KR100829412B1 - 교량용 탄성받침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량용 탄성받침에 관한 것으로, 상부구조물에 고정되는 상판과, 교각의 상부에 고정되는 하판과, 상기 상판과 상기 하판 사이에 마련되어 상기 상부구조물과 상기 교각 사이에서 발생되는 진동을 완충 및 면진하기 위한 탄성패드와, 상기 상판과 상기 하판에 각각 마련되어 상기 탄성패드에 압축력을 형성함과 동시에 상기 상판과 상기 하판의 상대적 이동에 따른 전단변형을 유도하여 프리세팅을 실시하는 프리세팅부를 구비하며, 이에 따라 탄성받침의 설치시 탄성패드에 압축력을 작용함과 동시에 전단력이 작용하도록하여 프리세팅을 실시할 수 있도록 함으로써 프리세팅시 발생하는 과도한 우력에 의한 탄성패드의 분리와, 탄성패드의 파손을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

교량용 탄성받침{elasticity support for bridge}

본 발명은 교량용 탄성받침에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교각과 상부구조물 사이에 설치되어 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중 및 온도변화와 충격하중, 수평력을 완충 및 면진(또는 분산)하는 탄성받침에 자체적으로 압축력을 가해줌과 동시에 전단변형을 유도하여 프리세팅이 가능한 교량용 탄성받침에 관한 것이다.

교량받침으로 주로 많이 사용하는 탄성받침은 하중지지 및 하중 전달기능뿐만 아니라 온도, 크리프, 건조수축 및 보의 처짐으로 발생되는 교량의 상부구조에 대한 신축변위를 수용하는 기능 및 지진력을 각각의 교대 및 교각에 분산시켜 지진에 대비하는 내진 및 면진 설계개념이다.

일반적으로 교량에 널리 사용하고 있는 탄성받침(10)은 도 1에 도시한 바와 같이 교량의 상부구조물이 적층되는 상판(12)과 교량의 교각에 안착되는 하판(14)과, 상판(12)과 하판(14) 사이에 마련되어 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중 및 온도변화와 충격하중, 수평력을 완충 및 면진(또는 분산)하는 탄성패드(16)를 구비한다.

이러한, 탄성받침(10)에서 탄성패드(16)는 내부에 다수의 보강철판(16a)을 중첩한 적층구조로 이루어지는 복합재료로서 열과 압력하에서 가황 접착처리로 제작된 고무패드의 상ㆍ하부를 보강철판(16a)으로 보강한 것이다.

이러한, 탄성받침(10)의 경우 교각 및 교대에 설치되어 평상시 교량 상부구조물에 대한 온도변화(-15℃ ~ +50℃)에 따라 신축변위량(신장량+수축량)을 탄성패드의 유효높이(H)에 대한 70% 또는 지진시 150% 범위 내에서 수평방향에 대한 전단변형을 수용하도록 되어 있다.

즉, 탄성받침(10)의 설계는 교량 상부구조물의 반력, 콘크리트 타설에 따른 건조수축과 크리프, 보의 처짐, 프리스트레스에 의한 탄성변형, 온도변화에 따른 수축량 및 신장량에 대한 총 신축량을 계산하여 탄성패드 높이를 고려한 탄성받침의 사양을 결정하는 것이다.

이때 탄성받침(10)의 설치 및 사용온도를 15℃를 기준으로 설계하여 탄성받침을 직사각형 단면 형태 그대로 설치하도록 구조계산서, 도면 및 시방서, 보고서에 명시하고 있다.

그러나 실제로 탄성받침(10)의 설치온도는 공사현장의 여건에 따라 구조물 설계시 기준온도인 15℃가 아닌 경우가 대부분이다. 따라서, 구조물의 실사용 온도 또는 평균적인 사용온도를 고려하여 산출한 후에 탄성받침(10)의 프리세팅을 실시하여 설치하고 있다.

이에 종래 기술에 따른 탄성받침(10)의 경우 프리세팅을 위하여 하판(14)(또는 상판(12))에 대하여 상판(12)(또는 하판(14))에 수평력(H)을 작용하여 상판(12)과 하판(14) 사이에 개재된 탄성패드(16)에 전단변형력을 작용하도록 하는 프리세팅을 실시하고 있다.

하지만 종래 기술에 따른 탄성받침(10)의 프리세팅의 경우 탄성패드(16)에 압력(상부구조물의 하중)을 가하는 별도의 압축력장치가 구비되어 있지 않기 때문에 상부구조물의 신축변화를 고려하여 프리세팅을 실시할 때 탄성패드(16)에 과도한 우력(M, 모멘트)만이 작용하게 된다.

이러한, 우력(M)은 도 1에 확대 도시한 바와 같이 상판(12)(또는 하판(14))과 탄성패드(16)와 접착력을 저하시키는 현상을 가져오며, 탄성패드(16)를 구성하는 보강철판(16a)과의 접착력을 저하시키는 현상을 초래한다.

상술한 바와 같은 현상이 발생될 경우 최종적으로는 상판(12)(또는 하판(14))과 탄성패드(16)가 분리될 수 있으며, 탄성패드(16) 자체가 파손될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 탄성받침의 프리세팅시에 탄성패드에 전단변형력을 가함과 동시에 압축력이 작용하도록 하 여 상판(또는 하판)과 탄성패드의 분리를 방지함과 동시에 탄성패드를 구성하는 보강철판과 고무패드의 접착력을 유지할 수 있도록 한 교량용 탄성받침을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 교량용 탄성받침은 상부구조물에 고정되는 상판과, 교각의 상부에 고정되는 하판과, 상기 상판과 상기 하판 사이에 마련되어 상기 상부구조물과 상기 교각 사이에서 발생되는 진동을 완충 및 내·면진하기 위한 탄성패드와, 상기 상판과 상기 하판에 각각 마련되어 상기 탄성패드에 압축력을 형성함과 동시에 상기 상판과 상기 하판의 상대적 이동에 따른 전단변형을 유도하여 프리세팅을 실시하는 프리세팅부를 구비한다.

상기 탄성패드는 상기 상판과 상기 하판에 각각 결합체에 의해 각각 결합된다.

상기 탄성패드는, 가황고무로 이루어진 고무패드와, 상기 고무패드의 내부에 소정의 간격으로 상기 고무패드가 삽입되어 적층되는 다수의 보강철판과, 상기 고무패드의 상면 및 하면에 각각 설치되는 엔드플레이트를 구비하며, 상기 각 엔드플레이트는 상기 상판과 상기 하판에 각각 결합체에 의해 체결된다.

상기 프리세팅부는, 상기 상판의 하부에 결합되어 면마찰에 의해 상기 상판을 수평방향으로 이동시켜 상기 상판과 상기 하판 사이에 마련된 상기 탄성패드에 전단력을 발생시키는 상판이동리브와, 상기 하판의 상부에 결합되어 미끄럼 현상에 의해 미끄러져 상기 상판과 상기 하판 사이에 압축력을 발생시키는 하판가압리브와, 상기 상판이동리브와 상기 하판가압리브 사이에 강제 삽입되어 상기 상판이동 리브와 면마찰을 발생시키고 상기 하판가압리브에 대하여 미끌어지는 경사쐐기를 구비한다.

상기 경사쐐기는 소정 길이의 바(bar)형태로 형성되고 하면은 상기 하판에 대하여 평행한 마찰면이 형성되며 상면은 하면에 대하여 선단부보다 후단부가 높게 형성되는 경사면이 형성되며, 상기 상판이동리브는 상기 상판이동리브의 단부에 상기 하판가압리브 측으로 절곡 연장되고 상기 경사쐐기의 상기 마찰면에 접하는 마찰돌기가 더 형성되고, 상기 하판가압리브는 상기 하판가압리브의 단부에서 상기 상판가압리브 측으로 절곡 연장되고 그 하면이 상기 하판가압리브의 길이방향으로 소정의 각도로 경사지며, 상기 경사쐐기의 경사면에 접하는 미끄럼돌기가 형성된다.

상기 하판가압리브의 상기 미끄럼돌기에는 스테인레스 재질의 슬라이드판이 부착되고, 상기 경사쐐기의 상기 경사면에는 상기 슬라이드판과의 마찰저항을 감소시키는 윤활성패드가 더 마련된다.

상기 윤활성패드는 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)판 또는 Du tape판에서 선택된다.

상기 마찰면에는 상기 경사쐐기의 삽입시 상기 상판이동리브의 선단부를 지지하는 걸림턱이 더 형성된다.

상기 상판이동리브와 상기 하판가압리브의 사이에 상기 경사쐐기를 강제 삽입시키기 위한 삽입장치를 더 구비한다.

상기 삽입장치는, 상기 하판가압리브의 일측면에 나사 결합되는 볼트체와, 상기 볼트체가 관통되어 삽입되고 상기 볼트체가 상기 하판가압리브에 삽입됨에 따라 일측부가 상기 경사쐐기의 단부를 가압하는 가압판을 구비한다.

상기 삽입장치는, 상기 하판가아리브의 일측을 지지하는 지그와, 상기 지그에 마련되어 상기 경사쐐기의 단부를 가압하여 상기 상판이동리브와 상기 하판가압리브의 사이에 상기 경사쐐기를 삽입하는 유압장치를 구비한다.

상기 하판가압리브는 상기 하판에 대하여 분리가능하게 마련된다.

본 발명에 따른 교량용 탄성받침은 설치시 탄성패드에 압축력을 작용함과 동시에 전단력이 작용하도록하여 프리세팅을 실시할 수 있도록 함으로써 프리세팅시 발생하는 과도한 우력에 의한 탄성패드의 분리와, 탄성패드의 파손을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 교량용 탄성받침을 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 각 구성요소들의 명칭은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이며, 정의된 각각의 명칭들은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭 될 수 있다. 그리고 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된 것으로, 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지는 않는다. 또한, 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있으며, 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다.

먼서 본 발명에 따른 교량용 탄성받침을 설명하기에 앞서 교량 구조물에 있어서 탄성받침의 기능을 첨부한 도 2를 참조하여 간략히 설명한다.

도 2는 교량용 탄성받침의 작용을 나타내기 위한 간략도이다. 교량(200)은 크게 상부구조물(202)과, 상부구조물(202)의 양단을 지지하는 교대(204)와, 교대(204)의 사이에 마련되어 상부구조물(202)의 하부를 지지하는 다수의 교각(206)으로 구성되며 각각의 구성은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

한편 상술한 바와 같은 교각(206)과 상부구조물(202)의 사이에는 교각(206)을 통해 상부구조물(202)로 전달되는 진동을 완충 및 내·면진하기 위한 탄성받침(100)이 마련되며, 이러한 탄성받침(100)은 다른 양방향 가동 교좌장치(216) 및 일방향 가동 교좌장치(216')와 조합되어 설치될 수 있다. 여기서 각 교좌장치(216, 216')에 대항 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 여지가 있어 그 설명은 생략하도록 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 교량용 탄성받침을 간략히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 교량용 탄성받침을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침을 나타낸 분해사시도이고, 도 5a는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침에서 프리세팅부의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침에서 삽입장치의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 6a 내지 도 6b는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침의 프리세팅 원리를 나타내기 위한 간략도이다.

삭제

도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 교량용 탄성받침은, 상부구조물(202)에 고정되는 상판(110)과, 교각(206)의 상부에 고정되는 하판(120)과, 상판(110)과 하판(120) 사이에 마련되어 교각(206)에서 상부구조물(202)로 전달되는(또는 상부구조물(202)에서 교각(206)으로 전달되는) 진동을 완충 및 내·면진(또는 분산)하기 위한 탄성패드(130)와, 상판(110)과 하판(120)에 각각 연결되어 탄성패드(130)에 상부구조물(202)에 의해 형성되는 압축력을 발생시킴과 동시에 상판(110)과 하판(120)의 이동에 따른 전단변형력을 발생시키는 프리세팅부(140)를 구비한다.

상기 상판(110)은, 교량의 상부구조물(202)의 하면에 고정되는 솔-플레이트(sole-plate)(202a)용접 또는 볼트 체결되어 고정되는 것으로, 사각 또는 직사각 형태의 판형태로 형성되며, 중앙부에 탄성패드(130)의 상부면이 별도의 결합체(예를 들어 볼트)에 의해 결합되기 위한 다수의 관통공(112)이 형성된다.

상기 하판(120)은, 교각(206)의 상단에 타설되는 베드블록(206a)에 안착되어 고정되는 것으로, 중앙부에 탄성패드의 하부면이 별도의 결합체(예를 들어 볼트)에 의해 결합되기 위한 다수의 관통공(122)이 형성되며, 하판(120)의 하부에는 교각(206)의 베드블록(206a)에 삽입되어 고정되는 다수의 앵커소켓(124)이 마련된다.

상기 탄성패드(130)는, 가황고무로 이루어진 고무패드(132)와, 고무패드(132)의 내부에 소정의 간격으로 고무패드(132)가 삽입되어 적층되는 다수의 보강철판(134)과, 고무패드(132)와 상ㆍ하면에 설치되는 앤드플레이트(136)가 일체로 압착되어 형성된다. 이러한, 탄성패드(130)의 앤드플레이트(136)에는 상술한 상판(110)과 하판(120)에 형성되는 다수의 관통공(112, 122)을 관통하는 별도의 결합체(미도시)에 의해 결합되기 위한 다수의 나사공(136a)이 형성된다.

상기 프리세팅부(140)는 상판(110)과 하판(120)의 사이에 마련되어 하판(120)에 의해 탄성패드(130)에 압축력을 부여함과 동시에 가해지는 압축력에 의해 상판(110)이 이동되면서 탄성패드(130)에 전단력을 부여하는 것이다.

여기서, 프리세팅부(140)는 상판(110)과 하판(120) 사이에 마련되는 탄성패드(130)의 양측에 대칭되는 방향의 한쌍으로 마련되는 것으로, 각각의 설명은 생략하고, 일측의 프리세팅부(140)에 대하여만 설명하도록 한다.
한편 여기서, 프리세팅부(140)에 의해 실시되는 프리세팅이라 함은 교각(206)과 상부구조물(202)의 사이에 위치하는 탄성받침(100)에 상부구조물(202)의 변형을 대비하여 상부구조물(202)의 예상 변형을 추정하여 탄성받침(100)의 변형량을 미리 변형시키는 것이다.
즉, 탄성받침(100)을 구성하는 상판(110)과 하판(120)의 이동 거리를 미리 변형시켜 놓은 상태에서 교각(206)과 상부구조물(202) 사이에 설치하여 상부구조물(202)의 변형에 대응하기 위한 것이다.

이러한 프리세팅부(140)는 상판(110)의 하부에 결합되어 면마찰에 의해 상판(110)을 이동시켜 상판(110)과 하판(120) 사이에 마련된 탄성패드(130)에 전단력을 부여하는 상판이동리브(142)와, 하판(120)의 상부에 결합되어 미끄럼 현상에 의해 미끄러져 상판(110)과 하판(120) 사이에 압축력을 발생시키는 하판가압리브(144)와, 상판이동리브(142)와 하판가압리브(144) 사이에 강제 삽입되어 상판이 동리브(142)와 면마찰을 발생시키고 하판가압리브(144)에 대하여 미끌어지는 경사쐐기(146)와, 상판이동리브(142)와 하판가압리브(144) 사이에 경사쐐기(146)를 강제 삽입시키기 위한 삽입장치(145)를 구비한다.

여기서, 상판이동리브(142)는 상판(110)의 하부에서 하판(120) 측으로 연장되어 형성되며, 그 단부에 하판가압리브(144)측으로 절곡 연장되는 마찰돌기(142a)가 돌출되어 형성된다. 이러한 마찰돌기(142a)는 상술한 경사쐐기(146)의 하면에 접하도록 형성된다.

그리고, 하판가압리브(144)는 하판(120)의 상부에서 상판(110)측으로 연장되어 형성되며, 그 단부에 상판이동리브(142)측으로 절곡 연장되며, 하판가압리브(144)의 길이방향으로 소정의 각도로 경사지는 미끄럼돌기(144a144a)가 돌출되어 형성된다. 이러한 미끄럼돌기(144a144a)는 상술한 경사쐐기(146)의 상면에 접하도록 형성된다.

한편, 하판가압리브(144)는 도 5a에 도시한 바와 같이 하판(120)에 대하여 분리가능하게 설치될 수 있다. 이러한 경우 하판(120')의 측단에는 하판가압리브(144')가 설치되기 위한 장착부(125)가 함입되어 형성되며, 하판가압리브(144')의 단부는 장착부(125)에 삽입되어 별도의 볼트결합체(125b)에 의해 분리가능하게 설치된다. 이러한, 하판가압리브(144')에는 볼트결합체(125b)가 관통하여 삽입되는 관통홀(144a)이 형성되며, 장착부(125)에는 관통홀(144a)을 통과한 볼트결합체(125b)가 결합되는 나사홀(125a)이 형성된다.

이와 같이 하판가압리브(144')를 분리가능하게 형성하는 이유는 기 설명된 탄성받침(100)의 경우 상판이동리브(142)와, 하판가압리브(144)에 의해 상판(110) 및 하판(120)의 이동경로가 일방향으로 제한되도록 하여 일방향 가동 탄성받침(100)의 역할을 수행하도록 한 것이며, 하판가압리브(144')를 분리하였을 경우에는 하판가압리브(144)에 의해 이동이 제한되던 상판이동리브(142)의 구속이 해제되어 양방향 가동 탄성받침(100)의 역할을 수행하도록 한 것이다.(도 8a 내지 8b 참조)

또한, 경사쐐기(146)는 소정 길이의 바(bar)형태로 형성되며, 하면은 하판(120)의 형성방향과 평행한 방향으로 마찰면(146c)이 형성되며, 상면은 하면에 대하여 선단부보다 후단부가 높게 형성되는 경사면(146a)이 형성된다.

한편, 마찰면(146c)의 후단에는 경사쐐기(146)가 마찰돌기(142a)와 미끄럼돌기(144a144a) 사이로 삽입될 때 마찰돌기(142a)의 선단을 지지하는 걸림턱(146d146d)이 더 형성될 수 있다. 이러한 걸림턱(146d146d)은 마찰면(146c)과 마찰돌기(142a) 사이의 마찰력이 경사면(146a)과 미끄럼돌기(144a144a) 사이의 마찰력에 대하여 같거나 작을 경우 마찰돌기(142a)의 선단부를 지지하여 상판이동리브(142)를 이동시키기 위해서이다.

여기서 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)은 상판이동리브(142)에 형성되는 마찰돌기(142a)와 접하여 마찰돌기(142a)와의 접촉에 의해 형성되는 마찰력에 의해 마찰돌기(142a)를 이동시켜 경사쐐기(146)의 삽입방향으로 이동되도록 한다.

그리고 경사쐐기(146)의 경사면(146a)은 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a)에 접하며 미끄럼돌기(144a144a)에 대하여 미끌어지면서 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a)에 의해 경사쐐기(146)의 삽입방향에 대하여 직교한 방향으로 가압되어 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)을 지지하는 상판이동리브(142) 및 상판이동리브(142)가 결합된 상판(110)을 하판측으로 가압하여 탄성패드(130)에 압축력을 가하도록 한다.

여기서, 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a)와 경사쐐기(146)의 경사면(146a)에는 각 면의 마찰력을 줄이기 위하여 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a)에는 스테인레스재질의 슬라이드판(144b144b)이 부착되고, 경사쐐기(146)의 경사면(146a)에는 슬라이드판(144b144b)과의 마찰저항을 감소시키는 윤활성패드(146b)가 더 마련된다.

이러한, 윤활성패드(146b)는 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)판 또는 Du tape판(상품명) 등에서 선택적으로 사용될수 있으며, PTFE판 및 Du tape판은 공지된 기술이므로 생략하도록 한다.

이하, 도 6a 내지 도 6b를 참조하여 상술한 상판이동리브(142)와, 하판가압리브(144) 및 상판이동리브(142)와 하판가압리브(144) 사이로 개재되는 경사쐐기(146)와의 상호 관계를 상세히 설명한다.

먼저, 도 6a를 참조하여 상판이동리브(142) 및 하판가압리브(144)와, 상판이동리브(142)와 하판가압리브(144) 사이로 개재되는 경사쐐기(146)의 상호 결합관계를 다시 한번 설명한다. 상판이동리브(142)는 상판(110)의 하부에 마련되고, 하판가압리브(144)는 하판(120)의 상부에 마련되며, 상판이동리브(142)에 형성된 마찰돌기(142a)의 상측과 하판가압리브(144)에 형성된 미끄럼돌기(144a144a)의 하측에 경사쐐기(146)가 삽입되도록 마련된다.

이에 도 6b에 도시한 바와 같이 마찰돌기(142a)와 미끄럼돌기(144a144a) 사이로 경사쐐기(146)가 삽입됨에 따라 경사쐐기의 마찰면이 마찰돌기에 접하게 되고, 경사쐐기의 경사면이 미끄럼돌기에 접하게 된다.

이에 경사쐐기(146)의 경사면(146a)과 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a) 사이에는 미끄럼이 발생되고, 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)과 마찰돌기(142a) 사이에는 마찰력이 발생한다.

따라서, 경사쐐기(146)의 경사면(146a)과 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a) 사이에는 미끄럼이 발생되고, 미끄럼이 발생되면서 경사쐐기(146)의 삽입에 따라 하판가압리브(144)는 경사쐐기(146)의 삽입방향에 직교한 방향으로 가압된다.

이에 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)과 상판이동리브(142)의 마찰돌기(142a) 사이에는 마찰력이 발생하여 경사쐐기(146)의 삽입방향을 따라 마찰돌기(142a)가 형성된 상판이동리브(142)가 이동되고, 상판이동리브(142)가 결합된 상판(110)이 따라 이동되는 것이다.

여기서, 경사쐐기(146)의 경사면(146a)과 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a) 사이에서 발생하는 마찰력과 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)과 상판이동리브(142)의 마찰돌기(142a) 사이의 마찰력의 상관관계를 수식을 통하여 설명한다.

먼저, 탄성패드(130)의 압축변형에 의한 하중(P)은 하기의 [식1]에 의해 산출된다.

[식1]

여기서,

는 탄성패드(130)의 압축변형에 의한 하중이고,

는 탄성패드의 압축스프링계수,

는 쐐기를 밀어 넣었을 때의 압축변형량이다.

이때, 경사쐐기(146)의 경사면(146a)과 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a) 사이에서 발생하는 마찰 저항력은 하기의 [식2]에 의해 산출된다.

[식2]

여기서,

은 미끄럼돌기(144a144a)의 슬라이드판(144b144b)과 경사면(146a)의 윤활성패드(예를 들어 PTFE)(146b) 사이의 마찰계수이다.

그리고, 외력(H)에 의하여 미끄럼돌기(144a144a)의 슬라이드판(144b144b)과 경사면(146a)의 윤활성패드(예들 들어 PTFE)(146b) 사이에 가해지는 힘(H)은 하기의 [식3]에 의해 산출된다.

[식3]

한편, 경사쐐기(146)의 삽입에 따라 수평방향으로

, 수직방향으로

만큼 이동시 가해지는 외력 H는 하기의 [식4]에 의해 산출된다.

[식4]

여기서,

는 탄성패드의 전단스프링계수이다. 이때 슬라이드판(144b144b)과 윤활성패드(예들 들어 PTFE)(146b) 사이의 마찰계수는

이고, 마찰면(146c)과 마찰돌기(142a) 사이의 마찰계수는

이다.

따라서 경사쐐기(146)의 경사면(146a)과 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a) 사이에서 발생하는 마찰력과 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)과 상판이동리브(142)의 마찰돌기(142a) 사이의 마찰력의 차이에 따라 경사쐐기(146)가 삽입됨에 따라 마찰돌기(142a)가 형성된 상판이동리브(142)가 이동되고, 상판이동리브(142)가 결합된 상판(110)이 따라 이동되는 것이다.

한편 삽입장치(145)는 상판이동리브(142)의 마찰돌기(142a)와 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a)에 의해 형성된 공간에 경사쐐기(146)를 강제 삽입하기 위한 것으로, 경사쐐기(146)의 삽입방향의 하판가압리브(144)의 일측면에 나사 결합되는 다수의 볼트체(148)와, 일측이 볼트체(148)가 관통되어 삽입되고 타측이 볼트체(148)가 하판가압리브(144)에 삽입됨에 따라 경사쐐기(146)의 단부를 가압하는 가압판(147)을 구비한다.

여기서, 경사쐐기(146)를 삽입하기 위한 장치로 볼트체(148)와 볼트체(148)에 결합된 가압판(147)을 일예로 하여 설명하였으나, 도 5b에 도시한 바와 같이 탄성받침(100)(또는 교각(206) 등)에 고정되는 별도의 지그(145b)와, 지그(145b)에 지지되는 유압장치(145a)(또는 공압장치)에 의해 구성되는 삽입장치(145')에 의해 경사쐐기(146)를 가압하여 삽입할 수도 있을 것이다. 1

이에 따라, 본 발명에 따른 교량용 탄성받침의 설치를 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 이하에서 언급되는 각각의 요소들은 상술한 설명과 도면을 참조하여 이해하여야 한다.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침의 설치를 나타낸 설치상태도이다.

본 발명에 따른 탄성받침(100)의 설치를 설명함에 있어 본 발명에 따른 탄성받침(100)을 별도의 생산공장에서 각 구성부(예를 들어 상판(110), 하판(120), 탄성패드(130), 프리세팅부(140) 등)가 조립된 상태로 설치현장으로 이송될 수 있으며 설치현장에서 조립되어 설치될 수 있다. 따라서 탄성받침(100)에 대한 조립과정은 생략하도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 탄성받침(100)은 교량(200)의 상부구조물(202)과 교각(206) 사이에 개재되는 것으로 통상의 교량(200)에 복수개의 탄성받침(100)이 설치될 수 있으나 본 발명에서는 하나의 탄성받침(100)의 설치를 일예로 하여 설명한다.

먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이 건설되는 교각(206)의 상단에 탄성받침(100)을 고정시키기 위한 베드블록(206a)을 타설한다. 이때 타설되는 베드블록(206a)에는 탄성받침(100)에 결합된 앵커소켓(124)이 삽입되기 위한 별도의 슬리브(206b)가 삽입되며 베드블록(206a)의 양생에 따라 교각(206)에 고정된다.

이후, 교각(206)의 상부에 탄성받침(100)을 안착시키면, 탄성받침(100)의 각 앵커소켓(124)이 베드블록(206a)의 슬리브(206b)에 삽입되며, 슬리브(206b)에 무수축몰탈(16c)을 타설하여 탄성받침(100)을 교각(206)에 고정한다.

이때 교각(206)에 고정되는 탄성받침(100)은 최초 조립된 초기 상태로 별도의 프리세팅이 되지 않은 상태이다. 이에 도 7b에 도시한 바와 같이 교량(200)의 상부구조물(202)의 설치 시와 실사용 시의 온도편차에 따른 길이변형 및 상부구조물(202)의 양생에 따른 건조수축 등을 고려하여 탄성받침(100)의 프리세팅을 실시한다.

여기서, 탄성받침(100)의 프리세팅은 탄성받침(100)의 프리세팅부(140)에 마련된 삽입장치(145)를 이용하여 프리세팅부(140)의 경사쐐기(146)를 가압하여 상판이동리브(142)와, 하판가압리브(144) 사이에 삽입함으로써 수행할 수 있다.

즉, 상부구조물(202)의 변형을 고려하여 상판(110)과 하판(120) 사이에 마련된 탄성패드(130)를 가압함과 동시에 탄성패드(130)에 전단력을 부여하여 프리세팅을 수행하는 것이다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 먼저 교각(206)의 베드블록(206a)에 고정된 탄성받침(100)에 마련된 프리세팅부(140)의 각 볼트체(148)를 회전시켜 하판가압리브(144)에 삽입시킴에 따라 각 볼트체(148)에 마련된 가압판(147)이 경사쐐기(146)를 가압하게 된다.

이에 경사쐐기(146)가 가압됨에 따라 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)이 상판이동리브(142)의 마찰돌기(142a)에 접하게 되고, 경사쐐기(146)의 경사면(146a)이 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a)에 접하게 된다.

한편, 경사쐐기(146)의 삽입이 진행됨에 따라 하판가압리브(144)의 미끄럼돌기(144a144a)는 경사쐐기(146)의 경사면(146a)과 접하고 미끄럼돌기(144a144a)와 경사면(146a) 사이의 미끄럼 현상에 의해 미끌어지면서 하판가압리브(144)가 경사쐐기(146)의 경사면(146a)에 의해 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)에 대하여 이격되는 방향으로 이동된다.

이때, 상판이동리브(142)의 마찰돌기(142a)는 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)과의 마찰저항에 의해 마찰돌기(142a)와 마찰면(146c)이 밀착된 상태를 유지하며, 이에 상판이동리브(142)가 경사쐐기(146)의 삽입을 따라 이동된다.

즉, 경사쐐기(146)의 경사면(146a)과 미끄럼돌기(144a144a) 사이에서 발생하는 마찰력과, 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)과 마찰돌기(142a) 사이에서 발생하는 마찰력의 차이에 의해 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)에 접하는 마찰돌기(142a)는 경사쐐기(146)의 이동을 따라 이동되고, 경사쐐기(146)의 경사면에 접하는 미끄럼돌기(144a144a)는 경사쐐기(146)의 이동에 따라 경사면(146a)을 미끌어지면서 미끄럼돌기(144a144a)에 의해 경사쐐기(146)가 하판 측으로 가압되는 현상이 발생한다.

이에 경사쐐기(146)가 하판(120) 측으로 가압됨에 따라 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)을 지지하는 마찰돌기(142a)가 가압되고, 마찰돌기(142a)가 형성된 상판이동리브(142)가 마찰면(146c)과 마찰돌기(142a)의 마찰력에 의해 경사쐐기(146)의 삽입방향으로 이동되면서 하판(120) 측으로 가압된다.

따라서 상판(110)과 하판(120) 사이에 마련된 탄성패드(130)에는 상판(110) 과 하판(120)에 의한 압축력이 작용하게 되고, 상판(110)은 경사쐐기(146)의 마찰면(146c)과 상판이동리브(142)의 마찰돌기(142a)와의 마찰력에 의해 경사쐐기(146)의 삽입 방향으로 이동되면서 탄성패드(130)에 전단력을 작용하게 된다.

한편 상술한 과정에서 마찰면(146c)과 마찰돌기(142a) 사이의 마찰력이 경사면(146a)과 미끄럼돌기(144a144a) 사이의 마찰력에 대하여 같거나 작을 경우에는 경사쐐기(146)의 마찰면(146a)의 후단에 형성된 걸림턱(146d146d)에 의해 상판이동리브(142)가 이동된다.

이후, 도 7c에 도시한 바와 같이 교각(206)에 대한 탄성받침(100)의 설치 및 프리세팅이 완료되면 탄성받침(100)의 상부로 교량(200)의 상부구조물(202)을 설치한다(도 7d 참조). 이때 탄성받침(100)에 설치되는 상부구조물(202)에는 탄성받침(100)과 상부구조물(202)을 연결하기 위한 솔-플레이트(202a)가 더 마련되며, 솔-플레이트(202a)와 탄성받침(100)의 결합은 용접 또는 볼트에 의해 결합될 수 있다.

그리고 교량(200)의 상부구조물(202)의 설치가 완료되면, 도 7e에 도시한 바와 같이 탄성받침(100)의 프리세팅을 해제한다. 탄성받침(100)의 프리세팅을 해제하는 과정은 먼저 하판가압리브(144)에 삽입된 볼트체(148)를 회전시켜 볼트체(148)를 분리함에 따라 볼트체(148)에 의해 가압되던 가압판(147)이 이동되면서 가압판(147)에 의해 가해지던 압력이 해제된다. 한편 가압판(147)에 의해 가해지던 압력이 해제됨에 따라 경사쐐기(146)에 가해지던 압력이 사라지고 경사쐐기(146)를 제거한다.

한편 경사쐐기(146)가 제거됨에 따라 경사쐐기(146)에 의해 가압되던 상판이동리브(142)와, 하판가압리브(144)의 압력이 제거되어 상판이동리브(142)가 결합된 상판(110)과, 하판가압리브(144)가 결합된 하판(120)의 각각 교량의 상부구조물(202)과 교각(206)에 의해 지지된다.

이에 상판(110)과 하판(120) 사이에 마련되는 탄성패드(130)에 가해지는 진동(예를 들어 교각(206)을 통해 상부구조물(202)로 전달되는 진동 또는 상부구조물(202)에서 교각(206)으로 전달되는 진동)에 완충력을 발휘한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 탄성받침(100)은 교량(200)의 교각(206)들 중 중앙부에 위치하는 다수의 교각(206)에 설치되어 교각(206)을 통해 상부구조물(202)로 전달되는 진동(또는 상부구조물(202)에서 교각(206)으로 전달되는 진동)에 완충력을 발휘한다. 이때 상부구조물(202)의 외측에 위치하는 교각(206)에는 일방향/양방향 가동단 교좌장치(미도시)가 더 설치될 수 있다.

즉, 중앙부에 설치되는 본 발명의 탄성받침(100)에 의해 교각(206)을 통해 상부구조물(202)로 전달되는 진동(또는 상부구조물(202)에서 교각(206)으로 전달되는 진동)에 완충력을 발휘하면서 교량(200)의 상부구조물(202)을 지지한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

예를 들어 본 발명에 따른 교량용 탄성받침에 다른 부가적인 기능을 가진 구성요소를 추가하거나, 또는 다른 구성요소로 교체하여 실시할 수 있을 것이다. 그러나 변형된 다른 실시예가 본 발명의 필수구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 탄성받침에서의 프리세팅을 나타낸 간략도이다.

도 2는 교량용 탄성받침의 작용을 나타내기 위한 간략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 교량용 탄성받침을 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침을 나타낸 분해사시도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침에서 프리세팅부의 다른실시예를 나타낸 사시도이다.

도 5b는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침에서 삽입장치의 다른실시예를 나타낸 사시도이다.

삭제

도 6a 내지 도 6b는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침의 프리세팅 원리를 나타내기 위한 간략도이다.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침의 설치를 나타낸 설치상태도이다.

도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 따른 교량용 탄성받침의 사용에 따른 설치상태를 나타낸 상태도이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

100 : 탄성받침 110 : 상판

120 : 하판 142 : 상판이동리브

144 : 하판가압리브 145 : 삽입장치

146 : 경사쐐기

Claims (12)

1. 상부구조물(202)에 고정되는 상판(110)과, 교각(206)의 상부에 고정되는 하판(120), 상기 상판(110)과 상기 하판(120) 사이에 마련되어 상기 상부구조물(202)과 상기 교각(206) 사이에서 발생되는 진동을 완충 및 면진하기 위한 탄성패드(130)를 구비하는 교량용 탄성받침에 있어서,

   상기 상판(110)의 하부에 결합되어 면마찰에 의해 상기 상판(110)을 수평방향으로 이동시켜 상기 상판(110)과 상기 하판(120) 사이에 마련된 상기 탄성패드(130)에 전단력을 발생시키는 상판이동리브(142)와,

   상기 하판(120)의 상부에 결합되어 미끄럼 현상에 의해 미끄러져 상기 상판(110)과 상기 하판(120) 사이에 압축력을 발생시키는 하판가압리브(144)와,

   상기 상판이동리브(142)와 상기 하판가압리브(144) 사이에 강제 삽입되어 상기 상판이동리브(142)와 면마찰을 발생시키고 상기 하판가압리브(144)에 대하여 미끌어지는 경사쐐기(146)를 구비하며,

   상기 경사쐐기(146)가 가압되어 삽입됨에 따라 상기 탄성패드(130)에 압축력을 형성함과 동시에 상기 상판(110)과 상기 하판(120)의 상대적 이동에 따른 전단변형을 유도하여 프리세팅을 실시하는 프리세팅부(140)를 구비하는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탄성패드(130)는

   상기 상판(110)과 상기 하판(120)에 각각 결합체에 의해 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.
3. 제 1항에 있어서, 상기 탄성패드(130)는,

   가황고무로 이루어진 고무패드(132)와,

   상기 고무패드(132)의 내부에 소정의 간격으로 상기 고무패드(132)가 삽입되어 적층되는 다수의 보강철판(134)과,

   상기 고무패드(132)의 상면 및 하면에 각각 설치되는 엔드플레이트(136)를 구비하며,

   상기 각 엔드플레이트(136)는 상기 상판(110)과 상기 하판(120)에 각각 결합체에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 경사쐐기(146)는 소정 길이의 바(bar)형태로 형성되고 하면은 상기 하판(120)에 대하여 평행한 마찰면(146c)이 형성되며 상면은 하면에 대하여 선단부보다 후단부가 높게 형성되는 경사면(146a)이 형성되며,

   상기 상판이동리브(142)는 상기 상판이동리브(142)의 단부에 상기 하판가압리브(144) 측으로 절곡 연장되고 상기 경사쐐기(146)의 상기 마찰면(146c)에 접하는 마찰돌기(142a)가 더 형성되고,

   상기 하판가압리브(144)는 상기 하판가압리브(144)의 단부에서 상기 상판이동리브(142) 측으로 절곡 연장되고 그 하면이 상기 하판가압리브(144)의 길이방향으로 소정의 각도로 경사지며, 상기 경사쐐기(146)의 경사면(146a)에 접하는 미끄럼돌기(144a)가 형성되는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 하판가압리브(144)의 상기 미끄럼돌기(144a)에는 스테인레스 재질의 슬라이드판(144b)이 부착되고,

   상기 경사쐐기(146)의 상기 경사면(146a)에는 상기 슬라이드판(144b)과의 마찰저항을 감소시키는 윤활성패드(146b)가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.
7. 제 6항에 있어서, 상기 윤활성패드(146b)는

   PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)판 또는 Du tape판에서 선택되어 지는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.
8. 제 5항에 있어서, 상기 마찰면(146c)에는

   상기 경사쐐기(146)의 삽입시 상기 상판이동리브(142)의 선단부를 지지하는 걸림턱(146d)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 교량용탄성받침.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 상판이동리브(142)와 상기 하판가압리브(144)의 사이에 상기 경사쐐기(146)를 강제 삽입시키기 위한 삽입장치(145, 145')를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.
10. 제 9항에 있어서, 상기 삽입장치(145)는,

    상기 하판가압리브(144)의 일측면에 나사 결합되는 볼트체(148)와,

    상기 볼트체(148)가 관통되어 삽입되고 상기 볼트체(148)가 상기 하판가압리브(144)에 삽입됨에 따라 일측부가 상기 경사쐐기(146)의 단부를 가압하는 가압판(147)을 구비하는 것을 특징으로하는 교량용 탄성받침.
11. 제 9항에 있어서, 상기 삽입장치(145, 145')는,

    상기 하판가압리브(144)의 일측을 지지하는 지그(145b)와,

    상기 지그(145b)에 마련되어 상기 경사쐐기(146)의 단부를 가압하여 상기 상판이동리브(142)와 상기 하판가압리브(144)의 사이에 상기 경사쐐기(146)를 삽입하는 유압장치(145a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 하판가압리브(144)는 상기 하판(120)에 대하여 분리가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 교량용 탄성받침.

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