KR100187527B1 - 일체형 수평-수직 면진베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일체형 수평-수직 면진베어링(이하 일체형 면진베어링이라 칭함)에 관한 것으로서, 본 발명품은 수평 및 수직 지진하중 모두에 대하여 3차원 면진이 가능한 장치로서 기존의 수평면진장치인 적층형 탄성고무-강 면진베어링에 코일스프링과 다수개의 볼로 구성된 수직면진장치를 결합하여 만든 것이다.

Description

일체형 수평-수직 면진베어링
면진 베어링은 상부구조물과 지반사이에 설치되어 지반으로 부터 상부구조물로 전달되는 지진 에너지를 차단함으로써 지진에 대한 구조물의 건전성을 근원적으로 확보할 수 있는 장치이다. 종래 널리 이용되는 면진베어링은 탄성고무와 강(Steel)을 적층으로 결합하거나 이러한 적층구조에 납을 삽입한 구조를 하고 있으며 이는 수평방향의 면진에 적용되는 장치이다. 이러한 고부-강의 적층형 면진 베어링은 구조물과 지반 사이에 설치되어 수평 방향의 지진에 대해서는 탁월한 면진성능을 제공할 수 있으나 수직방향의 지진에 대해서는 높은 면진베어링의 수직강성 특성으로 인하여 상부구조물에서의 큰 지진하중 증폭을 야기할 수 있다.
일체형 면진베어링이란 기존의 수평면진장치인 적층형 탄성고무-강 면진베어링에 수직면진이 가능한 장치를 결합하여 수직과 수평지진 모두에 대여 뛰어난 면진성능을 갖도록 설계한 면진베어링으로써 지진 발생시 수평 및 수직방향 모두에 대한 지진하중을 근원적으로 차단하여 상부구조물의 구조적 안전성을 확보할 수 있는 혁신적인 3차원 면진장치이다.
본 발명은 상술한 바와같이 수평 및 수직지진하중에 모두 대하여 3차원 면진이 가능한 장치로서 기존의 수평면진장치인 적층형 탄성고무-강 면진 베어링에 코일스프링과 다수개의 강구(steel ball)로 구성된 수직면진장치를 결함한 일체형 면진 베어링을 창출코져한 것이다.
제1도는 일체형 수평-수직 면진베어링의 상세구조도.
제2도는 일체형 수평-수직 면진베어링의 실시예도로서 설치위치 및 면진방향을 표시한다.
제3도는 본 발명을 상부구조물(Upper Structure)에 설치한 경우 지진 입력에 대한 상부 구조물의 면진성능을 나타낸 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 탄성고무 2 : 강판
3 : 하부끝단강판 4 : 상부끝단강판
5 : 하부고정강판 6 : 상부고정강판
7 : 전단키(Shear key) 8 : 수직면진장치실린더
9 : 강구(Steel ball) 10 : 수직면진스프링
11 : 상부연결강판 12 : 일체현 수평-수직 면진베어링
13 : 하부기초매트 14 : 상부기초매트
15 : 상부구조물 16 : 수평지진방향
17 : 수직지진방향
18 : 지반 입력지진 가속도스펙트럼(수평 또는 수직)
19 : 면진시스템 가속도응답스펙트럼(수평 또는 수직)
20 : 비면진시스템 가속도 응답 스펙트럼(수평 또는 수직)
제 2도에서 일체형 면진베어링(12)은 상부구조물의 기초매트(14)와 지반위의 기초매트(13) 사이에 설치되어 수평방향(16) 및 수직방향 (17)의 지진에 대하여 근원적으로 지진 에너지를 차단할 수 있는 장치이다.
그 구성은 수평 및 수직 지진하중 모두에 대하여 3차원 면진이 가능한 장치를 구성하기 위하여, 탄성고무(1)와 강판(2)이 차례로 적층으로 구성된 적층탄성고무에 하부끝단강판(3)과 상부끝단강판(4)이 적층탄성고무의 양끝단에 각각 고정되고 상기 상하부끝단강판은 하부고정강판(5)과 상부고정강판(6)에 각각 보울트로 연결되며 상기 상하부고정강판과 끝단강판사이에 전단키(7)가 매입설치된 통상의 수평 면진장치에 있어서, 상부고정강판(6)의 하부면에 마련된 홈에 수직면진장치실린더(8)가 구직끼음방식으로 연결되고 이들 외곽공간에 강구(9)를 충입시키며 상부고정강판(6)의 상면에 수직면진스프링(10)을 인입설치한 후 수직면진장치실린더(8)를 상부연결강판(11)과 보울트로 연결시킴으로써 3차원 면진장치로 결합한 구조이다.
먼저 수평지진에 대한 일체형 면진베어링의 작동원리는 수평지진으로 인하여 하부기초매트(16)방향으로 운동할 경우에 상부구조물(15)의 수평강성보다 훨씬 유연한 탄성고무(1)와 강판(2)의 복합구조가 수평방향(16)으로 변형을 하여 상부구조물(15)의 강체운동을 야기시킴으로써 상부구조물에서의 수평지진하중 증폭을 방지한다. 이때 수평면진장치의 수평변형발생에 필여한 상부고정강판(6)에서의 반력은 강구(9)와 수직면진실린더(8) 그리고 상부연결강판(11)을 통한 하중전달경로로부터 얻어진다. 그리고 끝단강판(3),(4)과 고정강판(5),(6) 사이에 설치되는 전단키(7)는 보울트에 의한 전단력 전달의 기능상실시에 대처할수 있는 안전 장치이다.
다음에 수직지진에 대한 일체형 면진베어링의 작동원리는 상부구조물(15)의 정하중으로 인한 수직면진 스프링(10)의 정적처침 상태에서 수직방향(17)의 지진에 대하여 상부구조물(15)의 수직강성보다 훨씬 유연한 수직면진 스프링(10)이 상하변형을 하여 상부구조물(15)의 수직강체운동을 야기시킴으로써 상부구조물에서의 수직지진하중 증폭을 방지한다. 이때 상부고정강판(6)과 수직면진실린더(8) 사이에 설치된 강구(9)는 상부구조물(15)의 수직운동을 용이하게 유도해 준다. 상부고정강판(6)과 수직면진실린더(8)와의 수직 연결방식은 제1도에서와 같이 수직끼움 방식으로 수직지진시 상부구조물(15)의 수직운동을 자연스럽게 허용하는 구조로 되어있다.
일체현 면진베어링의 제작순서는 1)먼저 수평면진장치 (1), (2), (3), (4)를 하부고정강판(5)과 보울트를 사용하여 결합한다. 2)상부고정강판(6)을 수직면진실린더에 끼우고 강구(9)를 삽입한다. 3)상부고정강판(6)을 상부끝단강판(4)에 보울트로 체결한다. 수직면진실린더 내부에 수직면진스프링을 넣고 수직면진 실린더(8)과 상부연결강판(11)을 보울트를 이용하여 결합한다.
일체형 면진베어링(12)과 지반기초매트(13)사이의 결합은 하부고정강판(5)을 통하여 보울트를로 체결되며 상부구조물(15)와의 결합은 상부연결강판(11)을 통하여 보울트로 체결된다.
제3도는 일체형 면진베어링을 장착한 상부구조물의 수평 및 수직면진성능을 나타낸 것이며 제3도에서와 같이 일체형 면진베어링(12)을 장착한 상부구조물의 수평 및 수직지진응답(19)은 비면진구조물의 지진응답(20)에 비하여 상당히 감소된다. 일체형 면진베어링을 장착한 면진시스템의 면진주파수(Seismic Isolation Frequency)는 상부구조물의 고유진동수 보다 충분히 낮게 설계되어 상부구조물의 강체운동을 보장할 수 있게 하며 지반입력지진 스펙트럼(18)의 주파수 범위를 피할 수 있도록 한다.
이와같이 본 발명은 원자력발전소의 면진설계 뿐만 아니라 지진피해가 예상되는 모든 구조물(병원, 학교, 공공건물, 반도체 공장, LNG 탱크)등의 산업분야에 응용하여 안정성 있는 문화생활을 영위할 수 있을 것이다.
본 발명은 예시된 실시예에 국한되지 아니하고 그 구조에 관한 부수적인 설계변경은 모두 본 발명의 청구범위에 포함되는 것이다.
번 발명은 일체형 수평-수직 면진베어링(이하 일체형 면진베어링이라 칭함)에 관한 것이다.
더 상세하게는, 상부구조물과 지반(ground) 사이에 설치되는 지반으로부터 상부구조물로 전달되는 지진 에너지를 근원적으로 차단시키는 장치이다. 기존의 적층형 탄성고무-강 면진베어링은 수평지진에 대한 면진장치로 주로 사용되며, 상부구조물의 무게를 지탱하기 위하여 높은 수직강성 특성을 가지고 있다. 이러한 수평면진용 면진 베어링은 그 지체의 높은 수직강성 특성으로 인하여 상부구조물의 수직강체 운동을 유발하는 수직면진 기능을 보유할 수 있도록 설계되기가 매우 힘들다.
본 발명은 일체형 면진 베어링으로서 기존의 수평면진 장치인 적층형 탄성고무-강 면진베어링에 수직면진장치를 결합하여 만든 3차원 면진베어링이다. 그리로 제작 및 조립이 간편하며 3차원 면진의 작동원리가 매우 단순하다. 따라서, 지진 발생시 수평 수직방향 모두에 대하여 우수한 면진 성능을 갖는 혁신적인 면진장치이다.

Claims (1)

  1. 수평 및 수직 지진하중 모두에 대하여 3차원 면진이 가능한 장치를 구성하기 위하여, 탄성고무(1)와 강판(2)이 차례로 적층으로 구성된 적층탄성고무에 하부끝단강판(3)과 상부끝단강판(4)이 적층탄성고무의 양끝단에 각각 고정되고 상기 상하부끝단강판은 하부고정강판(5)과 상부고정강판(6)에 각각 보울트로 연결되며 상기 상하부고정강판과 끝단강판사이에 전단키(7)가 매입 설치된 통상의 수평면진장치에 있어서, 상부고정강판(6)의 하부면에 마련된 홈에 수직면진장치실린더(8)가 구직끼움방식으로 연결되고 이들 외곽공간에 강구(9)를 충입시키며 상부고정강판(6)의 상면에 수직면진스프링(10)을 인입설치한 후 수직면진장치실린더(8)를 상부연결강판(11)과 보울트로 연결시킴으로써 3차원 면진장치로 결합한 것을 특징으로 하는 일체형 수평-수직 면진베어링.
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