평판부재(10)의 저면에 설치되거나, 또는 상기 봉형부재(12)의 외부에 직접적으로 노출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 보강재(14)를 상기 봉형부재(12)의 종단부 내부에 위치되도록 함에 있어, 상기 평판부재(10)는 상기 봉형부재(12)와 접합부위 저면에 도 2와 도 5에 도시된 바와 같이 수직하게 접합되는 저면 보강재(16)를 별도로 설치하여도 무방하다. 이때, 상기 저면 보강재(16)의 설치는 종래와 동일하게 저면 보강재(16)의 상단부를 상기 평판부재(10)의 저면부에 접합시킴으로써 달성된다. 즉, 상기 저면 보강재(16)는 상기 평판부재(10)의 저면에 대해 수직하게 접합되는 제1웨브(16a)와, 상기 평판부재(10)의 저면에서 상기 제1웨브(16a)와 교차되는 방향으로 배치되어 수직하게 접합되는 제2웨브(16b)로 이루어진다.

따라서, 상기와 같은 구조로 봉형부재(12)의 종단부 내부에 다수의 보강재(14)를 방사상으로 배치한 다음, 상기 봉형부재(12)와 상기 보강재(14)를 함께 상기 평판부재(10)의 표면에 접합시켜 고정하게 되면, 상기 봉형부재(12)를 통해 전이되는 베어링 하중은 상기 봉형부재(12)의 종단면과 상기 보강재(14)의 종단면을 통해 보다 넓은 부위에 걸쳐 상기 평판부재(10)로 분산되어 전달될 수 있게 된다.

이 결과, 상기 봉형부재(12)와 상기 평판부재(10) 사이의 접합부위에 대한 구조 강성은 한층 더 보강될 수 있고, 특히 상기 봉형부재(12)와 상기 평판부재(10) 사이의 접합부위에서 이루어지는 보강 구조는 종래와 같이 상기 평판부재(10)의 저면에서 저면 보강재(16)와 교차하는 방향으로 별도의 보강재를 취부하거나 상기 봉형부재(12)의 종단부 외측에서 별도의 보강재를 취부하여 공간을 점유하는 등의 단점을 해소할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 보강구조는 상기 봉형부재(12)의 종단부 저면의 공간이 협소한 구역 또는 봉형부재(12)의 종단부 주변에 보강재(14)를 설치할 수 없는 곳에 적용하면, 상기 봉형부재(12)의 외부에 위치하는 다른 의장품류과의 간섭문제를 보다 적극적으로 회피할 수 있으므로 평판부재(10)에 해당하는 데크 상부 또는 데크 하부에서 이루어지는 각종 설비들에 대한 배치에 있어 레이 아웃상의 설계적 자유도를 한층 더 자유롭게 확보할 수 있게 된다. 특히 본 발명은 기존 돌출형 보강구조 보다 훨씬 더 안정적이고 강성 보강에 보다 효과적으로 적용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10-평판부재 12-봉형부재
14-보강재 16-저면 보강재

Claims

평판부재(10)와 봉형부재(12) 사이의 보강구조로서,
상기 봉형부재(12)는 일측 종단부 내부에 길이방향을 따라 연장되고 그 외측단부가 상기 봉형부재(12)의 내주면 사이에 걸쳐 접합되는 보강재(14)를 구비하고, 상기 봉형부재(12)의 종단부와 상기 보강재(14)의 종단부가 각각 상기 평판부재(10)에 대해 접합되는 것을 특징으로 하는 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조.
청구항 1에 있어서,
상기 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)의 내부 중심에 대해 등간격으로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조.
청구항 2에 있어서,
상기 각 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)의 내부에서 상호 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조.
청구항 1 내치 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)에 형성되는 심(12a)에 대해 외측단부를 삽입시킨 상태에서 상기 봉형부재(12)에 접합되는 것을 특징으로 하는 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조.
청구항 4에 있어서,
상기 보강재(14)는 상기 봉형부재(12)의 길이방향을 따라 상기 봉형부재(12)의 내주면과 접합되는 외측단부의 길이가 더 길게 형성되는 연장부(14a)를 일체로 구비하는 것을 특징으로 하는 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조.
청구항 5에 있어서,
상기 연장부(14a)는 오목한 원호형상으로 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조.
청구항 1에 있어서,
상기 평판부재(10)는 저면에 상기 보강재(14)와 동일한 위치로 접합되는 저면 보강재(16)를 구비하고, 상기 저면 보강재(16)는 상기 평판부재(10)의 저면에서 수직하게 접합되는 제1웨브(16a)와 상기 제1웨브(16a)와 교차되는 방향으로 수직하게 접합되는 제2웨브(16b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판부재와 봉형부재 사이의 접합부위에 대한 보강구조.