KR20140146815A - 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방향에 대한 수평변위를 흡수해 교량의 안정성을 확보할 수 있고, 상부구조물을 안정적으로 지지해 전복에 따른 낙교위험을 최소화할 수 있으며, 구조는 매우 단순해 제작이 용이한 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치에 관한 것으로서, 서로 이격되며 나란하게 설치되는 가이드레일(12)을 갖추고서, 교량의 하부구조물 상면에 설치되는 하부판(10)과; 서로 직교를 이루는 제1·2가이드홈(21,22)을 갖추고서, 제1가이드홈(21)을 매개로 상기 가이드레일(12)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 양방향블록(20)과; 상기 양방향블록(20)의 제2가이드홈(22)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드레일(32)을 갖추고서, 교량의 상부구조물 하면에 설치되는 상부판(30)과; 상기 하부판(10)과 상부판(30) 사이에 배치되어 상부구조물의 무게를 중력방향으로 지탱하면서 수평방향의 변위를 허용하는 에너지소산기구(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치{Earthquake isolation device having anti-bridge and tensile reinforcing}

본 발명은 전방향에 대한 수평변위를 흡수해 교량의 안정성을 확보하고 상부교량구조물을 안정적으로 지지해 전복에 따른 낙교위험을 최소화할 수 있는 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치에 관한 것이다.

일반적으로, 배전설비나 가스탱크 등 중요시설이나 교량, 주요 건축물은 지진에 대비하여 진동감쇠 및 안정성을 확보하기 위해 면진장치를 하부의 구조물 상에 설치하게 된다.

이와 같은, 면진장치로는 주로 코일스프링을 이용하여 면진기능을 수행하게 되는데, 코일스프링의 특성상 충격완충 성능은 뛰어나지만 감쇠 능력이 작아 충격흡수력이 떨어지기 때문에 진동흡수율이 거의 없고, 진동이 오래 지속되는 문제점이 있다.

이러한, 코일스프링을 이용한 면진장치는 철도교량 등의 중량구조물에 비해 가벼운 배전설비나 가스탱크 등의 경량구조물에 사용하기에는 부적합하다.

이 밖에도 폴리우레탄 디스크 받침의 중앙부에 유압댐퍼를 설치한 면진장치가 있으나, 이는 점성체를 사용하기 때문에 만들기가 까다롭고 유지 및 관리가 어렵다는 근본적인 문제가 있다.

상기와 같은 종래의 문제를 개선한 면진장치로는 등록특허 제10-1162687호가 등록특허공보에 개시되어 있다.

상기 면진장치는 배전설비나 가스탱크 등 경량의 상부구조물을 지지하는 용도로 개발된 것이기 때문에 교량이나 건물 등 중량의 상부구조물을 지지하는데에는 그 사용이 다소 부적합한 측면이 있었고, 부반력 및 인장력에 따른 들뜸 현상이 쉽게 발생해 면진된 상부구조물의 전복에 위험이 있었으며, 더욱이 구성부품의 수가 비교적 많아 제조에 상당한 어려움이 있었으며, 이에 따라 제조단가가 상승하게 되는 요인 중 하나였으며, 특히 난해한 구조로 인해 유지 및 관리가 어렵다는 근본적인 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 전방향에 대한 수평변위를 흡수해 교량의 안정성을 확보할 수 있고, 교량 상부구조물을 안정적으로 지지해 전복에 따른 낙교위험을 최소화할 수 있으며, 구조는 매우 단순해 제작이 용이한 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

서로 이격되며 나란하게 설치되는 가이드레일을 갖추고서, 교량의 하부구조물 상면에 설치되는 하부판과;

서로 직교를 이루는 제1·2가이드홈을 갖추고서, 제1가이드홈을 매개로 상기 가이드레일에 슬라이딩 가능하게 결합되는 양방향블록과;

상기 양방향블록의 제2가이드홈에 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드레일을 갖추고서, 교량의 상부구조물 하면에 설치되는 상부판과;

상기 하부판과 상부판 사이에 배치되어 상부구조물의 무게를 중력방향으로 지탱하면서 수평방향의 변위를 허용하는 에너지소산기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서, 상기 가이드레일의 말단부에는 양방향블록에 횡 방향으로의 이동을 제한하는 스토퍼가 더 보강 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서, 상기 양방향블록의 제1·2가이드홈에 삽입되는 가이드레일은 제1·2가이드홈보다 상대적으로 더 작게 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 양방향블록을 매개로 하부판과 상부판의 가이드레일을 서로 직교상태에서 슬라이딩 가능하게 연결해 줌으로서 일 방향(교축방향 또는 교축직각방향)으로의 수평이동 및 전방향으로 수평이동에 의한 과도한 변위 허용이 가능해 상부구조물을 보다 안정화시킬 수 있다.

또한, 하부판과 상부판의 가이드레일이 양방향블록의 제1가이드홈과 제2가이드홈에 각각 끼워져 수평방향으로의 이동만 가능하고 수직방향으로의 이탈은 불가능한 구조를 이루고 있기 때문에 지진하중 및 과도한 풍하중이 상부구조물에 전달되어서 상부구조물이 인장력을 받더라도 상기와 결합구조에 의해 상부구조물이 전복되면서 낙교되는 문제를 최소화할 수 있다.

게다가, 지진과 같은 수평하중이나 충격하중으로 인한 과도한 변위발생시 가이드레일을 따라 이동하는 양방향블록이 스토퍼에 충동하게 되면서 이동이 제한됨은 물론 충격을 흡수하게 되므로 에너지소산기구에 과도한 수평하중이나 충격하중이 가해져 손상되는 문제를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 이동제한에 의해 교량 상부구조물이 낙교되는 문제 역시 해소할 수 있게 된다.

더욱이, 별도의 스토퍼를 상부구조물 및 하부구조물에 설치할 필요없이 가이드레일에 일체로 형성하기 때문에 설치공간 줄일 수 있고, 이에 따른 유지보수시 작업공간이 확보되며, 별도 설치에 따른 작업시간이 길어지는 문제를 해소할 수 있는 부수적인 효과 역시 기대해 볼 수 있다.

나아가, 본 발명은 매우 단순한 구조를 이루고 있어 제작이 상당히 용이하기 때문에 제작단가 및 제작시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치의 분해사시도.
도 3 및 도 4는 도 1의 A-A'단면도 및 B-B'단면도.
도 5는 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치에서 가이드레일과 양방향블록 간의 동작관계를 설명하기 위한 요부사시도.
도 6은 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치의 평면도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치의 거동을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치의 분해사시도이며, 도 3 및 도 4는 도 1의 A-A'단면도 및 B-B'단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치에서 가이드레일과 양방향블록 간의 동작관계를 설명하기 위한 요부사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시 예로서 면진장치는, 하부판(10)과 양방향블록(20), 상부판(30) 및 에너지소산기구(40)로 구성된다.

상기 하부판(10)과 상부판(30)은 판상의 베이스(11,31)와 한 쌍의 가이드레일(12,32)로 구성되며, 양방향블록(20)을 매개로 서로 직교되게(도 5 참조) 교량의 하부구조물 상면과 교량의 상부구조물 하면에 각각 설치되며, 상기 하부판(10)과 상부판(30) 사이에 에너지소산기구(40)가 설치된다.

도 2를 참조하면, 상기 양방향블록(20)은 하면과 상면에 직교를 이루는 제1·2가이드홈(21,22)을 구비한다.

상기 하부판(10)과 상부판(30)의 가이드레일(12,32)은 각각 제1가이드홈(21)과 제2가이드홈(22)에 슬라이딩 가능하게 결합, 좀 더 바람직하게는 상기 가이드레일(12,32)이 제1가이드홈(21)과 제2가이드홈(22)에 각각 끼워지며(도 3 및 도 4 참조), 이에 의해 하부판(10)과 상부판(30)은 자연스럽게 직교형태를 이루게 된다.

일 예로서, 상기 제1가이드홈(21)과 제2가이드홈(22)은 T자 형상이고, 가이드레일(12,32)은 이에 상응하게 결합되는 형상을 이루고 있어 이들이 상호 결합될 경우 수평방향으로의 이동 및 이탈만 가능하고, 수직방향으로의 이탈은 불가능한 구조를 이룬다.

상기와 같은 구조는 어디까지나 일 예시에 불과하며, 상기와 같이 동일한 기능을 발현할 수 있는 구조라면 공지의 그 어떠한 것도 적용실시 가능하다.

본 실시 예에 의하면, 상기 양방향블록(20)을 매개로 하부판(10)과 상부판(30)의 가이드레일(12,32)을 서로 직교상태에서 슬라이딩 가능하게 연결해 줌으로서 일 방향(교축방향 또는 교축직각방향)으로의 수평이동 및 전방향으로 수평이동에 의한 과도한 변위 허용이 가능해 상부구조물을 보다 안정화시킬 수 있다.

또한, 지진하중 및 과도한 풍하중이 상부구조물에 가해져 상부구조물에 인장력이 발생하더라도 하부판(10)과 상부판(30)의 가이드레일(12,32)이 양방향블록(20)의 제1가이드홈(21)과 제2가이드홈(22)에 각각 끼워져 수평방향으로의 이동만 가능하고 수직방향으로의 이탈은 불가능한 구조를 이루고 있기 때문에 상부구조물이 전복되는 문제를 최소화할 수 있다.

상기 에너지소산기구(40)는 납적층고무받침(LBS;Lead Rubber Bearing), 마찰진자베어링(FPS;Friction Pendulum System), 고감쇠 고무받침(HDRB;High Damping Rubber Bearings) 등과 같은 공지의 면진기구로서, 본 실시 예의 경우 하부판(10)과 상부판(30) 사이에 배치되어 교량의 상부구조물에 무게를 중력방향으로 지탱하면서 수평방향의 변위를 허용하는 기능을 한다.

바람직한 일 예로서, 본 실시 예의 경우에는 고감쇠 고무받침을 적용하였으며, 고감쇠 고무받침의 경우 이미 해당분야에서 널리 공지된 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 지진과 같은 과도한 수평하중이나 충격하중이 가해지게 되면 에너지소산기구(40)와 더불어 양방향블록(20) 및 가이드레일(12,32)이 교축방향과 교축직각방향으로 이동하면서 어느 정도 변위를 수용할 수 있지만, 그럼에 불구하고 한계점에 도달해 본연의 기능을 상실하게 되면 에너지소산기구(40)의 손상은 물론 교량의 상부구조물이 낙교하게 되면서 대형사고로 연결되는 심각한 문제가 있다.

이에 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 상기 가이드레일(12,32)의 양단부에 양방향블록(20)의 수평이동을 제한하는 스토퍼(13,33)를 설치해 주었으며, 이를 도 2 내지 도 4와 같이 도시하였다.

본 실시 예에 의하면, 지진과 같은 수평하중이나 충격하중으로 인한 과도한 변위발생시 가이드레일(12,32)을 따라 이동하는 양방향블록(20)이 스토퍼(13,33)에 충동하게 되면서 이동이 제한됨은 물론 충격을 흡수하게 되므로 에너지소산기구(40)에 과도한 수평하중이나 충격하중이 가해져 손상되는 문제를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 이동제한에 의해 교량 상부구조물이 낙교되는 문제 역시 해소할 수 있게 된다.

또한, 별도로 상부구조물 및 하부구조물에 설치할 필요없이 가이드레일(12,32)에 일체로 형성하기 때문에 설치공간 줄일 수 있고, 이에 따른 유지보수시 작업공간이 확보되며, 별도 설치에 따른 작업시간이 길어지는 문제를 해소할 수 있는 부수적인 효과 역시 기대해 볼 수 있다.

한편, 상기 제1·2가이드홈(21,22)에 꼭 맞게 가이드레일(12,32)을 형성하게 되면 실질적인 지지가 에너지소산기구(40)에서 이루어지는 것이 아니라 제1·2가이드홈(21,22)과 가이드레일(12,32)에서 이루어지게 되므로 지지력이 약한 양방향블록(20)과 가이드레일(12,32)은 금방 손상될 수밖에 없고, 여기에 마찰저항 역시 상대적으로 커져 이동이 원활하지 못하게 되므로 본연의 기능을 쉽게 상실하게 되며 이에 의해 교체주기가 짧아지게 되면서 잦은 유지보수 및 차량통제 따른 교통체증을 유발하는 문제가 있을 수 있다.

이에 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여, 상기 양방향블록(20)의 제1·2가이드홈(21,22)에 삽입되는 가이드레일(12,32)은 제1·2가이드홈(21,22)보다 상대적으로 더 작게 형성하였으며, 이를 도 3 내지 도 5와 같이 도시하였다.

본 실시 예에 의하면, 교량의 하부구조물과 상부구조물 사이에 본 발명에 따른 면진장치를 설치하게 되면 상부구조물의 무게에 의해 면진장치가 압축(도 5 참조)되면서 에너지소산기구(40)가 교량의 상부구조물을 전반적으로 지지하게 되므로 제1·2가이드홈(21,22)과 가이드레일(12,32) 간에는 어느 정도 상하로 유동할 수 있는 여유가 생겨 원활한 수평이동이 가능해지며, 이에 의해 상기와 같은 문제를 일시에 해소할 수 있게 된다.

도 6 내지 도 8을 참조하여, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명한다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 낙교방지 및 인장저항 성능을 갖는 면진장치의 거동을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 본 발명에 따른 면진장치의 조립 및 설치를 설명하면, 하부판(10)의 가이드레일(12) 사이에 에너지소산기구(40)를 위치시켜 준 상태에서 양방향블록(20)의 제1가이드홈(21)을 하부판(10)의 가이드레일(12)에 슬라이딩 가능하게 결합시켜준다.

그 다음 상기 제1가이드홈(21)에 대하여 직교방향으로 형성된 양방향블록(20)의 제2가이드홈(22)에 상부판(30)의 가이드레일(32)을 슬라이딩 가능하게 결합시켜 준 다음 상기 가이드레일(12,32)의 양단부에 스토퍼(13,33)를 설치해 주면, 도 1과 같이 형태가 된다.

도 1과 같이 조립된 본 발명에 따른 면진장치를 교량의 하부구조물과 상부구조물 사이에 배치하면 그 설치가 완료된다.

한편, 도 6과 같이 배치된 상태에서 지진하중이 발생하게 되면 하부구조물과 함께 하부판(10)이 이동하게 되는데, 이를 좀 더 상세하게 설명하면, 교축직각방향의 이동은 하부판(10)의 가이드레일(12)이 양방향블록(20)을 매개로 상부판(30)의 가이드레일(32)을 따라 이동하게 되면서 상부구조물의 고유주기를 길게 늘려주게 되고, 교축방향의 이동은 하부판(10)의 가이드레일(12)이 양방향블록(20)을 매개로 이동하게 되면서 상부구조물의 고유주기를 길게 늘려주게 되므로 지진하중은 자연스럽게 감쇠(저감)되며, 이에 의해 상부구조물로는 전달되는 지진하중이 줄어들어 흔들림(진동) 및 틀어짐을 방지할 수 있게 된다.

특히, 지진과 같은 수평하중이나 충격하중으로 인한 과도한 변위발생시 가이드레일(12,32)을 따라 이동하는 양방향블록(20)이 스토퍼(13,33)에 충동하게 되면서 이동이 제한됨은 물론 충격을 흡수하게 되므로 에너지소산기구(40)에 과도한 수평하중이나 충격하중이 가해져 손상되는 문제를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 이동제한에 의해 교량 상부구조물이 낙교되는 문제 역시 해소할 수 있게 된다.

상기와 같은 일련의 과정을 도 7 및 도 8과 같이 도시하였다.

그리고, 교축방향과 교축직각방향 사이 즉, 대각선방향으로 지진하중이 발생하는 경우에는 하부판(10)이 교축(또는 교축직각방향)과 교축직각방향(또는 교축방향)으로 동시에 이동하면서 상부구조물의 고유주기를 길게 늘려주어 교량 상부구조물의 지진응답을 줄여 주게 된다.

또한, 하부판(10)과 상부판(30)의 가이드레일(12,32)이 양방향블록(20)의 제1가이드홈(21)과 제2가이드홈(22)에 각각 끼워져 수평방향으로의 이동만 가능하고 수직방향으로의 이탈은 불가능한 구조를 이루고 있다.

따라서, 지진하중 및 과도한 풍하중이 상부구조물에 전달되어서 상부구조물이 인장력을 받더라도 상기와 결합구조에 의해 상부구조물이 전복되면서 낙교되는 문제를 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 면진장치는, 그 바람직한 실시 예로서, 교량에 한정하여 기술하였지만, 필요에 따라 건물에 적용될 수 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에 있어서 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 하부판 11.31: 베이스 12.32: 가이드레일
13.33: 스토퍼 20: 양방향블록 21: 제1가이드홈
22: 제2가이드홈 30: 상부판 40: 에너지소산기구

Claims (3)

1. 서로 이격되며 나란하게 설치되는 가이드레일을 갖추고서, 교량의 하부구조물 상면에 설치되는 하부판과;
   서로 직교를 이루는 제1·2가이드홈을 갖추고서, 제1가이드홈을 매개로 상기 가이드레일에 슬라이딩 가능하게 결합되는 양방향블록과;
   상기 양방향블록의 제2가이드홈에 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드레일을 갖추고서, 교량의 상부구조물 하면에 설치되는 상부판과;
   상기 하부판과 상부판 사이에 배치되어 상부구조물의 무게를 중력방향으로 지탱하면서 수평방향의 변위를 허용하는 에너지소산기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 면진장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드레일의 말단부에는 양방향블록에 횡 방향으로의 이동을 제한하는 스토퍼가 더 보강 구비되는 것을 특징으로 하는 면진장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 양방향블록의 제1·2가이드홈에 삽입되는 가이드레일은 제1·2가이드홈보다 상대적으로 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 면진장치.
   

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