KR100726164B1 - 부반력저항탄성재를 갖는 교좌장치 - Google Patents

Abstract

각종 자동차나 사람이 통행하는 일반교량이나 철도교량과 같은 교량의 교각상에 설치되어 그 위에 설치되는 상판이나 레일지지구조물을 안정되게 지지하는 데 사용되는 교좌장치가 개시된다. 상기 교좌장치는 하부부재 또는 상부부재에 설치된 걸림부, 상기 걸림부가 설치되지 않은 상부부재 또는 하부부재에 설치되고, 상기 걸림부와 간격을 두고 마주보고 배치되어 상기 걸림부가 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부를 구비하여 구성된 걸림부 이탈방지수단 및 상기 걸림부와 상기 이탈방지부 사이에 배치되어 상기 하부부재와 상기 상부부재 사이에 부반력이 작용할 때 상기 걸림부와 상기 이탈방지부 사이를 탄성적으로 지지하는 부반력저항탄성재를 포함하는 구성을 가지며, 부반력저항탄성재가 걸림부를 탄성적으로 가압하고 있어서 상부부재의 진동이 억제되고, 상부구조물이 위쪽으로 가속되는 것을 줄여주고 걸림부와 이탈방지부가 직접 서로 부딪히는 것을 방지하여주므로, 교좌장치에 큰 충격력이 작용하지 않고 쉽게 파손되지 않으며, 걸림부와 이탈방지부가 직접 부딪히지 않으므로 소음이 발생되지 않고, 탄성재에 작용하는 초기압력을 원하는 크기로 조절하여 제품을 출시할 수 있다는 효과를 제공한다.

교좌장치, 브릿지, 교량, 면진장치, 다리, 교각, 탄성받침

Description

부반력저항탄성재를 갖는 교좌장치 {Bridge bearing with elastic materials for resisting negative reactions}

도 1은 부반력저항기능을 갖는 디스크 받침의 일예를 나타낸 단면도,

도 2는 부반력저항기능을 갖는 포트받침형태의 종래의 교좌장치의 일예를 나타낸 단면도,

도 3은 철도교량의 일례를 나타낸 측면도,

도 4는 축력에 의해 레일이 휘어진 상태를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 교좌장치의 일례를 나타낸 평면도,

도 6은 도 5 교좌장치의 I - I선에 따른 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 교좌장치의 다른 예를 나타낸 평면도,

도 8은 도 7의 J-J선에 따른 단면도,

도 9는 도 8의 부반력저항탄성재 부근의 부분확대도,

도 10은 본 발명에 따른 교좌장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 평면도,

도 11은 도 10의 K-K 선에 따른 단면도,

도 13과 도 14는 본 발명에 따른 교좌장치의 또 따른 실시 예를 각각 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100, 200, 202, 400, 500 : 교좌장치

110, 210, 410, 510 : 하부부재

130, 230, 430, 530 : 상부부재

140, 240, 440, 540 : 탄성재

150, 250, 450, 550 : 걸림부 이탈방지수단

160, 260, 460, 560 : 부반력저항탄성재

154, 257 : 가압력조절구

280 : 수평탄성재

본 발명은 교좌장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 자동차나 사람이 통행하는 일반교량이나 철도교량과 같은 교량의 교각상에 설치되어 그 위에 설치되는 상판이나 레일지지구조물을 안정되게 지지하는 데 사용되는 교좌장치에 관한 것이다.

일반적으로, 교좌장치란 교량의 슬라브 구조체인 상판이나 철도교의 레일을 지지하는 레일지지구조물이 이를 지지하는 교각상에 적절히 얹혀져서 지지되도록 하기 위해 설치되는 장치로, 교량의 규격이나 지지하중에 따라 여러 가지 형태와 기능의 것이 사용된다.

도 1은 부반력저항기능을 갖는 디스크 받침의 일예를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이 부반력저항기능을 갖는 종래의 교좌장치(10)는 교각(11)의 상면에 설치되는 하판(12)과 상부구조물(13) 저면에 설치되는 상판(14)과 하판(12)과 상판(14) 사이에 배치되어 상부구조물(13)의 하중을 탄성적으로 지지하여주는 폴리우레탄으로 이루어진 탄성패드(15)를 구비하고 있다.

하판(12)에는 그 중앙부에 하부로 갈수록 그 내경이 커지는 부반력저항공(16)이 형성되어 있고, 상판(14)에는 하단부에 하부로 갈수록 그 직경이 커지도록 형성되어 있는 핀(17)이 설치되어 있다. 이 핀(17)은 탄성패드(15)를 관통하여 탄성패드(15)가 좌우로 움직이지 않도록 잡아주는 역할을 하기도 한다.

도 1에 나타낸 바와 같은 디스크받침 형태의 교좌장치(10)에서 핀(17)과 부반력저항공(16)은 차량이나 열차의 동하중이나 지진 등에 의해 탄성패드(15)가 가압된 후의 반발력 등에 의해 상부구조물(13)이 상승될 때 그 상승력에 의해 상부구조물(13)이 부상되어 뽑혀져 나가는 것을 방지하는 역할을 한다.

도 1에 나타낸 바와 같은 교좌장치(10)는 상시하중에서도 상부구조물(13)의 회전을 받아 주어야하기 때문에 부반력저항공(16)과 핀(17) 사이에는 갭을 준다. 이러한 상태에서 화물차량이나 열차가 상부구조물 상으로 통과하는 경우 교좌장치(10)는 상하방향으로 큰 동하중을 받게 되고 이에 따라 탄성패드(15)는 많이 수축되었다가 탄성패드(15) 등의 반발력으로 다시 상승하게 되는 데, 이 때 핀(17)과 부반력저항공(16) 내면 사이의 간격이 크기 때문에 핀(17)이 충분히 가속될 여유가 생기게 되고 이에 따라 핀(17)과 하판(12) 사이에 큰 충격력이 작용하게 된다. 이에 따라 핀(17), 핀(17)이 연결되는 상판(14), 하판(12) 등이 쉽게 파손된다는 문 제점이 있다. 뿐만 아니라 큰 소음이 발생되기도 한다.

도 1에 나타낸 교좌장치(10)는 교량의 고정단에 사용된다.

도 2는 부반력저항기능을 갖는 포트받침형태의 종래의 교좌장치의 일예를 나타낸 단면도이다.

도 2의 교좌장치(20)는 교량의 일방향가동단에 사용되는 것을 나타낸 것으로, 교각(21)의 상면에 설치되는 하부부재(22)와 상부구조물(23)의 저면에 설치되는 상부부재(24)를 구비한다.

하부부재(22)의 중앙부에 탄성체 수용홈(25)이 형성되어 있다. 이 하부부재(22)의 상단 가장자리를 따라 바깥쪽으로 돌출된 걸림부(26)가 형성되어 있다.

하부부재(22)의 탄성체 수용홈(25)에는 고무와 그 상단 가장자리를 따라 금속링(27)이 설치된 탄성체(28)가 수용되어 있고, 그 위에 하단이 탄성체 수용홈(25)에 일부 삽입되어 상부구조물(23)의 하중을 탄성체(28)에 전달하는 중간부재(29)가 설치되어 있다.

중간부재(29)와 상부부재(24) 사이에는 피티에프이(PTFE, 31)와 스테인리스스틸(32)이 개재되어 있다. 피티에프이(31)는 중간부재(29) 상면에 형성된 홈(33)에 삽입되어 있고, 스테인리스스틸(32)은 상부부재(24)의 저면에 부착되어 있다.

도시된 바와 같이 상부부재(24)에는 걸림부(26)와 상호작용하여 상부구조물(23)이 전복되는 등의 문제가 발생되는 것을 방지하기 위한 “ㄴ”자 모양의 부반력저항부재(34)가 볼트(35)를 통해 고정되어 있다. 걸림부(26)와 마주보는 부반력저항부재(34)의 끝단은 상부구조물(23)의 회전을 허용하기 위해 상시하중 상태에서 약간 떨어져 있도록 설치되며, 그 마주보는 부분에도 피티에프이(36)와 스테인리스스틸(37)이 설치된다.

도 2에 나타낸 바와 같은 교좌장치(20)는 지진이나 열팽창 등에 의해 상부구조물(23)에 교축방향으로 수평력이 작용하는 경우 상부부재(24)는 상부구조물(23)과 함께 교축방향을 따라 전후 이동할 수 있다.

무거운 화물차나 열차 등의 통행에 의해 상부구조물(23)에 동하중이 작용하는 경우 그 동하중은 탄성체(28)에 전달되어 상하방향으로 수축과 팽창을 반복하면서 진동하게 된다. 탄성체(28)가 수축하는 경우, 걸림부(26)와 마주보는 부반력저항부재(34)의 끝단 사이의 간격은 넓어지게 되고, 간격이 넓어진 상태에서 다시 팽창하는 경우 가속의 여유가 생겨 상승속도가 빨라진 상태에서 걸림부(26)와 부반력저항부재(34)가 서로 부딪히게 된다. 이에 따라 교좌장치(20)는 그 충격에 의해 쉽게 파손되고 심한 소음을 발생하는 문제점이 있다.

도 3은 철도교량의 일례를 나타낸 측면도, 도 4는 축력에 의해 레일이 휘어진 상태를 나타낸 도면이다.

여기에서, 레일(42) 위쪽의 일점쇄선으로 나타낸 것은 레일(42)의 온도변화에 따른 축력(일정한 크기, 아래의 것)과 상부구조물(43)이 레일(42)에 작용시키는 축력(오른쪽으로 갈수록 증가, 위쪽의 것)의 변화를 나타낸 것이다.

도 3에는 철도교량(40)이 도시되어 있다. 이 철도교량(40)은 교각(41), 레일(42), 레일(42)을 지지하는 레일지지 상부구조물(43) 및 레일(42)과 레일지지 상부구조물(43)을 교각(41) 상에 안정적으로 지지하여주는 교좌장치(44, 45)들로 이 루어져 있다.

도 3에 나타낸 바와 같은 기존의 철도교량(40)에서, 레일지지 상부구조물(43)의 일단은 교각(41)에 고정된 고정단의 형태로 지지되고, 타단은 교각(41) 상에서 철도교량의 교축방향으로 신축될 수 있는 가동단의 형태로 지지되어 있다.

고속철 등에서는 고속화, 승차감 향상 등을 위해 레일소재의 끝단을 용접으로 일체로 연결하여 연속된 형태로 설치하여, 레일소재와 레일소재 사이에 간격을 두지 않는다. 이러한 장대화된 레일(42)이 설치된 철도교량(40)에서 도 3에 나타낸 바와 같이 레일지지 상부구조물(43)이 일점 고정, 일점 가동의 형태로 설치되는 경우, 온도변화에 의한 레일(42) 자체의 축력에 레일지지 상부구조물(43)의 신축에 의한 힘이 고정단의 교좌장치(45)와 레일(42)에 작용하여 레일(42)에 매우 큰 축력이 발생된다. 레일(42)에 큰 축력이 발생되는 경우 도 4에 나타낸 바와 같이 레일에 휨현상이 생겨 운행하는 열차의 탈선사고의 우려가 있다. 그리고 교좌장치에도 무리가 따른다.

도 3에 나타낸 바와 같은 철도교량(40)에서 예를 들어, 장대레일온도축력이 72톤이라 하면 일방향 가동단 부근의 레일은 레일지지 상부구조물(43)의 신축에 의해 추가축력을 받아 약 100톤 정도의 축력을 받게 된다. 이 때 고정단의 교좌장치(45)도 20톤가량의 축력을 받게 된다.

본 발명의 목적은 교량의 상부구조물에 작용하는 부반력에 저항하는 부반력 저항 기능을 가지면서도 부반력에 의한 충격력을 줄일 수 있도록 하여 파손부위가 발생되는 것을 방지할 수 있는 교좌장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 교량의 상부구조물에 작용하는 부반력에 저항하는 부반력 저항 기능을 가지면서도 부반력에 의한 부재들 간의 충돌에 의한 소음 발생을 줄일 수 있도록 해주는 교좌장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 초기 지지력을 조정할 수 있는 교좌장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 높이조절이 가능한 교좌장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 교좌장치는 교각상에 설치하기 위한 하부부재, 상부구조물의 저면에 설치하기 위한 상부부재, 상기 하부부재와 상부부재 사이에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 지지하고 상기 교각과 상기 상부구조물 상호간에 작용하는 동하중을 탄성하여주기 위한 탄성재 및 상기 하부부재와 상기 상부부재 간에 설치되고 상기 상부부재에 작용하는 부반력에 저항하기 위한 부반력저항기능을 갖는 교좌장치에 있어서, 상기 하부부재 또는 상부부재에 설치된 걸림부, 상기 걸림부가 설치되지 않은 상기 상부부재 또는 상기 하부부재에 설치되고, 상기 걸림부와 간격을 두고 마주보고 배치되어 상기 걸림부가 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부를 구비하여 구성된 걸림부 이탈방지수단 및 상기 걸림부와 상기 이탈방지부 사이에 배치되어 상기 하부부재와 상기 상부부재 사이에 부반력이 작용할 때 상기 걸림부와 상기 이탈방지부 사이를 탄성적으로 지지하는 부반력저항탄성재를 포함하는 구성을 가진다.

상기 탄성재와 상기 부반력저항탄성재는 상기 교각과 상기 상부구조물 사이에 설치되기 전에 상기 걸림부 이탈방지수단에 의해 압축되어 있는 구성을 가질 수 있다.

상기 걸림부 이탈방지수단은 상기 이탈방지부와 상기 이탈방지부를 이동시켜 상기 이탈방지부가 상기 부반력저항탄성재에 작용시키는 가압력을 조절할 수 있도록 해주는 가압력조절구를 구비하여 구성된 것이 좋다.

상기 상부부재와 상기 탄성재 사이에 중간부재가 설치되고, 상기 상부부재는 상기 중간부재에 결합되어 상기 중간부재의 어느 일방향을 따라 전후 이동 가능케 설치된 구성을 가질 수 있다.

상기 중간부재와 상기 상부부재의 사이 및 상기 걸림부와 상기 부반력저항탄성재 사이에 피티에프이(PTFE)와 스테인리스스틸과 같이 상호간의 마찰계수가 작은 마찰저감재가 개재되어 있는 것이 바람직하다.

상기 부반력저항탄성재와 상기 피티에프이(PTFE) 사이에 상기 피티에프이의 일부를 수용하는 홈을 갖는 홈부재가 설치되어 있는 것이 좋다.

경우에 따라 상기 상부부재와 상기 중간부재는 상기 상부부재가 이동하는 방향에 수직한 방향으로 배치되어 서로 마주보는 대향면들을 상기 중간부재의 전면쪽과 후면쪽에 각각 구비하고 상기 마주보는 대향면들 사이에는 상기 중간부재와 상기 상부부재 상호간의 수평이동을 탄성적으로 지지하여주기 위한 수평탄성재가 설치되어 있는 구성을 가질 수 있다.

상기 수평탄성재는 적어도 일단은 상기 대향면에 결합되고 수평으로 배치되 어 상기 중간부재와 상기 상부부재 상호간의 이동을 허용하는 축부재와 상기 축부재의 외주면에 결합되어 상기 마주보는 대향면들을 탄성적으로 지지하는 폴리우레탄으로 만들어진 머스프링인 것이 바람직하다.

상기 상부부재가 이동하는 방향으로 상기 상부부재와 이격하여 고정부재가 설치되고, 상기 상부부재와 상기 고정부재 사이에 상기 고정부재와 상기 상부부재 상호간의 수평이동을 탄성적으로 지지하여주기 위한 수평탄성재가 설치되어 있는 구성을 가질 수 있다.

상기 탄성재와 상기 부반력저항탄성재는 폴리우레탄으로 이루어진 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 교좌장치의 일례를 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 5 교좌장치의 I - I선에 따른 단면도이다.

도 5와 도 6에 나타낸 교좌장치(100)는 고정단에 사용되는 것을 나타낸 것으로, 하부부재(110)를 구비한다. 이 하부부재(110)는 교각상에 고정되는 것으로 중앙부에 핀삽입공(112)을 구비하고 있고, 양측 가장자리를 따라 형성된 체결공(114)들을 가진다. 핀(120)이 결합되는 핀삽입공(112)은 상부구조물의 회전을 받아줄 수 있도록 핀(120) 보다는 약간 큰 직경으로 형성된다. 이에 따라 핀(120)과 핀삽입공(112)의 내주면 사이에는 갭이 형성된다. 통상 고정단에 사용되는 교좌장치에서, 이 갭은 0.5 ~ 1㎜ 정도이다. 도 5와 6에 나타낸 바와 같은 교좌장치(100)는 갭의 크기를 크게 하여 양방향 가동단에 사용될 수 있다. 양방향 가동단에 사용되는 교좌장치에서 갭은 통상 10㎜ 정도이다. 갭의 크기는 설치되는 교량의 예상되는 신축정도를 고려하여 필요에 따라 적정하게 조정할 수 있는 부분이다. 이러한 하부부재(110)의 중앙부위는 오목홈(116)을 형성하는 것이 좋으나 없어도 상관없다.

도시된 바와 같이 교좌장치(100)는 상부부재(130)를 구비한다. 이 상부부재(130)는 교량의 상부구조물 저면에 설치되는 것으로 양측 가장자리를 따라 형성된 걸림부(132)를 구비한다. 이 걸림부(132)에는 구멍(134)들이 형성되어 있다. 이러한 상부부재(130)의 저면 중앙부에는 핀(120)이 설치되어 있다. 이 핀(120)은 하부부재(110)에 형성된 핀삽입공(112)에 삽입되어 상부부재(130)가 측면이동되는 것을 방지하는 역할을 한다. 물론, 상부구조물과 이에 설치되는 상부부재(130)는 그 회전이 허용되어야 하므로 핀삽입공(112)의 내주면과 핀(120)의 외주면 사이에는 약간의 갭을 가지도록 설치된다.

하부부재(110)와 상부부재(130) 사이에는 탄성재(140)가 설치되어 있다. 이 탄성재(140)는 그 중앙부가 관통되어 핀(120)에 결합되어 있으며, 그 측면은 오목하게 형성되어 있다. 이러한 탄성재(140)로는 기존의 디스크받침에서 사용되는 폴리우레탄 패드가 사용된다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 교좌장치(100)는 걸림부 이탈방지수단(150)을 구비한다. 이 이탈방지수단(150)은 상부구조물이 부반력을 받아 위쪽으로 상승될 때 상부부재(130)의 걸림부(132)에 걸려 상부부재(130)를 잡아줌으로써 상 부구조물이 일정높이 이상 상승되거나 전복되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로, 이탈방지부(152)를 구비한다. 이 이탈방지수단(150)은 하부부재(110)에 설치되어 이탈방지부(152)를 이동시켜 이탈방지부(152)가 뒤에서 설명되는 부반력저항탄성재(160)에 작용시키는 가압력을 조절할 수 있도록 해주는 가압력조절구(154)를 더 구비한다. 경우에 따라 가압력조절구(154)는 미리 정해진 높이로 고정되어 설치될 수 있다. 이 경우 볼트 또는 볼트와 너트 대신에 “ㄱ”자 형태의 부재 등을 하부부재에 용접하여 구성할 수 있고, 가압정도는 치구 등을 이용하여 원하는 압력으로 가압한 상태에서 용접할 수 있다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 교좌장치(100)는 부반력저항탄성재(160)를 구비한다. 이 부반력저항탄성재(160)는 본 발명의 큰 특징을 이루는 부분으로, 걸림부(132)와 이탈방지부(152) 사이에 배치된다. 이 부반력저항탄성재(160)는 하부부재(110)와 상부부재(130) 사이에 배치되어 상부구조물에 부반력이 작용할 때 걸림부(132)와 이탈방지부(152) 사이를 탄성적으로 지지하는 역할을 한다.

이 부반력저항탄성재(160)는 탄성재(140)와 같은 재질의 폴리우레탄 패드를 이용하면 되고, 경우에 따라 다른 탄성재가 사용될 수 있음은 물론이다. 폴리우레탄 패드는 포트 받침에 사용되던 탄성고무보다는 훨씬 큰 탄성을 가진다. 부반력저항탄성재(160)로는 A 타입 듀로미터 경도(HAD, type A durometer hardness) 90 A이상이고 D 타입 듀로미터 경도(HDD, type D durometer hardness) 65 D 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 더 바람직하기로는 A 타입 듀로미터 경도(HAD, type A durometer hardness) 95 A이상이고 D 타입 듀로미터 경도(HDD, type D durometer hardness) 62 D 이하인 것을 사용하는 것이다. 물론, 폴리우레탄 패드가 반드시 상기와 같은 경도의 범위 내에 있어야 하는 것은 아니다. 폴리우레탄 패드는 압력을 받더라도 전체 부피는 거의 줄어들지 않으며 형상만 바뀐다.

이와 같이 걸림부(132)와 이탈방지부(152) 사이에 부반력저항탄성재(160)를 사용하는 경우, 종전에 예상치 못했던 다음과 같은 탁월한 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 종래의 교좌장치에는 걸림부와 이탈방지부 사이에 틈새가 있어서 상부부재의 진동을 억제할 수 없어 진동이 매우 심했지만, 본 발명에서는 부반력저항탄성재(160)가 걸림부(132)를 탄성적으로 가압하고 있어서 상부부재(130)의 진동이 억제된다.

둘째, 종래의 교좌장치에는 걸림부와 이탈방지부 사이의 틈새로 인해 초기에 부반력에 저항하지 못하기 때문에 상부구조물과 상부부재의 가속을 허용하게 되고, 이에 따라 상부구조물이 가속된 후 걸림부와 이탈방지부가 부딪히게 되어 상호간에 전단되는 충격력이 매우 커서 교좌장치가 쉽게 파손되지만, 본 발명에서는 부반력저항탄성재(160)가 초기부터 상부구조물의 부반력에 저항하기 때문에 상부구조물이 위쪽으로 가속되는 것을 줄여주고 걸림부(132)와 이탈방지부(152)가 직접 서로 부딪히는 것을 방지하여주므로, 교좌장치(100)에 큰 충격력이 작용하지 않고 쉽게 파손되지 않는다.

셋째, 종래의 교좌장치에서는 걸림부와 이탈방지부가 직접 부딪힘에 따라 소음이 심하게 발생되었지만, 본 발명에 따른 교좌장치(100)에서는 부반력저항탄성재(160)가 걸림부(132)와 이탈방지부(152)가 직접 부딪히는 것을 막아주므로 소음이 발생되지 않는다.

넷째, 종래의 교좌장치에서는 걸림부와 이탈방지부가 떨어져 있어서 초기가압력을 조절할 수 없었지만 본 발명에서는 부반력저항탄성재(160)를 필요한 높이로 압축하여 장착함으로써, 탄성재(140)에 작용하는 초기압력을 원하는 크기로 조절하여 제품을 출시할 수 있다.

다섯째, 본 발명에 따른 교좌장치(100)는 초기가압이 가능하므로, 제품의 높이를 줄일 수 있다.

여섯째, 특히 가압력조절구(154)로 볼트 등과 같이 가압력을 쉽게 조정할 수 있는 것을 이용하는 경우 현장의 상황에 따라 교좌장치(100)의 높이를 쉽게 조정할 수 있다. 이는 교좌장치(100)의 신규설치 또는 교체작업에 있어서 매우 중요한 사항으로 교좌장치(100)의 신규설치 작업 또는 교체작업을 매우 용이하게 할 수 있도록 해준다.

교량 또는 철도교가 그 위를 통과하는 화물차나 열차 등에 의해 또는 지진에 의해 동하중을 받는 경우 상부구조물은 탄성재(140)를 가압하게 되고, 탄성재(140)는 가압된 후에 팽창하면서 상부부재(130)에 반발력을 작용시켜 상부부재(130)를 위쪽으로 밀어 올린다. 이 때 걸림부(132)는 부반력저항탄성재(160)를 가압하게 되고, 가압력조절구(154)에 의해 하부부재(110)에 연결되어 있는 부반력저항탄성재(160)는 이탈방지부(152)에 걸려 수축하면서 상부부재(130)의 부반력에 저항하는 힘을 작용시키고, 이에 따라 부반력저항탄성재(160)는 걸림부 이탈방지수단(152)과 함께 위에서 설명한 바와 같은 여러 가지 효과를 얻을 수 있도록 해준다.

도 6에서 가압력조절수단(154)은 볼트와 너트를 이용해 왼쪽에 나타낸 바와 같이 결합되는 구성을 가질 수도 이고, 오른쪽에 나타낸 바와 같이 볼트만으로 된 구성을 가질 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 교좌장치의 다른 예를 나타낸 평면도이고, 도 8은 도 7의 J-J선에 따른 단면도, 도 9는 도 8의 부반력저항탄성재 부근의 부분확대도이다.

도 7과 도 8에 나타낸 교좌장치(200)는 일방향 가동단에 사용되는 것을 나타낸 것으로, 상부부재(230)와 탄성재(240) 사이에 중간부재(270)가 더 설치되어 있고, 상부부재(230)는 중간부재(270)를 따라 이동 가능케 설치되어 있다는 점에서 도 5와 도 6에 나타낸 교좌장치(100)와 큰 차이가 있다.

그리고 걸림부 이탈방지수단(250)은 하부부재(210)에 설치되고 걸림부(232)의 양측면으로 위쪽으로 연장된 부재(252)에 체결공(253)을 형성하고, 이탈방지부(256)를 갖는 “ㄱ”자 형태의 걸림부 이탈방지부재(255)를 볼트 등의 가압력조절구(257)로 체결공(253)을 통해 부재(252)에 결합한 구성을 가진다.

여기에서 상부부재(230)에는 중간부재(270)를 타고 직선으로 이동할 수 있도록, 안내홈(236)이 형성되어 있고, 이 안내홈(236)의 내주면과 중간부재(270)와의 사이에 원활한 미끄럼운동을 위한 미끄럼부재(237)들이 개재되어 있다. 미끄럼부재(237)로는 PTFE와 스테인리스스틸이 이용되며, 이들은 안내홈(236)의 내주면과 중간부재(270)의 마주보는 면에 각각 부착되어 있다.

경우에 따라, 중간부재(270)에 안내홈을 형성하고, 상부부재(230)에 돌기를 형성하여 교좌장치를 구성할 수도 있고, 이 때의 안내홈과 돌기의 폭과 깊이 및 개수는 필요에 따라 적절하게 조정할 수 있다.

걸림부(232)와 이탈방지부(256) 사이에 부반력저항탄성재(260)가 이탈방지부(256)에 부착되어 있고, 부반력저항탄성재(256)와 걸림부(232) 사이에 미끄럼부재(262)들이 개재되어 있는 데, 이는 도 9를 참조하면 더 자세히 알 수 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이 부반력저항탄성재(260)의 저면에는 홈(264)이 형성된 홈부재(263)가 부착되어 있고, 홈(264)에는 PTFE(265)가 장착되어 있다. 그리고 걸림부(232)의 상면에는 스테인리스스틸(266)이 부착되어 있다.

도 7 ~ 9에 나타낸 바와 같은 일방향 가동단에 사용되는 교좌장치(200)는 상부부재(230)가 도 7의 화살표의 방향으로 이동될 수 있다.

도 7 ~ 9에 나타낸 바와 같은 교좌장치(200)는 상부부재(230)가 하부부재(210)에 대해 한 방향, 즉 교축방향으로 전후 이동할 수 있다는 점에서 도 5와 도 6을 통해 설명한 교좌장치(100)와 차이가 있고, 그 외의 나머지 동작과정이나 효과는 앞에서 설명한 바와 대동소이하고, 앞의 내용을 참조하면 그 동작과정이나 효과를 별도로 더 설명하지 않더라도 당업자라면 쉽게 알 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 교좌장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 평면도이고, 도 11은 도 10의 K-K 선에 따른 단면도이다.

도 10과 11에 나타낸 교좌장치(202)는 도 7과 도 8에 나타낸 교좌장치(200)에서 중간부재(270)와 상부부재(230)의 사이에 상부부재(230)의 수평이동을 완충하여주기 위한 수평탄성재(280)를 더 설치한 것을 나타낸 것이다.

즉, 상부부재(230)와 중간부재(270)는 상부부재(230)가 이동하는 방향에 수직한 방향으로 배치되어 서로 마주보는 대향면(281 ~ 284)들을 중간부재(270)의 전면쪽과 후면쪽에 각각 구비하고 마주보는 대향면(281~284)들 사이에는 중간부재(270)와 상부부재(230) 상호간의 수평이동을 탄성적으로 지지하여주기 위한 수평탄성재(280)가 설치되어 있는 구성을 가진다.

여기에서, 수평탄성재(280)는 상부부재(230)의 수평이동을 탄성적으로 지지하여주기 위한 것이므로, 다른 고정부재와 상부부재(230) 사이에 설치하여도 된다. 즉, 상부부재(230)가 이동하는 방향으로 상부부재(230)와 이격하여 고정부재를 설치하고, 상부부재(230)와 고정부재 사이에 고정부재와 상부부재(230) 상호간의 수평이동을 탄성적으로 지지하여주기 위한 수평탄성재(280)가 설치되어 있는 구성으로 하여도 된다. 이러한 수평탄성재(280)의 설치개수와 직경 등은 교좌장치가 설치되는 여건에 따라 다양하게 조정할 수 있다.

상기 수평탄성재(280)로는 적어도 일단은 대향면(281~284)에 결합되고 수평으로 배치되어 중간부재(270)와 상부부재(230) 상호간의 이동을 허용하는 축부재(286)와 축부재(286)의 외주면에 결합되어 마주보는 대향면(281~284)들을 탄성적으로 지지하는 폴리우레탄으로 제조되는 원통형의 머스프링(Mass Energy Regulator Spring)이 적당하다.

머스프링은 고무에 비하여 16배 이상 큰 압축계수를 가지며 수십만회의 고속충격에도 견딜 수 있다. 이 수평탄성재(280)는 상시변위가 작용할 때는 그 총길이에서 30%정도까지 수축변위를 허용할 수 있게 하고, 지진 시에는 60%정도까지 변위 를 허용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이 수평탄성재(280)로 머스프링(mur spring) 대신에 다른 탄성체가 사용될 수 있음은 물론이다. 이러한 수평탄성재(280)의 설치방식은 본원의 발명자의 특허 공개번호 2003-0034850호 공개특허공보를 참조하면 자세히 알 수 있다.

그 외의 나머지 사항은 도 7과 8을 통해 설명한 바와 같다.

도 10과 11에 나타낸 교좌장치(202)는 철도교량에 사용하기에 매우 적합하다.

도 12는 도 10과 11에 나타낸 교좌장치가 적용된 철도교량의 측면도이다.

여기에서, 레일(342) 위쪽의 일점쇄선으로 나타낸 것은 레일(342)의 온도변화에 따른 축력(일정한 크기, 아래의 것)과 상부구조물(343)이 레일(342)에 작용시키는 축력(상부구조물의 좌우 중앙에서 좌우로 갈수록 증가, 위쪽의 것)의 변화를 나타낸 것이다.

도 12에 나타낸 철도교량(340) 역시, 교각(341), 레일(342), 레일(342)을 지지하는 레일지지 상부구조물(343) 및 레일(342)과 레일지지 상부구조물(343)을 교각(341) 상에 안정적으로 지지하여주는 교좌장치(202)들로 이루어져 있다. 여기에 사용된 교좌장치(202)는 도 10과 11에 나타낸 바와 같이 상부부재(230)를 수평방향으로 완충하여주는 수평탄성재(280)가 설치되어 있는 것이다.

도 12에 나타낸 바와 같은 철도교량(340)에서, 레일지지구조물(343)의 양단은 교각(341) 상에서 수평탄성재(280)의 탄성적 지지를 받으면서 철도교량(340)의 교축방향으로 신축될 수 있는 가동단의 형태로 지지되어 있다. 이에 따라 도 10과 11에 나타낸 바와 같은 교좌장치(202)가 설치된 철도교량(340)에서는 열차의 통과나 급정거에 따른 큰 축력이 레일지지 상부구조물(343)에 작용되더라도 수평탄성재(280)가 그 축력을 완충하여주고, 또 상방향의 부반력은 부반력저항탄성재(260)가 이를 완충하여주어 레일지지 상부구조물(343)이 많이 밀리거나 전복되지 않는다.

그리고 부반력저항탄성재(260)에 의해 레일지지 상부구조물(343)의 진동이 억제되고 소리도 발생되지 않는다.

뿐만 아니라 온도변화에 따른 레일지지 상부구조물(343)의 신축은 레일지지 상부구조물(343)의 중앙부에서 양측으로 이루어지기 때문에 레일에 작용하는 추가 축력이 줄어든다. 도 3과 같은 조건이라면 종래의 철도교량에서는 레일 자체의 축력과 상부구조물(343)의 축력이 더해져 상부구조물(343) 일단 부근의 레일에 약 100톤 정도의 축력이 작용하던 것이 약 80톤 정도의 축력만 작용하게 된다. 그리고 교좌장치(202) 자체에 작용하는 축력도 많이 줄어들고, 교각(341)에 작용하는 상부구조물(343)의 신축에 의한 축력은 양측에서 같은 힘으로 밀어주기 때문에 0이다.

도 13과 도 14는 본 발명에 따른 교좌장치의 또 따른 실시 예를 각각 나타낸 단면도이다.

도 13과 도 14는 본 발명이 포트형에 적용된 교좌장치(400, 500)를 나타낸 것으로서, 도 13은 고정단에 사용되는 것을, 도 14는 일방향 가동단에 사용되는 것을 나타낸 것이다.

도 13에서, 교량의 교각에 설치되는 하부부재(410)의 중앙부에는 홈(412)이 형성되어 있고, 그 양측 가장자리를 따라서는 걸림부(414)가 형성되어 있다.

홈(412)에는 고무와 그 상단 가장자리를 따라 금속링(442)이 배치된 탄성체(440)가 삽입되어 있다. 금속링(442)은 탄성체(440)가 큰 압력으로 가압될 때 유동에 의해 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 것이다.

교량의 상부구조물 저면에 설치되는 상부부재(430)는 홈(412)에 삽입되는 하방으로 돌출된 돌출부(432)를 구비하고 있다.

상부부재(430)의 양측면에는 걸림부(414)에 걸리는 이탈방지부(456)를 갖는 이탈방지수단(450)이 설치되어 있고, 걸림부(450)와 이탈방지부(456) 사이에 부반력억제탄성재(460)가 설치되어 있다. 이 부반력억제탄성재(460)의 설치상태는 앞에서 설명한 바와 같다.

도 13에 나타낸 교좌장치(400)에서 탄성체(440)에 초기 가압을 주고자하는 경우에는 치구에 교좌장치(400)를 장착한 상태에서 원하는 압력으로 가압한 상태에서 이탈방지수단(450)을 설치하면 된다. 이 경우, 이탈방지수단(450)의 길이, 부반력억제탄성재(460)의 두께 등을 조정하여 초기가압력을 조절할 수 있다.

도 13에 나타낸 바와 같은 교좌장치(400)의 작동과 효과는 기본적으로 도 5를 통해 설명한 교좌장치(100)와 동일하고, 단지 탄성체(440) 종류의 차이에 따른 차이가 있을 뿐이다.

도 14에 나타낸 교좌장치(500)는 도 13의 상부부재를 상부부재(530)와 중간부재(570)로 분할하고, 상부부재(530)와 중간부재(570) 사이에 PTFE(565)와 스테인리스스틸(566)을 개재하여 상부부재(530)가 하부부재(510)에 대해 교축방향을 따라 전후로 이동될 수 있도록 한 것이다.

나머지 사항은 도 13에 설명한 것과 같다.

그리고 도 13과 14에 나타낸 교좌장치(400, 500)에서 걸림부 이탈방지수단(450, 550)을 도 6과 도 8 등에 나타낸 바와 같은 형태로 변형하여 사용할 수 있다.

또, 경우에 따라 상부부재(530)와 중간부재(570) 사이에 수평으로 마주보는 면을 설치하여 도 10과 도 11을 통해 설명한 수평탄성재를 더 설치하여 사용할 수 있음은 물론이다.

이상 설명한 본 발명에 따른 교좌장치는 경우에 따라 그 상하를 바꾸어 구성될 수 있다.

이상 설명한 본 발명에 따른 교좌장치는 부반력저항탄성재가 걸림부를 탄성적으로 가압하고 있어서 상부부재의 진동이 억제된다는 뛰어난 효과를 제공한다.

그리고 부반력저항탄성재가 초기부터 상부구조물의 부반력에 저항하기 때문에 상부구조물이 위쪽으로 가속되는 것을 줄여주고 걸림부와 이탈방지부가 직접 서로 부딪히는 것을 방지하여주므로, 교좌장치에 큰 충격력이 작용하지 않고 쉽게 파손되지 않으며, 걸림부와 이탈방지부가 직접 부딪히지 않으므로 소음이 발생되지 않는다는 효과도 있다.

뿐만 아니라, 부반력저항탄성재를 필요한 높이로 압축하여 장착함으로써, 탄성재에 작용하는 초기압력을 원하는 크기로 조절하여 제품을 출시할 수 있고, 초기 가압이 가능하므로, 제품의 높이를 줄일 수 있도록 해준다.

특히 가압력조절구로 볼트 등과 같이 가압력을 쉽게 조정할 수 있는 것을 이용하는 경우 현장의 상황에 따라 교좌장치의 높이를 쉽게 조정할 수 있어 교좌장치의 신규설치 작업 또는 교체작업을 매우 용이하게 할 수 있도록 해준다는 탁월한 효과도 제공한다.

Claims (10)

1. 교각상에 설치하기 위한 하부부재, 상부구조물의 저면에 설치하기 위한 상부부재, 상기 하부부재와 상부부재 사이에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 지지하고 상기 교각과 상기 상부구조물 상호간에 작용하는 동하중을 완충하여주기 위한 탄성재 및 상기 하부부재와 상기 상부부재 간에 설치되고 상기 상부부재에 작용하는 부반력에 저항하기 위한 부반력저항기능을 갖는 교좌장치에 있어서,

   상기 하부부재 또는 상부부재에 설치된 걸림부;

   상기 걸림부가 설치되지 않은 상기 상부부재 또는 상기 하부부재에 설치되고, 상기 걸림부와 간격을 두고 마주보고 배치되어 상기 걸림부가 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부를 구비하여 구성된 걸림부 이탈방지수단; 및

   상기 걸림부와 상기 이탈방지부 사이에 배치되어 상기 하부부재와 상기 상부부재 사이에 부반력이 작용할 때 상기 걸림부와 상기 이탈방지부 사이를 탄성적으로 지지하는 부반력저항탄성재를 포함하고,

   상기 걸림부 이탈방지수단은 상기 상부부재 또는 상기 하부부재에 상하로 이동 가능케 설치된 이탈방지부와 상기 상부부재 또는 상기 하부부재에 결합되는 정도에 따라 상기 이탈방지부를 상하방향으로 가압하여 상기 이탈방지부가 상기 부반력저항탄성재에 작용시키는 상하방향의 가압력을 조절할 수 있도록 해주는 가압력조절구를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 교좌장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 상부부재와 상기 탄성재 사이에 중간부재가 설치되고, 상기 상부부재는 상기 중간부재에 결합되어 상기 중간부재의 어느 일방향을 따라 전후 이동 가능케 설치된 것을 특징으로 하는 교좌장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 중간부재와 상기 상부부재의 사이 및 상기 걸림부와 상기 부반력저항탄성재 사이에 피티에프이(PTFE)와 스테인리스스틸과 같이 상호간의 마찰계수가 작은 마찰저감재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 교좌장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 부반력저항탄성재와 상기 피티에프이(PTFE) 사이에 상기 피티에프이의 일부를 수용하는 홈을 갖는 홈부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 교좌장치.
7. 제 4항에 있어서, 상기 상부부재와 상기 중간부재는 상기 상부부재가 이동하는 방향에 수직한 방향으로 배치되어 서로 마주보는 대향면들을 상기 중간부재의 전면쪽과 후면쪽에 각각 구비하고 상기 마주보는 대향면들 사이에는 상기 중간부재와 상기 상부부재 상호간의 수평이동을 탄성적으로 지지하여주기 위한 수평탄성재 가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 교좌장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 수평탄성재는 적어도 일단은 상기 대향면에 결합되고 수평으로 배치되어 상기 중간부재와 상기 상부부재 상호간의 이동을 허용하는 축부재와 상기 축부재의 외주면에 결합되어 상기 마주보는 대향면들을 탄성적으로 지지하는 폴리우레탄으로 만들어진 머스프링인 것을 특징으로 하는 교좌장치.
9. 제 4항에 있어서, 상기 상부부재가 이동하는 방향으로 상기 상부부재와 이격하여 고정부재가 설치되고, 상기 상부부재와 상기 고정부재 사이에 상기 고정부재와 상기 상부부재 상호간의 수평이동을 탄성적으로 지지하여주기 위한 수평탄성재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 교좌장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 탄성재와 상기 부반력저항탄성재는 폴리우레탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 교좌장치.

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