KR100767344B1 - 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조 및 이에적용하기 위한 탄성받침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존 장대교량의 지진 격리시스템의 문제점을 고려하여 장대교량에 있어서의 온도 및 크리이프에 의한 신축이동 수용 및 지진 감쇠에 알맞은 새로운 탄성받침 배치 구조를 제공함과 아울러 이러한 배치 구조가 가능토록 하는 새로운 구조의 탄성받침을 제공하기 위한 것이다.

이를 위한 본 발명의 일형태에 따르면, 장대교량의 각 교각에 설치되는 탄성받침의 배치 구조에 있어서; 장대교량의 중앙부 영역에는 일체형 고감쇠 탄성받침을 배치하고, 장대교량의 상기 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에는 일방향 고감쇠 탄성받침을 배치한 것을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조 및 이에 적용하기 위한 탄성받침이 제공된다.

한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 장대교량의 각 교각에 설치되는 탄성받침의 배치 구조에 있어서; 상기 장대교량의 중앙부 영역에는 일체형 납면진 탄성받침을 배치하고, 상기 장대교량의 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에는 일방향 마찰형 납면진 탄성받침을 배치하는 것을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조 및 이에 적용하기 위한 탄성받침이 제공된다.

섬유보강, 탄성, 받침, 교량, 고무, 탄소섬유, 교량

Description

교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조 및 이에 적용하기 위한 탄성받침{structure of rubber bearing arrangement for isolating seismic tremor in bridge and rubber bearing therefor}

도 1은 종래의 교량 지진격리를 위한 탄성받침 배치구조를 보여주는 평면 배치도

도 2는 도 1에 적용된 기존 탄성받침의 구성 단면도

도 3은 도 2의 참고 사시도

도 4는 본 발명에 따른 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조를 보여주는 평면 배치도

도 5는 도 4의 "A"부에 적용되는 본 발명의 제1실시예에 따른 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침의 구성 단면도

도 6은 도 5의 참고 사시도

도 7 및 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침 적용시의 동특성을 나타낸 그래프로서,

도 7은 하중과 변위와의 관계를 나타낸 그래프

도 8은 활동마찰계수와 속도의 관계를 나타낸 그래프

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배 치 구조를 보여주는 평면 배치도

도 10은 도 9의 "D"부에 적용되는 일체형 납면진 탄성받침의 구성 단면도

도 11은 도 9의 "C"부에 적용되는 본 발명의 일방향 마찰형 납면진 탄성받침의 구성 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 장대교량 2: 교각

3: 일체형 고감쇠 탄성받침 4: 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침

3a: 일체형 납면진 탄성받침 4a: 일방향 마찰형 납면진 탄성받침

41: 상부플레이트 41a: 가이드홈

42: 하부플레이트 43: 탄성체

44: 금속판 45: 가이드

48: 마찰판 49:DU 부시

50: 코어

본 발명은 교량의 지진격리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장대교량에 있어서의 온도 및 크리이프에 의한 신축이동 수용 및 지진 감쇠에 알맞은 새로운 탄성받침 배치 구조를 제공함과 아울러 이러한 배치 구조가 가능토록 하는 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침를 제공하기 위한 것이다.

일반적으로, 내진설계가 반영되지 아니한 교량은 수평방향으로 작용하는 지진력이 교량받침에 집중되기 때문에 지진시 교량받침의 파괴, 상판의 이탈 및 이에 따른 상판의 붕괴 등이 초래될 수 있으며, 막대한 인명 및 재산적 피해를 당할 가능성이 높다.

따라서, 중·소 규모 지진이 예상되는 지역임에도 내진설계가 반영되지 아니한 교량은 지진피해에 대한 우려가 그만큼 높아지므로 내진안전성을 확보하기 위한 설계시 면밀한 검토와 함께 적절한 내진보강작업이 이루어져야 한다.

이런 관점에서 구조물에 지진격리장치를 설치하면 건물이나 교량에서 발생하는 지진력을 지진격리시스템의 하부구조로 전달되는 것을 차단하는데 아주 효과적이다.

한편, 지진격리장치로서 널리 사용되고 있는 고감쇠 탄성받침(high damping rubber bearing)은 도로교량이나 철도교량 및 기타 특수한 기능의 구조물에 있어서 상부 구조물의 하중을 안전하게 전달하며, 회전 및 상부 구조물의 변형으로 발생되는 구조물의 거동을 안전하게 수용하기 위한 목적으로 널리 사용되고 있는 받침 종류 중 하나이다.

즉, 고감쇠 탄성받침은 상부구조에 작용하는 하중을 안전하게 하부구조에 전달하는 목적을 갖는 것으로서, 일반적으로 교각의 상부에 설치하여 상부 구조의 변위에 대응하면서 상부 구조를 지지할 수 있도록 하고 있다.

특히, 장대교량 및 기타 큰 하중을 지지하는 구조물인 경우, 탄성받침은 구조물의 안전성 및 유지관리에 대단히 중요하다.

상기의 고감쇠 탄성받침으로 널리 적용되고 있는 일체형 고감쇠 탄성받침은 통상 장대교량과 같은 구조물에 적용되어 자중이 수톤 내지 수천 톤까지 이르는 큰 하중의 상부 구조물의 변위에 대응하면서 상부 구조물을 지지하게 된다.

도 1은 기존의 장대교량(1)에 지진격리를 위해 적용되는 탄성받침의 배치구조를 보여주는 평면 배치도로서, 장대교량(1)에는 일체형 고감쇠 탄성받침(3)이 각각의 교각(2)마다 설치된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 기존의 일체형 고감쇠 탄성받침(3)은 철판으로 된 상·하부플레이트(31,32)와, 상기 상ㆍ하부플레이트 사이에 개재되는 고감쇠 고무 등으로 형성된 탄성체(33)와, 상기 탄성체 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판(34)과, 상부 및 하부측 체결판(36, 37)을 포함하여 구성되며, 수직 하중에 대하여는 고무의 좌굴 현상 없이 지탱할 수 있으며 지진과 같은 진동은 탄성체(33)에 의해 흡수하게 된다.

그러나, 기존의 일체형 고감쇠 탄성받침(3)만을 적용하고 있는 장대교량(1)의 경우, 그 배치 구조가 갖는 기술적 한계로 인해 다음과 같은 여러 가지 문제점이 수반되고 있다.

즉, 기존에는 장대교량(1)의 각 교각(2)에 일체형 고감쇠 탄성받침(3) 만이 배치되므로 인해 다음과 같은 문제점들이 발생하게 된다.

먼저, 교량의 온도 및 크리이프에 의한 신축이동은 교량의 무게 중심을 기준으로 가동하므로 상시 이동량이 큰 장대교량(1)은 상부 구조물의 끝(abut)으로 갈수록 일체형 고감쇠 탄성받침(3)의 높이가 높아지고 강성 차가 발생되어 여러 규격 의 일체형 고감쇠 탄성받침(3) 제작이 필요하게 되는 단점이 있다.

부언하면, 상부 구조물의 양단으로 갈수록 커지는 교량의 온도 및 크리이프(creep)에 의한 신축이동량이 커지므로 이를 수용하기 위해서는 교량의 양단으로 갈수록 일체형 고감쇠 탄성받침(3)의 높이 또한 높아져야만 하며, 이를 위해서는 서로 다른 규격의 일체형 고감쇠 탄성받침(3) 제작이 수반되지 않으면 안 된다.

그리고, 교량의 상시 이동량은 순수 고무두께의 70%가 최대 이동량이므로, 상시 이동량에 맞추어 일체형 고감쇠 탄성받침(3)을 인위적인 힘으로 프리셋팅 하던지 아니면 고무두께가 더 큰 베어링을 사용하던지 해야 하므로 교량에의 적용 및 면진 해석이 용이하지 않게 되는 단점이 있다.

또한, 상시 이동량 수용 후, 지진시 이동량을 수용하여야 하므로 베어링 규격이 커져야만 하는 단점이 있다. 즉, 상시 이동량뿐만 아니라 상시 이동량을 수용한 상태에서 지진이 발생할 경우에는 이에 따른 이동량도 수용하여야 하므로 베어링의 규격이 커져야만 하는 단점이 있다.

한편, 상기와 같은 교량 구조물에 심각한 손상이 야기될 경우, 이를 온전히 회복시키는데에는 추가 비용과 시간 및 인력 등이 투입되어야 하는 등 많은 사회·경제적 손실이 야기된다.

즉, 교량의 내진성능을 보완하는 데는 막대한 예산과 긴 공사기간 및 공사기간동안 차량통행에 막대한 지장을 초래하게 되어 기존교량에 대한 내진성능 보강작업에 많은 어려움이 따르게 되므로 이에 대한 해소 방안이 무엇보다 중요한 실정이다.

한편, 상기에서는 일체형 고감쇠 탄성받침을 예로 들어 기존 장대교량의 탄성받침 배치구조가 갖는 문제점에 대해 설명하였으나, 상기한 문제점은 일체형 고감쇠 탄성받침에만 문제가 되는 것은 아니다.

즉, 장대교량(1)의 각 교각(2)에 일체형 납면진 탄성받침(3a)(도 11 참조) 만이 배치된 구조에서도 전술한 바와 동일 내지 유사한 문제점들이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존 장대교량의 지진 격리시스템의 문제점을 고려하여 장대교량에 있어서의 온도 및 크리이프에 의한 신축이동 수용 및 지진 감쇠에 알맞은 탄성받침 배치 구조의 새로운 형태를 제공함과 아울러 이러한 배치 구조가 가능토록 하는 새로운 구조의 탄성받침을 제공하기 위한 것이다.

한편, 본 발명은 궁극적으로 교량 구조물의 내진 성능 및 수명 향상을 도모할 수 있도록 하여, 교량 구조물의 손상 및 이를 회복하는데 따른 사회 경제적 손실을 미연에 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 장대교량의 각 교각에 설치되는 탄성받침의 배치 구조에 있어서; 상기 장대교량의 중앙부 영역에는 일체형 고감쇠 탄성받침을 배치하고, 상기 장대교량의 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에는 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침을 배치하는 것을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조가 제공된다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 장대교량의 각 교각에 설치되는 탄성받침의 배치 구조에 있어서; 상기 장대교량의 중앙부 영역에는 일체형 납면진 탄성받침을 배치하고, 상기 장대교량의 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에는 일방향 마찰형 납면진 탄성받침을 배치하는 것을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조가 제공된다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 철판으로 되며 일방향 이동이 가능하도록 하부에 가이드홈이 형성된 상부플레이트와, 철판으로 되며 상기 상부플레이트와 일정 간격 이격 설치되는 하부플레이트와, 상기 상ㆍ하부플레이트 사이에 개재되는 고감쇠 고무등으로 형성된 탄성체와, 상기 탄성체 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판과, 상기 탄성체 중앙 상부에 상기 상부플레이트의 가이드홈에 형합하도록 설치되어 상부플레이트의 일방향 이동을 안내하는 가이드와, 상기 상부플레이트와 탄성체 사이에 개재되는 마찰판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄성받침이 제공된다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 철판으로 되며 일방향 이동이 가능하도록 하부에 가이드홈이 형성된 상부플레이트와; 철판으로 되며 상기 상부플레이트와 일정 간격 이격 설치되는 하부플레이트와; 상기 상ㆍ하부플레이트 사이에 개재되는 고무등으로 형성된 탄성체와; 상기 탄성체 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판과; 상기 탄성체 중앙부에 상하 방향으로 설치되는 금속체로 된 코어와; 상기 탄성체 중앙의 코어 상부측에 상기 상부플레이트의 가이드홈에 형합하도록 설치되어 상부플레이트의 일방향 이동을 안내하는 가이드와; 상기 상부플레이트와 탄성체 사이에 개재되는 마찰판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄성받침이 제공된다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대해 첨부도면 도 4 내지 도 11을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예1]

먼저, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조를 보여주는 평면 배치도이고, 도 5는 도 4의 "A"부에 적용되는 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침의 구성 단면도이며, 도 6은 도 5의 참고 사시도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명은 장대교량(1)의 각 교각(2)에 고감쇠 탄성받침을 배치함에 있어서, 장대교량(1)의 중앙부 영역에는 일체형 고감쇠 탄성받침(3)을 배치하고, 장대교량(1)의 상기 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에는 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)을 배치한 것이다.

한편, 장대교량(1)에 적용되는 상기 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)(frictional one-way high damping rubber bearing)은, 철판으로 되며 일방향 이동이 가능하도록 하부에 가이드홈(41a)이 형성된 상부플레이트(41)와, 철판으로 되며 상기 상부플레이트(41)와 일정 간격 이격 설치되는 하부플레이트(42)와, 상기 상ㆍ하부플레이트(41,42) 사이에 개재되는 고감쇠 고무 등으로 형성된 탄성체(43)와, 상기 탄성체(43) 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판(44)과, 상기 탄성체(43) 중앙 상부에 상기 상부플레이트(41)의 가이드홈(41a)에 형합하도록 설치되어 상부플레이트(41)의 일방향 이동을 안내하는 가이드(45)와, 상기 상부플레이트(41)와 탄성체(43) 사이에 개재되는 마찰판(48)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 마찰판(48)은 채움재가 포함된 마찰형 불소수지(PTFE)로 이루어짐이 바람직하며, 채움재로서는 유리, 탄소, 흑연, 몰리브덴 등이 사용된다.

한편, 상기 탄성체(43)는 상면 가까이에 내장된 철판으로 된 체결판(46)을 더 포함하며, 상기 체결판(46)에는 바(bar) 형태의 가이드(45)가 체결부재에 의해 체결되어 고정된다.

그리고, 상부플레이트(41)의 규격은 상시 이동량에 따라 다르게 설계될 수 있다.

그리고, 상기 가이드(45)는, 상부플레이트(41)와의 이탈이 방지되도록 적어도 상기 상부플레이트와의 결합부분의 형상이 단면상 역삼각형 혹은 T자형을 이루도록 형성되고, 상부플레이트(41)에는 상기 가이드(45)의 형상에 형합하는 형태의 가이드홈(41a)이 형성된다.

한편, 상기 상부플레이트(41)의 저면에는 스테인레스판(40)이 구비된다.

그리고, 상기 가이드(45)의 길이방향을 따른 양측면에는 그에 대응하는 상부플레이트의 이동에 따른 가이드홈(41a) 양측면에 위치한 스테인레스판(40)과의 직접적인 접촉을 방지하면서 상부플레이트(41)의 원활한 이동을 돕는 DU 부시(Du bush ; 49)가 부착된다.

상기 DU 부시(49)는, 예를 들어 냉간압연강판(SPCC)위에 청동소결층을 생성후 테프론 및 납과 특수 첨가제를 사용하여 슬라이딩층을 만든 형태로서, 드라이 베어링의 일종이며, 제품의 특징은 완전 무급유에서 저 마찰계수를 가지고, 고하중과 충격하중에 잘 견디며, 내마모성도 우수하여 긴 수명을 보장한다.

미설명 부호 47은 하부측 체결판을 가리킨다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 장대교량(1)에 있어서 중앙부 영역의 교각(2)에는 일체형 고감쇠 탄성받침(3)을 배치하고, 장대교량(1)의 상기 중앙부 영역을 제외한 양측 영역의 교각(2)에는 일방향 고감쇠 탄성받침(4)이 배치된다.

이로 인해, 장대교량(1)의 온도 및 크리이프에 의한 신축이동 발생시 중앙부에서는 일체형 고감쇠 탄성받침(3)이 이를 수용하게 되고, 상기 중앙부를 제외한 영역에서는 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)이 이를 수용하게 된다.

즉, 교량의 온도 및 크리이프에 의한 신축이동은 교량의 무게 중심을 기준으로 가동하므로 상시 이동량이 큰 장대교량(1)은 상부 구조물의 끝(abut)으로 갈수록 신축이동에 대한 탄성받침의 수용량이 커져야 하는데, 상부 구조물의 이동시 일방향 고감쇠 탄성받침(4)은 상부 구조물의 신축이동시 상부플레이트(41)가 가이드(45)를 타고 일방향(즉, 교축방향)으로 이동하면서 교량의 수평하중에 따른 변위를 수용하게 된다.

부언컨대, 상시 이동량이 큰 장대교량(1)은 상부 구조물의 끝(abut)으로 갈수록 신축이동에 대한 탄성받침의 수용량이 커져야 하는데, 기존의 경우에는 상부 구조물의 끝으로 갈수록 설치되는 탄성받침의 높이가 높아지게 되지만, 본 발명에 따른 장대교량(1)의 경우에는 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)이 적용됨에 따라 중앙부와 동일한 규격(즉, 높이)의 탄성받침이 설치되므로 인해 서로 다른 높이를 갖는 여러 규격의 탄성받침을 제작하지 않아도 되는 장점이 있다.

이는 상부플레이트(41)의 규격을 상시 이동량에 따라 다르게 설계함으로써 가능한 것으로서, 교량 끝부분으로 갈수록 고무등으로 된 탄성체의 두께를 키우는 대신 상부플레이트(41)의 사이즈 변경을 통해 가이드홈의 길이를 늘려주면 장대교량 중앙부 영역의 탄성받침과 동일한 높이여도 상시 이동량을 수용할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 탄성받침 배치구조에 따른 장대교량(1)에 있어서는, 지진 발생시 중앙부 영역에 설치된 일체형 고감쇠 탄성받침(3)들이 기존의 배치구조에서와 마찬가지로 모두 댐핑에 참여하게 될 뿐만 아니라, 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)역시 상부플레이트(41)와 탄성체(43) 사이에 개재된 상부측 체결판(46)에 고정된 마찰판(48)으로 인해 고감쇠 댐핑력을 발휘하게 되며, 이에 따라 전 교각(2)에 대해 일체형 고감쇠 탄성받침(3)을 설치했을 때와 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)은 상부플레이트(41)와 탄성체(43) 사이에 개재된 마찰판(48)이 채움재를 넣은 불소수지 재질로 이루어져 체결판(46)에 고정된 상태로서, 지진 발생시 고감쇠 댐핑력을 발휘하게 된다.

따라서, 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)은 고감쇠 댐핑을 함으 로써 일체형 고감쇠 탄성받침(3)과 더불어 지진 발생시 지진 감쇠에 매우 효과적으로 작용하게 된다.

한편, 본 발명의 배치구조에 따른 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)은 일체형 고감쇠 탄성받침(3)과 더불어 하중에 따른 압축응력 뿐만 아니라 변위에 따른 전단 응력도 함께 받아주게 된다.

그리고, 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)이 장대교량에 적용될 경우에는 기존의 탄성받침 배치구조에서 행하던 프리셋팅이 불필요하게 되므로 교량의 적용 및 면진 해석이 용이하게 된다. 즉, 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)이 적용될 경우에는 상부플레이트를 밀어 놓으면 끝나므로 교량의 적용 및 면직 해석이 용이하고 경제적이다.

따라서, 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)은 고감쇠 댐핑을 함으로써 일체형 고감쇠 탄성받침(3)과 더불어 지진 발생시 지진 감쇠에 매우 효과적으로 작용하게 된다.

아래의 [표1]은 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)의 마찰계수에 관한 것으로서, 채움재를 사용한 불소수지로 된 마찰판(48)와 기타 불소수지로 된 마찰판의 단위면적당 받는 힘에 따른 사용마찰계수(Service Cofficient of Friction)를 비교한 것으로서, 채움재를 사용한 불소수지로 된 경우가 가장 마찰계수가 높은 것을 알 수 있다.

[표 1] 표면형태별 사용마찰계수

한편, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침 적용시의 동특성을 나타낸 그래프로서, 도 7은 하중과 변위와의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 8은 활동마찰계수와 속도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 채움재를 사용한 불소수지 마찰판(48)을 적용한 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)의 동특성을 확인할 수 있다. 즉, 도 7은 하중과 변위 관계를 나타낸 그래프로 면적이 댐핑력을 나타내고 면적이 클수록 지진 흡수력은 커지며, 도 8은 지진 속도에 따라 마찰력이 더 커지게 되며, 마찰력이 커지는 만큼 지진에 대한 댐핑력이 증가한다는 것을 보여주고 있다.

상기한 본 발명에 따른 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침은, 우리나라와 같이 중·약진지역에 해당하는 경우에는 등가감쇠비 10%~20% 정도의 감쇠능력이 확보되면 된다.

[실시예2]

전술한 제1실시예에서의 배치구조는 고감쇠 고무를 사용하는 고감쇠 탄성받침 이외에 일반 고무를 사용하는 납면진 탄성받침에도 적용가능하므로 이하에서는 이와 관련한 실시예에 대해 살펴본다.

도 9 및 도 10을 참조하여 일체형 납면진 탄성받침 및 일방향 마찰형 납면진 탄성받침이 적용되는 본 발명의 제2실시예에 대해 자세히 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조를 보여주는 평면 배치도이고, 도 10은 도 9의 "D"부에 적용되는 일체형 납면진 탄성받침의 구성 단면도이며, 도 11은 도 9의 "C"부에 적용되는 본 발명의 일방향 마찰형 납면진 탄성받침의 구성 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 지진격리를 위해 장대교량의 각 교각에 설치되는 탄성받침의 배치 구조는, 상기 장대교량의 중앙부 영역에는 일체형 납면진 탄성받침(3a)을 배치하고, 상기 장대교량의 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에는 일방향 마찰형 납면진 탄성받침(4a)을 배치하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 장대교량의 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에 배치되는 일방향 마찰형 납면진 탄성받침(frictional one-way lead rubber bearing)은, 철판으로 되며 일방향 이동이 가능하도록 하부에 가이드홈(41a)이 형성된 상부플레이트(41)와; 철판으로 되며 상기 상부플레이트(41)와 일정 간격 이격 설치되는 하부플레이트(42)와; 상기 상ㆍ하부플레이트(41,42) 사이에 개재되는 고무 등으로 형성된 탄성체(43a)와; 상기 탄성체(43a) 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판(44)과; 상기 탄성체(43a) 중앙부에 상하 방향으로 설치되는 금속체로 된 코어(50)와; 상기 탄성체(43a) 중앙의 코어(50) 상부측에 상기 상부플레이트(41)의 가이드홈(41a)에 형합하도록 설치되어 상부플레이트(41)의 일방향 이동을 안내하는 가이드(45)와; 상기 상부플레이트(41)와 탄성체(43a) 사이에 개재되는 마찰판(48)을 포함하여 구성된다.

이때, 코어(50)로서는 기존의 납면진받침과 마찬가지로 탄성체 중앙부에 초기 강성 증대를 위해 납(Pb)이나 주석(Sn) 혹은 그 합금으로 된 금속체가 삽입된다.

그리고, 상기 코어(50)는 상하단부가 체결판(46,47)을 관통하거나 상기 체결판상에 결합되도록 설치됨이 바람직하다.

즉, 통상의 탄성받침의 단점은 수평하중에 대하여 변위가 크게 발생하는 점이며 이러한 변위를 줄일 수 있는 방법으로 금속체인 코어의 비선형거동을 이용하여 진동에너지를 흡수하게 되므로, 본원발명의 일방향 마찰형 납면진 탄성받침은 기존 탄성받침과 동일하게 상부구조물의 고유주기를 길게 하여 상부구조에 유발되는 지진력의 크기를 줄임과 아울러, 에너지 흡수기구로서 에너지 흡수능력이 큰 탄성받침의 내부에 기둥 형태의 금속체로 된 코어(50)를 삽입하여 금속의 비선형성을 이용한 댐퍼의 특성과 고유주기의 장주기화를 한개의 장치로 간략화한 것에 특징이 있다.

한편, 상기 장대교량의 중앙부 영역에 배치되는 일체형 납면진 탄성받침(3a)은, 위에서 설명한 일방향 마찰형 납면진 탄성받침(4a)과 다른 구성은 동일하나, 상기 탄성체(43a) 중앙의 코어(50) 상부측에 상부플레이트(41)의 일방향 이동을 안내하도록 설치되는 가이드(45)와, 상기 가이드에 형합하도록 상부플레이트(41)에 형성되는 가이드홈(41a) 및, 상기 상부플레이트(41)와 탄성체(43a) 사이에 개재되는 마찰판(48)이 구비되지 않는 점이 다르다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 탄성받침 배치구조에 있어서의 작용 및 이에 적용되는 일방향 마찰형 납면진 탄성받침의 작용은 다음과 같다.

본 발명의 제2실시예에 따른 탄성받침 배치구조가 적용된 장대교량(1)에 있어서는, 지진 발생시 중앙부 영역에 설치된 일체형 납면진 탄성받침(3a)들이 기존의 배치구조에서와 마찬가지로 모두 댐핑에 참여하게 될 뿐만 아니라, 일방향 마찰형 납면진 탄성받침(4a) 역시 상부플레이트(41)와 탄성체(43a) 사이에 개재된 상부측 체결판(46)에 고정된 마찰판(48)으로 인해 고감쇠 댐핑력을 발휘하게 된다.

즉, 본 실시예의 일방향 마찰형 납면진 탄성받침(4a)은 상부플레이트(41)와 탄성체(43a) 사이에 개재된 마찰판(48)이 채움재를 넣은 불소수지 재질로 이루어져 체결판(46)에 고정된 상태로서, 지진 발생시 댐핑력을 발휘하게 되므로 지진 감쇠에 매우 효과적으로 작용하게 된다.

특히, 본 발명의 제2실시예에 따른 일방향 마찰형 납면진 탄성받침(4a)은 전술한 제1실시예의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침이 제공할 수 있는 작용 효과외에 에너지 흡수능력이 큰 기존 납면진 장치처럼 감쇠성능의 증대 및 초기 강성을 제공할 수 있게 되어, 우리나라와 같이 중·약진 지역에 해당하는 경우뿐만 아니라 보다 큰 지진격리능력이 요구되는 곳에도 적용될 수 있다.

즉, 교량의 내진장치로서 납면진받침의 적용은 교량상판의 신축에 대하여 납의 전단저항력으로 교량상판에 무리한 온도하중을 전달할지도 모른다는 의문이 납면진받침의 사용에 걸림돌이 되어왔다.

그러나 수평하중에 대한 납의 재료적인 특성은 온도하중과 같이 장기간에 걸쳐 서서히 작용하는 형태의 하중에 대해서는 납의 크리이프 특성에 의하여 쉽게 항복하는 성질이 있으므로 온도하중을 교각에 적게 전달하며(수직하중의 5% 미만), 풍하중이나 차량의 제동하중과 같이 단기간에 작용하는 하중에 대해서는 큰 강성으로 저항함으로 안정성을 향상하는 효과가 있다. 그리고 지진하중과 같이 풍하중을 능가하는 하중에 대해서는 납이 완전히 항복하여 고무에 의한 장주기화가 달성됨으로써 지진력을 줄이면서 교량상판의 진동에너지를 납의 비선형거동으로 흡수하여 변위을 억제하는 기능을 갖는다.

한편, 모든 면진장치에 요구되는 중요한 기능 중의 하나는 지진 종료 후 유지보수의 측면이다. 즉, 교량상판의 진동이 교각의 중심부에 위치했을 때 지진이 종료되지 않아 발생할 수 있는 잔류변위에 대하여, 복원력이 부족한 강재받침과 같은 형식의 교량받침은 지진 종료 후에 교량의 기능적인 회복을 위하여 교량상판을 원위치로 되돌려 놓아야 할 가능성이 있다.

이에 비하여 납면진받침과 같은 복원력이 있는 면진장치를 적용한 교량은 교량상판이 교각의 중심부와 어긋난 위치에서 지진이 종료되더라도 고무의 탄성력으로 교량상판을 원위치로 되돌려 놓으려는 힘이 작용하며, 또한 지진 도중에는 변위방향과 반대방향으로 고무의 복원력이 작용하고 있으므로 잔류변위를 적게하는 특 징이 있다. 따라서, 납이나 주석을 코어로 사용한 본 발명의 일방향 마찰형 납면진 탄성받침은 기존 납면진받침의 기능도 수행하게 된다.

그 다음으로 중요시되는 사항은 면진장치 재사용의 문제이다. 금속의 비선형성을 이용하여 에너지를 흡수하는 금속댐퍼는 금속분자가 소성변형을 경험하면서 부분적으로는 분자구조가 파괴됨으로 원래의 특성을 잃게 되고, 고무의 내부에 장착된 납은 손상여부를 확인할 수 없으므로 전체를 교체해야 한다는 의문이 발생한다. 그러나 모든 금속은 변형된 금속분자에 열을 가함으로써 원래의 분자구조로 되돌아 가려는 특성을 갖고 있으며, 변형된 분자의 50%가 1시간 이내에 원래의 분자구조로 되돌아 가는 온도를 금속의 재결정온도화라 칭한다

이러한 재결정온도를 금속별로 살펴보면, 철은 450℃, 동은 250℃, 알루미늄은 150℃, 납은 20℃, 주석은 25℃이다. 교량상판의 진동에너지를 흡수하여 약간 뜨거워진 납이나 주석은 상온으로 냉각되면서 원래의 분자구조로 되돌아가려는 성질로 인하여 지진종료에 따른 사후처리의 필요가 없게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예들로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 다양한 형태로의 변경 및 수정이 가능함은 물론이다.

예컨대, 상기한 실시예 및 그에 따른 도면에서는 본 발명의 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침을 이루는 탄성체의 전체적인 프로파일(profile)이 사각기둥 형태인 것을 예시하고 있으나, 상기 탄성체는 전체적인 프로파일이 원기둥 형태인 것도 가능하며 오각형 이상의 다각기둥 형태인 것도 가능함은 물론이다.

그리고, 상기 마찰판 및 스테인레스판의 모양도 원형이나 타원형, 사각형 등 여러 가지 다양한 기하학적 형태를 이루도록 제작될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명은 기존 장대교량의 지진 격리시스템의 문제점을 고려하여 장대교량에 있어서의 온도 및 크리이프에 의한 신축이동 수용 및 지진 감쇠에 알맞은 새로운 탄성받침 배치 구조를 제공할 수 있게 되며, 이와 아울러 이러한 배치 구조가 가능토록 하는 새로운 구조의 탄성받침을 제공할 수 있게 된다.

이에 따라, 본 발명에 따르면, 장대교량에의 탄성받침 적용을 위해 서로 다른 규격의 일체형 탄성받침을 제작하지 않아도 되므로 제작성이 향상된다.

그리고, 시공에 있어서도, 상시 이동량에 따라 일체형 탄성받침의 프리셋팅(presetting)은 별도의 장치로 물리적인 힘을 가하여 프리셋팅하던 종래와는 달리 상부플레이트를 이동량에 맞게 밀어 놓으면 프리셋팅이 완료되므로 시공성이 향상되며, 교량의 적용 및 면진 해석이 용이하게 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 일방향 탄성받침은 마찰판으로 인해 댐핑력을 발휘하게 되므로, 전 교각에 대해 일체형 탄성받침을 설치했을 때와 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 경제적 비용으로 교량등 구조물의 내진 설계의 효과를 극대화할 수 있으며, 이러한 우수한 지진 격리 성능을 통해 인명 보호 및 사회적 재 산 보호 효과에 있어 큰 효과를 거둘 수 있게 된다.

Claims (15)

1. 장대교량(1)의 각 교각(2)에 설치되는 탄성받침의 배치 구조에 있어서;

   상기 장대교량(1)의 중앙부 영역에는 일체형 고감쇠 탄성받침(3)을 배치하고,

   상기 장대교량(1)의 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에는 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)을 배치하되,

   상기 일방향 마찰형 고감쇠 탄성받침(4)은,

   철판으로 되며 일방향 이동이 가능하도록 하부에 가이드홈(41a)이 형성된 상부플레이트(41)와; 철판으로 되며 상기 상부플레이트(41)와 일정 간격 이격 설치되는 하부플레이트(42)와; 상기 상ㆍ하부플레이트(41,42) 사이에 개재되는 고감쇠 고무등으로 형성된 탄성체(43)와; 상기 탄성체(43) 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판(44)과; 상기 탄성체(43) 중앙 상부에 상기 상부플레이트(41)의 가이드홈(41a)에 형합하도록 설치되어 상부플레이트(41)의 일방향 이동을 안내하는 가이드(45)와; 상기 상부플레이트(41)와 탄성체(43) 사이에 개재되는 마찰판(48)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
2. 삭제
3. 장대교량의 각 교각에 설치되는 탄성받침의 배치 구조에 있어서;

   상기 장대교량의 중앙부 영역에는 일체형 납면진 탄성받침(3a)을 배치하고,

   상기 장대교량의 중앙부 영역을 제외한 양측 영역에는 일방향 마찰형 납면진 탄성받침(4a)을 배치하되,

   상기 일방향 마찰형 납면진 탄성받침(4a)은,

   철판으로 되며 일방향 이동이 가능하도록 하부에 가이드홈(41a)이 형성된 상부플레이트(41)와; 철판으로 되며 상기 상부플레이트(41)와 일정 간격 이격 설치되는 하부플레이트(42)와; 상기 상ㆍ하부플레이트(41,42) 사이에 개재되는 고무등으로 형성된 탄성체(43a)와; 상기 탄성체(43a) 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판(44)과; 상기 탄성체 중앙부에 상하 방향으로 설치되는 금속체로 된 코어(50)와; 상기 탄성체(43a) 중앙의 코어(50) 상부측에 상기 상부플레이트(41)의 가이드홈(41a)에 형합하도록 설치되어 상부플레이트(41)의 일방향 이동을 안내하는 가이드(45)와; 상기 상부플레이트(41)와 탄성체(43a) 사이에 개재되는 마찰판(48)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
4. 삭제
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 코어(50)는 납 또는 주석으로 이루어지며, 기둥형태를 이루게 됨을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 마찰판(48)은 채움재가 포함된 마찰형 불소수지(PTFE)로 이루어짐을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
7. 제 6 항에 있어서,

   채움재로서는 유리, 탄소, 흑연, 몰리브덴 등이 사용됨을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 탄성체(43)(43a)는 상면 가까이에 내장된 철판으로 된 체결판(46)을 더 포함하며, 상기 체결판(46)에는 가이드(45)가 체결부재에 의해 체결되어 고정됨을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상부플레이트(41)의 사이즈는 이동량에 따라 다른 치수로 설계됨을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
10. 제 9 항에 있어서,

    상부플레이트(41)의 사이즈는 장대교량 중심으로부터 끝단으로 갈수록 더 큰 치수를 이루게 됨을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
11. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

    상기 가이드(45)는 상부플레이트(41)와의 이탈이 방지되도록, 적어도 상기 상부플레이트와의 결합부분의 형상이 단면상 역삼각형 또는 T자형 구조를 이루도록 형성되고,

    상부플레이트(41)는 상기 가이드(45)의 형상에 형합하는 가이드홈(41a)을 구비한 것을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치 구조.
12. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

    상기 상부플레이트(41)의 저면에는 스테인레스판(40)이 구비되고,

    상기 가이드(45)의 길이방향을 따른 양측면에는 그에 대응하는 상부플레이트의 이동에 따른 가이드홈(41a) 양측면에 위치한 스테인레스판(40)과의 직접적인 접촉을 방지하면서 상부플레이트(41)의 원활한 이동을 돕는 DU 부시(49)가 부착된 것을 특징으로 하는 교량의 지진격리를 위한 탄성받침 배치구조.
13. 철판으로 되며 일방향 이동이 가능하도록 하부에 가이드홈(41a)이 형성된 상 부플레이트(41)와;

    철판으로 되며 상기 상부플레이트(41)와 일정 간격 이격 설치되는 하부플레이트(42)와;

    상기 상ㆍ하부플레이트(41,42) 사이에 개재되는 고감쇠 고무등으로 형성된 탄성체(43)와;

    상기 탄성체(43) 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판(44)과;

    상기 탄성체(43) 중앙 상부에 상기 상부플레이트(41)의 가이드홈(41a)에 형합하도록 설치되어 상부플레이트(41)의 일방향 이동을 안내하는 가이드(45)와;

    상기 상부플레이트(41)와 탄성체(43) 사이에 개재되는 마찰판(48)을 포함하여 구성되어,

    상기 상부플레이트(41)는 탄성체(43)에 대해 일방향으로 이동가능하도록 된 것을 특징으로 하는 탄성받침.
14. 철판으로 되며 일방향 이동이 가능하도록 하부에 가이드홈(41a)이 형성된 상부플레이트(41)와;

    철판으로 되며 상기 상부플레이트(41)와 일정 간격 이격 설치되는 하부플레이트(42)와;

    상기 상ㆍ하부플레이트(41,42) 사이에 개재되는 고무등으로 형성된 탄성체(43a)와;

    상기 탄성체(43a) 내부에 서로 이격된 상태로 개재되어 강성재료층을 형성하는 금속판(44)과;

    상기 탄성체(43a) 중앙부에 상하 방향으로 설치되어 전단저항력을 제공하는 금속체로 된 코어(50)와;

    상기 탄성체(43a) 중앙의 코어(50) 상부측에 상기 상부플레이트(41)의 가이드홈(41a)에 형합하도록 설치되어 상부플레이트(41)의 일방향 이동을 안내하는 가이드(45)와;

    상기 상부플레이트(41)와 탄성체(43a) 사이에 개재되는 마찰판(48)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄성받침.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 코어(50)는 납 또는 주석 혹은 그 합금으로 이루어짐을 특징으로 하는 탄성받침.

Images