KR100313683B1 - 충격 전이용 교좌장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천이나 해안등에 설치되어 상시 작용되는 완만한 변위와 지진이나 과도한 횡압력이 작용될시 발생되는 충격적인 변위에도 이들을 전문구조로 각각 감쇄시켜 교각에 무리가 가지 않도록 하는 충격 전이용 교좌장치에 관한 발명이다.

본 발명은 교량의 상판과 교각사이의 소정위치에 적의 설치되는 상부플레이트와 하부플레이트 및 상기 상하부플레이트 사이에 삽장되고 보강판과 압축고무의 조합으로 구성되는 패드로 이루어지는 교좌장치에 있어서; 상판과 상부플레이트사이에 솔플레이트를 개재시켜서 상부플레이트와 솔플레이트간에 윤활장치를 설치하고; 다수의 소공이 천공된 피스톤과, 피스톤의 양측에 부착되는 피스톤로드들로 이루어져 그 내부에 고점도 유체가 충진된 완충실린더 1쌍이 패드의 양측에서 각 피스톤로드의 선단은 솔플레이트에 그리고 그 몸체는 상부플레이트에 부착되어 이루어진 것이다.

따라서, 본 발명은 상시 변형력인 완만한 변형 뿐만 아니라 충격적인 변형까지 흡수하도록 각각 전용의 완충시스템을 일체로 구성할 수 있도록 하며, 그 구조체는 종래의 교좌장치와 대차가 없어서 손쉽게 설치할 수 있도록 하며, 특히 이미 설치되어 있는 통상적인 교좌장치들에도 그 구조를 그대로 적용하여 면진기능을 부여 할 수 있는 구조를 제공하고자 한 것으로 효과적이고 유용한 발명이다.

Description

충격 전이용 교좌장치{Bridge shoe for shifting a shock}

본 발명은 교량에 가해지는 외부 교란, 즉 상하 방향의 외부 하중 및 온도 변화에 따른 신축을 흡수할 수 있는 교좌장치에 관한 발명이다.

교좌장치는 상부구조의 하중을 하부구조에 전달하는 장치로서, 온도변화나 탄성변형에 의한 상부구조의 신축 및 처짐 등의 변위에 대해서 충실히 작동해야 한다. 이러한 종래의 교좌장치는 교량에 가해지는 일상적인 상하 방향의 외부 하중 및 온도 변화에 따른 신축을 흡수하는 기능을 하여 왔다. 이러한 교좌장치의 위와 같은 일반적인 신축 흡수 기능 뿐만 아니라 지진과 같은 급격한 외부 교란에 대하여도 견뎌낼 수 있는 면진용 교좌장치가 최근 개발되고 있다.

위와 같은 면진기능을 가지는 교좌장치로는 일본국 특허공보 특공소 제63-35792호, 본인의 특허출원 제98-59183호, 대한민국 특허 제187973호 및 일본국 실용신안공보 실공소 제52-4759호가 있다. 도 5에 도시한 일본국 특허는 점성유체를 봉입한 중공원통고무를 이용한 면진장치에 관한 것이나, 유체의 점성만을 이용하기 때문에 면진작용이 불완전하다는 문제가 있다. 도 6에 도시한 본인이 특허출원 제98-59183호는 면진작용은 충분히 발휘되나, 교좌장치의 형상 및 구조가 복잡하고 일반적인 종래의 교좌장치와 호환성을 갖지 못하며 제작 및 설치를 위해서는 특수한 시방이 필요하다는 문제점이 있다. 대한민국 특허 제187973호는 일상적인 상하 방향의 외부 하중 및 온도 변화에 따른 신축을 허용하는 로울러를 구비한 가동단용 교좌장치에 관한 것이다. 지진과 같은 급격한 외부 교란이 작용하였을 때, 상기 특허는 유압 댐퍼에 의해 교좌장치의 신축 작용을 제한한다. 즉, 상기 특허는 일상적인 외부 교란이 발생할 때는 신축을 허용하는 가동단으로 작용하며, 급격한 외부 교란이 작용할 때에는 고정단으로서 작용하는 교좌장치에 관한 발명이다. 따라서, 상기 특허는 지진과 같은 충격이 가해질 때, 고정단으로만 작용하기 때문에 교량 상판과 교각 사이의 충격을 흡수하지 못한다는 문제점이 있다. 일본국 실용신안공보 실공소 제52-4759호의 실용신안은 상부 플레이트와 중간 플레이트를 댐퍼로 연결하고 상부 플레이트 및 중간 플레이트 사이에는 윤활면을 설치하여, 일상적인 외부 교란시 슬라이딩을 허용하고 있다. 그러나 상기 실용신안은 지진과 같은 충격이 가해질 때 고정단으로만 작용하기 때문에 교량 상판과 교각 사이의 충격을 흡수하지 못한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 교량과 교각 사이의 상대속도가 극히 작은 일상적인 외부 교란시 큰 변위를 허용할 수 있도록 하고, 지진과 같은 충격이 가해졌을 때 즉 교량과 교각 사이의 상대속도가 극히 클 때에도 충격을 흡수할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 교량의 길이 방향 뿐만 아니라 상하 및 횡방향의 변위를 흡수할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 회전 변위도 흡수할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한 본 발명은 종래 교좌장치의 대차가 필요없게 되어 그 구조가 간단할 뿐만 아니라 이미 교량에 설치되어 있는 교좌장치를 대체할 수 있는 면진기능을 발휘하는 교좌장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 설치상태 단면모식도,

도 2는 본 발명의 구성상태 전개도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면확대도,

도 4는 도 2의 B-B선 단면확대도,

도 5는 종래 발명의 구성상태도,

도 6은 종래 발명의 다른 구성상태도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 --- 상부플레이트(upper plate)

11 --- 불소수지판(P.T.F.E 판) 12 --- 앵커볼트

13 --- 볼트

2 --- 하부플레이트(lawer plate)

22 --- 앵커볼트 23 --- 볼트

3 --- 패드(Pad)

31 --- 압축고무 32 --- 보강판

33 --- 상철판 34 --- 하철판

4 --- 솔플레이트(Sole plate)

41 --- 스텐레스스틸판 42 --- 브라켓

5 --- 완충실린더

51 --- 피스톤 52 --- 소공

53 --- 피스톤로드

6 ---상판

61 --- P.C빔

7 --- 교각(교대)

도 1은 본 발명의 교좌장치를 교량에 설치한 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명 충격 전이용 교좌장치의 구성을 전개상태로 도시한 전개상태도이고, 도 3a, 도 3b는 도 2의 A-A선에서 절단한 단면확대도이고, 도 4는 도 2의 B-B선에서 절단한 단면확대도이다.

본 발명은 교량의 상판(6)에 연결되는 소울플레이트(4)와, 상기 소울플레이트(4)의 하부에 설치되는 상부플레이트(1)와, 상기 소울플레이트(4)와 상기 상부플레이트(1) 사이에 설치되어 완충 작용을 하는 완충실린더(5)와, 상기 소울플레이트(4)와 상기 상부플레이트(1)가 서로 슬라이딩할 때 마찰을 감소시켜주는 마찰 감소 수단과, 상기 상부플레이트(1)의 하부에 설치되어는 패드(3)와, 상기 패드(3)의 하부에 연결되며 교각과 연결되는 하부플레이트(2)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 있어서, 패드(3)는 압축고무(31)와 상기 압축고무(31) 내부에 삽입된 보강판(32)으로 이루어진 것도 바람직하다. 또한 패드(3) 내부에는 상하 방향의 탄성계수를 조절하기 위해 수직 방향으로 납기둥(35)을 부가할 수 도 있다.

상기 구성에 있어서, 마찰 감소 수단은 상기 소울플레이트(4)의 하면에 부착된 스텐레스스틸판(41)과, 상부플레이트(1) 상면에 부착된 불소수지판(11)으로 이루어진 것도 바람직하다.

도면에 있어서 미설명부호 12, 22는 앵커볼트로 각각 소울플레이트(4)와 하부플레이트(2)를 상판(6) 하단의 피시빔(61)과 교각(7)측에 매입 지지하도록 하는 것이다.

이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 설명한다.

본 발명의 충격 전이용 교좌장치는 교량의 상판(6)에 연결되는 소울플레이트(4)와, 상기 소울플레이트(4)의 하부에 설치되는 상부플레이트(1)와, 상기 소울플레이트(4)와 상기 상부플레이트(1) 사이에 설치되어 완충 작용을 하는 완충실린더(5)와, 상기 소울플레이트(4)와 상기 상부플레이트(1)가 서로 슬라이딩할 때 마찰을 감소시켜주는 마찰 감소 수단과, 상기 상부플레이트(1)의 하부에 설치되는 패드(3)와, 상기 패드(3)의 하부에 연결되며 교각과 연결되는 하부플레이트(2)로 이루어져 있다. 상기 패드(3)는 압축고무(31)로 이루어져 있으며, 상부플레이트(1) 및 하부플레이트(2)와 접촉하지 않는 부분인 측면 둘레부는 자유표면 상태로 되어 있다. 상기 압축고무(31)에는 패드(3)의 탄성을 조절하기 위하여 보강판(32)을 삽입할 수 있다. 압축고무(31) 내부에는 납과 같은 연성금속을 수직의 지주상으로 하나 또는 그 이상 삽입할 수 도 있다. 이러한 패드(3)는 상판(6)과 교각(7) 사이의 상대 변형을 흡수하는 기능을 하는 것으로서, 본 발명의 패드(3)는 측면 둘레부를 자유표면 상태로 하였기 때문에 교량의 길이 방향 뿐만 아니라 상하 방향 및 횡 방향의 상대 변형도 흡수할 수 있으며, 각각의 방향을 중심축으로 한 회전 변형도 흡수할 수 있다.

그리고, 소울플레이트(4)의 하면 및 상부플레이트(1)의 상면에는 마찰을 감소 시키기 위한 마찰 감소 수단이 마련되어 있다. 이러한 마찰 감소 수단으로는 베어링, 불소수지판 또는 부시 등이 사용될 수 있다.

게다가, 상기 패드(3)의 양측에서 각 피스톤로드(53)의 선단은 상기 소울플레이트(4)에 부착된 브라켓(42)에 끼워져 고정되고, 완충실린더(5)의 몸체는 상부플레이트(1)에 고정되므로,소울플레이트(4)와 상부플레이트(1)는 피스톤로드(53)의 길이방향으로 상대적인 운동을 할 수 있다. 완충실린더(5)의 피스톤로드(53)에는 소공(52)이 마련된 피스톤(51)이 부착되어 있으며, 완충실린더(5) 내부에는 유체가 충전되어 있다. 따라서, 상부플레이트(1)와 소울플레이트(4) 사이에 상대적인 운동이 발생할 때, 완충실린더(5)에서는 감쇠력이 발생하게 된다. 이러한 감쇠력은 완충실린더(5) 내부에 충전된 유체가 피스톤(51)의 소공(52)을 통해 한쪽 밀실에서 다른 쪽 밀실로 이동할 때 생기는 저항으로 발생하는 것이다. 물론 소공(52)은 필요에 따라 복수개를 마련할 수도 있다. 또한, 상기 유체는 점도가 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다.

다수의 앵커볼트(12)에 의하여 상판(6)에 고정되는 소울플레이트(4)는 상판(6)과 함께 움직이며, 하부플레이트(2)는 앵커볼트(22)로 교각(7)에 고정되어 있다. 따라서, 상판(6)과 교각(7)이 상대적인 운동을 하면, 소울플레이트(4)와 상부플레이트(1) 사이에 상대적인 운동이 발생할 뿐만 아니라, 상부플레이트(1)와 하부플레이트(2)에서 상대적인 운동이 발생한다. 소울플레이트(4)와 상부플레이트(1)의 상대적인 운동은 완충실린더(5)의 길이 방향으로 허용이 되며, 이러한 운동은 완충실린더(5)의 특성상 소울플레이트(4)와 상부플레이트(1) 사이의 상대속도가 작을 때는 감쇠력이 발생하지 않으며, 상대속도가 크면 감쇠력이 매우 크게 발생한다. 즉, 일상적인 신축(일교차나 계절적 온도차이에 의한 신장 또는 수축)이 발생할 때, 상대속도는 매우 작으므로 완충실린더(5)는 이러한 신축은 허용하며, 지진과 같은 충격이 가해지면 상대속도가 매우 크므로 완충실린더(5)는 소울플레이트(4)와 상부플레이트(1) 사이의 상대 변위가 발생하지 않도록 한다. 일상적인 신축이 발생할 때, 소울플레이트(4)와 상부플레이트(1) 사이의 상대적인 운동이 원활하게 이루어지도록 마찰감소수단이 작용하는 것은 앞에서 서술한 바와 같다. 상부플레이트(1)와 하부플레이트(2) 사이에서 발생하는 변위는 패드(3)가 흡수하게 된다. 본 발명에서의 패드(3)는 상면은 상부플레이트(1)에 고정되고, 패드(3)의 하면은 하부플레이트(2)에 고정되어 있으며, 패드(3)의 나머지 표면은 다른 부재에 구속되지 않는 자유표면 상태이다. 따라서, 패드(3)는 상부플레이트(1)와 하부플레이트(2)의 상하 방향의 변위 뿐만 아니라 교량의 길이 방향 및 횡방향의 변위를 흡수할 수 있으며, 각각의 방향을 기준축으로 하는 회전 변위도 흡수할 수 있다. 즉, 본 발명은 일상적인 신축운동(상대 속도가 극히 작을때)은 완충실린더(5)에 의해 큰 변위 까지 허용하고, 지진과 같은 충격(상대속도가 극히 클때)이 가해지면 패드(3)에 의해 변위를 흡수하며, 중간정도의 상대속도에서는 완충실린더(5) 및 패드(3) 양자에 의해 충격 흡수 및 상대운동을 허용하는 것이다. 또한, 일상적인 신축이 일어나는 방향(교량의 길이 방향)이 아닌 나머지 방향에 대한 변위도 패드(3)가 흡수할 수 있다. 상기 패드(3)는 탄성고무재로 되어 통상 그 두께의 1/2 까지는 전단변형으로 변위를 허용할 수 있는데, 예컨대 50m의 교량이라면, 온도차에 의한 변위가 50mm 정도이나 지진과 같은 급격한 충격이 발생한 경우에는 변위의 변화(즉, 속도)가 급격하지만 변위 자체는 통상 30mm를 넘지 못하므로 패드(3)에서 충분히 그 변위를 받아줄 수 있게 된다. 즉, 상술한 조건하에서 패드(3)의 두께를 60mm 이상으로 하면 충분하므로 롤러식 교좌장치 보다 높이를 낮출 수 있게된다.

본 발명은 상기한 기본구성과 더불어, 특히 마찰감소수단으로서 상기 소울플레이트(4)의 하면에는 스텐레스스틸판(41)을 부착하고, 상기 상부플레이트(1)의 상면에는 불소수지판(11)을 부착하여 소울플레이트(4)와 상부플레이트(1)가 서로 접촉하면서 슬라이딩할 때 마찰을 감소시킬 수 있다.본 발명은 상기한 기본구성에 있어서, 압축고무(31)와 일체로 성형된 상철판(33)을 패드(3)의 상부 표면에 마련하고, 상철판(33)과 상부플레이트(1)를 볼트(13)로 체결할 수 있다. 패드(3)의 하부표면에도 압축고무(31)와 일체로 성형된 하철판(34)을 마련하고, 볼트(23)에 의해 하부플레이트(2)와 하철판(34)을 체결할 수 있다. 물론 상부플레이트(1) 및 하부플레이트(2)를 직접 압축고무(31)와 일체로 성형할 수도 있다.

본 발명은 상기 패드(3) 내부에 상하방향으로 납기둥(35)을 삽입하면 보다 큰 하중을 지지할 수도 있을 뿐만 아니라, 큰 수평력도 원활하게 감쇠시킬 수 있다. 이러한 납기둥(35)은 복수개를 사용할 수도 있으며, 패드에 작용되는 하중에 의해 전단변형이 가능하며, 복원시에도 변형응력이 남지 않기 때문에 변형흡수 및 완충이라는 패드(3)의 기본 기능을 해치지 않으면서 지지력을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 일상적인 신축운동(상판과 교각 사이의 상대 속도가 극히 작을때)은 완충실린더에 의해 큰 변위 까지 허용하고, 지진과 같은 충격(상대속도가 극히 클때)이 가해지면 패드에 의해 변위를 흡수하며, 중간정도의 상대속도에서는 완충실린더 및 패드 양자에 의해 충격 흡수 및 상대운동을 허용하는 것이다. 또한, 일상적인 신축이 일어나는 방향(교량의 길이 방향)이 아닌 나머지 방향에 대한 변위(회전 변위 포함)는 패드가 흡수하게 된다. 즉, 본 발명은 완충실린더와 패드의 유기적인 결합에 의해 일상적인 신축 뿐만 아니라 충격에 의한 상대변위도 흡수할 수 있기 때문에 신축기능이 우수하며, 상부구조에 작용하는 하중을 하부구조에 확실하게 전달할 수 있고 회전변위도 흡수할 수 있다. 또한, 그 구조에 있어서, 종래의 교좌장치의 대차가 필요없기 때문에 손쉽게 설치할 수 있다. 또한 이미 설치되어 있는 통상적인 교좌장치에도 그 구조를 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 교량의 상판(6)과 교각(7) 사이에 설치되어 상판과 교각 사이의 상대변위를 흡수하는 충격 전이용 교좌장치에 있어서,

   상기 상판(6)에 연결되는 소울플레이트(4)와;

   상기 소울플레이트(4)의 하부에 위치하고, 소울플레이트(4)에 대하여 일방향으로 슬라이딩하면서 상대적으로 이동할 수 있는 상부플레이트(1)와;

   상기 소울플레이트(4)와 상기 상부플레이트(1)가 서로 슬라이딩할 때 그 접촉면의 마찰을 감소시켜주는 마찰 감소 수단과;

   상기 소울플레이트(4)와 상기 상부플레이트(1) 사이를 연결하고 슬라이딩하는 방향으로 변위를 허용하고 완충 작용을 하는 완충실린더(5)와;

   상기 교각(7)과 연결되는 하부플레이트(2)와;

   상기 상부플레이트(1) 및 상기 하부플레이트(2)를 연결하며, 상기 상부플레이트(1) 및 하부플레이트(2)와 연결되는 부분을 제외한 나머지 부분은 자유표면으로 형성된 패드(3)로 이루어진 것을 특징으로 하는 충격 전이용 교좌장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 패드(3)는 압축고무(31)와 상기 압축고무(31)에 삽입되는 보강판(32)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 충격 전이용 교좌장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 마찰감소수단은 소울플레이트(4)의 하면에 부착된 스텐레스스틸판(41)과 상기 상부플레이트(1)의 상면에 부착된 불소수지판(11)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 충격 전이용 교좌장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 패드(3)는 압축고무(31)의 상부에 상철판(33)이 일체로 연결되고 압축고무(31)의 하부에 하철판(34)이 일체로 연결된 것임을 특징으로 하는 충격 전이용 교좌장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 패드(3)는 압축고무(31) 내부에 납기둥(35)이 심어진 것임을 특징으로 하는 충격 전이용 교좌장치.