KR100964299B1 - 쐐기부를 갖는 분리식 납면진받침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상시 및 설계지진에서는 보다 큰 초기강성 및 2차강성으로 거동하여 안정성을 이루고 기존 면진장치에서 전단변형률 150% 초과로 발생되는 최대지진수준에 대해서는 설계지진시 응답과 같은 수준으로 추가하중이 발생하지 않도록 함으로써 장치의 파손없이 면진기능의 지속성을 유지할 수 있는 쐐기부를 갖는 분리식 납면진받침에 관한 것으로서, 탄성체를 포함하는 상부받침 및 하부받침이 일체로 형성되고, 하부받침은 쐐기부를 더 포함함으로써 장치의 파손없이 면진기능의 지속성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인하여 구조물에 무리한 하중을 초래하지 않게 되어 교량 및 건축구조물의 최대발생변위의 원활한 흡수와 댐퍼로서 기능을 효과적으로 발휘할 수 있는 이점이 있다.

납면진받침, 상부받침, 하부받침, 탄성체, 쐐기부, 납봉, 탄성 고무층

Description

쐐기부를 갖는 분리식 납면진받침{Lead Rubber Bearing}

본 발명은 납면진받침에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상시 및 설계지진에서는 보다 큰 초기강성 및 2차강성으로 거동하여 안정성을 이루고 기존 면진장치에서 전단변형률 150% 초과로 발생되는 최대지진수준에 대해서는 설계지진시 응답과 같은 수준으로 추가하중이 발생하지 않도록 함으로써 장치의 파손없이 면진기능의 지속성을 유지할 수 있는 쐐기부를 갖는 분리식 납면진받침에 관한 것이다.

일반적으로 교량구조물의 설계에 있어서 풍하중을 제외한 지진력과 같은 수평력에 대한 고려는 전무한 상태였으나, 근래에는 교량받침을 이용한 교량구조물의 면진설계는 교량의 경제성 및 안전성이라는 양면성을 동시에 만족할 수 있는 획기적인 설계기술로 중요시되고 있다.

통상, 지진동의 성질에는 단주기 성분이 강하고 장주기 성분이 약한 특성을 갖고 있기 때문에 지진 발생시 고유주기가 짧은 저층건물은 지진과의 공진현상에 의해서 파괴되고 고유주기가 긴 고층건물은 상대적으로 안전할 가능성이 크다.

이처럼 구조물의 고유주기를 길게 하여 지반의 진동에너지가 구조물에 크게 전파하지 않도록 하는 것이 면진설계이고, 면진구조물이란 이러한 지진동의 특성을 이용하여 구조물의 고유주기를 인위적으로 길게 하여 지진에 대한 구조물 응답을 크게 줄이는 면진설계가 반영된 구조물을 말한다.

즉, 저층건물은 구조형식상 고유주기를 늘일 수 없으므로 지반과 건물의 연결부에 적층고무등의 면진장치를 삽입하여 건물의 고유주기를 강제로 늘이게 되는데, 이때 순수한 고무받침만으로는 교량구조물과 같이 큰 사하중에 대하여 좌굴현상을 나타내므로 고무와 고무사이에 보강용 강판을 수평으로 설치하여 수직하중에 대하여는 안정적으로 견디면서 수평하중에 대해서는 고무의 유연성을 유지하여 상부구조물의 고유주기를 인위적으로 길게 하는 탄성받침이 실용화되고 있는 실정에 있다.

그러나, 탄성받침의 단점은 수평하중에 대하여 변위가 크게 발생하는 점이며 이러한 변위를 줄일 수 있는 방법으로서는 속도에 비례한 점성댐퍼를 사용하거나 금속체의 비선형거동을 이용하여 진동에너지를 흡수하는 방법이 널리 사용하고 있다. 납면진받침은 탄성받침과 동일하게 상부구조물의 고유주기를 길게 하여 상부구조에 유발되는 지진력의 크기를 줄이고자 하는 면진받침의 일종으로, 에너지 흡수기구로서 탄성받침의 내부에 코아 형태의 납을 삽입하여 금속의 비선형성을 이용한 댐퍼의 특성과 고유주기의 장주화를 한 개의 장치로 간략화한 것이 특징이다.

도 4는 일반적으로 납면진받침을 나타낸 사시도로서, 중공부를 갖는 탄성 고무층(101)과 보강판(102)이 교호로 적층 형성되고, 그 중공부에 납봉(103)이 강제 압입된 탄성체(100)로 구성되어 지진하중에 의해 납봉(103)이 소성변형을 하면서 진동에너지를 흡수한다. 또한, 상기 탄성체(100)는 그 적층부의 상.하단에 구비된 연결용 강판(110)(110a)에 상부 플레이트(120)와 하부 플레이트(130)를 볼트로 체결함으로써 일체로 형성되는 것이다.

이와같이 구성된 납면진받침은 지진시에는 탄성 고무층(101)이 전단변형을 하여 지진동을 절연하고, 진동 종료후에는 탄성 고무층(101)이 갖고 있는 탄성 회복력으로 원래 위치로 복원하는 기능을 가지며, 또한 풍하중과 같은 미소 진동에 대해서는 납봉(103)이 갖고 있는 초기 수평강성으로 진동에 저항할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상부구조물과 기초 사이의 상대적인 수평방향의 진동에너지는 납봉(103)의 소성변형에 의하여 소산되므로 상부구조물의 진동가속도를 줄일 수 있게 된다.

이같이 통상의 납면진받침은 상시 및 설계지진(DBE:Desgin Based Earthquake)의 수준에서는 파손됨이 없이 그 기능을 충분히 발휘할 수 있으나, 특성상 변형율 150% 이상의 최대지진(Maximum Considered Eathquake:MCE)수준에서는 강성의 경화(hardening), 납봉의 고무침투, 오버터닝 등과 같은 장치의 파손으로 면진기능을 상실하게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 상시 및 설계지진에서는 보다 큰 초기강성 및 2차강성으로 거동하여 안정성을 이루고 변형률 150% 이상의 최대지진수준에 대해서는 설계지진 시 응답과 같은 수준으로 추가하중이 발생하지 않도록 함으로써 장치의 파손없이 면진기능의 지속성을 유지할 수 있도록 하는데 있다.

삭제

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 탄성체를 포함하는 상부받침 및 하부받침이 일체로 형성되고, 하부받침은 쐐기부를 더 포함하며, 상기 상부받침은 상부 플레이트와 중간 플레이트의 사이에 납봉이 압입된 제1 탄성체를 포함하는 것으로 구성되고; 상기 하부받침은 상부받침의 중간 플레이트에 결합되는 고정 플레이트와 하부 플레이트의 사이에 납봉이 압입된 제2 탄성체를 포함하는 것으로 구성되며; 상기 쐐기부는 상부받침의 중간 플레이트 하부측으로 돌출 형성되는 상부쐐기와 하부 플레이트의 상부측으로 돌출되어 상부쐐기의 측면에 접하는 하부쐐기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부받침의 중간 플레이트의 하부면에 하부받침의 고정 플레이트에 대응되는 형상을 가진 조립홈이 형성되어 상기 조립홈에 하부받침의 고정플레이트가 삽입 고정되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중간 플레이트의 조립홈은 외곽에 다수의 돌출홈부를 포함하고, 하부받침의 고정 플레이트는 상기 돌출홈부에 대응되는 형상으로 형성되어 돌출홈부에 삽입되는 다수의 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부는 하부받침의 고정 플레이트에 구비되는 상부쐐기에 의해서 돌출홈부에 고정되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 상시 및 설계지진에서는 보다 큰 초기강성 및 2차강성으로 거동하여 안정성을 이루고 기존 면진장치에서 전단변형률 150% 초과로 발생되는 최대지진수준에 대해서는 설계지진시 응답과 같은 수준으로 추가하중이 발생하지 않도록 함으로써 장치의 파손없이 면진기능의 지속성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인하여 구조물에 무리한 하중을 초래하지 않게 되어 교량구조물의 최대발생변위의 원활한 흡수와 댐퍼로서 기능을 효과적으로 발휘할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 의한 납면진받침의 구성을 첨부된 도면을 참조로 하여 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 분리사시도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명은 탄성체를 포함하는 상부받침(1) 및 하부받침(2)이 서로 결합되어 일체로 형성되고, 하부받침(2)에 쐐기부(4)가 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

즉, 상기 상부받침(1) 및 하부받침(2)은 탄성 고무층과 보강판이 서로 교호되게 적층 형성되고 상기 탄성 고무층과 보강판의 중앙부를 납봉이 강제로 압입된 탄성체를 갖는 납면진받침으로서, 납면진받침을 상.하 2단으로 구성하고 하부받침(2)에 쐐기부(4)를 형성한 것이다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 상부받침(1)은 상부 플레이트(11)와 중간 플레이트(13)의 사이에 상기 탄성 고무층(12a)과 보강판(12b) 및 납봉(12c)을 포함하는 제1 탄성체(12)가 형성되고, 상기 하부받침(2)은 고정 플레이트(21)와 하부 플레이트(23)의 사이에 탄성 고무층(22a)과 보강판(22b) 및 납봉(22c)을 포함하는 제2 탄성체(22)가 형성된 것으로서, 상기 하부받침(2)의 고정 플레이트(21)는 상부받침(1)의 중간 플레이트(13)에 일체로 결합된다.

이를 위해서, 상부받침(1)의 중간 플레이트(13)의 하면에는 하부받침(2)의 고정 플레이트(21)가 삽입될 수 있는 조립홈(3)이 형성되고, 상기 중간 플레이트(13)의 조립홈(3)에 삽입된 하부받침(2)의 고정 플레이트(21)를 상부받침(1)의 중간 플레이트(13)에 고정하기 위하여 중간 플레이트(13)의 조립홈(3) 외곽에 다수의 돌출홈부(30)가 연이어 형성되며, 상기 고정 플레이트(21)의 외측에는 상기 조립홈(3)의 돌출홈부(30)에 삽입되는 다수의 돌출부(21a)가 다수 형성된다.

여기서, 상기 중간 플레이트(13)의 조립홈(3)과 하부받침(2)의 고정 플레이트(21)가 원형으로 형성되어 있으나 그 형태에 국한되는 것은 아니며, 조립홈(3)의 돌출홈부(30)와 고정 플레이트(21)의 돌출부(21a)를 90도 등간격으로 형성한 것은 별도의 고정수단없이 하부받침(2)에 형성되는 쐐기부(4)를 이용해 고정 플레이트(21)의 돌출부(21a)를 조립홈(3)의 돌출홈부(30)에 고정시키기 위한 것이다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 쐐기부(4)는 상부받침(1)의 중간 플레이트(13) 하부측으로 돌출 형성되는 상부쐐기(41)와, 상기 상부쐐기(41)의 측면에 접하게 하부 플레이트(23)의 상부측으로 돌출 형성되는 하부쐐기(42)로 구성되는데, 이때 상부쐐기(41)로 조립홈(3)의 돌출홈부(30)에 삽입된 고정 플레이트(21)의 돌출부(21a)를 가로 막아 상기 고정 플레이트(21)가 상부받침(1)의 중간 플레이트(13)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

이와같이 구성된 본 발명은 풍하중이나 차량의 제동하중과 같이 단기간에 작용하는 상시하중에 대해서는 도 3a에 도시된 바와 같이 상.하부 면진받침, 즉 상.하부받침(1)(2)의 납봉(12c)(22c)에 의해서 큰 초기강성으로 저항하고, 풍하중을 능가하는 설계지진 수준의 지진하중에 대해서는 도 3b에 도시된 바와 같이 상부받침(1)의 납봉(12c)이 완전히 항복하여 고무에 의한 장주기화가 달성됨으로서 지진력의 유발을 줄이면서 교량상판의 진동에너지를 납봉(12c)의 비선형거동으로 흡수하여 진동변위를 억제하게 된다.

그리고, 납면진받침의 변형율 150% 이상의 최대지진하중에서는 도 3c에 도시된 바와 같이 상기한 바와 같은 상부받침(1)의 기능과 함께 하부받침(2)의 변형에 의해서 진동변위가 보다 더 억제됨으로써 납면진받침의 변형율을 설계지진수준에 근접하게 낮출 수 있게 되는 것이다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 최대지진에서는 먼저, 상부받침(1)이 수평하중에 대하여 납봉(12c)의 소성변형에 의한 진동에너지의 흡수와 탄성 고무층(12a)의 전단변형이 일어난다.

그런 다음, 하부받침(2)의 쐐기부(4)가 파단되면서 하부받침(2)의 납봉(22c) 도 소성변형을 일으켜 진동에너지를 흡수함과 동시에 탄성 고무층(22a)이 수평하중에 대하여 변위가 발생되어 장주기화를 달성하게 됨으로써 도 4에 도시된 바와 같이 추가하중없이 상부 납면진받침의 변형률 150% 이상의 최대지진수준에서도 상.하부 납면진받침이 조합되어 설계지진하중의 응답수준으로 변형률을 낮출 수 있게 되며 이는 면진받침이 보다 안정적으로 거동할 수 있는 조건으로 납면진받침의 국부 또는 전체적인 결함이 발생하지 않게 되는 것이다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 상시 및 설계지진에서는 보다 큰 초기강성 및 2차강성으로 거동하여 안정성을 이루고 최대변형이 발생하더라도 그 응답수준은 설계지진시 응답과 같은 수준으로 추가하중이 발생하지 않게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 분리사시도.

도 2는 도 1의 종단면도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 작동상태를 나타낸 단면도.

도 4는 종래의 납면진받침을 나타낸 사시도.

도 5는 지진발생시 힘과 변위의 관계를 나타낸 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:상부받침 2:하부받침

3:조립홈 4:쐐기부

11:상부 플레이트 12,22:제1,2 탄성체

12a,22a:탄성 고무층 12b,22b:보강판

12c,22c:납봉 13:중간 플레이트

21:고정 플레이트 21a:돌출부

23:하부 플레이트 30:돌출홈부

41:상부쐐기 42:하부쐐기

Claims (4)

1. 삭제
2. 탄성체를 포함하는 상부받침(1) 및 하부받침(2)이 일체로 형성되고, 하부받침(2)은 쐐기부(4)를 더 포함하며,

   상기 상부받침(1)은 상부 플레이트(11)와 중간 플레이트(13)의 사이에 납봉이 압입된 제1 탄성체(12)를 포함하는 것으로 구성되고;

   상기 하부받침(2)은 상부받침(1)의 중간 플레이트(13)에 결합되는 고정 플레이트(21)와 하부 플레이트(23)의 사이에 납봉이 압입된 제2 탄성체(22)를 포함하는 것으로 구성되며;

   상기 쐐기부(4)는 상부받침(1)의 중간 플레이트(13) 하부측으로 돌출 형성되는 상부쐐기(41)와 하부 플레이트(23)의 상부측으로 돌출되어 상부쐐기(41)의 측면에 접하는 하부쐐기(42)로 구성되는 것을 특징으로 한 쐐기부를 갖는 분리식 납면진받침.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하부받침(2)의 중간 플레이트(13)의 하부면에 하부받침(2)의 고정 플레이트(21)에 대응되는 형상을 가진 조립홈(3)이 형성되어 상기 조립홈(3)에 하부받 침(2)의 고정 플레이트(21)가 삽입 고정되도록 구성한 것을 특징으로 한 쐐기부를 갖는 분리식 납면진받침.
4. 제3항에 있어서,

   상기 중간 플레이트(13)의 조립홈(3)은 외곽에 다수의 돌출홈부(30)를 포함하고, 하부받침(2)의 고정 플레이트(21)는 상기 돌출홈부(30)에 대응되는 형상으로 형성되어 돌출홈부(30)에 삽입되는 다수의 돌출부(21a)를 포함하며, 상기 돌출부(21a)는 하부받침(2)의 고정 플레이트(21)에 구비되는 상부쐐기(41)에 의해서 돌출홈부(30)에 고정되도록 구성한 것을 특징으로 한 쐐기부를 갖는 분리식 납면진받침.

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