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KR102477701B1 - 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트 - Google Patents

복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트 Download PDF

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KR102477701B1
KR102477701B1 KR1020210042185A KR20210042185A KR102477701B1 KR 102477701 B1 KR102477701 B1 KR 102477701B1 KR 1020210042185 A KR1020210042185 A KR 1020210042185A KR 20210042185 A KR20210042185 A KR 20210042185A KR 102477701 B1 KR102477701 B1 KR 102477701B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 한 쌍의 수평 파이프 블록 사이에 둘 이상의 수직 파이프 블록이 수직 방향으로 고정되어 형성되며, 수직 파이프 블록 및 수평 파이프 블록은 탄소섬유 및 유리섬유가 매트릭스 수지에 함침된 복합재료로 이루어지며, 탄소섬유가 내부에 빈공간을 가지는 파이프 형태로 적층된 내층 및 내층 상에 유리섬유가 적층된 표면층으로 구성되는 것으로, 탄소섬유를 기반으로 한 복합재료를 사용함으로써 경량화를 달성하였으며, 외측부는 유리섬유로 구성되어 있기 때문에 타워크레인 사용 시 일어날 수 있는 사고인 고압선 접촉으로 인한 감전 사고를 대비할 수 있고, 돌출형 가이드를 통해 마스트의 체결 위치를 쉽게 맞추어 조립할 수 있어 시간 단축 및 편리성을 가짐과 동시에 돌출형 가이드가 상호 지탱하여 균형 유지의 장점으로 인해 마스트 좌굴의 위험이 감소하게 된다.

Description

복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트{ASSEMBLY TYPE TOWER CRANE MAST USING COMPOSITE MATERIAL}
본 발명은 건축용으로 사용되는 타워크레인 마스트에 대한 것으로 보다 상세하게는 마스트를 탄소섬유 및 유리섬유를 포함하는 복합재료를 사용하여 경량화 및 최적의 강도를 갖고, 마스트 조립 시 간단한 구성으로 마스트를 조립할 수 있음과 동시에 절연 특성을 갖는 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트에 관한 것이다.
일반적으로, 타워크레인은 탑처럼 생긴 고정식 크레인으로, 무거운 물체를 들어올리기 위해 높이 쌓아올린 타워 위에 크레인을 고정한 장비로 항만 하역용이나 고층 건축용으로 발달하여 왔으며, 특히 고층 빌딩이나 아파트와 같은 고층 건물의 공사 진행 시 필수로 사용되는 장비이다. 이러한 타워크레인은 타워 형태로 지상에 수직으로 적층되는 마스트, 마스트에 수직으로 위치하며 선회 가능한 외팔보 형태를 가지는 지브 및 지브에 설치되며 대상을 들어올리는 도르래 장치로 구성된다.
또한, 타워크레인의 구성 중에서 마스트는 타워크레인의 높이를 결정하며, 타워크레인을 지지하는 것으로, 일반적으로 조립식 기둥으로써 강재로 제조된다. 마스트는 타워크레인의 하단부에 설치되어 타워크레인을 지지하므로 타워크레인과 들어올리는 대상에 의한 하중과 외력을 모두 견뎌야 하므로 견고하게 제작되어 지면에 고정된다. 이와 같이 높은 하중과 외력을 견뎌야 하는 마스트는 고강도가 요구되므로 종래의 마스트는 일반적으로 고강도를 가지는 스테인리스강과 같은 금속 소재를 통해 형성된다. 또한, 마스트는 다수 개가 적층되어 요구되는 높이를 확보하여야 하므로, 소정의 높이를 가지도록 사전 제작된 마스트를 현장에서 적층하는 형태를 가진다. 따라서, 개별적으로 조립된 마스트를 작업 현장으로 이동시키고, 마스트를 적층하여 필요 높이에 따라 높이를 조절하여 사용한다.
이와 같이, 마스트는 고강도의 금속 소재를 이용하여 소정의 높이로 사전 제조된 형태를 가지기 때문에 큰 부피와 중량을 가져 작업 현장으로 이동 시 중량 및 부피의 문제로 이동의 한계가 있으며 이송 비용이 증가하는 단점이 있다.
또한, 마스트의 재료 및 구조로 인해 작업 현장에서 사고가 빈번히 발생하기도 한다. 고강도를 달성하기 위하여 금속 소재로 마스트를 제조하게 되는데, 금속 소재로 제조된 마스트는 전기 전도성을 가져, 작업 현장의 고압선로와 마스트의 접촉으로 감전 사고가 일어나기도 하고 좌굴로 인한 사고가 발생하기도 한다.
한국등록특허 10-1558316호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 경량이면서도 높은 기계적 성질을 가지는 탄소섬유 복합재료를 도입하여 금속재에 비해 허용지지압응력, 허용좌굴응력 등과 같은 물성이 향상되고, 유리섬유를 함께 사용하여 절연 특성을 가지는 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 타워크레인용 마스트에 섬유강화플라스틱을 적용함에 있어, 구조재로서 마스트의 강도를 보강하기 위한 적층 구조를 제공하여, 이동의 한계와 이송 비용을 개선할 수 있는 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 한 쌍의 수평 파이프 블록 사이에 둘 이상의 수직 파이프 블록이 수직 방향으로 고정되어 형성되며, 수직 파이프 블록 및 수평 파이프 블록은 탄소섬유 및 유리섬유가 매트릭스 수지에 함침된 복합재료로 이루어지며, 탄소섬유가 내부에 빈공간을 가지는 파이프 형태로 적층된 내층 및 내층 상에 유리섬유가 적층된 표면층으로 구성되는 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트에 의해 달성된다.
바람직하게는, 수평 파이프 블록 및 수직 파이프 블록의 내층은 탄소섬유의 토우 방향을 ±20°~±50°로 번갈아 감은 앵글 플라이 라미네이트로 형성되는 탄소섬유 파이프 구조를 가지며, 표면층은 유리섬유가 내층의 탄소섬유와 90°각도를 가지도록 앵글 플라이 라미네이트로 형성되는 것일 수 있다.
바람직하게는, 탄소섬유 및 유리섬유는 9:1 내지 8:2의 중량비를 가지는 것일 수 있다.
바람직하게는, 복합재료는 탄소섬유 및 유리섬유의 부피가 전체 복합재료의 55 내지 65 부피%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 탄소섬유 및 유리섬유의 두께비는 9:1 내지 8:2인 것일 수 있다.
바람직하게는, 수평 파이프 블록은 □ 형태를 가지며, 상부면 모서리에 둘 이상의 고정홈이 형성된 하부 수평 파이프 블록 및 하부면 모서리에 둘 이상의 고정홈이 형성된 상부 수평 파이프 블록을 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 하부 수평 파이프 블록의 상부면 모서리에 위치한 고정홈에 수직 파이프 블록의 하부가 체결되고, 수직 파이프 블록 상부가 상부 수평 파이프 블록의 하부면 모서리에 위치한 고정홈에 체결되는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상부 수평 파이프 블록 및 하부 수평 파이프 블록은 적층 시 적층 위치를 유도하는 돌출형 가이드를 포함하며, 어느 하나의 타워크레인용 마스트의 상부 수평 파이프 블록과 다른 하나의 타워크레인용 마스트의 하부 수평 파이프 블록이 상기 돌출형 가이드에 의해서로 적층되어 고정되는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상부 수평 파이프 블록의 돌출형 가이드는 L자형 가이드이고, 하부 수평 파이프 블록의 돌출형 가이드는 I자형 가이드이며, 상부 수평 파이프 블록의 L자형 돌출형 가이드와 하부 수평 파이프 블록의 I자형 돌출형 가이드를 일치시킨 후 볼트 체결하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 수직 파이프 블록과 수평 파이프 블록 사이를 사선으로 연결하는 사선 지지대를 더 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 수평 파이프 블록의 두께는 2 내지 5mm이고, 수직 파이프 블록의 두께는 3 내지 5mm인 것일 수 있다.
바람직하게는, 탄소섬유 및 유리섬유는 니들펀칭을 통해 결합되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 기존의 재료인 스테인리스강 등의 소재 대신 탄소섬유를 기반으로 한 복합재료를 사용함으로써 경량화를 달성하여 마스트를 작업 현장으로 이송 시 더 많은 양의 마스트를 한번에 이송할 수 있는 이송의 용이성에 대한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트의 복합재료 외측부는 유리섬유로 구성되어 있기 때문에 타워크레인 사용 시 일어날 수 있는 사고인 고압선 접촉으로 인한 감전 사고를 대비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 조립 시 돌출형 가이드를 통해 마스트의 체결 위치를 쉽게 맞추어 조립할 수 있어 종래의 마스트간 조립 시 마스트 체결 위치 조정의 시간 단축 및 편리성을 가짐과 동시에 돌출형 가이드가 상호 지탱하여 균형 유지의 장점으로 인해 마스트 좌굴의 위험이 감소하게 된다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트의 분해 사시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 타워크레인 마스트의 하부 수평 파이프 블록의 평면도이다.
도 2b는 2a에 도시된 하부 수평 파이프 블록의 측면도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 타워크레인 마스트의 상부 수평 파이프 블록의 구성도이다.
도 3b는 도 3에 도시된 상부 수평 파이프 블록의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트의 적층 일례를 나타내는 사시도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트의 분해 사시도이고, 도 2a는 도 1에 도시된 타워크레인 마스트의 하부 수평 파이프 블록의 평면도이며, 도 2b는 2a에 도시된 하부 수평 파이프 블록의 측면도이고, 도 3a는 도 1에 도시된 타워크레인 마스트의 상부 수평 파이프 블록의 구성도이며, 도 3b는 도 3에 도시된 상부 수평 파이프 블록의 측면도이다. 또한 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트의 적층 일례를 나타내는 사시도다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 건설 현장에서 사용되는 타워크레인의 구조물에 해당하는 조립식 마스트에 대표되는 것으로, 한 쌍의 수평 파이프 블록(110, 120) 사이에 둘 이상의 수직 파이프 블록(130)이 수직 방향으로 고정되어 형성된다.
일 실시예에서, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)은 마스트 재료를 경량하기 위해 탄소섬유 및 유리섬유를 포함하는 복합소재로 형성된다. 보다 구체적으로, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)은 매트릭스 수지가 함침된 탄소섬유가 내부에 빈공간을 가지는 파이프 형태로 적층된 내층 및 내층 상에 유리섬유가 적층된 표면층으로 구성되며, 탄소섬유 및 유리섬유가 매트릭스 수지에 함침된 복합재료로 이루어진다. 이때, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)의 파이프 형태는 □ 형태를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트를 구성하는 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)은 내층이 탄소섬유로 이루어지고 표면층이 유리섬유로 이루어진 복합재료로 형성되어 경량화와 고강도를 동시에 달성할 수 있으며 절연성을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 탄소섬유는 PAN계 또는 피치(Pitch)계의 탄소섬유인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 탄소섬유의 강도는 1 GPa 이상이고 탄성율은 300 GPa인 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 유리섬유는 저비용을 가지며 범용적으로 사용되는 E-유리(E-glass)를 사용하며 최외층이 아닌 경우에는 강도가 높은 S-유리(S-glass)를 사용해도 좋다. 또한, 유리섬유는 인장강도 3,100 내지 4,000 MPa이고, 탄성률이 76 내지 90 GPa인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 기계적 강도와 같은 물성 향상을 위해서 탄소섬유를 사용하며, 추가적으로 절연 특성 및 경제성을 높이기 위해 표면층을 형성하는 유리섬유 층이 존재한다. 이는 절연 특성만을 위해 단순히 복합재료 외부에 유리섬유를 부착하여 사용하는 것뿐 아니라, 유리섬유의 절연 특성과 우수한 기계적 성능을 이용함과 동시에 탄소섬유와 유리섬유를 니들펀칭하여 코어 프리폼인 탄소섬유 프리폼과의 결합력을 증대시켜 프리폼을 일체화시켜 경우에는 복합재료의 전단 특성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)을 구성하는 탄소섬유 및 유리섬유는 매트릭스 수지에 함침되어 복합소재를 형성한다. 이때 사용되는 매트릭스 수지는 에폭시수지, 비닐에스테르수지, 불포화폴리에스테르수지, 페놀수지, 폴리이미드수지, 폴리우레탄수지 등의 열경화성 수지, 혹은, 폴리에틸렌 수지, 나일론수지, 폴리프로필렌수지, 폴리아미드수지, ABS수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트수지, 폴리아세틸수지, 폴리카보네이트수지, 폴리페닐설파이드수지 및 폴리우레탄수지 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 열가소성수지를 사용하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 매트릭스 수지로 에폭시 수지를 사용할 경우, 에폭시 수지는 액상 에폭시 수지일 수 있으며, 비스페놀A형 에폭시, 비스페놀F형 에폭시, 노볼락 에폭시, 난연성 에폭시, 환형지방족 에폭시 및 고무 변성 에폭시 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 마스트는 지표면에 고정되어 타워크레인을 직접 지지하는 구조물이므로 타워크레인의 안전성을 확보하는데 가장 중요한 구조물에 해당한다. 타워크레인은 안전성을 확보하는데 있어서 허용인장응력, 허용압축응력, 허용전단응력, 허용지지압응력, 허용좌굴응력 등의 물성이 요구되며 이와 같은 물성은 항복점에 기초하여 계산되는 물성이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 종래의 금속 소재에 비해 항복점이 높아 타워크레인의 필요 물성을 기존 소재에 비해 개선할 수 있어 수직 하중과 좌굴에 대응할 수 있다.
일 실시예에서, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)을 구성하는 탄소섬유는 수지 함침된 섬유의 토우 방향(플라이 각도)을 ±20°~±50°로 번갈아 감아 앵글 플라이 라미네이트(Angle ply laminate)로 제조하는 것이 바람직하다. 이는 복합재료의 층간응력이 하중을 받는 적층체의 잠재적 손상 원인이 될 수 있으므로 손상을 최소화하기 위한 것이다. 일반적으로 앵글 플라이 라미네이트에서의 층간 손상 원인은 개별 라미나(lamina)의 회전 경향에서 발생하는 전단 응력이며, 플라이 각도가 60° 미만인 경우 섬유가 응력 축을 향해 회전하는 경향이 있으므로 수지 함침된 탄소섬유로 형성된 앵글 플라이 라미네이트는 플라이 각도를 ±20 ~ ±50°으로 설정하여 층간 전단 강도 및 파괴 강도를 높일 수 있다.
일 실시예에서, 앵글 플라이 라미네이트를 통해 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)을 형성하는 경우 표면의 섬유 배향 및 단위 층의 두께에 의한 적층판의 파괴인성 등이 다르게 나타난다. 이는 표면층에서의 균열 발생을 억제하느냐 억제하지 않느냐에 따라 다르므로, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)의 표면층은 상대적으로 균열 발생이 적은 섬유 배향 층으로 형성하는 것이 바람직하다. 단순 앵글 플라이 라미네이트의 적층에 비해 90°의 표면층이 있는 경우, 이 표면층이 내부 층의 균열 진행을 억제할 수 있으므로 변형이 적게 일어나 큰 파괴인성을 가진다. 따라서, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)의 내층을 형성하는 탄소섬유 최외부 플라이층에 90°의 유리섬유 플라이를 적층하는 것이 바람직하다.
또한, 라미네이트 적층에서 두께를 통한 커플링 응력은 왜곡을 유발할 수 있기 때문에 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)으로 형성되는 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트가 타워크레인의 좌굴에 대응하려면 적층 조합이 중요하다. 이는 대칭 적층 시퀀스를 사용하여 감소 및 제거가 가능하기 때문에 번갈아 적층시킨 앵글 플라이 라미네이트의 적층은 대칭으로 토우 방향을 지정하여 제조한다. 플라이(Ply) 적층 구조를 대칭 라미네이트로 위치시켜 층간 경계를 가로질러 국부적 응력이 존재하더라도 상쇄시켜 라미네이트의 전체가 왜곡되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 두꺼운 층이 아닌 여러 개의 얇은 층을 사용하면 왜곡을 최소화하고 국소 층간 응력을 감소시킬 수 있다. 라미네이트의 단위 층 두께가 크게 되면 같은 외력에 대하여 자유변(free edge)에서 발생하는 전단응력이 크기 때문에 층간박리 현상이 일어나기 쉬우므로 층간전단강도를 저하시킨다.
따라서, 보다 바람직하게는, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)을 형성하는 탄소섬유는 토우 방향을 ±20°~±50°로 번갈아 감고 중앙부분에서 토우 방향을 90°로 하여 감아준 후 다시 토우 방향을 ±20°~±50°로 번갈아 감아 형성될 수 있다. 일례로서, 탄소섬유 라미네이트의 적층 반복 구조는 (+20/-20)/90/(+20/-20), (+20/-20)/90/(-20/+20), (-20/+20)/90/(+20/-20), (-20/+20)/90/(-20/+20)과 같이 적층되어 사용될 수 있다.
즉, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)의 내층은 탄소섬유의 토우 방향을 ±20°~±50°로 번갈아 감은 앵글 플라이 라미네이트로 형성되는 탄소섬유 파이프 구조를 가지거나, 내부에 90°의 탄소섬유가 위치하고 외부(90°의 탄소섬유의 양면)에 토우 방향을 ±20°~±50°로 번갈아 감은 앵글 플라이 라미네이트로 형성되는 구조를 가진다. 또한, 상술한 탄소섬유 구조의 표면층에는 유리섬유가 상기 내층의 탄소섬유와 90°각도를 가지도록 앵글 플라이 라미네이트로 형성되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)을 구성하는 탄소섬유 및 유리섬유는 9:1 내지 8:2의 중량비를 가지는 것이 바람직하다. 탄소섬유의 중량비가 9:1을 초과하는 경우 제조 비용이 증가하고, 탄소섬유의 중량비가 8:2 미만인 경우 타워크레인 마스트에서 요구되는 강도 특성을 달성할 수 없다.
일 실시예에서, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)을 구성하는 탄소섬유 및 유리섬유의 부피가 전체 복합재료의 55 내지 65 부피%인 것이 바람직하다. 부피가 55 부피% 미만인 경우 강화섬유의 성능 및 효과가 제대로 발현되지 못하고 함침된 수지의 특성이 발현되게 되며, 65 부피%를 초과하는 경우 수지 부족으로 인해 외관 손상 및 함침 문제가 발생한다.
일 실시예에서, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)을 구성하는 탄소섬유 및 유리섬유의 두께비는 9:1 내지 8:2의 두께비를 가지는 것이 바람직하다. 탄소섬유의 두께비가 9:1을 초과하는 경우 제조 비용이 증가하고, 탄소섬유의 두께비가 8:2 미만인 경우 타워크레인 마스트에서 요구되는 강도 특성을 달성할 수 없다.
일 실시예에서, 수평 파이프 블록(110, 120)의 두께는 2 내지 5mm인 것이 바람직하다. 수평 파이프 블록(110, 120)의 두께의 두께가 2mm 미만인 경우 타워크레인용 마스트에서 요구되는 강도를 확보할 수 없으며 5mm 초과인 경우 경량화를 달성할 수 없다.
일 실시예에서, 수직 파이프 블록(130)의 두께는 3 내지 5mm인 것이 바람직하다. 수직 파이프 블록(130)의 두께의 두께가 3mm 미만인 경우 타워크레인용 마스트에서 요구되는 강도를 확보할 수 없으며 5mm 초과인 경우 경량화를 달성할 수 없다.
일 실시예에서, 수평 파이프 블록(110, 120) 및 수직 파이프 블록(130)은 내부에 빈 공간을 가지는 □ 형태를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상부 수평 파이프 블록(120) 및 하부 수평 파이프 블록(110)은 상호 적층 시 정확한 적층 위치를 가이드하는 돌출형 가이드(112, 122)를 포함한다.
이와 같은 수평 파이프 블록(110, 120)은 마스트 구조체의 하부에 위치하는 하부 수평 파이프 블록(110) 및 상부에 위치하는 상부 수평 파이프 블록(120)을 포함한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 하부 수평 파이프 블록(110)은 상부 모서리에 둘 이상의 고정홈(111)이 형성된다. 또한, 하부 수평 파이프 블록(110)의 돌출형 가이드는 I자형 가이드(112)를 포함한다.
또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상부 수평 파이프 블록(120)은 하부면 모서리에 둘 이상의 고정홈(121)이 형성된다. 또한, 상부 수평 파이프 블록(120)의 돌출형 가이드는 L자형 가이드(122)를 포함한다.
하부 수평 파이프 블록(110)의 상부면 모서리에 위치한 고정홈(111)에 수직 파이프 블록(130)의 하부가 체결되고, 수직 파이프 블록(130) 상부가 상부 수평 파이프 블록(120)의 하부 모서리에 위치한 고정홈(121)에 체결되어 육면체 형태의 마스트 구조를 형성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 상술한 마스트 구조가 두 개 이상이 적층된 구조를 가진다. 즉, 어느 하나의 타워크레인용 마스트의 상부 수평 파이프 블록(120-1)과 다른 하나의 타워크레인용 마스트의 하부 수평 파이프 블록(110-2)이 서로 적층되어 고정된다. 이때, 어느 하나의 타워크레인용 마스트의 상부 수평 파이프 블록(120-1)에 형성된 L자형 가이드(122-1)에 의해 다른 하나의 타워크레인용 마스트의 하부 수평 파이프 블록(110-2)의 I자형 가이드(112-2)가 일치되도록 가이드되어 서로 다른 마스트 구조체를 적층 시 정확한 적층 위치를 가이드하여 보다 빠르고 정확하게 타워크레인용 마스트를 적층할 수 있다.
이와 같이, 어느 하나의 타워크레인용 마스트의 상부 수평 파이프 블록(120-1)과 다른 하나의 타워크레인용 마스트의 하부 수평 파이프 블록(110-2)을 적층한 후 L자형 가이드(122-1) 및 I자형 가이드(112-2)를 일치시킨 후 이를 볼트 체결하여 타워크레인용 마스트를 형성할 수 있다.
본 발명에서 타워크레인용 마스트는 수직 파이프 블록(130)과 수평 파이프 블록(110, 120) 사이를 사선으로 연결하는 사선 지지대를 포함할 수 있다. 이러한 사선 지지대에 의해 보강 구조를 이룸으로써 보다 더 안정적인 조립형 타워크레인 마스트를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 대한 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트의 구조 및 형태는 건설현장의 타워크레인용 마스트를 중심으로 설명하였으나, 타워크레인의 마스트뿐 아니라 타워크레인의 주요 구조물인 지브, 건설 구조물에 사용되는 1차 구조재로 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 하부 수평 파이프 블록
111: 하부 수평 파이프 블록 고정홈
112: I자형 가이드
120: 상부 수평 파이프 블록
121: 상부 수평 파이프 블록 고정홈
122: L자형 가이드
130: 수직 파이프 블록

Claims (11)

  1. 한 쌍의 수평 파이프 블록 사이에 둘 이상의 수직 파이프 블록이 수직 방향으로 고정되어 형성되며,
    상기 수직 파이프 블록 및 상기 수평 파이프 블록은 탄소섬유 및 유리섬유가 매트릭스 수지에 함침된 복합재료로 이루어지며, 탄소섬유가 내부에 빈공간을 가지는 파이프 형태로 적층된 내층 및 상기 내층 상에 유리섬유가 적층된 표면층으로 구성되고,
    상기 수평 파이프 블록 및 상기 수직 파이프 블록의 내층은 탄소섬유의 토우 방향을 ±20°~±50°로 번갈아 감은 앵글 플라이 라미네이트로 형성되는 탄소섬유 파이프 구조를 가지며,
    상기 표면층은 유리섬유가 상기 내층의 탄소섬유와 90°각도를 가지도록 앵글 플라이 라미네이트로 형성되는, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유 및 상기 유리섬유는 9:1 내지 8:2의 중량비를 가지는, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합재료는 탄소섬유 및 유리섬유의 부피가 전체 복합재료의 55 내지 65 부피%인, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유 및 상기 유리섬유의 두께비는 9:1 내지 8:2인, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수평 파이프 블록은 □ 형태를 가지며, 상부면 모서리에 둘 이상의 고정홈이 형성된 하부 수평 파이프 블록 및 하부면 모서리에 둘 이상의 고정홈이 형성된 상부 수평 파이프 블록을 포함하고,
    상기 하부 수평 파이프 블록의 상부 모서리에 위치한 고정홈에 수직 파이프 블록의 하부가 체결되고, 상기 수직 파이프 블록 상부가 상기 상부 수평 파이프 블록의 하부면 모서리에 위치한 고정홈에 체결되는, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  7. 제6항에 있어서,
    상부 수평 파이프 블록 및 하부 수평 파이프 블록은 적층 시 적층 위치를 유도하는 돌출형 가이드를 포함하며,
    어느 하나의 타워크레인용 마스트의 상부 수평 파이프 블록과 다른 하나의 타워크레인용 마스트의 하부 수평 파이프 블록이 상기 돌출형 가이드에 의해 서로 적층되어 고정되는, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 수평 파이프 블록의 돌출형 가이드는 L자형 가이드이고,
    상기 하부 수평 파이프 블록의 돌출형 가이드는 I자형 가이드이며,
    상기 상부 수평 파이프 블록의 L자형 돌출형 가이드와 상기 하부 수평 파이프 블록의 I자형 돌출형 가이드를 일치시킨 후 볼트 체결하는, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  9. 제7항에 있어서,
    복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트는 수직 파이프 블록과 수평 파이프 블록 사이를 사선으로 연결하는 사선 지지대를 더 포함하는, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수평 파이프 블록의 두께는 2 내지 5mm이고,
    상기 수직 파이프 블록의 두께는 3 내지 5mm인, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유 및 상기 유리섬유는 니들펀칭을 통해 결합되는, 복합재료를 이용한 조립형 타워크레인 마스트.
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