KR102372361B1

KR102372361B1 - Cft 기둥과 이의 제작 방법

Info

Publication number: KR102372361B1
Application number: KR1020210080219A
Authority: KR
Inventors: 엄정근; 권용탁
Original assignee: 주식회사 하이스틸
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-03-10

Abstract

본 발명은 내다이아프램을 내장한 폐단면 구조의 강관 내부에 콘크리트를 충전하는 CFT 기둥에 관한 것으로, 단위 강판으로 절곡 성형된 폐단면 구조의 중공형 강관과; 강관의 중공부를 가로질러 배치되고 강관 둘레를 따라 끼움결합된 내다이아프램; 및 절곡 성형된 단위 강판의 양 단부를 맞대어 이루어지는 맞댐부를 용접하는 용접부;를 포함하는데, 여기서 강관은 용접부를 강관의 길이방향을 따라 일 측면에 배치하여 1-seam 용접으로 절곡 성형된 단위 강판을 폐단면 구조로 접합될 수 있게 구성되어 있다.
또한, 본 발명은 앞서 기술된 CFT 기둥의 제작 방법을 포함한다.

Description

CFT 기둥과 이의 제작 방법 {Concrete filled steel tube column and manufacturing method thereof}

본 발명은 CFT 기둥에 관한 것으로, 특별하기로는 수평 내다이아프램 및/또는 수직 내다이아프램을 내장한 CFT 기둥에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 전술된 CFT 기둥의 제작 방법을 포함한다.

일반적으로, 콘크리트 충전형 강관(Concret Filled steel Tube; 이하 CFT) 기둥은 강관의 내부에 콘크리트를 타설·양생하여 강재와 콘크리트 간의 합성력을 부가한 구조물이다.

CFT 기둥은 철 구조물로서의 우수한 인장강도와 항복강도를 보유하는 강관 내에 압축 좌굴에 대한 힘을 추가로 부여하기 위하여 콘크리트를 타설·양생시킴으로써 강관과 콘크리트의 합성작용에 의해 축력와 휨 모멘트 및 전단력에 대한 우수한 저항 강성을 제공하는 한편, 우수한 내력성, 내화성, 시공성을 갖게 된다.

당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, CFT 기둥은 철골보와 용접 접합되는 경우에 철골보의 하중과 방향성에 의하여 강관이 면외변형(국부좌굴)하거나 용접부가 파단될 수 있다. 이에, CFT 기둥과 철골보의 접합부에는 다이아프램을 설치하여 보강하는데, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이 강관 기둥 내에 다이아프램을 설치한 후 용접을 통해 강관 기둥의 개방부를 마감판으로 마감한다. 이러한 종래기술에 따른 CFT 기둥은 다이아프램 하부에 콘크리트를 밀실하게 충전하는 데 한계를 가질 수밖에 없으며 이는 콘크리트 구속효과를 기대할 수 없을 것이다.

덧붙여서, 특허문헌 1은 'ㄷ'자 형태의 강관 기둥과 마감판으로 한정된 폐단면 구조의 CFT 기둥 내에 다이아프램, 즉 내다이아프램을 설치하기 위해 작업공수의 증가와 함께 각 구성부재들 간의 용접 부위에 신뢰할 수 있는 접합 품질을 제공하기 쉽지 않은 문제점을 갖는다.

대한민국 등록특허 제10-2196491호

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 폐단면 구조의 관형상으로 성형될 단위 강판을 최소한의 심(seam) 용접으로 CFT 기둥을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 폐단면 구조의 CFT 기둥 내에 수평 내다이아프램 및/또는 수직 내다이아프램의 조립성을 향상시킬 수 있는 제작 방법을 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 CFT 기둥은 단위 강판으로 절곡 성형된 폐단면 구조의 중공형 강관과; 강관의 중공부를 가로질러 배치되고 강관 둘레를 따라 끼움결합된 내다이아프램; 및 절곡 성형된 단위 강판의 양 단부를 맞대어 이루어지는 맞댐부를 용접하는 용접부;를 포함하는데, 여기서 강관은 용접부를 강관의 길이방향을 따라 일 측면에 배치하여 1-seam 용접으로 절곡 성형된 단위 강판을 폐단면 구조로 접합될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서, 내다이아프램은 내부에 관통공을 천공한 평판과; 평판의 외주면 둘레에서 강관의 측면 내부면을 향해 길이연장된 접합판; 및 수평 접합판의 끝단과 인접하게 위치된 스토퍼;를 포함하는 판상형의 수평 내다이아프램으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서, 내다이아프램은 십자형 혹은 우물형으로 교차결합되고 강관의 측면 내부면을 향해 길이연장된 접합판과; 수직 접합판의 끝단과 인접하게 위치된 스토퍼;를 포함하는 기둥형의 수직 내다이아프램으로 이루어질 수 있다.

선택가능하기로, 본 발명은 접합판의 광폭면 상에 스토퍼를 배치할 수 있다.

바람직하기로, 단위 강판은 내부 영역에서 폭방향을 따라 이격배치된 다수의 관통슬릿과; 맞대기 이음되는 양 단부에 형성된 경사진 개선형상; 맞대기 이음되는 양 단부에 관통슬릿의 절반 크기로 요입된 절반 관통슬릿; 및 관통슬릿과 교차되지 않도록 내부 영역에서 폭방향으로 상호 이격배치되고 길이방향으로 마킹되는 절곡라인;을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 CFT 기둥의 제작 방법은 단위 강판을 제공하는 단계와; 단위 강판을 절곡 성형하는 단계; 절곡 성형된 단위 강판으로 둘러싸인 내부공간에 내다이아프램을 설치하는 단계; 절곡 성형된 단위 강판을 폐단면 구조로 성형하는 단계; 및 절곡 성형된 단위 강판의 양단부를 맞대어 이루어지는 맞댐부를 용접하여 폐단면 구조의 강관을 형성하는 단계;를 포함하는데, 여기서 강관은 용접부를 강관의 길이방향을 따라 일 측면에 배치하여 1-seam 용접으로 절곡 성형된 단위 강판을 폐단면 구조로 접합할 수 있다.

내다이아프램을 설치하는 단계에서, 본 발명은 절곡 성형된 단위 강판의 맞댐부와 대향되는 타 측면에 형성된 관통슬릿에 내다이아프램의 접합판을 삽입 장착할 수 있다.

단위 강판을 폐단면 구조로 성형하는 단계에서, 본 발명은 절곡 성형된 단위 강판의 좌·우 측면을 가압하는 단계와; 근접배치된 단위 강판의 양 단부를 상호 맞대기 이음되도록 일 측면을 가압하는 단계;를 포함할 수 있다.

맞댐부를 용접하여 폐단면 구조의 강관을 형성하는 단계에서, 본 발명은 접합판과 관통슬릿을 외부 용접하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 최소한의 용접부, 바람직하기로는 1개소의 용접부를 중공형 강관의 길이방향을 따라 일 측면에 배치하여 폐단면 구조로 용접 접합하여 우수한 강성을 갖는 CFT 기둥을 제공한다.

본 발명은 폐단면 구조로 성형될 강판에 수평 및/또는 수직 내다이아프램을 끼움결합과 함께 용접 접합하여 중공형 강관과 내다이아프램 간의 신뢰할 수 있는 접합 신뢰성을 보장할 수 있다. 또한, 본 발명은 단위 강판을 폐단면 구조로 성형하는 과정 중에 수평 및/또는 수직 내다이아프램을 삽입 장착하여 제작 및 시공 상의 작업공수를 단순화시킬 수 있으며 생산효율을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CFT 기둥을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 CFT 기둥을 개략적으로 도시한 부분절개도이다.
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 선으로 절취한 CFT 기둥을 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CFT 기둥에 채용된 수평 내다이아프램을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CFT 기둥의 제작 방법을 단계별로 도해한 개요도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 CFT 기둥을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 CFT 기둥을 개략적으로 도시한 부분절개도이다.
도 8은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ 선으로 절취한 CFT 기둥을 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 CFT 기둥에 채용된 수직 내다이다프램을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 CFT 기둥의 제작 방법을 단계별로 도해한 개요도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 관형상으로 성형될 단위 강판을 최소한의 심 용접, 바람직하기로는 단위 강판의 길이방향을 따라 1개소의 용접부를 갖는 1-seam 용접을 통해 폐단면 구조의 강관으로 구성된 CFT 기둥에 관한 것이다. 당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 본 발명은 폐단면 구조의 강관 내부에 콘크리트를 충전하여 콘크리트와 강관의 합성 효과를 적극적으로 유도할 수 있는 합성기둥으로 구축될 수 있다. 여기서, CFT 기둥은 각형, 즉 사각형 폐단면의 강관으로 이루어질 수 있는데, 이에 국한되지 않고 원형, 타원형 등의 다양한 폐단면의 강관으로도 적용가능함을 밝혀둔다.

또한, 본 발명은 폐단면 구조의 강관 내에 내다이아프램(inner diaphragm), 구체적으로 수평 내다이아프램 및/또는 수직 내다이아프램을 용이하게 삽입 장착할 수 있도록 구성되어 있다.

도 1 내지 도 4를 참조로 하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 CFT 기둥(1)은 폐단면 구조의 강관(110)과 강관의 중공부를 횡방향으로 가로질러 배치된 내다이아프램(120)을 포함한다. 바람직하기로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 CFT 기둥(1)은 강관 내부에 판상형의 수평 내다이아프램(120)을 고정결합한다.

덧붙여서, 본 발명은 관형상으로 성형될 단위 강판(110a;도 5a 참조)의 양 단부(110b,110c)를 맞대어 심 용접하여 강관(110)을 제작할 수 있다. 다시 말하자면, 본 발명은 단위 강판(110a)의 양 단부를 맞대어 예컨대 CO₂ 용접 또는 SAW(Submerged Arc Welding;아크(잠호)용접)로 용접한 용접부(W)를 단위 강판의 길이방향으로 연장하게 된다. 결과적으로, 본 발명은 단위 강판을 1개소의 용접부로 이어붙여 폐단면 구조의 강관을 제작하게 되는데, 이는 용접부위를 줄여 용접시 발생하는 열변형에 의한 강도 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 용접에 필요한 작업공수를 현저하게 줄일 수 있다.

도시된 바와 같이, 강관(110)은 단위 강판을 폐단면 구조의 관형상으로 절곡 성형한 중공(中空)의 각형 강관일 수 있다. 본 발명은 강관(110)의 관둘레방향과 길이방향으로 관통슬릿을 구비하는데, 즉 강관 둘레의 각 측면에 관통슬릿(111)을 천공한다. 다시 말하자면, 관통슬릿(111)은 강관을 둘러싸는 각 측면의 내부영역에 배치된다.

선택가능하기로, 본 발명은 일 측면에 관통슬릿(111)을 용접부(W)와 동일선상에 위치되도록 한다. 이를 위해서, 본 발명은 용접부(W)를 각형 강관의 모서리에 형성하지 않고 각형 강관의 일 측면 중앙에 형성함으로써 강관의 길이방향을 따라 연장된 이음매를 형성하게 된다. 용접부(W)가 모서리가 아닌 측면의 중앙에 위치되어 용접부의 파손 우려를 저감시킬 수도 있다.

내다이아프램(120), 다시 말하자면 수평 내다이아프램(120)은 강관(110)의 중공단면 형상과 대응되는 십(十)자형상의 판상으로 형성된다. 도시되었듯이, 수평 내다이아프램(120)은 강관의 각 측면 내부면에 끼움결합되도록 측면 내부면을 향해 뻗어 있는 접합판(122)으로 구성되되, 내부에 관통공(121a)을 천공한 평판(121)과, 평판(121)의 외주면 둘레에서 방사상 방향으로 길이연장된 수평 접합판(122), 및 수평 접합판(122)의 끝단과 인접하게 위치된 스토퍼(123;stopper)를 구비한다.

평판(121)은 강관(110) 내부로 타설되는 콘크리트를 내다이아프램(120)의 하부측에 밀실하게 충전시킬 수 있도록 중앙에 관통공(121a)을 형성한다.

수평 접합판(122)은 강관 둘레를 따라 배치된 관통슬릿(111)에 개별적으로 끼움결합되는바, 이로써 수평 내다이아프램(120)을 강관(110)의 중공부에서 횡방향으로 가로질러 위치고정될 수 있다. 더욱이, 수평 접합판은 관통슬릿(111)과 대응되는 크기와 형상으로 형성되어 관통슬릿에 정합 상태로 결합되는 한편 관통슬릿(111)을 지나 강관 둘레의 각 측면 외부면과 동일 평면을 이루도록 평판에서 소정의 길이로 연장된다. 물론, 접합판은 강관의 외측에서 철골보와의 용이한 접합을 위해 외부로 돌출되게 수평으로 신장될 수도 있다.

본 발명은 관통슬릿(111)에 끼움결합된 내다이아프램(120)의 각 수평 접합판(122) 테두리를 CO₂ 용접 또는 SAW로 외부 용접한다.

본 발명의 제1 실시예에서, 스토퍼(123)는 수평 접합판(122)의 끝단에서 소정의 이격거리를 두고 수평 접합판(122) 상에 위치된다. 바람직하기로, 본 발명은 각형 강관의 관통슬릿을 한정하는 측면 내부면과 스토퍼를 면접촉되도록 형성되되, 이를 위해 각형 강관의 양 측면 내부면 사이에 대향되게 이격배치된 2개의 스토퍼 사이에 배치 간격과 각형 강관의 양 측면 사이의 간격을 동일하게 유지한다. 물론, 스토퍼(123)는 용접 등의 결합방식으로 수평 접합판에 취부될 수 있다.

선택가능하기로, 스토퍼(123)는 수평 접합판의 광폭면 상에 배치될 수 있으며, 이에 국한되지 않고 수평 접합판의 둘레면을 따라 배치될 수도 있다. 스토퍼(123)는 관통슬릿 내에서 수평 접합판의 정위치를 유지할 수 있으며, 관통슬릿과 수평 접합판 사이의 틈새로 콘크리트의 누출을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 수평 접합판 둘레를 보강할 수 있다. 부가적으로, 본 발명은 후술될 가압 성형 단계와 접합 단계 동안에 내다이아프램을 강관 내부에서 유격없이 거치시킬 수 있다.

덧붙여서, 내다이아프램(120)은 강관의 각 측면 둘레를 따라 천공된 관통슬릿의 갯수와 상응하게 복수의 수평 접합판을 구비하는데, 관둘레방향을 따라 인접하는 수평 접합판들 사이의 간격(참조부호 없음)을 강관의 각 모서리 내측에 제공하여 에어홀 기능과 함께 철근의 관통을 허용하여 용이한 배근을 가능하게 돕는다.

앞서 기술되었듯이, 본 발명은 1-seam 용접으로 폐단면 구조를 갖는 강관(110) 내부에 내다이아프램(120)을 내장하는 것을 특징으로 한다. 이하는 도 5를 참조로 하여 폐단면 구조의 관형상으로 단위 강판을 성형함과 함께 단위 강판을 폐쇄하기 전에 내다이아프램을 설치할 수 있는 제작 방법에 대한 설명이다.

도 5a를 참조로, 본 발명은 단위 강판(110a)을 제공하는 단계(S110)를 포함한다.

단위 강판(110a)은 절곡 성형을 통해 폐단면 구조의 각형 강관으로 가공되는 구성부재로서, 강관의 관둘레방향을 따라, 다시 말하자면 단위 강판의 내부 영역에서 폭방향을 따라 다수의 관통슬릿(111)을 천공하는 한편 양 단부(110b,110c)를 개선가공하여 예컨대 모따기와 같이 경사진 개선형상(112)을 구비한다. 또한, 단위 강판(110a)은 관통슬릿과 교차되지 않게 이의 내부영역에서 길이방향을 따라 절곡라인(110d)을 마킹한다.

이를 위해, 단위 강판(110a)은 관통슬릿(111)을 천공하는 단계, 양 단부를 개선가공하는 단계, 절곡라인을 마킹하는 단계를 수행하여 예비성형될 수 있다. 물론, 관통슬릿의 천공 단계, 양 단부의 개선가공 단계, 절곡라인의 마킹 단계는 순서와 무관하게 수행되거나 동시에 수행될 수 있다.

관통슬릿의 천공 단계에서, 단위 강판은 앞서 기술된 내다이아프램(120), 구체적으로 수평 내다이아프램의 수평 접합판을 수용하는 관통슬릿(111)을 강관 둘레의 각 측면 내에 위치되도록 천공한다. 특별하기로, 본 발명은 단위 강판의 양 단부를 맞대기 이음한 용접부를 강관의 일 측면 내에 위치시키기 위해 강관의 일 측면을 따라 일렬로 배치된 하나 이상의 관통슬릿과 용접부(W)를 강관의 일 측면 상에서 서로 교차되게 배열한다. 이를 위해, 단위 강판은 일 단부(110b)에서 직교되게 관통슬릿의 절반 크기로 요입된 절반 관통슬릿(111')과 타 단부(110c)에서 직교되게 관통슬릿의 절반 크기로 요입된 절반 관통슬릿(111")을 결합해 완전한 관통슬릿(111)을 형성할 수 있다.

단위 강판(110a)은 양 단부의 개선가공 단계를 통해 일 단부(110b)와 타 단부(110c)에 각각의 경사진 개선형상(112)을 갖도록 한다. 이는 프레스 성형(S120) 후에 평행하게 이격배치된 양 단부(110b,110c)를 맞대기 이음하여 대면하는 맞댐부, 다시 말하자면 용접 단면을 V자 개선형상으로 제공하여 양호한 용접 효율을 기대할 수 있다. 본 발명은 이에 국한되지 않고 단위 강판의 양 단부를 맞대기 이음하는 용접 단면을 Y자 개선형상에 대응되는 경사진 개선형상으로 가공할 수 있다. 당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 단위 강판(110a)은 엣지 밀링, 플라즈마 아크 절단 방법 등으로 양 단부를 경사지게 가공할 수 있다.

본 발명은 프레스를 수단으로 하여 단위 강판(110a)을 폐단면 구조의 관형상으로 절곡 성형하여 각형 강관의 각 측면을 형성하게 되는데, 마킹 단계에서 절곡 성형될 각 측면의 경계를 구획하는 절곡라인(110d)을 마킹할 수 있다. 예컨대, 단위 강판이 폐단면 구조의 사각 강재기둥으로 가공될 수 있게 단위 강판의 폭방향을 따라 4개의 절곡라인(110d)을 마킹하게 된다. 이 경우에 있어, 4개의 절곡라인은 단위 강판의 폭방향을 따라 너비 간격을 0.5:1:1:1:0.5의 비율로 이격배치하고서 단위 강판의 폭방향과 수직인 길이방향으로 마킹하여 표시한다. 절곡라인(110d)의 마킹은 다양한 공지의 수단을 이용하여 수행될 수 있으며, 예컨대 레이저 마킹, 먹줄 마킹, 블레이드 마킹 등을 이용할 수 있으나, 레이저 빔을 이용하여 정밀하게 절곡라인을 마킹하여 절곡 폭을 확정할 수 있다.

도 5b는 단위 강판에 마킹된 절곡라인(110d;도 5a에 도시됨)을 따라 단위 강판(110a)을 절곡 성형하는 단계(S120)를 포함한다. 절곡 성형 단계(S120)는 단위 강판을 프레스 벤딩(JCO 벤딩)에 의하여 미리 설정된 각형 강관으로 조관하는데, 바람직하기로는 단위 강판(110a)의 양 단부(110b,110c)를 상호 대향하여 근접 이격배치되도록 한다.

그런 다음에, 본 발명은 절곡 성형된 단위 강판(110a)으로 둘러싸인 내부공간에 내다이아프램(120)을 설치하는 단계(S130)를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에서, 내다이아프램(120)은 도 4에 도시되었듯이 판상의 수평 내다이아프램으로 구성되되, 평판(121)과 이 평판의 외주면 둘레에서 방사상 방향으로 길이연장된 수평 접합판(122) 및 수평 접합판의 끝단에 인접하게 위치된 스토퍼(123)를 구비한다.

단계(S130)에서, 작업자는 내다이아프램(120)의 수평 접합판을 절곡 성형된 단위 강판의 관통슬릿에 끼움결합시켜 내다이아프램을 단위 강판의 내측에 고정시킨다(도 5c). 구체적으로, 내다이아프램의 수평 접합판(122)은 양 단부를 맞대기 이음한 맞댐부, 즉 용접부와 대향되는 타 측면에 형성된 관통슬릿에 우선적으로 삽입 장착한다.

덧붙여서, 본 발명은 관통슬릿에 내다이아프램의 수평 접합판을 끼움결합한 후에 조립된 수평 접합판과 관통슬릿 사이의 외측면을 가용접하여 견고하게 고정시킬 수도 있다.

내다이아프램의 설치 단계(S130) 이후에, 본 발명은 절곡 성형된 단위 강판(110a)를 폐단면 구조로 성형하는 단계(S140)를 포함한다. 단계(S140)는 도 5d에 도시되었듯이 절곡 성형된 단위 강판의 좌·우 측면을 가압하는 단계(S141)와 좌·우 측면의 가압 단계를 통해 근접배치된 양 단부(110b,110c)를 상호 맞대기 이음가능하도록 일 측면을 가압하는 단계(S142)를 포함한다. 여기서, 좌·우 측면은 용접선을 배치하는 일 측면과, 일 측면과 대향되게 평행하게 배치된 타 측면에 직교되게 위치될 수 있다.

덧붙여서, 본 발명은 용접 단면을 구성하는 양 단부의 이격 거리를 더욱 가깝게 위치시키는 좌·우 측면의 가압 단계(S141) 후에 좌·우 측면에 형성된 관통슬릿 내에 내다이아프램의 수평 접합판 중 일부를 끼움결합하고 전술된 단계(S130)와 동일하게 조립된 수평 접합판과 관통슬릿 사이의 외측면을 가용접하여 고정시킬 수 있다.

본 발명은 단계(S142)에 의해 용접 단면을 구성하는 양 단부를 서로 맞대게 하여 V자 형상의 대면 부위를 형성하면서 용접 단면에 대립하는 양면의 수평면도를 확보할 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 절곡 성형된 단위 강판을 폐단면 구조로 성형할 수 있다.

선택가능하기로, 본 발명은 일 측면의 가압 단계(S142)를 통해 절반 관통슬릿(111',111";도 5a에 도시됨)로 완성된 일 측면 상의 관통슬릿(111)에 내다이아프램의 수평 접합판 중 나머지를 끼움결합하고 수평 접합판과 관통슬릿 사이의 외측면을 가용접하여 고정시킬 수 있다. 또한, 작업자는 V자 개선형상의 홈을 따라 각형 강관의 외부를 가용접하여 각형강관의 형태를 유지시킬 수 있다.

최종적으로, 본 발명은 단계(150)를 통해 각형 강관의 길이방향을 따라 양 단부를 맞대어 이루어지는 맞댐부를 예컨대 CO₂ 용접 또는 SAW(Submerged Arc Welding;아크(잠호)용접)로 용접접합한 용접부(W)를 폐단면 구조의 각형 강관에 일 측 중앙에서 강관의 길이방향으로 연장한다. 이는 단위 강판을 1개소의 용접부로 이어붙여 폐단면 구조의 강관을 제작할 수 있다.

물론, 단계(S150)에서는 각형 강관의 각 관통슬릿을 관통하여 외측으로 노출된 혹은 연장된 수평 접합판을 각형 강관 외측면에 용접부(W')로 용접접합하게 된다.

도 6 내지 도 9를 참조로 하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 CFT 기둥(2)은 폐단면 구조의 강관(210)과 강관의 중공부를 횡방향으로 가로질러 배치된 내다이아프램(220)을 포함한다. 바람직하기로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 CFT 기둥(2)은 강관 내부에 길이방향으로 삽설되는 기둥형의 수직 내다이아프램(220)을 고정결합한다.

덧붙여서, 본 발명은 관형상으로 성형될 단위 강판(210a;도 10a 참조)의 양 단부(210b,210c)를 맞대어 심 용접하여 강관(210)을 제작할 수 있다. 다시 말하자면, 본 발명은 단위 강판(210a)의 양 단부를 맞대어 예컨대 CO₂ 용접 또는 SAW(Submerged Arc Welding;아크(잠호)용접)로 용접한 용접부(W)를 단위 강판의 길이방향으로 연장하게 된다. 결과적으로, 본 발명은 단위 강판을 1개소의 용접부로 이어붙여 폐단면 구조의 강관을 제작하게 되는데, 이는 용접부위를 줄여 용접시 발생하는 열변형에 의한 강도 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 용접에 필요한 작업공수를 현저하게 줄일 수 있다.

도시된 바와 같이, 강관(210)은 단위 강판을 폐단면 구조의 관형상으로 절곡성형한 중공의 각형 강관일 수 있다. 본 발명은 강관(210)의 관둘레방향과 길이방향으로 관통슬릿을 구비하는데, 즉 강관 둘레의 각 측면에 관통슬릿(211)을 천공한다. 다시 말하자면, 관통슬릿(211)은 강관을 둘러싸는 각 측면의 내부영역에 배치된다.

선택가능하기로, 본 발명은 일 측면에 관통슬릿(211)을 용접부(W)와 동일선상에 위치되도록 한다. 이를 위해서, 본 발명은 용접부(W)를 각형 강관의 모서리에 형성하지 않고 각형 강관의 일 측면 중앙에 형성함으로써 강관의 길이방향을 따라 연장된 이음매를 형성하게 된다. 용접부(W)가 모서리가 아닌 측면의 중앙에 위치되어 용접부의 파손 우려를 저감시킬 수도 있다.

내다이아프램(220), 다시 말하자면 수직 내다이아프램(220)은 강관(210)의 중공단면 형상과 대응되는 십(十)형상의 기둥 구조체로 형성된다. 도시되었듯이, 수직 내다이아프램(220)은 강관의 각 측면 내부면에 끼움결합되도록 측면 내부면을 향해 뻗어 있는 접합판(222)으로 구성되되, 십자형으로 교차결합된 수직 접합판(222)과 수직 접합판(222)의 끝단과 인접하게 위치된 스토퍼(223;stopper)를 구비한다. 수직 접합판은 이에 국한되지 않고 각형 강관 내부 단면형상과 각형 강관의 강도 보강을 위해 다양한 구조, 예컨대 우물(井)형으로 격자결합되거나 H형으로 교차결합될 수도 있다.

수직 접합판(222)은 강관의 둘레를 따라 배치된 관통슬릿(211)에 개별적으로 끼움결합되는바, 이로써 수직 내다이아프램(220)을 강관(210)의 중공부에서 횡방향으로 가로질러 위치고정될 수 있다. 더욱이, 수직 접합판은 관통슬릿(211)과 대응되는 크기와 형상으로 형성되어 관통슬릿에 정합 상태로 결합되는 한편 관통슬릿(211)을 지나 강관 둘레의 각 측면과 동일 평면을 이루도록 소정의 길이로 연장된다. 물론, 접합판은 강관의 외측에서 철골보와의 용이한 접합을 위해 외부로 돌출되게 수직으로 신장될 수도 있다.

발명은 관통슬릿(211)에 끼움결합된 내다이아프램(220)의 각 접합판(222) 테두리를 CO₂ 용접 또는 SAW로 외부 용접한다.

본 발명의 제2 실시예에서, 스토퍼(223)는 수직 접합판(222)의 끝단에서 소정의 이격거리를 두고 수직 접합판(222) 상에 위치된다. 바람직하기로, 본 발명은 각형 강관의 관통슬릿을 한정하는 측면 내부면과 스토퍼를 면접촉되도록 형성되되, 이를 위해 각형 강관의 양 측면 내부면 사이에 대향되게 이격배치된 2개의 스토퍼 사이에 배치 간격과 각형 강관의 양 측면 사이의 간격을 동일하게 유지한다. 물론, 스토퍼(223)는 용접 등의 결합방식으로 수평 접합판에 취부될 수 있다.

선택가능하기로, 스토퍼(223)는 수직 접합판의 광폭면 상에 배치될 수 있으며, 이에 국한되지 않고 수직 접합판의 둘레면을 따라 배치될 수도 있다. 스토퍼(223)는 관통슬릿 내에서 수직 접합판의 정위치를 유지할 수 있으며, 관통슬릿과 수직 접합판 사이의 틈새로 콘크리트의 누출을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 수직 접합판 둘레를 보강할 수 있다. 부가적으로, 본 발명은 후술될 가압 성형 단계와 접합 단계 동안에 내다이아프램을 강관 내부에서 유격없이 거치시킬 수 있다.

덧붙여서, 내다이아프램(220)은 강관의 각 측면 둘레를 따라 천공된 관통슬릿의 갯수와 상응하게 복수의 수직 접합판을 구비하는데, 관둘레방향을 따라 인접하는 수직 접합판들 사이의 간격(참조부호 없음)으로 강관 내부로 타설되는 콘크리트를 내다이아프램(220)의 하부측에 밀실하게 충전시키는 동시에 에어홀 기능과 함께 철근의 관통을 허용하여 용이한 배근을 가능하게 돕는다.

앞서 기술되었듯이, 본 발명은 1-seam 용접으로 폐단면 구조를 갖는 강관(210) 내부에 내다이아프램(220)을 내장하는 것을 특징으로 한다. 이하는 도 10을 참조로 하여 폐단면 구조의 관형상으로 단위 강판을 성형함과 함께 단위 강판을 폐쇄하기 전에 내다이아프램을 설치할 수 있는 제작 방법에 대한 설명이다.

도 10a을 참조로, 본 발명은 단위 강판(210a)을 제공하는 단계(S210)를 포함한다.

단위 강판(210a)은 절곡 성형을 통해 폐단면 구조의 각형 강관으로 가공되는 구성부재로서, 강관의 관둘레방향을 따라, 다시 말하자면 단위 강판의 내부 영역에서 폭방향을 따라 다수의 관통슬릿(211)을 천공하는 한편 양 단부(210b,210c)를 개선가공하여 예컨대 모따기와 같이 경사진 개선형상(212)을 구비한다. 또한, 단위 강판(210a)은 관통슬릿과 교차되지 않게 이의 내부영역에서 길이방향을 따라 절곡라인(210d)을 마킹한다.

이를 위해, 단위 강판(210a)은 관통슬릿(211)을 천공하는 단계, 양 단부를 개선가공하는 단계, 절곡라인을 마킹하는 단계를 수행하여 예비성형될 수 있다. 물론, 관통슬릿의 천공 단계, 양 단부의 개선가공 단계, 절곡라인의 마킹 단계는 순서와 무관하게 수행되거나 동시에 수행될 수 있다.

관통슬릿의 천공 단계에서, 단위 강판은 앞서 기술된 내다이아프램(220), 구체적으로 수직 내다이아프램의 수직 접합판을 수용하는 관통슬릿(211)을 강관 둘레의 각 측면 내에 위치되도록 천공한다. 특별하기로, 본 발명은 단위 강판의 양 단부를 맞대기 이음한 용접부를 강관의 일 측면 내에 위치시키기 위해 강관의 일 측면을 따라 일렬로 배치된 하나 이상의 관통슬릿과 용접부(W)를 강관의 일 측면 상에서 서로 교차되게 배열한다. 이를 위해, 단위 강판은 일 단부(210b)에서 직교되게 관통슬릿의 절반 크기로 요입된 절반 관통슬릿(211')과 타 단부(210c)에서 직교되게 관통슬릿의 절반 크기로 요입된 절반 관통슬릿(211")을 결합해 완전한 관통슬릿(211)을 형성할 수 있다.

단위 강판(210a)은 양 단부의 개선가공 단계를 통해 일 단부(210b)와 타 단부(210c)에 각각의 경사진 개선형상(212)을 갖도록 한다. 이는 프레스 성형(S220) 후에 평행하게 이격배치된 양 단부(210b,210c)를 맞대기 이음하는 대면하는 맞댐부, 다시 말하자면 용접 단면을 V자 개선형상으로 제공하여 양호한 용접 효율을 기대할 수 있다. 본 발명은 이에 국한되지 않고 단위 강판의 양 단부를 맞대기 이음하는 용접 단면을 Y자 개선형상에 대응되는 경사진 개선형상으로 가공할 수 있다. 당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 단위 강판(210a)은 엣지 밀링, 플라즈마 아크 절단 방법 등으로 양 단부를 경사지게 가공할 수 있다.

본 발명은 프레스를 수단으로 하여 단위 강판(210a)을 폐단면 구조의 관형상으로 절곡 성형하여 각형 강관의 각 측면을 형성하게 되는데, 마킹 단계에서 절곡 성형될 각 측면의 경계를 구획하는 절곡라인(210d)을 마킹할 수 있다. 예컨대, 단위 강판이 폐단면 구조의 사각 강재기둥으로 가공될 수 있게 단위 강판의 폭방향을 따라 4개의 절곡라인(210d)을 마킹하게 된다. 이 경우에 있어, 4개의 절곡라인은 단위 강판의 폭방향을 따라 너비 간격을 0.5:1:1:1:0.5의 비율로 이격배치하고서 단위 강판의 폭방향과 수직인 길이방향으로 마킹하여 표시한다. 절곡라인(210d)의 마킹은 다양한 공지의 수단을 이용하여 수행될 수 있으며, 예컨대 레이저 마킹, 먹줄 마킹, 블레이드 마킹 등을 이용할 수 있으나, 레이저 빔을 이용하여 정밀하게 절곡라인을 마킹하여 절곡 폭을 확정할 수 있다.

도 10b는 단위 강판에 마킹된 절곡라인(210d)을 따라 단위 강판(210a)을 절곡 성형하는 단계(S220)를 포함한다. 절곡 성형 단계(S220)는 단위 강판을 프레스 벤딩(JCO 벤딩)에 의하여 미리 설정된 각형 강관으로 조관하는데, 바람직하기로는 단위 강판(210a)의 양 단부(210b,210c)를 상호 대향하여 근접 이격배치되도록 한다.

그런 다음에, 본 발명은 절곡 성형된 단위 강판(210a)으로 둘러싸인 내부공간에 내다이아프램(220)을 설치하는 단계(S230)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에서, 내다이아프램(220)은 도 9에 도시되었듯이 기둥형의 수직 내다이아프램으로 구성되되, 방사상 방향으로 길이연장되도록 상호 교차되게 결합된 수직 접합판(222)과 수직 접합판의 끝단에 인접하게 위치된 스토퍼(223)를 구비한다.

단계(S230)에서, 작업자는 내다이아프램(220)의 수직 접합판을 절곡 성형된 단위 강판의 관통슬릿에 끼움결합시켜 내다이아프램을 단위 강판의 내측에 고정시킨다(도 10c). 구체적으로, 내다이아프램의 수직 접합판(222)은 양 단부를 맞대기 이음한 맞댐부, 즉 용접부와 대향되는 타 측면에 형성된 관통슬릿에 우선적으로 삽입 장착한다.

덧붙여서, 본 발명은 관통슬릿에 내다이아프램의 수직 접합판을 끼움결합한 후에 조립된 수직 접합판과 관통슬릿 사이의 외측면을 가용접하여 견고하게 고정시킬 수도 있다.

내다이아프램의 설치 단계(S230) 이후에, 본 발명은 절곡 성형된 단위 강판(210a)을 폐단면 구조로 성형하는 단계(S240)를 포함한다. 단계(S240)는 도 10d에 도시되었듯이 절곡 성형된 단위 강판의 좌·우 측면을 가압하는 단계(S241)와 좌·우 측면의 가압 단계를 통해 근접배치된 양 단부(210b,210c)를 상호 맞대기 이음가능하도록 일 측면을 가압하는 단계(S242)를 포함한다. 여기서, 좌·우 측면은 용접선을 배치하는 일 측면과 일 측면과 대향되게 평행하게 배치된 타 측면에 직교되게 위치될 수 있다.

덧붙여서, 본 발명은 용접 단면을 구성하는 양 단부의 이격 거리를 더욱 가깝게 위치시키는 좌·우 측면의 가압 단계(S241) 후에 좌·우 측면에 형성된 관통슬릿 내에 내다이아프램의 접합판 중 일부를 끼움결합하고 전술된 단계(S230)와 동일하게 조립된 수평 접합판와 관통슬릿 사이의 외측면을 가용접하여 고정시킬 수 있다.

본 발명은 단계(S242)에 의해 용접 단면을 구성하는 양 단부를 서로 맞대게 하여 V자 형상의 대면 부위를 형성하면서 용접 단면에 대립하는 양면의 수평면도를 확보할 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 절곡 성형된 단위 강판을 폐단면 구조로 성형할 수 있다.

선택가능하기로, 본 발명은 일 측면의 가압 단계(S242)를 통해 절반 관통슬릿(211',211";도 10a에 도시됨)로 완성된 일 측면 상의 관통슬릿(211) 내에 내다이아프램의 수직 접합판 중 나머지를 끼움결합하고 수직 접합판과 관통슬릿 사이의 외측면을 가용접하여 고정시킬 수 있다. 또한, 작업자는 V자 개선형상의 홈을 따라 각형 강관의 외부를 가용접하여 각형강관의 형태를 유지시킬 수 있다.

최종적으로, 본 발명은 단계(S250)를 통해 각형 강관의 길이방향을 따라 양 단부를 맞대기 이음하는 대면 부위를 예컨대 CO₂ 용접 또는 SAW(Submerged Arc Welding;아크(잠호)용접)로 용접접합한 용접부(W)를 폐단면 구조의 각형 강관에 일 측 중앙에서 강관의 길이방향으로 연장한다. 이는 단위 강판을 1개소의 용접부로 이어붙여 폐단면 구조의 강관을 제작할 수 있다.

물론, 단계(S250)에서는 각형 강관의 각 관통슬릿을 관통하여 외측으로 노출된 혹은 연장된 수직 접합판을 각형 강관 외측면에 용접부(W')로 용접접합하게 된다.

본 발명에 따른 CFT 기둥은 전술되었듯이 폐단면 구조로 성형하기에 앞서 절곡 성형된 단위 강판의 관통슬릿에 내다이아프램의 접합판을 끼움결합시킬 수 있기 때문에 폐단면 구조의 각형 강관의 중공부에 수평 내다이아프램과 수직 내다이아프램을 혼용 설치하여도 무방할 것이다.

이상 본 발명은 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 CFT 기둥과 이의 제작 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1, 2 ----- CFT 기둥,
110, 210 ----- 강관,
110a, 210a ----- 단위 강판,
111, 211 ----- 관통슬릿,
112, 212 ----- 경사진 개선형상,
120, 220 ---- 내다이아프램,
122, 222 ----- 접합판,
123, 223 ----- 스토퍼.

Claims

내다이아프램을 내장한 폐단면 구조의 강관 내부에 콘크리트를 충전하는 CFT 기둥에 있어서,
단위 강판을 1단계 예비 성형하여 상기 단위 강판의 양 단부를 상호 대향하여 근접 이격배치되도록 사각형 상태로 절곡 성형된 강관과;
상기 강관의 중공부를 가로질러 배치되고 상기 강관 내측 둘레를 따라 끼움결합된 내다이아프램; 및
1단계 예비 성형된 상기 단위 강판의 양 단부를 맞대어 이루어지는 맞댐부를 용접하는 용접부;를 포함하는데,
상기 내다이아프램은,
십자형 혹은 우물형으로 교차결합되고, 강관의 측면 내부면을 향해 길이연장된 접합판과;
수직 배열된 상기 접합판의 끝단과 인접하게 상기 접합판의 광폭면 상에 배치된 스토퍼;를 포함하는 기둥형의 수직 내다이아프램으로 이루어지고,
상기 내다이아프램은 각관 형태로 1단계 예비 성형된 단위 강판의 관통슬릿에 접합판 끝단을 삽입하고, 2단계 마무리 성형으로 접합판 끝단을 관통슬릿에서 이탈되지 않고 절곡 성형된 단위 강판의 양 단부를 단차 없도록 정밀하게 위치제어를 한 다음에, 상기 강관은 강관의 길이방향을 따라 일 측면에 배열된 용접부를 1-seam 용접으로 절곡 성형된 상기 단위 강판을 폐단면 구조로 접합되는 것을 특징으로 하는 CFT 기둥.
내다이아프램을 내장한 폐단면 구조의 강관 내부에 콘크리트를 충전하는 CFT 기둥에 있어서,
단위 강판을 1단계 예비 성형하여 상기 단위 강판의 양 단부를 상호 대향하여 근접 이격배치되도록 사각형 상태로 절곡 성형된 강관과;
상기 강관의 중공부를 가로질러 배치되고 상기 강관 내측 둘레를 따라 끼움결합된 내다이아프램; 및
1단계 예비 성형된 상기 단위 강판의 양 단부를 맞대어 이루어지는 맞댐부를 용접하는 용접부;를 포함하는데,
상기 내다이아프램은,
내부에 관통공을 천공한 평판과;
상기 평판의 외주면 둘레에서 강관의 측면 내부면을 향해 길이연장된 접합판; 및
수평배열된 상기 접합판의 끝단과 인접하게 상기 접합판의 광폭판 상에 배치된 스토퍼;를 포함하는 판상형의 수평 내다이아프램으로 이루어지고,
상기 내다이아프램은 각관 형태로 1단계 예비 성형된 단위 강판의 관통슬릿에 접합판 끝단을 삽입하고, 2단계 마무리 성형으로 접합판 끝단을 관통슬릿에서 이탈되지 않고 절곡 성형된 단위 강판의 양 단부를 단차 없도록 정밀하게 위치제어를 한 다음에, 상기 강관은 강관의 길이방향을 따라 일 측면에 배열된 용접부를 1-seam 용접으로 절곡 성형된 상기 단위 강판을 폐단면 구조로 접합되는 것을 특징으로 하는 CFT 기둥.
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청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 단위 강판은,
내부 영역에서 폭방향을 따라 이격배치된 다수의 관통슬릿과;
맞대기 이음되는 양 단부에 형성된 경사진 개선형상;
맞대기 이음되는 양 단부에 상기 관통슬릿의 절반 크기로 요입된 절반 관통슬릿; 및
상기 관통슬릿과 교차되지 않도록 내부 영역에서 폭방향으로 상호 이격배치되고 길이방향으로 마킹되는 절곡라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 CFT 기둥.
내다이아프램을 내장한 폐단면 구조의 강관 내부에 콘크리트를 충전하는 CFT 기둥을 제작하는 방법에 있어서,
내부 영역에서 폭방향을 따라 이격배치된 다수의 관통슬릿과, 맞대기 이음되는 양 단부에 형성된 경사진 개선형상, 맞대기 이음되는 양 단부에 상기 관통슬릿의 절반 크기로 요입된 절반 관통슬릿, 및 상기 관통슬릿과 교차되지 않도록 내부 영역에서 폭방향으로 상호 이격배치되고 길이방향으로 마킹되는 절곡라인을 구비한 단위 강판을 제공하는 단계와;
상기 단위 강판을 절곡 성형하는 단계;
1단계 예비 성형하여 사각형 상태로 절곡 성형된 상기 단위 강판의 맞댐부와 대향되는 타 측면에 형성된 관통슬릿에 상기 내다이아프램의 접합판을 삽입 장착하여 절곡 성형된 상기 단위 강판으로 둘러싸인 내측에 내다이아프램을 위치고정하는 단계;
1단계 예비 성형에서 절곡 성형된 상기 단위 강판의 좌·우 측면을 가압하는 단계와, 근접배치된 상기 단위 강판의 양 단부를 상호 맞대기 이음되도록 절곡 성형된 단위 강판의 양 단부를 단차 없이 일 측면을 균일하게 가압하는 단계를 순차적으로 수행하는 2단계 마무리 성형을 통해 절곡 성형된 상기 단위 강판을 폐단면 구조로 성형하는 단계; 및
절곡 성형된 상기 단위 강판의 양단부를 맞대어 이루어지는 맞댐부를 임시로 가용접하여 폐단면 구조의 강관을 형성하는 단계;를 포함하는데,
상기 강관은 상기 강관의 길이방향을 따라 상기 맞댐부를 가용접한 용접부를 SAW(Submerged Arc Welding;아크(잠호)용접)에 의해 1-seam 용접으로 마무리 용접하므로써 절곡 성형된 상기 단위 강판을 폐단면 구조로 접합을 완성하는 것을 특징으로 하는 CFT 기둥의 제작 방법.
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청구항 6에 있어서,
맞댐부를 용접하여 폐단면 구조의 강관을 형성하는 단계에서,
상기 접합판과 상기 관통슬릿을 외부 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CFT 기둥의 제작 방법.