KR100591372B1

KR100591372B1 - 완충구조의교량

Info

Publication number: KR100591372B1
Application number: KR1019980025576A
Authority: KR
Inventors: 히로무 이시다; 야스시 가미히가시; 겐지 구보타; 다다시 간노; 사카시 가마타; 유지로 마츠야마; 요시오 아라키; 기요시 네기시; 지사토 노노무라
Original assignee: 히가시니혼 고소쿠도로 가부시키가이샤; 나카니혼 고소쿠도로 가부시키가이샤; 니시니혼 고소쿠도로 가부시키가이샤; 도요 보세키 가부시키가이샤
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2006-10-24
Also published as: ATE294908T1; KR19990007484A; DE69830025D1; EP0889179B1; US6249925B1; EP0889179A1

Abstract

본 발명은 완충 구조의 교량을 개시하고 있는데, 이는 연속적으로 배열된 수평 부재, 이 수평 부재를 지지하는 수직 부재, 및 인접한 수평 부재 연결용 또는 수평 부재와 수직 부재 연결용 커넥터를 포함하며, 여기에서 완충 장치는 휘어질 때의 탄성 계수가 1.96133×10⁷Pa(200kgf/cm²)이상인 재료로 형성되고 각각 충격 부하 방향으로 벽 구조를 가지며, 그 커넥터 위에 배치되거나 또는 수평 부재 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에 배치된다.

Description

완충 구조의 교량{BRIDGE OF SHOCK-ABSORBING CONSTRUCTION}

본 발명은 새로운 완충 구조의 교량에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 이는 수평 부재들 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에, 그리고 인접한 수평 부재 연결용 또는 수평 부재와 수직 부재 연결용 커넥터 위에 완충 장치를 배치하여 충격의 효과적인 흡수와 감쇠를 확실하게 하는 완충 구조의 교량에 관한 것이다. 예를 들어, 지진에 의해 흔들리는 경우, 그러한 구조의 교량은 수평 부재들 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이에서 충돌의 충격을 효과적으로 흡수하고 감쇠시켜서 이러한 부재가 파손되는 것을 방지하며 더나아가 수직 부재로부터 수평 부재가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

지진과 같은 충격에 의해 초래되는 교량 붕괴의 대부분은 교량 내의 인접한 수평 부재들 사이 혹은 수평 부재와 수직 부재 사이의 연결점에서 충돌의 충격에 의해 부재들이 파손되고 분리되는 것에 기인한다. 이 사실은 1995년의 Great Hanshin-Awaji Earthquake에서 확인되었다.

교량 붕괴의 방지를 위하여, 수직 부재의 최상부 위의 또는 수평 부재의 기저부 위의 미끄럼-방지 돌출부(즉, 브래킷) 또는 교량 붕괴-방지 벽(즉, 안전벽)의 형성; PC 스틸 부품 또는 앵커 바(anchor bar)에 의한 수평 부재와 수직 부재 사이의 연결; 및 PC 스틸 부품에 의한 인접한 수평 부재들 사이의 연결을 포함하여 다양한 방법들이 지금까지 채용되어 왔다.

과거의 지진 재난에서 이전에 조사된 바와 같이 교량의 파손과 붕괴에서는, 교량 축의 수직 변위에 의해 초래되는 파손 및 충격 진동에 의해 초래되는 것 같은 파손이 종종 발견되어 왔다. 이러한 이유로, 요즈음 실제로 사용되는 교량 붕괴-방지 구조물의 대부분은 교량 축의 수직 변위를 따를 수 있는 연결 구조 및 충격 진동을 흡수하거나 감쇠하는 완충 장치를 갖는 완충 구조 양자를 포함한다.

이러한 완충 구조의 교량에서 사용되어 온 완충 장치는 우수한 복원성을 특징으로 하는 성형 고무 부품을 포함할 수 있다. 완충 장치를 인접한 수평 부재들 사이 혹은 수평 부재와 수직 부재 사이의 연결점과 같이 매우 한정된 부위에 배치하는 경우에, 성형 고무 부품의 사용은, 완충 장치의 크기에 제한을 가하게 되고 완충 성능의 저하를 가져오며, 이는 강력한 충격 진동에 대한 교량의 파손 및 붕괴 방지에 만족스러운 효과를 얻는 것을 어렵게 한다. 충격 흡수는 또한 보다 두껍게 만들어진 성형 고무 부품을 사용함으로써 또는 하나 이상의 성형 고무 부품들의 조합 사용에 의해 증가될 수 있지만, 어떠한 경우라도 완충 장치는 큰 사이즈로 되며 따라서 재료 비용의 엄청난 상승 및 무게의 증가와 함께 매우 한정된 부위에 배치하기 어렵다.

성형 고무 부품 외의 몇몇 완충 장치도 알려져 있는데 예를 들어 금속 스프링, 충격-감쇠 마찰 부재 및 충격-감쇠 유압 부재등이다. 금속 스프링은 우수한 완충 성능을 갖지만 녹이 형성된다는 불가피한 문제점을 가진다; 따라서, 건조 이후에 세심한 유지보수가 필요하고, 녹과 기후에 대한 내성의 관점에서 볼 때 그것은 염수에 노출되는 지역에 건조된 교량, 예를 들어 해안의 교량 및 해상 연결 교량 등에의 사용에 적절하지 못하다. 일반적으로, 마찰 혹은 유압 충격-감쇠 부재는 구조적으로 복잡하고, 매우 고가이고, 무거우며, 적절한 유지보수 없이는 그 원래의 성능을 유지 할 수 없다.

성형 수지 부품을 이용하는 완충 장치로서, 일본 특허 공보 No. 61-12779/1986는 열가소성 수지 엘라스토머의 중공 성형 부품에 축 방향의 사전-압축에 의해 영구적인 스트레인을 제공하는, 완충 성능을 개선시키기 위한 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 성형 수지 부품은, 탄성체로서 작용하는 향상된 능력을 가지고 있지만 압축의 에너지를 흡수하는 성능은 매우 빈약하므로 따라서 그것들은 지진 혹은 다른 인자들에 의해 초래되는 교량 붕괴 방지에의 이용에 있어서는 만족스러운 완충 성능을 가지는 것을 기대할 수 없다.

본 발명자들은 탄성 수지로부터 형성되는 완충 장치를 개발하여 왔는데, 이는 구멍이 있는 또는 구멍이 없는 평평한 탄성 수지판 상에 배치되어 쿠션 특성을 갖는 압축에 의해 변형을 일으킬 수 있는 한 개 이상의 아치형, 돔형, 혹은 벌집형 부재를 포함하며;그리고 그들은 다양한 연구를 진행하여 그러한 완충 장치를 실제 적용이 가능하게 했다. 이러한 유형의 완충 장치는 도로의 측벽이나 건물의 플로어에 걸쳐 광범위하게 펼쳐서 넓은 면적에 걸쳐 균일한 쿠션 성능을 보여주는 몇몇 적용에 적절하다;그러나, 이들은 인접한 수평 부재들 사이 혹은 수평 부재와 수직 부재 사이의 연결점과 같이 한정된 부위에 배치해야만 하는 몇몇 적용에는 채택하기 힘들며, 이 경우 만족스러운 완충 성능을 보여줄 수 없다.

교량 구조에서 완충 장치는 종종 수직 부재상의 수평 부재-지지부 근처에 배치한다;따라서 이들은 지지부의 유지보수 작업, 예를 들어 검사, 보존 및 수리 등에 장애물이 되어서는 안된다. 그러므로 이들은 소형이고 경량일 것, 그리고 우수한 완충 성능을 가질 것, 즉, 반력보다는 오히려 높은 압축 에너지 흡수력이 요구된다;그러나, 상기에서 언급한 종래의 완충 장치는 이러한 요구를 충족시키지 못한다.

이러한 상황에서, 본 발명자들은 집중적으로 연구하여 소형이고 경량이며 단순한 구조를 가진, 그리고 반력보다 오히려 높은 압축 에너지 흡수력을 보여주는, 교량에 이용하기 위한 완충 장치를 개발하였으며, 이 경우 이것이 만약 우수한 방청성, 방수성 및 내후성을 가진 재료로 형성된다면, 그러한 완충 장치를 포함하는 교량은 내륙 교량, 해안 교량, 및 해상 연결 교량을 포함하여 다양한 실제 적용을 찾을 수 있을 것이며, 더우기 이러한 경우 오랜 기간 동안 우수한 완충 성능을 유지하기 위한 관리가 없어도 된다. 결과적으로, 그들은 그러한 완충장치의 이용이 높은 신뢰도를 가지고 지진과 같은 충격에 의해 수평 부재 또는 수직 부재의 파손 또는 수직 부재로부터 수평 부재가 떨어지는 것을 방지하는 것을 가능하게 한다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

그러므로 본 발명은 연속적으로 배열된 수평 부재, 이 수평 부재를 지지하는 수직 부재, 및 인접한 수평 부재 연결용 또는 수평 부재와 수직 부재 연결용 커넥터들을 포함하는 완충 구조의 교량을 제공하며, 여기서 완충 장치들은 휘어질 때의 탄성 계수가 1.96133×10⁷Pa(200kgf/cm²)이상인 재료로 형성되고 각각 충격 부하 방향으로 벽 구조를 가지며 그 커넥터 위에 배치되거나 수평 부재들 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에 배치된다. 충격에 의한 큰 에너지의 효과적인 완충을 위하여, 이 완충 장치는 충격으로 부하를 받을 경우 압축에 의해 벽 구조에 좌굴 변형 또는 영구 변형을 바람직하게 야기한다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적, 특징, 및 장점은 특히 여러 도면들에서 같은 부호가 같은 부분을 가리키는 데에 이용되는 첨부 도면과 관련하여 이하의 발명의 상세한 설명을 고려할 때 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 완충 구조의 교량은, 연속적으로 배열된 수평 부재, 이 수평 부재를 지지하고 각자 선택적으로 안전벽을 갖는 수직 부재, 및 인접한 수평 부재 연결용 또는 수평 부재와 수직 부재 연결용 커넥터를 구비하며 여기에서 완충 장치는 그 커넥터 위에 그리고 수평 부재들 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에 배치된다.

교량 내에 특정 완충 장치를 사용하면 교량의 구성 부재들 사이의 접점에 작용되는 충격, 예를 들어 지진에 의한 충격 등의 효과적인 흡수 혹은 감쇠를 이루는 것이 가능하며 따라서 교량 또는 인접 구조물의 보호부가 충격에 의해 파손 또는 파괴되는 것이 방지될 수 있고, 수직 부재로부터 수평 부재가 떨어지는 사고, 즉 교량 붕괴 사고의 발생을 방지할 수 있다.

완충 장치는 휘어질 때의 탄성 계수가 1.96133×10⁷Pa(200kgf/cm²) 이상, 바람직하게는 4.903325×10⁷Pa(500kgf/cm²) 이상인 재료로 형성되어야 하고 충격-부하 방향으로의 벽 구조를 갖는다. 여기에서 사용되는 용어 "충격-부하 방향으로의 벽 구조"는 충격-부하 방향에 거의 평행하게 제공되는 벽 구조를 말한다. 만약 휘어질 때의 탄성 계수가 1.96133×10⁷Pa(200kgf/cm²) 미만인 재료로 완충 장치가 형성된다면 그것은 불충분한 강성을 가지므로, 충격으로 부하를 받을 때 즉각적인 탄성 변형을 초래하게 된다. 바꾸어 말하면, 그 완충 장치는 충격 에너지 흡수력의 감소를 보여주므로, 충분하게 충격을 흡수할 수 없게 되고, 만족스러운 쿠션 효과를 얻는 것을 불가능하게 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 충격-부하 방향으로 보다 두꺼운 벽 구조가 완충 장치에 필요하다. 결과적으로, 완충 장치는 더 큰 크기로 만들어져야 하며, 이는 본 발명의 목적에 벗어나므로 바람직하지 않다.

충격으로 부하를 받을 때 완충 장치가 압축에 의해 벽 구조에 좌굴 변형 혹은 영구 변형을 초래하고 그로써 효과적인 완충을 달성한다는 것이 중요하다. 그러므로 탄성 변형에 의해서만 충격을 흡수하는 그런 구조를 갖는 완충 장치는 바람직하지 않다. 이는 그러한 구조를 갖는 완충 장치에 지진 등과 같은 갑작스런 큰 충격이 짧은 시간 동안 수회 또는 수십회 작용되는 경우, 이 완충 장치가 충분한 에너지-흡수 성능을 가질 수 없거나 또는 가끔은 공명 현상을 야기하여 오히려 교량의 수평 부재의 진동을 증가시키고 그로써 교량 구조물의 파손을 가속화시킬 수도 있기 때문이다.

본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 이용되는 완충 장치의 형상은 대충 다음 두 가지 유형으로 나뉜다.

한 유형은 꽤 넓은 면적에서 충격을 흡수할 수 있는 그러한 형상를 갖는 완충 장치(이하 유형 1의 완충 장치라고 부른다)이다. 유형 1의 완충 장치는 주로 수평 부재들 사이 혹은 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에 배치된다. 안전벽이 있는 수직 부재에 있어서, 유형 1의 완충 장치는 안전벽 상이나 또는 수평 부재의 내벽 상에 배치될 수 있으므로 수평 부재의 내부벽은 안전벽과 직접 접하지 않게 된다. 또 다른 유형은 비교적 작은 크기의 완충 장치인데, 그것은 인접한 수평 부재 연결용 또는 수평 부재와 수직 부재 연결용 커넥터 상에 주로 배치된다(이하 유형 2의 완충 장치라고 부른다).

유형 1의 완충 장치는 충격-부하 방향으로 다중 벽 구조를 갖는다는데에 특징이 있다. 유형 1의 완충 장치는 바람직하게 셀(cell) 구조를 갖는데, 이것은 복수의 셀들이 충격-부하 방향을 따라 각각의 셀 벽의 적어도 일부분을 통하여 함께 이어져 있고 충격-부하 방향으로 서로로부터 격리되어 있는 구조이다. 셀 구조 내의 셀들은, 양 단부가 개방된 관통 구멍, 한쪽 단부만 개방된 오목한 공동, 또는 양 단부가 폐쇄되고 중공의 공동으로 이루어질 수 있다.

그러한 셀 구조를 갖는 유형 1의 완충 장치가 충격으로 부하를 받을 때, 셀 구조 내의 셀 벽들로 이루어진 충격-부하 방향으로의 벽 구조는 좌굴 변형을 초래하여 아코디언 형상을 취하게 되고 그로써 효과적인 완충을 수행한다.

예를 들어 지진 등에 의한 갑작스런 충격을 극복할 수 있는 충분한 완충 성능을 확보하기 위하여, 충격-부하 방향으로 이러한 충격에 의해 압축되는 경우 유형 1의 완충 장치는 4.903325×10⁵J/m³(50tfm/m³) 또는 그 이상의 압축 에너지를 바람직하게 흡수할 수 있다. 이러한 성능은, 휘어질 때의 탄성 계수가 4.903325×10⁷ 내지 2.6477955×10¹⁰Pa(500 내지 270,000kgf/cm²)인, 바람직하게는 4.903325×10⁷ 내지 1.96133×10⁹Pa(500 내지 20,000kgf/cm²)인, 또는 더 바람직하게는 7.84532×10⁷ 내지 3.92266×10⁸Pa(800 내지 4000kgf/cm²)인 수지의 사용에 의해 또는 휘어질 때의 탄성 계수가 4.903325×10⁸Pa(5000kgf/cm²) 이상인 재료의 사용에 의해 달성될 수 있다.

유형 1의 완충 장치는, 수지의 휘어질 때의 탄성 계수가 상기 조건을 만족하는 한 어떠한 천연 또는 합성 탄성 수지로도 형성될 수 있다. 바람직하게 사용되는 수지의 특정예들은, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머, 폴리올레핀 엘라스토머, 폴리우레탄 엘라스토머, 및 폴리아미드 엘라스토머 등이며 그것들을 어떤 비율로 혼합한 것 및 주조에서 이용하는 폴리우레탄 수지와 같은 열경화성 수지를 포함한다. 특히 그 우수한 내후성과 방수성 때문에 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 및 폴리올레핀 엘라스토머가 바람직하다.

유형 1의 완충 장치는 또한 그 재료의 휘어질 때의 탄성 계수가 상기 조건을 만족하는 한 어떠한 재료로부터도 형성될 수 있다. 우수한 방청성 및 방수성을 갖는 재료의 사용은 바람직하다. 그러한 재료의 특정예들은 열가소성 수지 및 열경화성 수지; 충전제(예를 들어, 카본 블랙, 탈크, 유리알), 섬유상의 강화재(예를 들어, 금속 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유), 또는 휘스커(whisker)로 각각 강화된 열가소성 수지 및 열경화성 수지; 및 철, 알루미늄, 니켈, 구리, 티타늄, 아연, 주석, 납, 알루미늄 합금(예를 들어, 듀랄루민), 황동 및 스테인레스 스틸과 같은 금속 등이다. 특히 바람직한 금속은 우수한 내후성과 방수성 때문에 알루미늄, 구리, 황동, 듀랄루민, 및 스테인레스 스틸 등이다.

그러한 수지 혹은 재료로 형성되는 유형 1의 완충 장치의 경우, 이스케이프 공간 역할을 하는 셀들이 좌굴 변형의 진행으로 더욱 작아지는 때와 동시에 일어나는 반력의 상승은 가끔 너무 급해질 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 세포들을 기포 수지 또는 기포 고무와 같은 다른 쿠션재로 충전할 수도 있다.

유형 1의 완충 장치는, 충격으로 부하를 받을 때 최초 변형을 일으키는 충격-부하 방향의 특정 부분을 포함하는 벽 구조를 채택함으로써 더욱 개선된 초기 완충 성능을 가질 수 있다. 이 경우, 충격-부하 방향으로의 벽 구조는 바람직하게는 절결부, 계단부, 또는 박벽부를 구비할 수 있다. 충격으로 부하를 받을 때, 유형 1의 완충 장치는 그러한 특정 부분에 즉각적인 변형을 일으켜서 초기 완충 성능을 개선시킬 수 있고 충격에 대한 반력을 더욱 감소시킬 수 있다.

에너지의 효과적인 흡수를 성취하기 위하여, 완충 장치의 셀 구조는 바람직하게는 충격-부하 방향에 수직인 단면상 육각형 또는 그보다 적은 다각형 패턴을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 그것은 육각형 패턴을 가진 벌집 구조이다.

유형 2의 완충 장치는 3.92266×10⁶Pa(400tf/m²) 또는 그보다 높은 플래토우 강도(plateau strength)를 가질 수 있고, 1.96133×10⁶J/m³(200tfm/m³) 또는 그보다 높은 압축 에너지를 흡수하며, 유형 2의 완충 장치는 충격-흡수 방향으로 원통형 벽 구조를 갖는다. 이러한 조건을 충족시키기 위하여, 유형 2의 완충 장치는 휘어질 때의 탄성 계수가 1.96133×10⁷ 내지 4.903325×10⁸Pa(200 내지 5000kgf/cm²)인 수지로 형성되거나 또는 휘어질 때의 탄성 계수가 4.903325×10⁸Pa(5000kgf/cm²) 이상인 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

유형 2의 완충 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 플랜지(flange)를 갖는다. 부가적으로, 유형 2의 완충 장치는 바람직하게는 충격으로 부하를 받을 때 최초 변형을 일으키는 충격-부하 방향으로 특정 부분을 포함하는 원통형 벽 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 충격-부하 방향으로의 원통형 벽 구조는 바람직하게는 절결부 또는 박벽부를 구비하거나 또는 아코디언 구조를 가질 수 있다.

유형 2의 완충 장치는 인접한 수평 부재 연결용 혹은 수평 부재와 수직 부재 연결용 커넥터의 단부에 주로 배치된다. 커넥터는 바람직하게는 유형 2의 완충 장치를 관통한다. 부가적으로, 이 커넥터는 바람직하게는 연결 케이블, 즉 케이블형 커넥터이다.

이하에서 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 사용될 수 있는 유형 1의 완충 장치의 전형적인 예를 제공하고, 완충의 메카니즘을 상세히 설명할 것이다.

도 1은 유형 1의 완충 장치의 전형적인 예, 즉 벌집 구조를 가진 완충 장치를 도시하는 사시도인데, 이 장치는 휘어질 때의 탄성 계수가 상기 조건을 만족시키는 탄성 수지로 일체로 형성되어 왔다. 이 도면에서, 완충 장치(1)는, 각각이 육각형의 단면을 가지고 두꺼운 화살표로 나타낸 충격-부하 방향으로 통하는, 같은 간격의 다수의 관통 구멍(2, 2, ...)으로 이루어진 셀 구조를 갖는다. 충격으로 부하를 받을 때, 관통 구멍(2, 2, ...)을 분리하는 셀 벽(3, 3, ...)은 탄성 변형을 일으키고, 더나아가 관통 구멍의 방향으로 좌굴 변형을 일으키며, 그로써 효과적인 완충을 달성한다.

더욱 상세하게는, 도 1에 나타난 유형 1의 완충 장치는, 관통구멍(2, 2,...)이 이스케이프 공간의 역할을 하는 상태에서 탄성 수지로 형성된 셀 벽(3, 3, ...)의 고유 탄성에 의해 그리고 좌굴 변형에 의해 충격을 흡수할 수 있다. 부가적으로, 특히 도 1에 도시된 바와 같이 충격-부하 방향으로 다수의 관통 구멍(2, 2, ...)이 통하는 상태에서 충격-부하 방향에서 볼 때 벌집 혹은 격자 패턴으로 확장된 셀 벽(3, 3, ...)에 의해 적절한 강성이 완충 장치에 제공된다. 결과적으로, 완충 장치는 전체적으로 상기 탄성 변형에 의한 완충 효과와 적절한 강성 양쪽을 가질 수 있으므로, 지진 또는 다른 인자들에 의해 초래되는 강력한 진동의 충격은 효과적으로 흡수되고 감쇠될 수 있게 된다. 더욱이, 유형 1의 완충 장치에는 관통 구멍(2, 2, ...)을 분리하는 셀 벽(3, 3, ...)의 단부에, 구멍-관통 방향으로 복수의 단(D)들이 제공될 수 있고, 가능한 충격의 정도에 따르는 높이(H)와 단(D)의 수의 조절은 초기의 완충 성능을 개선시킬 수 있고 더 나아가 충격에 대한 반력을 감소시킬 수 있다.

완충 장치로서 만족스러운 완충 성능은, 예를 들어 도 1에 도시된 유형 1의 완충 장치가 구멍-관통 방향으로(즉, 이 도면에 도시된 두꺼운 화살표의 방향으로) 압축될 때 얻어지는 부하(반력) 대 압축률 곡선에 의해 정해지는 바와 같이 4.903325×10⁵J/m³(50tfm/m³) 또는 그 이상, 더 바람직하게는 9.80665×10⁵J/m³(100tfm/m³)또는 그 이상으로 조절된 압축 에너지의 흡수로써 바람직하게 달성될 수 있다.

여기에서 사용되는 용어 "부하(반력) 대 압축률 곡선"은 완충 장치의 압축에서 관찰되는 부하(반력)와 압축률 사이의 상호 관계를 나타내는 곡선을 말한다. 예를 들어, 도 8에 나타난 것과 같이, 부하(반력) 대 압축률 곡선은 압축의 초기 단계에서는 압축률에 비례하여 급하게 상승된다. 그 후, 곡선의 경사는 점차 완만하게 되고 부하(반력)는 압축률의 상승에 따라 거의 일정하게 된다; 따라서, 곡선은 한정된 부분에서 반력의 최대값을 나타내는 플래토우점(plateau point)에 도달하게 된다. 완충 장치가 더 압축될 때, 셀 벽(3, 3, ...)들은 관통 구멍(2, 2, ...)이 이스케이프 공간 역할을 하는 상태에서 좌굴 변형을 일으키고, 셀 벽(3, 3, ...)들의 좌굴 변형이 진행되는 동안 반력은 거의 일정한 수준으로 유지되고, 이스케이프 공간 역할을 하는 관통 구멍(2, 2, ...)의 크기 감소와 함께 곡선은 다시 급하게 상승한다.

여기에서 사용되는 용어 "플래토우 강도"는 도 8에 나타난 곡선의 초기 상승 후의 플래토우 부분에서의 반력의 최대값을 완충 장치의 충격-수용 면적으로 나눔으로써 얻어진 값을 말한다. 여기에서 사용되는 용어 "압축 에너지의 흡수량"은, 80%의 압축률까지 도 8에 나타난 곡선 아래의 면적(즉, 이 도면에서 빗금친 부분)으로 표현되는 에너지 흡수량을 완충 장치의 부피로 나눔으로써 얻어진 값을 말한다. 플래토우 강도는 항상 응력의 최대값에 해당하는 것은 아니다;그러나, 그것은 완충 장치가 충격으로 부하를 받을 때 충돌체에 가하여진 최대 응력에 해당하는 값에 근접한 값이고, 그리고 그것은 응력의 최대값에 대한 표준값으로서의 역할을 한다.

유형 1의 완충 장치는 바람직하게는 4.903325×10⁵ 내지 4.903325×10⁷Pa(50tf/m² 내지 5000tf/m²) 범위, 더욱 바람직하게는 9.80665×10⁵ 내지 1.96133×10⁷Pa(100tf/m² 내지 2000tf/m²)의 플래토우 강도를 갖는다.

플래토우 강도가 부족하면 충격 에너지 완충 장치로서의 기능을 만족스럽게 보여주지 못한다. 반대로, 만약 플래토우 강도가 너무 높다면, 더 큰 반력이 충격 부하에서 발생하고, 그 반력에 의해 수평 부재, 수직 부재, 또는 인접 구조들의 파손 또는 교량의 붕괴가 초래될지도 모른다는 우려가 생긴다. 그러므로, 충격 에너지의 효과적인 흡수를 달성하여 쿠션 효과를 얻기 위해서는, 부하(반력) 대 압축률 곡선의 초기 상승을 가능한 한 급하게 하고, 플래토우점 이후의 반력의 감소를 가능한 한 작게 하고, 반력을 인접한 또는 주위의 구조를 파손하는 힘보다 낮게 거의 일정한 수준으로 높은 압축률까지 유지하는 것이 효과적이다. 바꾸어 말하면, 만약 도 8에 나타난 곡선 아래의 빗금친 부분이 더 넓은 면적을 가진 사다리꼴 형태를 지닌다면, 더 큰 충격 에너지가 흡수될 수 있다는 것이다.

이러한 관점에서, 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 사용될 수 있는 유형 1의 완충 장치에 필요한 물리적 성질에 대한 다양한 연구가 행해져 왔다. 결과적으로, 상기한 바와 같이, 충격을 충분히 흡수하고 그로써 수평 부재 혹은 수직 부재가 손상되고 파손되는 것을 효과적으로 방지하기 위하여, 압축 에너지의 흡수량은 바람직하게는 4.903325×10⁵J/m³(50tfm/m³) 또는 그 이상, 더 바람직하게는 9.80665×10⁵J/m³(100tfm/m³) 또는 그 이상으로 조정되어야 한다는 것이 확실시 되어졌다. 한편 성형 고무 부품과 같은 종래의 완충 장치는, 도 9의 부하(반력) 대 압축률 곡선에서 나타나듯이 초기 상승에 있어서 완만한 경사를 보여주고 있으므로, 만족스러운 충격 에너지 흡수는 다량의 재료의 사용에 의해서만 달성될 수 있게 되는데, 이는 유형 1의 완충 장치로서 크기와 중량 양쪽이 증가하게 되므로 바람직하지 않다.

한편, 유형 1의 완충 장치는 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 사용될 수 있는데, 이는 부하(반력) 대 압축률 곡선에서의 초기 상승에 있어서 급한 경사를 보여주고, 그리고 나서 예를 들어 도 10에 나타난 것처럼 적절한 플래토우 강도를 보여주고, 그 후 압축률의 상승과 함께 한 동안 반력은 거의 일정한 수준으로 유지되고, 그리고 나서 부하(반력) 대 압축률 곡선에서의 마지막 상승에 있어서는 다시 급한 경사를 보인다. 결과적으로, 재료의 휘어질 때의 고유 탄성 계수와 연관하여, 유형 1의 완충 장치는 4.903325×10⁵J/m³(50tfm/m³) 또는 그 이상의 극도로 큰 양으로 압축 에너지를 흡수할 수 있다.

바람직한 종류의 수지들은 유형 1의 완충 장치의 생산에 시용될 수 있는데, 이는 상기에서 언급한 것과 같고, 이러한 수지들은 필요하다면 항산화제, 자외선 흡수제, 및 열 안정제 등과 같은 다양한 안정제; 염색약, 색조, 카본 블랙, 탈크, 및 유리알과 같은 충전재; 금속 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유 및 휘스커와 같은 강화 물질; 및 정전기 방지제, 가소제, 화염 지연제, 기포제, 및 해방제 등과 같은 적량의 첨가제의 첨가에 의해 개질될 수 있다.

유형 1의 완충 장치는 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 사용될 수 있는데, 이것은 도 1에 도시된 특정 구조로 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 단면이 직사각형 또는 마름모꼴의 다수의 관통 구멍으로 이루어진 격자 패턴, 또는 도 2a 및 2b에 도시한 것처럼 단면이 원형 또는 타원형의 다수의 관통 구멍으로 이루어진 다관 패턴, 또는 상이한 단면 형상으로 된 다수의 관통 구멍으로 이루어진 또다른 패턴 등을 갖는 어떠한 다른 구조로도 형성될 수 있다. 유형 1의 완충 장치의 크기는 사용의 목적에 따라, 즉 충격 흡수 부위의 틈과 그리고 가능한 충격 정도를 고려하여 적절하게 결정될 수 있다. 유형 1의 완충 장치의 형성에는 어떠한 제한도 없으며, 그것은 사출 성형, 압출 성형, 또는 프레스 성형등 어떠한 방법에 의해서도 이루어질 수 있다.

도 3a부터 도 3g는 유형 1의 다른 완충 장치를 보여주는데, 이것은 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에서 수평 부재들 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에 배치되어 있다. 도 3a에서는 완충 장치(1)가, 수직 부재(5)의 상단 위에 부착되어 있고, 서로 같은 높이이고 수직 부재(5) 상의 지지수단(6, 6)에 의해서 각각 지지되어 있는 수평 부재(4, 4) 사이에 삽입되어 있다. 도 3b에서는 완충 장치(1, 1)가 수직 부재(5)의 상단의 리지형 돌출부(5a)의 각각의 면에 각각 부착되어 있고, 서로 같은 높이이고 수직 부재(5) 상의 지지수단(6, 6)에 의해서 각각 지지되어 있는 수평 부재(4, 4) 사이에 삽입되어 있다. 도 3c에서는 완충 장치(1)가 수직 부재(5)의 상단의 L자형 돌출부(5b)의 측벽에 부착되어 있고, 수직 부재(5) 상의 지지수단(6)에 의해서 지지되어 있는 수평 부재(4)와 돌출부(5b) 사이에 삽입되어 있다. 도 3d에서는 수직 부재(5) 상의 지지수단(6)에 의해 지지되고 수직 부재(5)의 상단상의 L자형 돌출부(5b)의 측벽에 면해 있는 수평 부재(4)의 기저부 상에 브래킷(8)이 형성되어 있고, 수직 부재(5)의 측벽 상에 안전벽(7)이 형성되어 있으며, 그리고 완충 장치(1)가 안전벽(7)과 브래킷(8) 사이의 접점에서 안전벽(7)에 부착되어 있다. 도 3e에서는, 안전벽(7)이 수직 부재(5)의 상단 위에 형성되어 있고, 완충 장치(1)가 수직 부재(5) 상의 지지수단(6)에 의해 지지되고 수직 부재(5)의 상단 위의 L자형 돌출부(5b)의 측벽에 면해 있는, 바닥중공 수평 부재(4)의 내측벽과 안전벽(7) 사이의 접점에서 안전벽(7)에 부착되어 있다. 도 3f에서는, 안전벽(7)이 수직 부재(5)의 상단 위에 형성되어 있고, 완충 장치(1)는 수직 부재(5) 상의 지지수단(6)에 의해 지지되고 수직 부재(5)의 상단 위의 L자형 돌출부(5b)의 측벽에 면해 있는, 바닥중공 수평 부재(4)의 내측벽과 안전벽(7) 사이의 접점에서, 바닥중공 수평 부재(4)의 내측벽에 부착되어 있다. 도 3g에서는, 완충 장치(1, 1, ...)가 양 플랜지에서 그리고 중앙에서 각각 형성된 각각의 안전벽(7b, 7b, ...)에 각각 부착되어서 수직 부재(5)의 상단 위에서 두 개의 평행한 홈을 생성하고, 그리고 바닥에 뒤집어진 U자형 부분을 갖는 수평 부재(4)는 수직 부재(5) 상에서 지지수단(6, 6)에 의해 지지되어 있으므로 뒤집어진 U자형 부분이 두 개의 평행한 홈에 끼워 맞추어지고, 횡단 방향의 완충이 이루어질 수 있다.

이런 방식으로, 상기 기술한 바와 같은 물리적인 특성과 구조를 갖는 유형 1의 완충 장치는, 교량 내에서 수평 부재들 사이, 수평 부재와 수직 부재 사이, 또는 안전벽을 갖는 수직 부재와 수평 부재 사이의 접점에 배치되는데, 이는 교량이 지진 또는 다른 인자들에 의해 흔들리는 경우 충격의 효과적인 흡수와 감쇠를 수행함으로써, 수평 부재, 수직 부재, 혹은 인접 구조들이 충격에 의해 손상되고 파손되는 것을 방지할 수 있거나, 또는 수평 부재가 떨어짐으로써 생기는 교량 붕괴를 방지할 수 있다. 도 3a 내지 도 3g에 도시한 바와 같이 수평 부재와 수직 부재 사이의 연결, 및 부착된 완충 장치의 위치는 단지 전형적인 예일 뿐이며, 본 발명은 이러한 예들로 특별히 제한되지 않는다. 덧붙이면, 완충 장치의 부착에는 어떠한 제한도 없으며, 예를 들어 볼트로써 매몰된 너트에 고착시키거나 적당한 끼워맞춤 수단으로써 고정시키는 적절한 방법이 채택될 수 있다.

이하에서 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 이용될 수 있는 유형 2의 완충 장치를 상세히 설명한다.

유형 2의 완충 장치는 인접한 수평 부재 연결용 또는 수평 부재와 수직 부재 연결용 커넥터 위에 배치된다. 그 커넥터는 케이블형 또는 강화 바형상 금속 로드, 금속판, 또는 그와 유사한 형태일 수 있다. 유형 2의 완충 장치는 그러한 커넥터의 양 단부에 배치되어서 수평 부재 또는 수직 부재와 직접적으로 접할 수 있게 된다.

유형 2의 완충 장치는 바람직하게는 3.92266×10⁶Pa(400tf/m²) 또는 그 이상, 더욱 바람직하게는 1.96133×10⁸Pa(20,000tf/m²)까지, 더더욱 바람직하게는 9.80665×10⁶ 내지 9.80665×10⁷Pa(1000 내지 10,000tf/m²)의 플래토우 강도를 가질 수 있으며, 1.96133×10⁶J/m³(200tfm/m³) 또는 그 이상의 압축 에너지를 흡수할 수 있다. 유형 2의 완충 장치는 바람직하게는 충격-흡수 방향으로 원통형 벽 구조를 갖는다. 이러한 조건을 만족시키기 위하여, 유형 2의 완충 장치는 바람직하게는 휘어질 때의 탄성 계수가 1.96133×10⁷ 내지 4.903325×10⁸Pa(200 내지 5000kgf/cm²)인, 더욱 바람직하게는 3.92266×10⁷ 내지 4.903325×10⁸Pa(400 내지 5000kgf/cm²)인, 그리고 더욱 바람직하게는 6.864655×10⁷ 내지 3.92266×10⁸Pa(700 내지 4000kgf/cm²)인 수지로 형성되거나 혹은 휘어질 때의 탄성 계수가 4.903325×10⁸Pa(5000kgf/cm²) 이상인 임의의 재료로 형성된다. 그러한 수지 혹은 재료의 예들은 유형 1의 완충 장치에서 기술한 것과 같다.

플래토우 강도가 부족하면 충격 에너지 완충 장치로서의 기능을 만족스럽게 보여주지 못한다. 반대로, 만약 플래토우 강도가 너무 높다면, 더 큰 반력이 충격 부하에서 발생하고, 그 반력에 의해 수평 부재, 수직 부재, 또는 인접 구조들의 파손 또는 교량의 붕괴가 초래될지도 모른다는 우려가 생긴다.

유형 2의 완충 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 플랜지를 가질 수 있는데, 이는 전체적으로 균일하게 부하를 받을 수 있기 때문이고, 적절한 부위에서의 원통형의 변형이 안정하고 효과적인 완충을 달성할 수 있기 때문이다.

유형 2의 완충 장치는 더 나아가 바람직하게는 충격으로 부하를 받을 때 최초 변형을 일으키는 충격-부하 방향의 그러한 특정 부분을 지니는 원통형 벽 구조를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 충격-부하 방향으로의 원통형 벽 구조는 바람직하게는 절결부 또는 박벽부를 구비할 수 있으며, 또는 아코디언 구조를 가질 수도 있다.

그러한 원통형으로 형성된 유형 2의 완충 장치는 교량 내의 인접한 수평 부재들 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이의 연결점에서 커넥터의 단부에 배치된다. 더욱 상세하게는, 커넥터는 유형 2의 원통형 완충 장치의 축선상의 중공부 내로 삽입하고, 그리고 나서 그것을 엔드 피팅 수단으로 커넥터의 단부에서 고정시킨다. 유형 2의 원통형 완충 장치는 각각 커넥터의 각 끝에 고정될 수 있다. 커넥터가 충격으로 부하를 받을 때, 유형 2의 완충 장치는 좌굴 변형을 일으켜서, 충격을 흡수하고 커넥터상의 응력을 감쇠시키는 기능을 보여준다.

이러한 경우, 커넥터의 엔드 피팅부는 바람직하게는 볼트와 너트로 고정될 수 있어서 완충 장치에 의해 감쇠될 충격이 엔드 피팅부 위에 작용된다 하더라도 커넥터가 풀어지거나 파손될 우려가 없다.

유형 2의 완충 장치는 그것이 이하 몇몇 도면에서 설명하듯이 커넥터가 삽입될 수 있는 축선상의 중공부(즉, 구멍)을 가진 원통형인 한, 그리고 그것이 압축력으로 부하를 받을 때 도 8에서 나타난 것과 같이 부하(반력) 대 압축률 곡선을 제공하는 한 어떠한 형태로도 형성될 수 있다. 원통형은 단면이 원형, 다각형, 예를 들어 육각형, 또는 어떠한 다른 형일 수 있다. 더욱이, 축선상의 중공부의 형태에는 어떠한 제한도 없다.

유형 2의 완충 장치는 또한 휘어질 때의 탄성 계수가 상기에서 기술한 바와 같은 특정 범위 내인 수지로, 바람직하게는 엘라스토머로 형성될 수 있다. 유형 2의 완충 장치의 형성에는 어떠한 제한도 없으며, 사출 성형, 압축 성형, 또는 압출 성형을 포함하는 어떠한 방법에 의해서도 달성될 수 있다. 몇몇 경우에, 중실 로드를 형성하고 그리고 나서 절삭 혹은 드릴 가공에 의해 원통형으로 가공할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에서 인접한 수평 부재들 사이의 그리고 수평 부재와 수직 부재 사이의 연결점을 각각 도시한다. 도 6은 유형 2의 완충 장치가 각각의 단부에서 위에 각각 배치된 인접한 수평 부재 연결용 케이블형 커넥터를 도시한다.

본 발명에 따른 완충 구조의 교량은 예를 들어 도 4에서 도시된 것과 같이 교각의 상단에 배치된 수직 부재(28) 상에서 지지수단에 의해 각각 지지되는 도로(27) 및 일련의 수평 부재(26, 26)들을 포함한다. 도 4에서, 수평 부재(26, 26)는 수직 부재(28)로부터 떨어지거나 분리되지 않도록 케이블형 커넥터(22)에 의해 서로 연결되어 있다. 도 5에서, 수평 부재(26)는 수직 부재(28) 상에서 지지수단에 의해 지지되어 있으며, 그것의 추락을 방지하기 위하여 도로(27)에 닿도록 수직 부재(28)의 상단 위에 형성된 L자형 돌출부를 가진 케이블형 커넥터(22)에 의해 연결되어 있다.

유형 2의 완충 장치는 예를 들어 도 6에 도시한 것처럼, 도 4 및 도 5에 도시된 케이블형 커넥터(22, 22) 상에 작용된 충격의 흡수를 위해 배치되어, 이러한 커넥터들 및 주위 구조물들이 손상되고 파손되는 것을 방지한다. 더욱 상세하게는, 케이블형 커넥터(22)는 수평 부재(26, 26)(또는 도 5에 도시된 바와 같은 수평부재(26) 및 수직부재(28))의 면한 단부에서 관통 구멍내로 삽입되고, 케이블형 커넥터(22)의 단부는 원통형 완충 장치(21, 21)의 각각의 축선상의 중공부내로 각각 삽입되고, 그리고 더 나아가 외측에서 워셔(23', 23')로 끼워맞춤되어 너트(23, 23)로 고정된 지지판(24, 24)으로 외측에서 끼워맞춤 된다.

케이블형 커넥터(22, 22)는 도 6에서는 단단하게 고정되어 있지만, 온도 변화나 진동에 의한 구조의 미미한 이동을 가능하게 추종할 수 있을 정도로 헐렁하게 끼워맞출 수도 있다. 선택적으로, 케이블형 커넥터(22, 22)가 온도 변화에 의한 구조의 팽창과 수축을 추종할 수 있도록 스프링과 같은 탄성 부품이 지지판(24)과 너트(23) 사이에 삽입될 수 있거나 스프링과 다른 완충부품도 삽입될 수 있다. 더욱이, 수평 부재(26)의 두께나 너비에 따라, 하나 이상의 케이블형 커넥터(22)가 수직 또는 가로 방향으로 서로 평행하게 배치될 수 있거나, 또는 연속적으로 연결되어 교량을 따라 배치될 수 있다. 그들의 배열에는 아무런 제한이 없다.

완충 장치(21)에 형성되는 축선상의 중공부(즉, 구멍)의 크기나 외형은 커넥터(22)가 그 사이로 삽입될 수 있는 한 특별하게 제한되지는 않는다. 만약 축선상의 중공부 내의 완충 장치(21)와 커넥터(22) 사이의 틈이 너무 크다면, 틈을 축소시키기 위해 슬리브나 다른 보조의 수단을 삽입하는 것이 역시 효과적이다. 더욱이, 교량의 내구성과 내후성을 개선시키고 교량의 전체적인 외관을 손상시키지 않게 하기 위하여, 완충 장치(21) 및 볼트(23)를 포함하는 고정 부분을 도 6에서 도시한 것과 같이 보호 덮개(25)로 덮는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 완충 구조는 유형 1 또는 유형 2의 완충 장치를 각각 사용하여 전형적인 예로써 설명해 왔다;그러나, 본 발명은 이러한 예들에 한정되지 않는다. 덧붙이면, 유형 1의 완충 장치는 인접한 수평 부재 연결용 커넥터 위에 배치될 수 있거나, 유형 2의 완충 장치는 수평 부재 사이의 혹은 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에 배치될 수 있다.

실시예

본 발명은 다음 실시예와 비교예를 통하여 더 설명될 것이다; 그러나, 물론 본발명은 이러한 예들에 한정되지 않으며, 다른 어떠한 변형, 개조, 및 변화들이 첨부된 청구항에 의해 정해진 본 발명의 범위 내로 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

수평 부재 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에 완충 장치를 배치하고 그리고 나서 실제로 그 수평 부재를 흔들어 봄으로써 완충 장치의 성능을 시험한다는 것은 실질적으로 불가능하다. 그러므로 다음 실시예와 비교예에서는, 그러한 상태의 시뮬레이션에 의해 실험을 수행했다. 실험에서 채택된 물리적인 성질의 결정과 압축 테스트 양자는 다음 과정에 의해 수행했다.

휘어질 때의 탄성 계수.

이것은 광범위하게 채택되는 ASTM-D790 과정에 따라 결정했다.

충돌 압축 테스트.

도 12에 나타난 것과 같은 테스트 기계를 사용했다. 약 7톤 정도 무게의 충돌 수레(10)를 경사진 레일(9) 위로 달리게 하고, 도 13에 도시한 강성 블록(11)의 충돌면 측의 로드 셀(12)과 완충 장치(1)가 고정된 상태에서 1.8 m/sec의 속도로 충돌하게 했다. 완충 장치(1)의 완충 성능은 레이저 변위 게이지로써 평가되었다. 참조 숫자(13)는 가속도계를 가르킨다.

충돌-수용 면적.

이것은 충돌 수레와 완충 장치 사이의 접촉 면적으로서 결정된다. 유형 1의 완충 장치에 있어서, 이는 형성된 부분으로서 외견상의 접촉 면적을 나타내며, 단지 형성된 부분의 셀 벽 상에서만의 실제 접촉 면적을 나타내는 것은 아니다.

플래토우 강도.

이것은 도 8에 나타난 부하(반력) 대 압축률 곡선에서 초기 상승 후에 플래토우 부분에서의 반력의 최대값을 완충 장치의 충격-수용 면적으로 나눔으로써 결정한다.

단위 부피 당 압축 에너지의 흡수량.

완충 장치의 단위 부피 당 에너지 흡수량은 변위가 약 0.2mm/9.80665×10³N(mm/tf)에 도달하는 곳인 부하(반력) 대 압축률 곡선 상의 임계 압축점에서 정해졌다.

최대 반력.

상기 충돌 압축 테스트에서, 충돌 수레와 완충 장치 사이의 충돌에 의해 발생하는 최대 반력이 정해졌다.

압축에 의한 최대 변위.

상기 충돌 압축 테스트에서, 충돌 수레와 완충 장치 사이의 충돌에서 관찰된 압축에 의한 최대 변위가 정해졌다.

강성 블록에의 충격.

상기 충돌 압축 테스트에서, 강성 블록을 파괴하는 힘은 완충 장치의 충돌-수용 면적 500mm x 100mm에 있어서 25tf로 평가되었다. 상기 최대 반력이 25tf 이상일 때, 충격은 강성 블록에 작용된다고 보았다.

에너지 흡수.

충돌 장치에서 흡수되는 에너지의 양 또는 에너지 흡수는 충돌 전과 후의 충돌 수레의 속도로부터 계산되는 운동 에너지의 차이로서 정해졌다.

실시예 1

도 1에서 나타난 것과 같은 벌집 구조를 갖는 완충 장치를 Toyobo로부터 입수가능한 폴리에스테르 엘라스토머 "PELPRENE^R P-90B"로 사출 성형함으로써 제조했다. 벌집 구조 내의 각각의 육각형 셀의 한 측면의 벽 두께와 길이는 각각 4.3mm 및 25mm였다. 완충 장치의 전체 너비, 깊이, 및 높이는 각각 500mm, 100mm, 및 100mm였다. 완충 장치의 성능 테스트는 15℃에서 행해졌다. 결과는 재료의 물리적 성질과 함께 표 1에 나타나 있다.

실시예 2

실시예 1에서 기술된 것과 같은 형태와 크기를 가진 벌집 구조의 완충 장치를 Toyobo로부터 입수가능한 폴리에스테르 엘라스토머 "PELPRENE^R P-150B"로 사출 성형함으로써 제조했다. 완충 장치의 성능 테스트는 40℃에서 행해졌다. 결과는 재료의 물리적 성질과 함께 표 1에 나타나 있다.

실시예 3

도 1에 나타난 것과 같은 벌집 구조를 갖는 완충 장치를 알루미늄으로 제조하였다. 벌집 구조 내의 각각 육각형 셀의 한 측면의 벽 두께와 길이는 각각 0.07mm 및 5.5mm였다. 완충 장치의 전체 너비, 깊이, 및 높이는 각각 500mm, 300mm, 및 100mm였다. 완충 장치의 성능 테스트는 15℃에서 행해졌다. 결과는 재료의 물리적 성질과 함께 표 1에 나타나 있다.

실시예 4

도 1에서 나타난 것과 같은 벌집 구조를 갖는 완충 장치를 Toyobo로부터 입수가능한 나일론 "T-222"로 사출 성형함으로써 제조했다. 벌집 구조 내의 각각의 육각형 셀의 한 측면의 벽 두께와 길이는 각각 4.3mm 및 25mm였다. 완충 장치의 전체 너비, 깊이, 및 높이는 각각 500mm, 30mm, 및 100mm였다. 완충 장치의 성능 테스트는 40℃에서 행해졌다. 결과는 재료의 물리적 성질과 함께 표 1에 나타나 있다.

비교실시예 1

완충 물질로서 널리 이용되는 상업적으로 입수가능한 경도 63A의 클로로프렌 고무판을 완충 장치로서 단단한 바아로 절삭했다. 완충 장치의 전체 너비, 깊이, 및 높이는 각각 500mm, 100mm, 및 100mm였다. 완충 장치의 성능 테스트는 15℃에서 행해졌다. 결과는 표 1에 나타나 있다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교실시예 1
완충장치재료너비(㎜)깊이(㎜)높이(㎜)	폴리에스테르엘라스토머P90B500100100	폴리에스테르엘라스토머P150B500100100	알루미늄500300100	나일론T222500 30100	클로로프렌고무(경도 63A)500100100
테스트온도(℃)	15	40	15	40	15
충돌-수용면적(㎡)	0.05	0.05	0.15	0.02	0.05
형성된 부품의 중량(㎏)	3	3	0.6	2	7.5
수지의 휘어질 때의 탄성계수:Pa(kgf/㎠)	1.6180972×10⁸ (1650)	2.8929617×10⁸ (2950)	2.6477955×10¹⁰ (270,000)	8.433719×10⁸(8600)	-
플래토우 강도: Pa(tf/㎡)	2.353596×10⁶(240)	3.92266×10⁶ (400)	1.2748645×10⁶ (130)	1.0787315×10⁷ (1100)	-
단위부피당압축에너지의흡수량:J/m³(tf.m/㎥)	2.7654753×10⁶ (282)	2.6183755×10⁶ (267)	1.569064×10⁶ (160)	7.3549875×10⁶ (750)	1.1866046×10⁶ (121)
최대 반력:N(tf)	2.0888164×10⁵ (21.3)	2.353596×10⁵(24)	2.745862×10⁵ (28)	2.941995 ×10⁵ (30)	7.7864801×10⁵ (79.4)
압축에 의한 최대 변위(㎜)	72.4	61.8	80	65	66.6
에너지 흡수량:J(tf.m)	1.0198916×10⁸ (1.04×10⁵)	1.0198916×10⁸ (1.04×10⁵)	1.0198916×10⁸ (1.04×10⁵)	1.0198916×10⁸ (1.04×10⁵)	9.2672842×10⁸ (9.45×10⁴)
강성 블록에의 충격	×	×	×	×	작용

실시예 5

도 7과 표 2에 각각 나타난 것과 같은 형태와 크기의 이중-플랜지 형 원통 구조를 갖는 완충 장치를 Toyobo로부터 입수가능한 폴리에스테르 엘라스토머 "PELPRENE^R P-55B"로 사출 성형함으로써 제조했다. 완충 장치의 성능 테스트는 15℃에서 행해졌다. 결과는 재료의 물리적 성질과 함께 표 2에 나타나 있다.

실시예 6

도 7과 표 2에 각각 나타난 것과 같은 형태와 크기의 이중-플랜지 형 원통 구조를 갖는 완충 장치를 Toyobo로부터 입수가능한 나일론 "T222"로 사출 성형함으로써 제조했다. 완충 장치의 성능 테스트는 40℃에서 행해졌다. 결과는 재료의 물리적 성질과 함께 표 2에 나타나 있다.

비교실시예 2

상업적으로 입수가능한 경도 45A의 클로로프렌 고무 블록을 실시예 3에 기술된 것과 같은 형태와 크기의 이중-플랜지 형 원통 구조를 갖는 완충 장치로 절삭했다. 완충 장치의 성능 테스트는 15℃에서 행해졌다. 결과는 표 2에 나타나 있다.

비교실시예 3

상업적으로 입수가능한 경도 63A의 클로로프렌 고무 블록을 실시예 3에 기술된 것과 같은 형태와 크기의 이중-플랜지 형 원통 구조를 갖는 완충 장치로 절삭했다. 완충 장치의 성능 테스트는 15℃에서 행해졌다. 결과는 표 2에 나타나 있다.

	실시예 5	실시예 6	비교실시예 2	비교실시예 3
완충장치재료외경(㎜)내경(㎜)높이(㎜)	폴리에스테르엘라스토머P55B 80 40100	나일론T222 80 70100	클로로프렌고무(경도 45A) 80 40100	클로로프렌고무(경도 63A) 80 40100
테스트온도(℃)	15	40	15	15
형성된 부품의 중량(㎏)	0.5	0.2	0.6	0.8
수지의 휘어질 때의 탄성계수:Pa(kgf/㎠)	7.5511205×10⁷(770)	8.433719×10⁸(8600)	-	-
플래토우 강도: Pa(tf/㎡)	1.96133×10⁷(2000)	1.96133×10⁷(2000)	-	-
단위부피당압축에너지의흡수량:J/m³(tf.m/㎥)	4.6875787×106(478)	4.903325×106(500)	1.372931×106(140)	1.765197×106(180)
최대 반력:N(tf)	1.1277647×10⁵(11.5)	1.176798×10⁵ (12)	3.1283213×10⁵(31.9)	2.3928226×10⁵(24.4)
압축에 의한 최대 변위(㎜)	63	60	86	83
에너지 흡수량:J(tf.m)	2.6477955×10⁸(2.70×10⁴)	2.6477955×10⁸(2.70×10⁴)	3.138128×10⁸(3.20×10⁴)	3.0400615×10⁸(3.10×10⁴)
강성 블록에의 충격	×	×	작용	작용

표 1과 2로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 6의 완충 장치는 우수한 완충 성능을 보여주므로, 어떠한 완충 장치에서의 완충 구조도 수평 부재 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이에서의 지진 또는 다른 인자에 의한 충돌의 충격 및 커넥터를 통한 그 연결점에서의 충격을 효과적으로 흡수하거나 감쇠시킬 수 있다. 그러므로, 그러한 완충 구조의 교량은 높은 신뢰도로써 수평 부재 또는 수직 부재의 파손 또는 분리 및 충격에 의해 초래되는 인접 구조들의 파손을 방지할 수 있으며, 따라서 지진 또는 다른 인자들을 충분히 견디어 낼 수 있다. 만약 완충 장치가 우수한 방청성, 방수성 및 내후성을 가진 재료로부터 형성된다면 그러한 완충 장치를 포함하는 교량은 내륙 교량, 해안 교량, 및 해상 연결 교량을 포함하여 다양한 적용 분야를 찾을 수 있으며, 더욱이 그러한 교량은 장기간 우수한 완충 성능을 유지하기 위한 관리가 없어도 된다.

도 1은 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 이용될 수 있는 유형 1의 완충 장치의 전형적인 예를 도시한 사시도이고,

도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 이용될 수 있는 유형 1의 완충 장치의 다른 예를 도시한 사시도이고,

도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 있는 수평 부재 사이 또는 수평 부재와 수직 부재 사이의 접점에 배치된 유형 1의 다양한 완충 장치를 도시한 단면의 부분 개략도이고,

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 있는 인접한 수평 부재 연결용 및 수평 부재와 수직 부재 연결용 케이블형 커넥터를 각각 도시한 단면의 부분 개략도이고,

도 6은 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 있는 인접한 수평 부재 연결용 케이블형 커넥터의 단부에 배치된 유형 2의 완충 장치의 전형적인 예를 도시한 단면의 부분 개략도이고,

도 7은 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 이용될 수 있는 유형 2의 완충 장치의 특정예를 도시한 일부단면 측면도이고,

도 8은 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 이용될 수 있는 완충 장치의 부하(반력) 대 압축률 곡선의 전형적인 예를 나타내는 그래프이고,

도 9는 종래의 고무 성형 부품의 부하(반력) 대 압축률 곡선을 나타내는 그래프이고,

도 10은 본 발명에 따른 완충 구조의 교량에 이용될 수 있는 완충 장치의 부하(반력) 대 압축률 곡선을 나타내는 그래프이고,

도 11은 하기한 실시예 및 비교실시예에서 이용되는 정압축 테스트 기계를 도시한 부분 개략도이고,

도 12는 하기한 실시예 및 비교실시예에서 이용되는 충격 테스트 기계를 도시한 개략도이고,

도 13은 도 12에서 예시된 방법으로 배열된 완충 장치를 도시한 확대된 개략도이다.

Claims

완충 구조의 교량으로서,

서로에 대해 인접하여 연속적으로 배열된 복수의 수평부재(4);

복수의 수평부재(4)를 지지하기 위한 지지수단(6)을 구비한 복수의 수직부재(5); 및

복수의 수평부재(4) 중 적어도 하나, 복수의 수평부재(4) 중 다른 하나 및 복수의 수직부재(5) 중 하나 사이의 가능한 접점에 배치된 복수의 완충 장치(1);를 포함하고 있고,

복수의 완충 장치(1) 각각은 휘어질 때의 탄성 계수가 4.903325×10⁷ 내지 2.6477955×10¹⁰Pa(500 내지 270,000kgf/cm²)인 재료로 형성되고, 길이가 너비보다 실질적으로 큰 일정 길이와 너비를 가진 벽 요소(3)에 의해 구분되는 복수의 셀(2)을 구비한 셀 구조를 가지고 있고,

복수의 완충 장치(1)는 통상적으로는 복수의 수평부재(4)의 부하를 지지하지 않지만, 지진 상황시에 복수의 수평부재의 수평운동에 의해 발생되는 충격으로 벽 요소(3)의 길이방향과 실질적으로 평행하게 부하를 받을 때 압축에 의한 벽 요소의 의도적인 좌굴 변형 또는 영구 변형을 겪게 되어, 효과적인 완충을 성취하도록 배열되어 있고, 복수의 완충 장치 각각은 벽 요소(3)의 길이방향으로 4.903325×10⁵ 내지 4.903325×10⁷Pa(50 내지 5,000tf/㎡)의 플래토우 강도를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 1 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1) 각각은 벽 요소(3)의 길이방향으로 압축될 때 4.903325×10⁵J/㎥(50tfm/㎥) 또는 그 이상의 압축 에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 1 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1) 각각은 휘어질 때의 탄성계수가 4.903325×10⁷ 내지 1.96133×10⁹Pa(500 내지 20,000kgf/cm²) 범위에 있는 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 1 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1) 각각은 휘어질 때의 탄성계수가 4.903325×10⁸ 내지 2.6477955×10¹⁰Pa(5000 내지 270,000kgf/cm²)인 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 1 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1) 중 적어도 하나는 충격으로 부하를 받을 때 의도적인 변형을 최초로 겪게 되는 특정 부분을 구비한 벽 요소(3)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 5 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1) 중 적어도 하나는 부하를 받을 때 의도적인 변형을 최초로 겪게 되는 절결부를 구비한 벽 요소(3)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 5 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1) 중 적어도 하나는 부하를 받을 때 의도적인 변형을 최초로 겪게 되는 계단부(7)를 구비한 벽 요소(3)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 5 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1) 중 적어도 하나는 부하를 받을 때 의도적인 변형을 최초로 겪게 되는 박벽부를 구비한 벽 요소(3)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 5 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1)의 적어도 하나의 셀 구조가 벽 요소(3)의 길이방향에 수직인 단면 육각형 또는 그보다 적은 다각형 패턴을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 9 항에 있어서, 복수의 완충 장치(1)의 적어도 하나의 셀 구조가 벽 요소(3)의 길이방향에 수직인 단면 육각형 패턴을 가진 벌집 구조인 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
완충 구조의 교량으로서,

서로에 대해 인접하여 연속적으로 배열된 복수의 수평부재(26);

복수의 수평부재(26)를 지지하기 위한 지지수단을 구비한 복수의 수직부재(28);

복수의 인접한 수평부재(26) 중 적어도 하나, 복수의 수평부재(26) 중 다른 하나 및 복수의 수직부재(28) 중 하나를 연결하는 복수의 커넥터(22); 및

복수의 커넥터(22) 중 적어도 하나가 복수의 완충 장치(21) 중 대응하는 적어도 하나를 관통하도록 복수의 커넥터의 양단부에 배치된 복수의 완충 장치(21);를 포함하고 있고,

복수의 완충 장치(21) 각각은 휘어질 때의 탄성 계수가 1.96133×10⁷ 내지 8.433719×10⁸Pa(200 내지 8,600kgf/cm²)인 재료로 형성되고, 복수의 커넥터(22) 중 대응하는 하나를 관통시키기 위한 축선방향 중공부를 가진 기둥체를 구비한 기둥 구조를 가지고 있고,

복수의 완충 장치(21)는 통상적으로는 복수의 수평부재(26)의 부하를 지지하지 않지만, 지진 상황시에 복수의 수평부재(26)의 수평운동에 의해 발생되는 충격으로 중공부의 축선방향과 실질적으로 평행하게 부하를 받을 때 압축에 의한 기둥체의 의도적인 좌굴 변형 또는 영구 변형을 겪게 되어, 효과적인 완충을 성취하도록 배열되어 있고, 복수의 완충 장치(21) 각각은 중공부의 축선방향으로 3.92266×10⁶ 내지 1.96133×10⁸Pa(400 내지 20,000tf/㎡)의 플래토우 강도를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 11 항에 있어서, 복수의 완충 장치(21) 각각은 중공부의 축선방향으로 압축될 때 1.96133×10⁶ 내지 4.903325×10⁶J/㎥(200 내지 500tfm/㎥)의 압축에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 11 항에 있어서, 복수의 완충 장치(21) 각각은 휘어질 때의 탄성 계수가 1.96133×10⁷ 내지 4.903325×10⁸Pa(200 내지 5,000kgf/cm²) 범위에 있는 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 11 항에 있어서, 복수의 완충 장치(21) 각각은 휘어질 때의 탄성 계수가 4.903325×10⁸ 내지 2.6477955×10¹⁰Pa(5000 내지 270,000kgf/cm²)인 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 11 항에 있어서, 복수의 완충 장치(21) 중 적어도 하나는 플랜지를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 11 항에 있어서, 복수의 완충 장치(21) 중 적어도 하나는 충격으로 부하를 받을 때 의도적인 변형을 최초로 겪게 되는 특정 부분을 구비한 기둥체를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 16 항에 있어서, 복수의 완충 장치(21) 중 적어도 하나는 부하를 받을 때 의도적인 변형을 최초로 겪게 되는 절결부를 구비한 기둥체를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 16 항에 있어서, 복수의 완충 장치(21) 중 적어도 하나는 부하를 받을 때 의도적인 변형을 최초로 겪게 되는 박벽부를 구비한 기둥체를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 16 항에 있어서, 복수의 완충 장치(21) 중 적어도 하나는 부하를 받을 때 의도적인 변형을 최초로 겪게 되는 아코디언 형상부를 구비한 기둥체를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.
제 11 항에 있어서, 복수의 커넥터(22) 중 적어도 하나는 연결 케이블인 것을 특징으로 하는 완충 구조의 교량.