KR100939183B1 - 지진시 수평강성을 갖는 개선된 일체형 탄성받침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교각과 상부구조물(상판) 사이에 설치되어 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중 및 온도변화와 충격하중, 수평력을 적절하게 받아주는 탄성패드(이하 "탄성체" 라 함)를 갖는 일체형 탄성받침에 관한 것이다.

본 발명은 내측에 보강판 다수가 형성되어 있고, 하부의 하부엔드플레이트가 고장력볼트를 매개로 하답에 고정되어지며, 상부의 상부엔드플레이트가 상답의 상부쐐기에 고장력볼트를 매개로 고정되어지는 탄성체를 포함하는 일체형 탄성받침에 있어서, 상기 탄성체(240)의 상부에 얹혀짐과 동시에 탄성체(240)의 상부 엔드플레이트(243)에 고장력볼트(233)를 매개로 고정되어지는 상부쐐기(232)의 구조를 상기 탄성체(240) 측면과 마주하는 쪽의 면이 위에서 아래로 가면서 점진적으로 멀어지는 기울기를 가지는 경사면(300)을 형성하여 강진시 탄성체(240)의 수평강성 증가와 수평강성 증가에 의한 탄성체(240)의 지나친 수평변위 억제 및 수직력에 저항하는 탄성체(240)의 유효면적이 증가되는 일체형 탄성받침에 의해 달성된다.

탄성받침, 탄성체, 하부엔드플레이트, 상부엔드플레이트, 하답, 상답, 고장력볼트, 상부쐐기, 하부쐐기, 볼트삽입구멍, 하부앙카, 상부앙카, 경사면

Description

지진시 수평강성을 갖는 개선된 일체형 탄성받침{improve elastomeric bearing with high-stiffness in horizontal direction under earthquake}

본 발명은 교각과 상부구조물(상판) 사이에 설치되어 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중 및 온도변화와 충격하중, 수평력을 적절하게 받아주는 탄성패드(이하 "탄성체" 라 함)를 갖는 일체형 탄성받침에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄성체에 얹혀지는 상답(받침)에 기울어진 경사면을 가지는 상부쐐기를 설치하여 강진 발생시 탄성체의 강성을 높힘으로써 과도한 수평변위가 일어나는 것을 억제시킴과 동시에 수평변위에 따른 탄성체의 손상을 예방할 수 있으며, 강진시 유효면적의 증대로 좌굴현상에 대한 안전성을 확보할 수 있는 발명에 관한 것이다.

일반적으로 교량용 탄성받침은 교각과 상부구조물 사이에 시공되어 상부구조

물로부터 전달되는 수직 하중을 받아줌과 동시에 이동 및 회전에 의한 수평력을 정적으로 흡수하여 교량의 내진 기능을 원활하게 하고, 계절의 온도변화, 바람, 지진 등의 충격에 따른 신축작용(수축, 팽창)을 원활하게 받아주어 교량의 안전을 도모하게 된다.

상기와 같이 시공 사용되어지는 일반적인 탄성받침은 앵커볼트가 교각의 몰 탈에 의해 매설되는 하답과, 상부구조물에서 발생하는 수직 하중 및 신축(수축, 팽창), 회전등의 교축방향 변형(수평력)을 흡수해주는 탄성체가 하답의 상면에 안착되어지고, 상기 탄성체에 얹혀진 상태에서 상부구조물이 설치되는 상답으로 이루어져 있다.

상기 상,하답 사이에 설치되는 탄성체는 신축 변형이 발생할 때 내구성을 높이기 위한 보강판이 내부에 등간격을 이루며 매입 형성되어 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 탄성받침은 하답에 설치되어지는 하부쐐기와 상기 하부쐐기의 내측으로 위치하는 상답의 상부쐐기의 구조에 따라 고정단과 가동단으로 대분되어지게 되는데, 고정단은 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중을 받아줌과 동시에 이동하는 차량에 의해 발생하는 좌,우 수평력을 받아주는 것이고, 가동단은 상부구조물이 계절의 온도 차이에 의해 발생하는 수축, 팽창에 의한 신축작용을 받아주는 것이다.

상기와 같이 구분되는 탄성받침은, 교량에 혼합(혼용) 시공되어져 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중과, 좌,우 수평력 및 온도 변화에 의해 발생하는 상부구조물의 신축(수축, 팽창)을 받아줄 수 있도록 하였다.

상기 상부구조물로부터 상기에서 기술한 현상이 나타나면, 하답과 상답 사이에 설치되어진 탄성체가 신축 변형되어 지게 된다.

상기와 같이 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중과, 좌,우 수평력 및 온도 변화에 의해 신축변형되어 수평변위가 증가하면, 탄성체의 일측하단과 대각선 타측상단에 인장응력이 발생하여 탄성체와 상,하답 사이에 간극이 발생하게 되고, 이로 인하여 접지면적의 감소에 따른 미끄럼이 발생하는 문제가 야기된다.

상기한 문제점은 도1에서와 같이 탄성체(130)가 상,하답(110)(120) 사이에 분리 구성된 탄성받침(100)에서 많이 발생한다.

도1에서와 같이 탄성체(130)가 상,하답(110)(120) 사이에 분리 구성될 경우, 상부구조물(1)의 수평, 구배에 따른 레벨에 문제가 있을 때 또는 수평력 발생에 따라 상답(110)이 탄성탄(130)에 긴밀하게 밀착되어지지 못하고 간극(△t)이 발생하기도 한다.

상기한 분리형 탄성받침의 단점을 해결하기 개발된 탄성받침이 특허 제484564호이다.

상기의 선등록발명은 보강판이 등간격을 이루며 매입 설치된 탄성체의 상하면에 표면이 외부로 들어나도록 상,하 엔드플레이트가 각각 가황접착 형성되고, 상기 상,하엔드플레이트에 고강도 강판접착제에 의해 상,하 고정플레이트가 고정되며, 상기 상,하 고정플레이트 각각에 상,하답이 볼트에 의해 고정되어 탄성체에 대하여 상,하답을 일체화시킨 것이다.

상기의 선등록발명은 탄성체와 상,하답을 일체화 함으로써, 전술한 분리형 탄성받침에서 나타나는 문제점을 어느 정도 해결한 반면, 엔드플레이트와 고정플레이트가 접착에 의해 고정된 것이어서 상부구조물로부터 전달되는 수직 하중과, 좌,우 수평력 및 온도 변화에 의해 탄성체에 수평변위가 발생하였을때 상부엔드플레이트와 상부고정플레이트에 수평변위가 집중되어지게 되고, 그로 인하여 상부엔드플레이트와, 상부고정플레이트 사이의 접착면에서 균열이 발생하는 문제가 야기되어 분리형 탄성받침에서와 같이 이물질의 유입 및 부분적 고응력 상태에 따른 받침의 기능저하 현상이 야기되는 단점을 가지고 있다.

또한 상부엔드플레이트와, 상부고정플레이트 사이의 접착부 균열 발생 이후, 부반력에 대한 저항성이 현저하게 떨어져 단점을 야기되기도 한다.

한편, 선등록발명은 탄성체에 상,하답을 일체화 함에 있어 별도의 고정플레이트를 사용함에 따라 작업 공정수가 증가되는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 고정플레이트와 같이 부품수가 많아 탄성받침을 생산하는데 따른 생산원가가 상승되는 단점을 가지고 있다.

상기 선등록발명의 단점을 보완한 탄성받침을 이 사건 출원인이 특허 제10-731788호로 등록받은바 있다.

상기 선등록발명은 탄성체의 하부엔드플레이트가 인써트 된 하부가 고장력볼트에 의해 하답에 고정되고, 고장력볼트를 매개로 저면으로 조립되어진 자석이 탄성체의 상부엔드플레이트에 형성된 자석키홈에 끼워져 상답이 탄성체에 대하여 안정되게 설치되어지도록 한 것이다.

상기의 선등록발명(10-731788호)은 기존의 탄성받침 및 선등록발명(특허 제484564호)의 단점을 해결함과 동시에 일체형 탄성받침의 고유 기능을 유지하면서 조립부품수를 줄여 조립에 따른 작업공정을 단순화시켜 생산성 형상을 도모함은 물론, 유지보수등 시공관리시 편리성을 추구할 수 있었다.

한편 이 사건출원인은 선등록발명(특허 제484564호)을 보완한 일체형 탄성받침을 특허출원 제 10-2007-40647호로 출원한바 있다.

상기 선출원 발명은 도2에 도시된 바와 같이 탄성체(40)의 하부에 형성되는 하부엔드플레이트(42)를 하답(20)에 볼트 조립하여 일체화가 가능하도록 구조를 개선과 함께 가황접착시키고, 가황접착된 상부엔드플레이트(43)에 형성된 볼트 삽입구멍에 상답(30)의 상부쐐기(32)로 형성된 볼트삽입구멍(32a)으로 끼워지는 고장력볼트(33)를 체결하여서 상기 상답(30)을 일체화 함에 따라 일체형 탄성받침 (10)의 고유 기능을 유지하면서 조립부품수를 줄여 조립에 따른 작업공정을 단순화시켜 경제성과 생산성 향상을 도모함은 물론, 유지보수등 사후관리시 편리성을 추구 한 것이다.

전술한 탄성받침 모두는 유연한 고무 탄성체의 특성을 이용하여 지진시 상하부구조간의 상대변위를 수용하도록 설계된 것이나, 강진이 발생할 경우, 받침의 상하부에 과도한 상대변위가 발생하는 단점이 있고, 상대변위는 상부구조물로부터의 수직력에 저항하는 탄성체의 유효면적을 감소시키는 결과를 초래하게 되어 수직력에 의한 탄성체의 좌굴이 발생할 수 밖에 없는 구조적 결점들을 포함하고 있다.

본 발명은 선출원발명 제10-2007-0050895호의 일체형 탄성받침을 보완 개발한 것으로, 그 목적은 탄성체에 얹혀지는 상답(받침)을 구성하는 상부쐐기의 구조를 탄성체 측면과 마주하는 면에 외향으로 기울어진 경사면을 갖도록 상부 쐐기의 구조를 개량함에 따라 강진 발생시 탄성체의 아랫쪽에서만 수평방향으로의 가동이 이루어지게 하여 탄성체의 수평강성을 증가시켜 탄성체의 지나친 수평변위 발생을 억제하고, 수평변위의 억제로 탄성체의 유효면적 증가를 꾀함은 물론, 수직력에 저항하는 탄성체 유효면적 증대에 따른 탄성체의 좌굴현상 예방과 함께 상부쐐기에 의한 탄성체에 손상이 발생하는 종래의 문제점을 해소시킨 일체형 탄성받침을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내측에 보강판 다수가 형성되어 있고, 하부의 하부엔드플레이트가 고장력볼트를 매개로 하답에 고정되어지며, 상부의 상부엔드플레이트가 상답의 상부쐐기에 고장력볼트를 매개로 고정되어지는 탄성체를 포함하는 일체형 탄성받침에 있어서,

상기 탄성체(240)의 상부에 얹혀짐과 동시에 탄성체(240)의 상부 엔드플레이트(243)에 고장력볼트(233)를 매개로 고정되어지는 상부쐐기(232)의 구조를 상기 탄성체(240) 측면과 마주하는 쪽의 면이 위에서 아래로 가면서 점진적으로 멀어지는 기울기를 가지는 경사면(300)을 형성하여 강진시 탄성체(240)의 수평강성 증가와 수평강성 증가에 의한 탄성체(240)의 지나친 수평변위 억제 및 수직력에 저항하는 탄성체(240)의 유효면적이 증가됨을 특징으로 하는 일체형 탄성받침에 의하여 달성될 수 있는 것이다

상기된 바와 같이 본 발명에 의한 일체형 탄성받침은, 탄성체(240)에 얹혀 지는 상답(받침)(230)을 구성하는 상부쐐기(232)의 구조를 탄성체(240) 측면과 마주하는 면에 외향으로 기울어진 경사면(300)을 갖도록 상부쐐기(232)의 구조를 개 량함에 따라 강진 발생시 탄성체(240)의 아랫쪽에서만 수평방향으로의 가동이 이루어지게 하여 탄성체(240)의 수평강성을 증가시켜 탄성체(240)의 지나친 수평변위 발생을 억제하고, 수직력에 저항하는 탄성체(240)의 유효면적 증가를 꾀함과 동시에 탄성체(240) 유효면적 증대에 따른 탄성체(240)의 좌굴현상 예방은 물론, 상부쐐기에 의한 탄성체(240)에 손상이 발생하는 종래의 문제점을 해소시킨 일체형 탄성받침을 제공함에 있다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3내지 도6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일체형 탄성받침은, 교각(2)에 설치되는 하답(220)과, 상부구조물(1)을 받쳐주는 상답(230) 및 상기 상,하답(230)(220) 사이로 위치하는 탄성체(240)로 이루어진다.

상기 하답(220)은 교각(2)에 매설되는 앵커소켓(221)이 저면 네개소 이상에 설치되어 있고, 상면에 상답(230)의 이탈을 방지하도록 하는 하부쐐기(222)가 용접 형성되어 있으며, 탄성체(240)의 하부엔드플레이트(242)에 형성된 볼트삽입공(242a)이 일치하는 볼트공(223)이 형성되어 있다.

상기 하답(220)에 고정되는 탄성체(240)는 보강철판(241)이 내측에 다수 매입 형성되어 있고, 상,하 양면에 보강철판보다 두께가 두꺼운 상,하 엔드플레이트(243)(242)가 가황접착 되어있다.

상기 하부엔드플레이트(242)는 양쪽으로 신장되어 돌출된 양단이 하답(220) 의 볼트공(223)에 체결되는 고장력볼트(244)를 매개로 고정되어질 수 있도록 상기 고장력볼트(244)가 끼워지는 볼트삽입공(242a)이 형성되어 있다.

탄성체(240)의 상부를 형성하는 상부엔드플레이트(243)의 측면에는 상답(230)의 상부쐐기(232)에 형성된 볼트삽입구멍(232a)으로 끼워지는 고장력볼트(33)가 체결되는 볼트공(43a)이 형성되어 있다

상기 상부엔드플레이트(243)는 측방향으로의 볼트공(243a) 형성이 가능한 두께를 가지고 있다.

상기 탄성체(240)의 상부엔드플레이트(243)에 일체로 조립되는 상답(230)은, 상부구조물(1)에 매설되는 앵커소켓(231)이 상면 네개소 이상에 렌치볼트를 매개로 설치되어 있고, 하답(220)의 하부쐐기(222)에 규제되는 상부쐐기(232)가 형성되어 있되, 상기 상부쐐기(232)는 고장력볼트(33)가 끼워지는 볼트삽입공(232a)이 형성되어 있고, 볼트삽입공(232a)은 탄성체(240)의 상부엔드플레이트(243)의 측면으로 형성된 볼트공(243a)에 대응되게 형성되어 있다.

상기 상부쐐기(230)는 탄성체(240) 측면과 마주하는 면에 외향으로 기울어진 경사면(300)이 볼트공(243a)과 이웃하는 아랫쪽을 기점으로 형성되어 진다.

상기 경사면(300)은 강진시 탄성체(240) 측면에 대한 접촉면적이 증대되어 질 수 있도록 하는 것으로 수평변위가 탄성체(240) 아래쪽에서만 일어날 수 있게 한 구조이다.

상기 상부쐐기(230)의 경사면(300)은 직선면을 이루는 것이 있는가 하면, 곡선면을 이루며 형성되기도 한다.

전술한 구성으로 이루어진 본 발명의 일체형 탄성받침은, 가황접착된 하부엔드플레이트(242)의 양단에 형성된 볼트삽입공(242a)이 하답(220)의 상면으로 형성된 볼트공(223)에 일치하도록 한 후, 고장력볼트(244)를 이용해 조립한다.

상기와 같이 하답(220)에 탄성체(240)를 일체로 고정시킨 상태에서 탄성체(240) 위에 상답(230)을 얹혀져 일체화 시킨다.

상기와 같이 탄성체(240)의 위쪽에 놓여진 상답(230)은 상부쐐기(232)에 형성된 볼트삽입구멍(232a)이 탄성체(240)의 상부엔드플레이트(243) 측면으로 형성된 볼트공(243a)과 일치하게 된다.

상기와 같은 상태에서 상답(230) 상부쐐기(232)의 볼트삽입구멍(232a)으로 고장력볼트(333)를 관통시켜 탄성체(240)의 상부엔드플레이트(243)에 측면으로 형성된 볼트공(243a)에 고장력볼트(233)를 나사체결 함으로써, 일체형 탄성받침이 완료되어지게 되는 것이다.

상기와 같이 상,하답(230)(220)에 탄성체(240)가 일체로 형성된 탄성받침(210)을 설치할 때에는 교각(2)의 임의의 위치에 탄성받침(210)을 위치시킨 상태에서 측량기사가 측량위치를 측량하면 작업자가 측량사의 지시에 따라 탄성받침을 정위치에 위치시킨다.

상기와 같이 교각(2)의 정위치에 탄성받침(210)이 위치하여지면, 탄성받침(210)의 옆에서 몰탈을 공급 충진하게 된다.

이상에서와 같이 교각(2)에 몰탈을 충전하여서 시공된 탄성받침(210)의 상답(230)에 상부구조물(1)을 설치하게 된다.

상기와 같이 교각(2)과 상부구조물(1)의 사이로 설치된 본 발명의 탄성받침(210)은 상부구조물(1)로부터 전달되는 수직 하중을 받아줌과 동시에 이동 및 회전에 의한 수평력을 정적으로 흡수하여 교량의 내진 기능을 원활하게 하고, 계절의 온도변화, 바람, 지진 등의 충격에 따른 신축작용(수축, 팽창)을 원활하게 받아 주어 교량의 안전을 도모하게 된다.

상기와 같이 상부구조물(1)로부터 전달되는 수직하중 및 수평력은 탄성체(240)에서 받아주게 되는 것이다.

상기 상부구조물(1)로부터 전달되는 수직 하중과, 좌,우 수평력 및 온도 변화에 의해 신축변형되어 수평변위가 증가하면, 탄성체(240)의 일측 하단과 대각선 타측상단에 인장응력이 발생하여 탄성체(240)와 상,하답(230)(220) 사이에 간극이 발생하게 되나. 본 발명의 탄성받침(210)은 하답(220)이 탄성체(240)의 하부에 가황접착된 하부엔드플레이트(242)가 고장력볼트(244)를 매개로 고정 설치되어 있고, 탄성체(240)의 상부에 가황접착된 상부엔드플레이트(243)가 상답(230)의 상부쐐기(232)로 체결되는 고장력볼트(233)를 매개로 고정되어 있어 접지면적의 감소 없이 수평변위를 안전하게 받아주게 되는 것이다.(상시상태일 때의 예)

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일체형 탄성받침은 상시에는 상부구조물(1)로부터 전달되는 수직 하중과, 좌,우 수평력을 받아주다가 지진으로 인해 발생된 수직 하중 및 수평력을 받아줄 때 경사면(300)이 형성된 상부쐐기가 적용된 상답(230)을 포함하는 탄성받침(210)이 강진시 거동하는 상태를 기존 탄성받침과 대비 비교하여 보면, 아래와 같다.

하기 그림1은 지진시 탄성받침의 거동 비교 상태의 예이다.

위 대비 그림1에 의해 알 수 있듯이 본 발명의 탄성받침(210)은 강진시 탄성체(240)는 상부쐐기(232)가 설치된 부분에서는 수평방향으로 구속되어 더 이상 변형되지 않고, 상부쐐기(232) 아래 부분에서만 수평방향의 변형이 일어나게 된다.

강진시 변형이 일어나는 탄성체(240)의 높이가 탄성체(240) 전체 높이에 비하여 작으므로 약진시에 비하여 탄성받침(210)의 수평강성이 높아지게 되며, 이에 따라 탄성받침(210) 상,하부의 상대변위가 감소(d₂→d₁)하게 되어, 결과적으로 수직력에 저항하는 탄성받침(210)의 유효면적이 그림에서 나타난 바와 같이 기존 탄성받침에 비하여 커지게 된다.

즉, 지진시 탄성체(240)의 유효면적이 크면 상부구조물(1)로부터의 수직하중에 대한 좌굴에 저항하는 힘이 커지므로 본 발명의 탄성받침(210)은 강진시 유효면 적을 증대시킴으로서 좌굴에 대한 안전성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

더불어 상답(230)의 상부쐐기(232)가 탄성체(240) 바깥쪽으로 단면적이 줄어드는 형태이므로, 상시 또는 약진시 상대변위에 의한 탄성체(240)의 손상을 예방할 수도 있는 것이다.

본 발명의 탄성받침(210)은 상답(230)에 형성되는 상부쐐기(232)는 경사면(300)이 직선의 경사면과 곡율을 이루는 곡선의 경사면으로 대분 된다.

하기의 그림2는 키의 형태에 따른 탄성체의 수평력-변위 곡선을 나타낸 예이다.

위 그림2의 (a)로 나타낸 바와 같이 직선의 경사면(300)을 가지는 탄성받침(210) 설계시, 상부쐐기(232)의 높이와 경사면(300)를 조절하여 강진시 탄성체(240)의 수평강성(k₂)의 발생 위치와 크기를 조절할 수 있다.

탄성체(240)의 수평강성은 그림2의 (b)와 같이 상부쐐기(232)의 경사면(300) 을 곡선형태 등으로 변화시켜 탄성체(240) 수평강성이 비선형이 되도록 설계할 수도 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 탄성받침의 실시 예시도.

도 2는 종래 기술에 의한 다른 일체형 탄성받침 예시도.

도 3은 본 발명에 의한 일체형 탄성받침 분리 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 쐐기직선면 일체형 탄성받침 예시도.

도 5는 본 발명에 의한 쐐기곡선면 일체형 탄성받침 예시도.

도 6은 본 발명에 의한 일체형 탄성받침의 탄성체가 강진시 변위되는 상태를 보인 예시도.

도 7은 본 발명에 의한 일체형 탄성받침의 설치 상태도.

<도면의 주요 부분에 사용된 부호 설명>

210 : 탄성받침 220 : 하답

222 : 하부쐐기 223,243a : 볼트공

230 : 상답 232 : 상부쐐기

233,244 : 고장력볼트 240 : 탄성체

242 : 하부엔드플레이트 243 : 상부엔드플레이트

300 : 경사면

Claims (2)

1. 내측에 보강판 다수가 형성되어 있고, 하부의 하부엔드플레이트가 고장력볼트를 매개로 하답에 고정되어지며, 상부의 상부엔드플레이트가 상답의 상부쐐기에 고장력볼트를 매개로 고정되어지는 탄성체를 포함하는 일체형 탄성받침에 있어서,

   상기 탄성체(240)의 상부에 얹혀짐과 동시에 탄성체(240)의 상부 엔드플레이트(243)에 고장력볼트(233)를 매개로 고정되어지는 상부쐐기(232)의 구조를 상기 탄성체(240) 측면과 마주하는 쪽의 면이 위에서 아래로 가면서 점진적으로 멀어지는 기울기를 가지는 경사면(300)을 형성하여 강진시 탄성체(240)의 수평강성 증가와 수평강성 증가에 의한 탄성체(240)의 지나친 수평변위 억제 및 수직력에 저항하는 탄성체(240)의 유효면적이 증가됨을 특징으로 하는 일체형 탄성받침.
2. 제1항에 있어서, 상기 상부쐐기(232)의 경사면(300)은 직선 경사면 또는 곡선 경사면중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 일체형 탄성받침.

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