KR100395157B1

KR100395157B1 - 탄성받침용 가이드 구조

Info

Publication number: KR100395157B1
Application number: KR10-2000-0039246A
Authority: KR
Inventors: 유문식
Original assignee: 주식회사 케이.알
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2003-08-25
Also published as: KR20020005817A

Abstract

본 발명은 교량의 상판을 지지하는 교각의 상부에 설치되어 상판의 하중과 변형을 받아주는 탄성받침에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 탄성받침을 개량하여 지진과 같은 급변위에의 대처능력을 향상시킨 탄성받침용 가이드 구조에 관한 것이다.

본 발명은 앵커볼트가 지지하고 그 상면 양측에는 일정높이 돌출된 가이드가 부착되어 형성되는 하부플레이트와, 앵커볼트가 지지하며 하부플레이트와 대면하여 하부플레이트에 부착되는 가이드와 면접되는 가이드가 부착되어 형성되는 상부플레이트와, 고무와 철판이 교호하여 적층되어 상기 상하부플레이트의 가이드들 사이에 삽입되는 패드로 구성되는 탄성받침에 있어서, 상하부플레이트에 각각 부착되는 가이드가 볼트에 의하여 부착되는 것이다.

따라서, 본 발명은 탄성받침의 제작이 손쉽고도 정밀하게 이루어질 수 있는 구조를 가지며, 제작시 용접이 불필요하도록 하는 구조 이므로서 열변형이나 용접비드에 의한 부속품간의 간섭이라는 문제를 원천적으로 해결하여 정밀하고도 컴펙트한 제품을 제공할 수 있어서 효과적이고 유용한 발명이다.

Description

탄성받침용 가이드 구조{Guide structure used as elastic prop}

강이나 하천뿐만 아니라 바다를 가로질러 양안을 연결하는 교량은 일반적으로 교각(바다나 강의 양안에 설치되는 "교대"도 "교각"의 일종이므로 이하에는 교각으로 통칭함) 위에 상판을 올려주는 구조를 가지며, 교각을 없이 설치하는 사장교(현수교)일지라도 중앙 또는 양안에 상판을 지지하는 구조물(교각 또는 기둥 모두 포함)이 설치되므로 기본적으로는 상판과 교각의 구조를 벗어나지 않는데, 교량 위에는 사람이나 차량 또는 대하중의 중기나 트레일러 등이 통행하므로 시시각각 변화되는 동 하중이 미치게 되며, 특히 교량이 크면 클수록 상판이 길어지므로 계절의 변화나 일교차에 따른 열변형으로 연신·수축량이 커지며, 이는 상판과 교각의 접촉부위가 변화될 수 있어야 교량으로서 충분한 하중 지탱능력을 갖추게 되어 충분한 소요수명을 누릴 수 있게 되므로, 일반적으로는 교각의 상부에 탄성받침을설치하여 상판의 변위에 대응하면서 상판을 지지하면서, 상판에 미치는 충격력을 감소시킬 수 있도록 하고 있다.

이러한 탄성받침에는 베어링을 사용하는 포트 베어링(Pot Bearing)이나 오일레스 베어링(Oilless Bearing)타입과 스틸 플레이트로 이루어지는 탄성받침이 있는데, 본 발명은 후자를 개량한 것으로, 이러한 종래의 탄성받침으로는 본인의 등록특허 제206637호인 "교량용 교좌장치(교좌장치란 상판과 교각사이에서 기능하는 구조체의 통칭이며, 본 발명의 탄성받침은 이러한 교좌장치의 일 태양임)"가 있으며, 이는 도 5에 분해상태로 도시하고 도 6에 단면도로 도시한 바와 같이, 교각(2)상단에 매입되는 앵커볼트(33)가 사방을 지지하고 그 상면 일측에는 일정높이 돌출된 브라켓(34; "가이드"의 기능을 함)과 타측에는 상기 브라켓(34)의 내부에 삽입 고정되거나 안내되는 스토퍼(34; "가이드"의 기능을 함)가 부착되어 형성되는 하부플레이트(32)와, 상판(1) 하단에 매입되는 앵커볼트(33)가 지지하며 상기 하부플레이트(32)와 대칭인 상부플레이트(31)와, 장방형으로 고무(41)와 철판(42)이 교호하여 적층되어 상기 상하부 플레이트(31, 32)의 브라켓(34)과 스토퍼(35)사이에 삽입되는 패드(4)로 구성되는 탄성받침에 있어서, 상기 패드(4)의 고무(41)는 지압강도를 2.5∼3.5배 강화한 탄성고무(41')로 하고, 상기 패드(4)의 상하면 또는 일면에 불소수지(PTFE, 43)를 적층하고 표면에 그리스(45)가 주입되는 다수의 윤활요홈(44)을 형성시키고, 상기 불소수지(43)와 대면하는 상하부 플레이트(31, 32)에 상기 패드(4)의 규격보다 변위량 이상 큰 규격으로 스테인레스 스틸의 윤활판(36)을 심어서 구성시킨 것이다.

상기와 같이 구성되는 종래 발명에서 상부플레이트(31)는 앵커볼트(33)에 의하여 상판(1)과 일체로 움직이며, 하부플레이트(32)는 교각(2)과 일체로 고정되므로 상판(1)의 하중을 패드(4)를 통해 교각(2)측으로 전달하면서 상판(1)의 연신·수축에 의한 변위는 브라켓(34)과 스토퍼(34) 및 가이드(34)와 스토퍼(35)간의 이동제한이나 안내에 의하여 해소를 시키는데, 특히 패드(4)상면 또는/및 하면에 씌워진 불소수지(43)와 상기 불소수지(43)와 접촉하는 윤활판(36)의 미끄러짐으로 받아주게 되어 부드럽게 이동이 되며, 따라서, 상기 종래의 발명은 전단변형이 없으므로 고무(41)와 철판(42)으로 적층된 패드(4)의 박리현상이 없으며, 패드(4)가 작아지므로서 탄성받침 전체가 작아질 수 있어서 자재절감에 따른 경제성향상 뿐만 아니라, 패드(4)의 취출이 용이하여 정기적인 교체 및 보전에도 편리성이 있다.

그러나, 종래의 발명은 상하부플레이트에 가이드(브라켓)를 부착하여 소정방향으로의 이동은 제한하고 필요방향으로의 이동만이 가능하도록 하며, 이때 그 이동을 부드럽게 할 수 있도록 하고 있으나, 가이드와 플레이트간에 용접에 의하여 부착되므로 용접비드(Welding Bead)가 필연적으로 형성이 되며, 따라서 상하의 가이드간에는 소정 간격을 가지도록 하므로서 비드와의 간섭이나 용접시 열변형에 의하여 가이드간의 비틀림을 수용하고 이동될 수 있도록 하는데, 이렇게 가이드간에 두어야 하는 간격은 탄성받침의 규격을 필요이상 커지게 하여 비경제적일 뿐만 아니라, 변형된 가이드들 간에 적절한 안내가 이루어지지 않는 등의 문제가 발생되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해소하고자 연구/개발된 것으로, 본 발명은 탄성받침의 제작이 손쉽고도 정밀하게 이루어 질 수 있는 구조를 제공하여 품질 좋은 제품을 제공하도록 하고, 제작시 용접이 불필요하도록 하는 구조를 제공하므로서 열변형이나 용접비드에 의한 부속품간의 간섭이라는 문제를 원천적으로 해결하여 정밀하고도 컴펙트한 제품을 제공할 수 있도록 한 것으로, 이는 종래의 탄성받침에 있어서, 가이드부를 볼트에 의하여 채결되는 구조로 이루어지는데, 이를 도면에 따라 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 탄성받침의 구성상태도,

도 2는 도 1의 A-A선 단면 확대도,

도 3은 도 2의 B부 발췌 확대 작용상태도,

도 4는 본 발명의 설치상태 단면도,

도 5는 종래 발명의 분해 상태도,

도 6은 종래 발명의 설치상태 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 --- 상판

2 --- 교각

3 --- 탄성받침

31 --- 상부플레이트 311 --- 볼트공

32 --- 하부플레이트 33 --- 앵커볼트

34 --- 가이드 341 --- 나사공

34' --- 용접부 35 --- 볼트

351 --- 파단요홈 36 --- 윤활판

4 --- 패드

41 --- 고무 41' --- 탄성고무

42 --- 철판 43 --- 불소수지

44 --- 윤활요홈 45 --- 그리스

도 1은 본 발명의 탄성받침의 구성상태도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면 확대도이고, 도 3은 도 2의 B부만을 발췌하여 작용상태를 알 수 있도록 확대도시한 발췌도이다.

본 발명은 도면에 도시한 바와 같이, 교각(2)상단에 매입되는 앵커볼트(33)가 사방을 지지하고 그 상면 양측에는 일정높이 돌출된 가이드(34)가 부착되어 형성되는 하부플레이트(32)와, 상판(1) 하단에 매입되는 앵커볼트(33)가 지지하며 상기 하부플레이트(32)와 대면하여 상기 하부플레이트(32)에 부착되는 가이드(34)와 면접되는 가이드(34)가 부착되어 형성되는 상부플레이트(31)와, 고무(41)와 철판(42)이 교호하여 적층되어 상기 상하부플레이트(31, 32)의 가이드(34, 34)들 사이에 삽입되는 패드(4)로 구성되는 탄성받침에 있어서, 상기 상하부플레이트(31, 32)에 각각 부착되는 가이드(34)가 볼트(35)에 의하여 부착되고, 상기 볼트(35)가 체결되었을 때 상기 상하부플레이트(31, 32)들과 가이드(34, 34)들 간에 면접되는위치에 a = 0.079∼0.15g의 가속도를 가지는 변위하에서 파단이 되도록 파단요홈(351)이 형성된 것임을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 구성상태도로서, 이를 참고로 각부의 작용을 알아본다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 상하부 플레이트(31, 32)와 패드간의 작용은 종래의 발명과 동일하여 제 3도에 도시한 설치도와 같이, 상부플레이트(31)는 앵커볼트(33)에 의하여 상판(1)과 일체로 움직이며, 하부플레이트(32)는 교각(2)과 일체로 고정되므로 상판(1)의 하중을 패드(4)를 통해 교각(2)측으로 전달하면서 상판(1)의 연신·수축에 의한 변위는 패드(4)가 받아주게 된다. 여기서 사용되는 패드(4)는 고무(41)로 된 것이나 탄성고무(41')로 된 것 또는 본인의 선등록 발명에서와 같이 윤활구조{패드(4)의 상하면에는 불소수지(43)를 적층하고 표면에는 그리스(45)가 주입된 윤활요홈(44)이 형성되고, 대면하는 플레이트(31, 32)에는 윤활판(36)이 형성되는 구조}들중 어떠한 구조라도 채용될 수 있으며, 상하부플레이트(31, 32)의 가이드(34, 34)들에 의하여 형성되는 내측 공간에 삽입되므로 이들의 형상에 따라서는 장방형뿐만 아니라 원형이나 삼각형·오각형등의 어떠한 형상으로도 구성시킬 수 있다.

그리고, 상부플레이트(31)의 양측에 부착되는 가이드(34)와 하부플레이트(32)의 양측에 부착되는 가이드(34)들은 서로 면접되도록 되는데, 예컨데, 상부플레이트(31)의 왼쪽에 부착되는 가이드(34)가 하부플레이트(32)의 왼쪽에 부착되는 가이드(34)보다 바깥쪽에 있으면, 반대측인 오른쪽도 동일하게 하여야 플레이트(31, 32)사이에 위치하는 패드(4)측에 무리한 힘을 작용시키지 않게 된다.

게다가, 본 발명은 특히 상하부플레이트(31, 32)에 각각 부착되는 가이드(34)가 볼트(35)에 의하여 부착되는 것으로 특정하였는데, 이렇게 볼트(35)로 체결되도록 하는 것이 종래의 용접에 의한 부착법보다 월등 우수한 품질을 얻게 되는 것으로, 용접비드(34')에 의한 간섭 및 열변형에 의한 비틀림을 방지하기 위해서는 가이드(34)간에 5mm이상의 간격을 두어야 하며, 이는 가이드(34)와 패드(4)간에도 역시 마찬가지이며, 따라서 예컨데, 135Ton하중을 지지하는 탄성받침인 경우 종래의 발명에서는 550mm×580mm×38mm(L×W×H)의 규격이었으나, 본 발명의 탄성받침은 550mm×482mm×38mm로서 폭을 98mm줄이는 효과를 얻을 수 있었다.

또한, 상기 볼트(35)가 체결되었을 때 상기 상하부플레이트(31, 32)들과 가이드(34, 34)들 간에 면접되는 위치에 a = 0.079∼0.15g의 가속도를 가지는 변위하에서 파단이 되도록 파단요홈(351)이 형성된 것으로 구성하였는데, 이는 지진이 발생되었을 때, 지진에 의한 증가 하중은 주로 수평하중으로 작용되며(도 3의 화살표 P방향), 이는 급격한 변위로서 예컨데 그 방향이 설치된 가이드(34)에 수직한 방향(유사방향도 동일함)으로 작용되는 경우 종래의 가이드(34)에서는 너무 견고하게 부착되어 가이드(34)가 수평변위에 전적인 저항체로 작용되어 진동을 그대로 받게 되며, 이는 교각(2)측에 그 급격한 진동을 그대로 전달하여, 높은 진동수에 의하여 교각(2)에 무리를 주게 된다. 그러나, 상기 경우에도 본 발명의 탄성받침은 파단요홈(351)측에서 플레이트(31, 32)와 가이드(34)의 접촉면이 존재되므로 이에 전단변형력이 집중 작용되어 이에서 파단되므로서{도 3의 화살표 P방향의 힘이 작용되면, 화살표 R방향의 저항력이 생겨서 볼트(5)가 파단됨} 패드(4)가 기능하게되며, 이는 패드(4)의 전단변형에 의하여 진동수가 감소되게 되므로 교각(2)에 미칠 수 있는 무리를 경감하게 된다.

또한, 소정 가속도 하에서만 볼트(35)가 파단되도록 제한을 주었는데, 예컨데 2등급 교량에서는 a = 0.07g(g는 중력 가속도)정도에서 또 1등급 교량에서는 a = 0.15g정도에서 파단되도록 하는 것이 바람직하며,이는 사단법인 한국도로교통협회 발간 2000년도의 도로교 설계기준 "6.3 설계 일반사항 중 6.3.1.2 가속도 계수계수"에는 지진구역별 계수 및 위험도 계수를 제시하고 있는데, 1등급 구역은 그 계수를 0.11로 2등급 구역은 0.07로 제시하고 있으며, 위험도 계수는 500년 주기(2등급의 근거로 함)에서는 1로 1000년 주기(1등급)에서는 1.4로 제시하였는데, 이를 계산하면,a₁= 0.11 x 1.4 = 0.154 (a₁은 본 발명에서 규정하는 1등급 교량의 파단 가속도)a₂= 0.07 x 1 = 0.07 (a₂는 본 발명에서 규정하는 2등급 교량의 파단 가속도)기 때문이며,또한, 수평하중 H는

식 1] H = Cc × W (Cc는 지진응답계수, W는 교량상부의 사하중인 자중임)

이고, 이때 Cc는

식 2] Cc = 1.2AS/T^2/3(A는 가속도계수, S는 지반계수, T는 고유주기임)

이므로, 수평하중 H는 Cc에 비례하고, Cc는 다시 A에 비례하게 된다. 따라서, 지진에 의한 수평하중은 A에 비례하고 T에는 반비례하게 되어 특정된 가속도에서 파괴가 되면, 교량의 진동 주기 T는

식 3] T = 1/f (f는 진동수이며, 이는 왕복운동의 횟수가 됨)

이고, 따라서 볼트(35)가 파단이 되면, 탄성받침의 패드(4)에 의하여 주기가 길어지며, 이는 적은 운동량이 작용되도록 되어 교량의 각부를 보호할 수 있게 된다.구체적으로는,탄성받침의 강성을 Ke, 교각의 강성을 Ks라 할때,식 4] K_유1=(K_유1는 볼트 파단시, 즉 상판과 교각간에 탄성받침이 기능하는 경우, 수평방향의 유효 강성)식 5] K_유2= Ks(K_유2는 볼트가 파단 않될시, 즉 상판과 교각이 함께 거동하는 경우, 수평방향의 유효 강성) 이라서,예컨데, Ke = 0.1, Ks = 100이라면(탄성받침은 완충장치임으로 콘크리트 교각보다 강상이 극히 작음), 식 4에 의해 K_유1은 0.0999 이고, 식 5에 의해 K_유2는 100인데, 이를 각각 하기 식 6에 대입한 후, 다시 각각 상기 2식에 대입하면,식 6] T = 볼트 파단시의 수평력이 비파단시보다 1/10로 줄어든다는 효과가 있음을 알 수 있다.그리고, 도시된 바와 같이, 본 발명은 플레이트(31, 32)에 볼트(35)로 부착되는 가이드(34, 34)의 확실한 부착 및 부착후 타 부품과의 간섭(용접에 의한 비드가 없으므로)을 배제하는 구조를 제공하고자, 상하부플레이트(31, 32) 각각은 외측에서 상기 패드(4)측으로 장직경과 단직경을 가지는 볼트공(311)이 천공되고, 상기 가이드(34)의 상기 볼트공(311)과 맞닿는 부위에는 나선이 형성된 나사공(341)이 형성되도록 하고, 볼트공(311)에서 나사공(341)측으로 볼트(35)가 체결되도록 한 것은 당연한 구성이다. 따라서, 장직경과 단직경으로 되는 볼트공(311)에는 볼트(35)가 삽착되는데, 단직경은 볼트(35)의 외주보다 약간 큰 정도로서 체결을 위한 볼트(35)의 회전에 지장을 주지 않게 되며, 장직경부분에는 볼트(35)의 머리가 삽입되어 복스알 등의 공구로 회전이 되는 규격이며, 물론 볼트(35)머리에 육각홈 등이 요입되어 형성되어 육모렌치로서 체결되는 경우라면 장직경의 규격을 보다 줄일 수 있으며, 장직경의 깊이는 최소한 볼트(35)의 머리길이 보다 깊어야 볼트(35)머리가 플레이트(31, 32)위로 돌출되지 않아서 타부품과의 간섭을 배제할 수 있게 되며, 가이드(34)에 형성되는 나사공(341)은 볼트(35)의 나선과 나합되는 규격으로 되어야 함은 당연하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 탄성받침의 제작이 손쉽고도 정밀하게 이루어 질 수 있는 구조를 가지며, 제작시 용접이 불필요하도록 하는 구조이므로서 열변형이나 용접비드에 의한 부속품간의 간섭이라는 문제를 원천적으로 해결하여 정밀하고도 컴펙트한 제품을 제공할 수 있어서 효과적이고 유용한 발명이다.

Claims

교각(2)상단에 매입되는 앵커볼트(33)가 사방을 지지하고 그 상면 양측에는 일정높이 돌출된 가이드(34)가 부착되어 형성되는 하부플레이트(32)와, 상판(1) 하단에 매입되는 앵커볼트(33)가 지지하며 상기 하부플레이트(32)와 대면하여 상기 하부플레이트(32)에 부착되는 가이드(34)와 면접되는 가이드(34)가 부착되어 형성되는 상부플레이트(31)와, 고무(41)와 철판(42)이 교호하여 적층되어 상기 상하부플레이트(31, 32)의 가이드(34, 34)들 사이에 삽입되는 패드(4)로 구성되는 탄성받침에 있어서,

상기 상하부플레이트(31, 32)에 각각 부착되는 가이드(34)가 볼트(35)에 의하여 부착되고, 상기 볼트(35)가 체결되었을 때 상기 상하부플레이트(31, 32)들과 가이드(34, 34)들 간에 면접되는 위치에 a = 0.079∼0.15g의 가속도를 가지는 변위하에서 파단이 되도록 파단요홈(351)이 형성된 것임을 특징으로 하는 탄성받침용 가이드 구조.