KR100822594B1 - 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조마찰형 보강기구 - Google Patents

철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조마찰형 보강기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철탑구조 마찰형 보강기구에 관한 것으로, 철탑의 각 기둥부에 내측 칼럼과 나란히 위치되고, 소정 부분이 이격되어 두 부분으로 나뉘어진 외측 칼럼과, 상기 이격된 부분에 형성되는 슬롯과, 상기 슬롯의 외주면과 접하도록 마련되는 마찰 플레이트를 포함하여 구성되어지되, 상기 철탑에 전달되는 풍력에 의한 에너지를 상기 슬롯 외주면과 마찰 플레이트 사이의 마찰에 의하여 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구도 제공한다.
철탑, 풍력, 플레이트, 슬롯, 마찰

Description

철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구 {Friction Type Retrofitting Device For Steel Tower Structures Using Relative Displacement Between Members Added To A Tower Column}
도 1은 일반적인 철탑의 정면도.
도 2는 도 1의 철탑 정면으로 바람이 불 때의 측면도.
도 3은 철탑의 기둥부 일부를 나타낸 상세도.
도 4는 도 2의 상태에서 종래 기둥부 구조의 변화상태도.
도 5는 본 발명이 적용된 철탑의 기둥부 일부 상세도.
도 6은 본 발명이 적용된 철탑의 기둥부 다른 상세도.
도 7은 도 6의 철탑 기둥부 작동 상태도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
520: 내측 칼럼 540: 외측 칼럼
901: 제 1 결합부 940: 앵글
1300: 제 1 마찰 플레이트
본 발명은 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 높은 전압을 먼 거리까지 전송하는 송전탑 등의 철탑에 있어서, 철탑의 기둥부를 이루는 칼럼 사이의 결합부에 슬롯과 마찰 플레이트를 마련하여 철탑에 가해지는 풍력에 의한 진동을 감쇠시키는 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 철탑의 정면도이고, 도 2는 도 1의 철탑 정면으로 바람이 불 때의 측면도이며, 도 3은 철탑의 기둥부 일부를 나타낸 상세도이고, 도 4는 도 2의 상태에서 종래 기둥부 구조의 변화상태도이다.
도 1과 같이, 일반적으로 철탑 특히 높은 전압을 전송하는 송전탑(10)의 구조는 수직으로 세워진 프레임(70)과, 상기 프레임(70)의 상부에 수평 하게 마련된 철탑암(20)과, 상기 철탑암(20)의 끝단에 하부로 매달린 애자(30) 및 상기 애자(30)의 하단에 연결된 전선(40)을 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 프레임(70)은 수직 기둥인 기둥부(50)가 보통 4개 마련되고, 상기 기둥부(50) 사이를 교차하여 연결되는 크로스멤버(60)를 포함하여 이루어진다.
도 2와 같이, 상기 송전탑(10)에는 사방에서 바람(80)이 불어와 송전탑(10)이 흔들리게 되는데, 송전탑(10)은 소정의 탄성 범위 내에서는 상기 바람(80)에 의하여 변경되었던 부분이 바람(80)이 잠잠해지면 다시 원위치로 복원된다.
한편, 도 3과 같이 송전탑(10)의 기둥부(50)는 단면이 십자형상을 이루는데, 상기 십자형상은 L자형 칼럼(52, 54)의 모서리를 서로 접하게 하고 나머지 부분을 서로 대향되게 위치시켜 이루어지며, 두 칼럼(52, 54) 중 송전탑(10) 내측을 향하는 내측 칼럼(52)과 외측을 향하는 외측 칼럼(54)은 소정 부분에 결합부(90)가 마련되어 결합된다.
종래 송전탑의 결합부(90) 구조는 내측 칼럼(52)의 제 1 구멍(92) 및 외측 칼럼(54)의 제 2 구멍(93)과, 단면이 L자 형상이고 제 3 구멍(96)과 제 4 구멍(99)이 마련된 앵글(94)과, 상기 제 1 구멍(92) 및 제 3 구멍(96)을 관통하는 제 1 볼트(98)와, 상기 제 2 구멍(93) 및 제 4 구멍(99)을 관통하는 제 2 볼트(100)와, 상기 제 1 볼트(98)와 결합하는 제 1 너트(97) 및 제 2 볼트(100)와 결합하는 제 2 너트(102) 그리고 상기 제 1 너트(97)의 전방에 마련된 와셔(88)를 포함하여 이루어진다.
그러나 상기와 같은 결합부(90) 구조는 바람에 의하여 송전탑(10)이 유동 될 경우에 외측 칼럼(54)이 내측 칼럼(52)에 대하여 상대적으로 외측으로 위치되어 있어, 도 4와 같이 바람이 불어오는 방향에 위치한 외측 칼럼(54)이 내측 칼럼(52)보다 더욱더 신장되도록 힘을 받고, 그 반대편의 외측 칼럼(54)은 내측 칼럼(52)보다 더 압축되도록 힘을 받게 된다.
이에 따라, 바람에 의하여 송전탑(10)에 가해지는 에너지가 도 3의 상기 결합부(90)에 전달되어, 상기 제 2 볼트(100)와 제 2 구멍(93) 및 제 4 구멍(99)에 큰 에너지를 부가하게 된다. 따라서, 송전탑(10)에 반복적으로 가해지는 바람의 영향에 의하여 상기 결합부(90)는 내구성이 매우 취약해지게 되는 문제점이 야기된 다.
또한, 상기 기둥부(50)에 설치되는 결합부(90)의 간격이 넓을 경우에는 기둥의 길이가 그 횡단면의 치수에 비해 클 때, 기둥의 양단에 압축하중이 가해졌을 경우 하중이 어느 크기에 이르면 기둥이 갑자기 휘는 현상인 버클링(Buckling)에 취약한 문제점이 야기된다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 철탑의 기둥부에 적절한 간격으로 결합부를 설치하여 버클링을 예방하고, 외부 칼럼의 결합부는 슬롯이 형성되고 외부 칼럼의 결합부에 마찰 플레이트를 결합하여 바람에 의하여 전달되는 에너지를 마찰에너지로 흡수하도록 하여 내구력을 높인 철탑 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 철탑의 각 기둥부에 내측 칼럼과 나란히 위치되고, 소정 부분이 이격되어 두 부분으로 나뉘어진 외측 칼럼과, 상기 이격된 부분에 형성되는 슬롯과, 상기 슬롯의 외주면과 접하도록 마련되는 마찰 플레이트를 포함하여 구성되어지되, 상기 철탑에 전달되는 풍력에 의한 에너지를 상기 슬롯 외주면과 마찰 플레이트 사이의 마찰에 의하여 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구도 제공 한다.
그리고 상기 기둥부의 수평 단면 형상이 십자형이고, 외측 칼럼과 내측 칼럼의 수평 단면 형상이 L자형일 수 있다. 또한, 상기 외측 칼럼과 내측 칼럼 사이를 결합하는 결합부가 복수개 마련되고 상기 결합부의 외측 칼럼 부분에 슬롯이 형성될 수 있으며, 상기 결합부에는 슬롯의 외주면과 결합하는 보강 플레이트가 마련될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명이 적용된 철탑의 기둥부 일부 상세도이고, 도 6은 본 발명이 적용된 철탑의 기둥부 다른 상세도이다.
본 발명인 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구는 철탑의 각 기둥부(530)의 외측 칼럼(540)과 내측 칼럼(520) 사이를 앵글(940)과 볼트(980, 982)로 결합하는 제 1 결합부(901), 제 2 결합부(902), 제 3 결합부(903) 및 제 4 결합부(904)와, 상기 제 2 결합부(902) 및 제 3 결합부(903)의 외측 칼럼(540) 부분에 형성되는 슬롯(925) 및 상기 각 기둥부(530)의 내측 칼럼(520)과 나란히 위치되고 소정 부분이 이격되어 두 부분으로 나뉘어진 외측 칼 럼(540)의 이격부(1100)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에서는 철탑주주재는 내측 칼럼(520)에 해당되고, 보강재는 외측 칼럼(540)에 해당된다. 그리고 상기 기둥부(530)의 수평 단면 형상은 십자형이고, 외측 칼럼(540)과 내측 칼럼(520)의 수평 단면 형상은 L자형이다.
또한, 기둥의 길이가 그 횡단면의 치수에 비해 클 때, 기둥의 양단에 압축하중이 가해졌을 경우 하중이 어느 크기에 이르면 기둥이 갑자기 휘는 현상인 버클링(Buckling)이 일어나지 않도록 상기 기둥부(530)의 길이에 따라 상기 제 2 결합부(902) 및 제 3 결합부(903)의 수를 적당히 마련한다.
도 5와 같이, 하나의 기둥부(530)에 4개의 결합부(901, 902, 903, 904)를 마련한 경우에는 제 1 결합부(901) 및 제 4 결합부(904)의 외측 칼럼(540)에 제 1 구멍(920)이 형성되고, 내측 칼럼(520)에 제 2 구멍(930)이 형성되며, 상기 제 1 구멍(920) 및 제 2 구멍(930)의 외주면과 각각 접하는 제 1 보강 플레이트(965)가 2개 마련되고, 상기 제 1 보강 플레이트(965)에 각각에 접하는 앵글(940)이 마련된다.
그리고 상기 앵글(940)에는 제 3 구멍(960)과 제 4 구멍(990)이 형성되고, 상기 보강 플레이트(965)에는 제 5 구멍(962)과 제 6 구멍(992)이 형성되며, 상기 외측 칼럼(540)을 기준으로 상기 앵글(940)과 반대편에 제 1 와셔(880) 및 제 1 너트(970)가 마련되고, 내측 칼럼(520)을 기준으로 상기 앵글(940)과 반대편에 제 2 와셔(882) 및 제 2 너트(972)가 마련된다.
또한, 상기 제 1 결합부(901) 및 제 4 결합부(904)에는 상기 제 3 구 멍(960), 제 5 구멍(962), 제 1 구멍(920) 및 제 1 와셔(880)를 차례로 관통하여 제 1 너트(970)와 결합하는 제 1 볼트(980)가 마련되고, 제 4 구멍(990), 제 6 구멍(992), 제 2 구멍(930) 및 제 2 와셔(882)를 차례로 관통하여 제 2 너트(972)와 결합하는 제 2 볼트(982)도 마련된다.
한편, 중간에 위치된 제 2 결합부(902) 및 제 3 결합부(903)는 상기 제 1 결합부(901)와 같은 구조이고, 다만, 외측 칼럼(540)에 상기 제 1 구멍(920) 대신 슬롯(925)이 형성되고, 상기 슬롯(925)의 후면에 제 2 보강 플레이트(967)가 추가로 마련된다는 차이가 있다.
도 6의 상기 이격부(1100)는 이격된 부분 중에 상부에 형성되는 슬롯(1200)과, 상기 슬롯(1200)의 외주면 전면과 후면에 각각 접하도록 마련되는 제 1 마찰 플레이트(1300) 및 제 2 마찰 플레이트(1350)를 포함한다.
그리고 상기 이격된 부분 중에 하부에는 제 7 구멍(1500)이 형성되고, 상기 제 7 구멍(1500)의 외주면과 접하도록 제 3 보강 플레이트(1400) 및 제 4 보강 플레이트(1450)가 마련된다.
또한, 상기 제 1 마찰 플레이트(1300) 및 제 3 보강 플레이트(1400)와 접하는 제 1 연결 플레이트(1460)가 마련되고, 상기 제 2 마찰 플레이트(1350) 및 제 4 보강 플레이트(1450)와 접하는 제 2 연결 플레이트(1470)가 마련되며, 상기 제 2 연결 플레이트(1470)의 후방에 제 3 너트(1700) 및 제 4 너트(1750)가 마련된다.
상기 제 1 연결 플레이트(1460), 제 1 마찰 플레이트(1300), 슬롯(1200), 제 2 마찰 플레이트(1350) 그리고 제 2 연결 플레이트(1470)를 차례로 관통하여 제 3 너트(1700)와 결합하는 제 3 볼트(1600)가 마련되고, 상기 제 1 연결 플레이트(1460), 제 3 보강 플레이트(1400), 제 7 구멍(1500), 제 4 보강 플레이트(1450) 그리고 제 2 연결 플레이트(1470)를 차례로 관통하여 제 4 너트(1750)와 결합하는 제 4 볼트(1650)가 마련된다.
그리고 상기 이격부(1100)의 상부 구조와 하부 구조는 서로 위치가 바뀌어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 보강 플레이트(965), 제 2 보강 플레이트(967), 제 3 보강 플레이트(1400) 및 제 4 보강 플레이트(1450)는 마찰계수가 적은 스틸이 사용되고 상기 제 1 마찰 플레이트(1300) 및 제 2 마찰 플레이트(1350)는 마찰계수가 큰 황동이 사용된다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명 철탑구조의 작동을 설명하면 다음과 같다.
도 7은 도 6의 철탑 기둥부 작동 상태도이다.
도 7의 (a)와 같은 철탑의 일부분에 있어서, 상하부에 위치한 제 1 결합부(901) 및 제 4 결합부(904)는 고정 결합부이고, 중간에 위치한 제 2 결합부(902) 및 제 3 결합부(903)는 버클링 방지 결합부이며, 상기 이격부(1100)는 마찰부이다.
즉, 도 5와 같이 상기 제 1 결합부(901) 및 제 4 결합부(904)의 외측 칼럼(540)에는 슬롯이 형성되어 있지 않고 제 1 구멍(920)만 형성되어 단단히 고정된 결합부이며, 제 2 결합부(902) 및 제 3 결합부(903)는 외측 칼럼(540)에 슬롯(925)이 형성되고 마찰계수가 작은 제 1 보강 플레이트(965) 및 제 2 보강 플레이트(967)가 마련되어 버클링을 방지하는 버클링 방지 결합부이다.
그리고 도 6과 같이 상기 이격부(1100)는 이격된 부분 중에 상부에 형성되는 슬롯(1200)과 제 1 마찰 플레이트(1300) 및 제 2 마찰 플레이트(1350) 사이에 마찰이 발생되는 마찰부이다.
도 7의 (b)와 같이 풍력(1020)이 철탑에 작용하면 기둥부(530)는 유동되고, 이에 따라 고정 결합부인 제 1 결합부(901)와 제 4 결합부(904) 사이의 거리가 약간 벌어지면서 상기 이격부(1100)의 하부는 고정된 상태를 유지하고, 이격부(1100)의 상부는 상기 제 1 결합부(901)의 이동에 따라 슬롯(1200)이 상방으로 이동하면서 상기 슬롯(1200)의 외주면과 제 1 마찰 플레이트(1300) 및 제 2 마찰 플레이트(1350) 사이에 강한 마찰이 발생하여 상기 풍력(1020)에 의하여 전달된 에너지를 감쇠시킨다.
그리고 상기 제 1 결합부(901) 및 제 4 결합부(904)는 외측 칼럼(540)과 내측 칼럼(520)이 고정된 상태에서 이동되고, 이에 의하여 상기 제 2 결합부(902)는 외측 칼럼(540)의 슬롯(925)을 관통한 제 1 볼트(980)가 슬롯(925)의 하부로 약간 이동되며, 제 3 결합부(903)는 외측 칼럼(540)의 슬롯(925)을 관통한 제 1 볼트(980)가 슬롯(925)의 상부로 약간 이동된다.
이때, 상기 슬롯(925)의 외주면과 밀착된 제 1 보강 플레이트(965) 및 제 2 보강 플레이트(967) 사이에는 마찰 에너지가 매우 작게 발생한다.
따라서, 풍력(1020)이 철탑에 작용되면 기둥부(530)는 유동되고 상기 풍력(1020)에 의하여 전달되는 진동은 이격부(1100)의 상부에 마련된 상기 슬롯(1200)의 외주면과 제 1 마찰 플레이트(1300) 및 제 2 마찰 플레이트(1350) 사이 의 강한 마찰에 의하여 감쇠된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 철탑의 기둥부에 결합부가 적절히 배치되어 버클링이 방지되고 결합부에 슬롯과 마찰 플레이트가 마련되어 풍력에 의한 진동을 감쇠시켜 철탑의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 철탑의 각 기둥부(530)에 내측 칼럼(520)과 나란히 위치된 외측칼럼(540)의 이격부(1100)와;
    상기 이격부(1100)에 형성되는 슬롯(1200)과;
    상기 슬롯(1200)의 외주면과 접하도록 볼트(1600)로 결합되는 마찰 플레이트(1300, 1350);
    를 포함하여 구성되어지되,
    상기 철탑에 전달되는 풍력에 의한 에너지를 상기 슬롯(1200) 외주면과 마찰 플레이트(1300, 1350) 사이의 마찰에 의하여 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기둥부(530)의 수평 단면 형상이 십자형이고, 외측 칼럼(540)과 내측 칼럼(520)의 수평 단면 형상이 L자형인 것을 특징으로 하는 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 외측 칼럼(540)과 내측 칼럼(520) 사이를 결합하는 결합부(901, 902, 903, 904)가 복수개 마련되고, 상기 결합부(902, 903)의 외측 칼럼(540) 부분에 슬롯(1200)이 형성되는 것을 특징으로 하는 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용 한 철탑구조 마찰형 보강기구.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 결합부(902, 903)에는 슬롯(1200)의 외주면과 결합하는 보강 플레이트(965, 967)가 마련되는 것을 특징으로 하는 철탑주주재의 보강재 간 상대변위를 활용한 철탑구조 마찰형 보강기구.
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