KR100283782B1 - 구조물의 지진격리용 마찰감쇠형 고무받침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설치 및 관리가 용이하고, 고감쇠를 통하여 구조물에 대한 내진성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 지진격리시스템에 적용할 구조물의 지진격리용 고무받침을 제공하기 위한 것으로서, 기판(1)의 상면에 형성된 운두(2)가 이룬 내부공간에 완충용 고무판(4)과 수직하중지지용 피스톤(6)을 안장하고, 피스톤(6)의 상면에는 자기윤활성과 내마모성이 우수한 불소수지제 미끄럼받침(7)을 안장하며, 미끄럼받침(7) 위에는 평탄도와 미끄럼받침(7)과의 활성(滑性)이 양호한 스테인레스 강판(10)을 얹고 그 위에 상판(11)을 앉히며, 상판(11)의 복원력과 이물질침투 방지목적의 고무통(82) 상하연에 시트(83,81)를 접합한 복원체(8)를 상기 기판(1)의 운두(2) 외곽에 운두와 동심원상에 설치하고 상,하부 시트(83,81)는 상판(11)과 기판(1)에 보울트(12,9)로 체결하여 일체화한 것이다.

Description

구조물의 지진격리용 마찰감쇠형 고무받침

본 발명은 교량의 가동받침으로 널리 사용되는 불소수지(Poly-tetra-fluor-ethylene. PTFE)판의 미끄럼작용과 복원체의 복원작용에 의한 내진 및 복원력을 획기적으로 높인 구조물의 지지격리용 고감쇠 받침에 관한 것이다.

불시에 지진이 발생하면 상부구조물의 관성력에 의하여 구조물의 저층에는 큰 전단력이 발생한다. 이에 따라 구조물 저층에 위치한 기둥 및 벽체에 균열이 발생하고, 심한 경우에는 구조물 전체에 파괴현상을 초래하여 붕괴가 일어나기도 한다. 그리고 내진 설계가 이루어지지 않은 교량의 경우에는 수평지진력이 고정된 교좌장치에 집중되기 때문에 교좌장치가 파괴되어 기능을 상실하게 될 뿐만 아니라 상판이 이탈하거나 붕괴될 수도 있다. 따라서 지진이 발생하면 각종 구조물의 붕괴 등으로 인하여 막대한 인명피해 및 재산상의 피해를 우려하여 앞으로 건설될 구조물을 설계할 때에는 적절한 지진하중을 고려한 내진설계가 전제되어야 할 것이다.

구조물용 지진격리장치로서는 적층고무받침(Laminated Rubber Bearing)과 그 내부에 납을 삽입하여 감쇠능을 향상시킨 납 면진받침(Lead Rubber Bearing)이 있다. 그러나 상기한 종래의 구조물용 받침들은 수직하중의 지지능력이 비교적 작기 때문에 중·장지간 교량 등의 수직하중이 큰 구조물에 사용하기는 어려움이 있다.

이런 점을 감안하여 제안된 불소수지로 된 미끄럼받침이 있다. 지금까지는 불소수지제 미끄럼받침을 지진격리장치로서의 용도는 전혀 고려하지 않은 채 교량의 온도팽창에 따른 활동면의 제공이란 관점에서 주로 교량의 가동받침에만 적용해 왔다.

이러한 미끄럼받침에서의 미끄럼현상은 불소수지판과 평활도가 우수한 스테인레스판 사이에서 발생하며, 불소수지면에 홈을 내고 윤활유를 충진하여 마찰계수를 최소화하여 사용하기도 한다. 불소수지 미끄럼받침에 있어서의 마찰계수는 마찰속도와 수직압력에 따라 변화한다. 그 마찰감쇠를 조절하기 위하여 불소수지의 재질변경이나 크기 조절로 마찰계수를 변경하여 마찰감쇠의 변화를 유도하고 있다. 그러나 실제에 있어서는 불소수지판의 허용지압응력이 제한됨에 따라 크기 조절을 통한 마찰감쇠의 조정에는 일정한 제약이 따른다.

무엇보다도 상판과 불소수지판 상호간의 활성이 크기 때문에 작은 마찰감쇠가 발휘되어 내진 성능이 미약하고, 실재에 의한 상판의 복원력도 기대할 수 없기 때문에 별도의 내진 장치와 함께 사용되었다.

본 발명은 교량을 비롯한 각종 구조물의 내진성능을 상상시키기 위한 구조물의 지진격리용 마찰감쇠형 고무받침을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 기판 위에 고무판과 상면에 전단 키가 얹힌 피스톤의 순으로 얹히고, 피스톤 위에는 불소수지판이 안장되며 불소수지판 위에 상판이 얹히며, 상판과 기판 사이에 복원장치일 뿐만아니라 이물질 침투방지용 실재를 두른 것에 있어서, 불소수지판 위에 불소수지판에 대한 활성(滑性)과 내식성이 우수한 스테인레스 강판을 얹고, 상기 실재의 상하단에 금속제 시트를 부착하여 상판과 기판에 고정하며, 전단키와 상판에 주어지는 키홈을 선형으로 미끄럼이동이 가능한 형태로 개조하여 지진시 발생되는 복원력과 마찰감쇠를 통해 구조물에 내진 성능을 향상시키기 위한 구조물의 지진격리용 마찰감쇠형 고무받침을 제공한다.

제1도는 일실시예에 의한 마찰감쇠형 고무받침의 평면도.

제2도는 동 종단정면도.

제3도는 다른 실시예에 의한 마찰감쇠형 고무받침의 평면도.

제4도는 동 종단정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

a,b : 마찰감쇠형 고무받침 1 : 기판

2 : 운두 3a,b : 체결공

4 : 고무판 5 : 금속링

6 : 피스톤 7 : 불소수지판

8 : 복원체 10 : 상판

81 : 하부 시트 82 : 고무통

83 : 상부 시트

첨부도면 어느 것이나 교량의 교각 상단, 교각이나 각종 건축구조물의 기둥, 기초 밑에 설치하는 것으로서, 제1도 및 제2도는 마찰감쇠형 고무받침(a)의 일실시예를 나타내고 제3도와 제4도는 다른 실시예에 의한 마찰감쇠형 고무받침(b)을 도시한 것이다.

먼저, 제1,2도의 실시예는 교량용으로 적합한 마찰감쇠형 고무받침(a)을 예시한 것이다. 이 실시예의 특징은 피스톤(6)의 상면에 면의 중심을 지나는 전단키(61)를 부착 또는 일체로 형성하여 상판(11)이 일방향(교축방향)으로 가동하도록 구성한 것이다.

구체적으로는, 가장자리의 안쪽에 원주피치간격을 두고 체결공(3a)이 천공된 원형 철판제 기판(1)의 복판에는 환상의 운두(2)를 돌출시키고, 이 운두(2)에 의해 형성된 내부공간에는 상기 운두(2)보다는 얇은 원형 고무판(4)을 안장하고, 고무판(4)의 상면 가장자리에 판제 금속링(5)을 얹은 다음에 피스톤(6)을 얹는다.

본 실시예에 있어서의 피스톤(6)은 상면의 중앙에 교축방향으로 단일 전단키(61)를 갖고, 그 위에 덮히는 상판(11)의 저면 중심에는 상기 전단키(61)와 동일한 방향으로 활동(滑動)하는 키홈(111)을 가졌으며, 전단키(61)의 양 옆에 빈면에는 오목홈을 형성하여 그 보다도 높은 두께의 불소수지판(7)을 안장한다.

그리고 바깥 둘레 안쪽에 체결공이 천공된 링 모양의 하부 시트(81) 위에 원통형 고무통(82)을 접착제로 접합하고 고무통(82) 위에 하부 시트(81)와 동형의 상부 시트(83)를 얹어 접착제로 접합한 복원체(8)를 상기 운두(2) 외곽의 동심원상에 얹은 다음에 하부 시트(81)의 체결공을 기판(1)의 체결공(3a)에 일치시켜 보울트(9)로 체결한다. 여기서, 하부 시트(81)와 상부 시트(83)는 고무통(82)의 플랜지 대용이다. 고무통(82)과 상,하부 시트(83,81)를 접합할 때에는 가장자리의 안쪽에 천공된 체결공이 고무통(82)의 외측에 놓이게 하여 외부체결작업을 수월하게 한다. 하부 시트(81)의 가장자리에 가까이 천공한 체결공(13a)은 교각 및 기초 등에 체결하기 위한 것이고 상부 시트(83)의 가장자리에 가까이 천공한 체결공(13b)은 교량의 상판, 교각 및 기둥 등에 체결하기 위한 것이다.

상기한 고무통(82)은 구조물의 고유주기를 변경시켜 지진피해를 줄이는 역할과 지진으로 인하여 위치가 변동된 상판(11)을 되돌림으로써 그 위에 얹힌 구조물을 제위치로 복귀시키는 탄성체로서 기능한다. 구조물의 고유주기를 정하면 고무의 강성이 정해지게 되며, 이 강성을 바탕으로 고무통(82)의 규격이 정해진다. 이때, 함께 고려할 사항은 고무통(82) 안쪽에서 불소수지판(7)의 미끄럼운동이 제한받지 않아야 한다는 점이다. 이를 위해서 고무통(82)의 내경을 충분히 확보하여 넓은 내부공간을 확보한다. 고무통(6)은 또한 불소수지판(7)의 외부에 환상으로 설치되고 설치후에는 틈을 남기지 않게 해서 우수, 흙, 먼지 등이 고무통(6) 안으로 들어가는 것을 차단함으로써 내구성과 내식성을 높인다.

상기 불소수지판(7) 위에 스테인레스 강판(10)을 얹고 스테인레스 강판(10)위에 상판(11)을 얹는다. 스테인레스 강판(10)은 불소수지판(7)의 마모를 방지하기 위한 것으로, 평탄도 및 평활도가 우수하다. 이 같은 스테인레스 강판(10)은 불소수지판(7)과의 마찰감쇠로 지진에너지를 소산시키고 마찰로 인한 마모를 최소화하는데 긴요하다.

불소수지판(7)은 우수한 마찰감쇠작용을 한다. 따라서 고감쇠가 필요한 경우에는 불소수지판(7)과 스테인레스 강판(10) 사이에 윤활유의 사용을 배제하여 불소수지판(7)의 마찰계수를 증대시킴으로써 감쇠비를 높일 수 있으며, 윤활유가 첨가된 불소수지판(7)을 조합해 사용함으로써 적절한 감쇠비로 조절할 수가 있다. 이와 같은 방법으로 마찰감쇠를 조절하는 것을 염두에 두고 내진 설계할 때 지역별 예상지진강도에 따른 감쇠비의 조건을 충족하는 최적의 지진격리시스템을 구축한다.

이와 함께 고려할 것은 지진에 의해 발생할 수 있는 변위를 반영하여 추가의 활동길이를 확보한다. 즉, 불소수지판(7)은 상부하중의 크기에 따라 크기와 수량을 결정하고, 스테인레스 강판(10)은 지진 발생시 구조물의 변위를 고려하여 크기를 정한다. 불소수지판(7)은 그 수직하중 지지능력이 기존의 지진격리장치에 비해 아주 우수하므로 자중이 큰 구조물에 널리 사용할 수 있다.

상판(11)은 가장자리 부근에 상부 시트(83)의 안쪽 체결공과 보울트로 맞체결하기 위한 체결공(3b)이 천공되어 있고, 저면 복판은 스테인레스 강판(10)과 불소수지판(7), 피스톤(6), 고무판(4)에 직접 또는 간접적으로 하중이 실리도록 하기 위한, 다시 말해서 수직하중을 상기 요소들에게 미치도록 하기 위해 하향 돌출되어 있다. 이어서 상부 시트(83)의 안쪽 체결공과 상판(11)의 체결공(3b)을 일치시키고 보울트(12)로 체결한다. 이로써 구조물의 지진격리용 마찰감쇠형 고무받침이 완성된다.

제3,4도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 마찰감쇠형 고무받침(b)을 나타낸 것이다. 이 실시예의 특징은 지진이 발생했을 때 그 지진파의 방향을 타지 않고 전방위적으로 지진과 격리시킬 수 있는 마찰감쇠형 고무받침(b)이다. 상기한 제1실시예의 마찰감쇠형 고무받침(a)과의 대비에서 구조적으로 두드러진 특징은 피스톤(6)이 전단키를 갖지 않고, 불소수지판(7)은 피스톤(6)의 상면 거의 전반에 걸쳐 넓게 얹혀서 하향 돌출된 상판(11)의 저면에 상시 접촉하여 어느 방향으로든 미끄러져서 지진을 소산시킬 수 있다는 점이다.

어느 실시예의 마찰감쇠형 고무받침(a,b)을 막론하고 구조물의 저면, 교각의 상단, 교대상에 설치하는데, 어느 곳에 적용하든 상부 시트(83)가 위쪽에 놓이도록 설치한다. 지진격리용으로 설치된 마찰감쇠형 고무받침(a,b)은 교량이나 구조물의 수직하중을 지지하면서 지진이 발생했을 때 하중이 실린 상판(11)이 받게 되는 지진에너지는 1차적으로는 불소수지판(7)과 스테인레스 강판(10) 사이에서 일어나는 마찰감쇠작용에 의하여 소산된다.

전단키(61)와 키홈(111)을 가짐으로써 방향을 타는 제1 실시예의 마찰감쇠형 고무받침(a)은 전단키(61)가 놓인 방향, 즉 교축방향으로만 횡력이 소산되지만 제1 실시예의 마찰감쇠형 고무받침(b)은 방향성을 타지 않으므로 어느 방향의 횡력이든 모두 소산시킬 수가 있다.

이와 같이 상판(11)은 지진파가 사라지면 고무통(82)이 발휘하는 복원력에 의하여 상판(11)의 과도한 잔류변형은 일정변형범위 이내로 복원된다.

이상 설명한 바를 종합하면 본 발명은 불소수지판과 스테인레스 강판과의 미끄러짐에 의하여 상시에는 가동받침의 기능을 수행하고 지진시 마찰감쇠가 발휘되어 구조물의 내진 성능이 획기적으로 개선된다.

또, 이물질 침투방지용 복원체가 기판과 상판에 고정되어 상판에 대한 복원력을 발휘하므로 구조물의 지진격치 장치에 대한 기능은 본 발명만으로 효과적으로 수행한다.

Claims (1)

1. 기판(1) 위에 고무판(4)과 상면에 전단키(61)가 얹힌 피스톤(6)의 순으로 얹고, 피스톤(6) 위에는 불소수지판(7)을 안장하며, 불소수지판(7) 위에 상판(11)을 얹고, 상판(11)과 기판(1) 사이에 대한 이물질 침투방지용 복원체(8)를 두른 것에 있어서, 불소수지판(7) 위에 불소수지판에 대한 활성과 내식성이 우수한 스테인레스 강판(10)을 얹고, 상기 복원체(8)는 그 상하단에 금속제 시트(83,81)를 부착하여 상판(11)과 기판(1)에 보올트(12,9)로 고정하며, 전단키(61)와 상판(11)의 키홈(111)을 선형으로 하여 직선 미끄럼이동이 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 구조물의 지진격리용 마찰감쇠형 고무받침.