KR101070261B1

KR101070261B1 - 변위 증폭형 제진 시스템

Info

Publication number: KR101070261B1
Application number: KR1020080104460A
Authority: KR
Inventors: 유영찬; 최기선; 김긍환; 손영선
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2011-10-06
Also published as: KR20100045328A

Abstract

본 발명은 제진 시스템에 관한 것으로서, 구조물에 연결되는 복수 개의 링크 부재; 상기 링크 부재가 연결된 각 절점을 지지점으로 하여 회동할 수 있게 설치되며, 상기 지지점으로부터 서로 다른 거리를 갖는 2개의 작용점을 형성하는 복수 개의 편심 회전판; 상기 복수 개의 편심 회전판의 작용점 중 상기 지지점으로부터 거리가 짧은 작용점에 설치되는 지지 부재; 및 상기 작용점 중 상기 지지점으로부터 거리가 긴 작용점에 설치되어 상기 구조물의 변위를 흡수하는 댐퍼를 포함하며, 상기 링크 부재는, 상기 구조물이 변형되는 경우, 상기 편심 회전판이 연결된 절점을 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동시켜 상기 댐퍼를 양방향으로 압축 또는 신장시킨다.

제진, 댐퍼, 변위, 증폭, 편심, 회전판

Description

변위 증폭형 제진 시스템 {Displacement-Amplifying Damping System}

본 발명은 제진 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조물에 설치되어 구조물에 작용하는 지진력을 흡수하여 구조물 자체의 저항능력을 증가시키는 제진 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 지진응답에 의해 구조물에 발생되는 횡변위를 제진 시스템 내에서 증폭시켜 제진 효율을 증가시키는 제진 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 다주택, 빌딩, 건물, 아파트 등과 같은 기존 건축 구조물은 지진으로부터 건축 구조물을 안전하게 보호하기 위한 내진 설계(耐震設計)가 필수적이다. 특히, 지진 발생시에 건축 구조물의 붕괴로 인한 인명 피해 및 재산 피해는 막대하므로, 지진하중에 저항하기 위해 기둥과 슬래브 등을 보강할 필요성이 제기되고 있다.

내진보강을 위한 기존공법은, 지진 발생시 대상 구조물에 발생되는 지진력에 대하여 구조물 자체의 저항능력을 증가시키는 방법으로 단면증설, 가새보강, 전단벽 신설 등이 전통적으로 사용되고 있다.

최근에는 구조물에 전달되는 지진력 자체를 감소시키는 제진 장치가 개발되고 있다. 제진 장치의 종류는 크게 입력 지진파에 맞게 진동특성을 제어할 수 있는 능동형 제진 장치와 자체의 감쇠특성만으로 제어하는 수동형 제진 장치로 구분된다.

수동형 제진 장치는 건축물의 최상층에 설치되는 동조질량/유체감쇠기, 오일 댐퍼, 점탄성 댐퍼, 마찰 댐퍼, 이력 댐퍼 등이 있으며, 건물의 층간에 주로 가새 또는 벽의 일부로 보강되고 있다.

상기와 같은 제진 장치는 하중-변위 이력곡선의 면적에 비례하여 감쇠성능을 발휘하므로, 댐퍼의 종류에 관계없이 주로 가장 변위가 크게 발생되는 영역(골조구조의 대각선 방향)에 설치하는 것이 일반적이다. 제진 장치의 변위가 클수록 지진력에 의해 발생하는 에너지의 흡수능력이 커지므로, 제진장치의 변위를 증폭시키는 것은 매우 중요하다.

도 1은 종래 변위 증폭형 제진 시스템의 도면이고, 도 2는 종래 변위 증폭형 제진 시스템의 작용도이다.

도 1을 참고하면, 종래 변위증폭 제진 시스템은 연결재(81, 82)의 절점과 구조물(100)의 우측 상부 모서리 사이 및 연결재(83, 84)의 절점과 구조물(100)의 좌측 상부 모서리 사이에 각각 댐퍼(90)가 설치되는 구조로 이루어진다. 종래 변위증폭 제진 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 지진력(화살표)에 의해 횡변위(δF)가 발생하면, 연결재(81, 82)가 이루는 각도(θ1)가 커지면서 연결재(81, 82)의 절점과 댐퍼(90)사이의 거리가 증가한다. 반면, 좌측의 연결재(83, 84)가 이루는 각 도(θ2)는 감소하면서 연결재(83, 84)의 절점과 댐퍼(90) 사이의 거리는 감소한다. 이와 같이, 댐퍼(20)는 구조물(100)의 횡변위에 의한 연결재(81, 82, 83, 84)의 각도 변화에 의해 변위가 증가되어 에너지의 소산작용을 한다.

그러나 상기와 같은 종래 변위증폭 제진 시스템은 각 댐퍼(20)가 일방향으로만 압축 또는 신장되어 댐퍼의 변위를 증폭하는데 한계가 있다. 따라서 구조물에 작용하는 횡방향 변위를 더욱 더 증폭하여 댐퍼에 작용하도록 하는 새로운 구조의 제진 시스템이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조물의 손상변위 이내에서 충분한 에너지 소산능력을 발휘하고, 구조물에 작용하는 횡방향 변위를 증폭시켜 댐퍼에 작용하는 변위를 극대화할 수 있으며, 소용량 고효율의 제진성능을 발휘할 수 있는 제진 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 구조물에 작용하는 지진력의 대부분을 제진장치에서 흡수 및 소산시킴으로서, 구조물의 손상을 최소화하고, 고성능 내진보강효과를 구현할 수 있는 제진 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구조물에 연결되는 복수 개의 링크 부재; 및 상기 링크 부재가 연결된 절점 사이에 설치되어 상기 구조물의 변위를 흡수하는 댐퍼를 포함하며, 상기 링크 부재는, 상기 구조물이 변형되는 경우, 상기 댐퍼가 연결된 양측의 절점이 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동하도록 설치되어, 상기 댐퍼를 양방향으로 압축 또는 신장시키는 제진 시스템을 제공한다.

또한, 상기 댐퍼의 일측과 연결되어 제1 절점을 형성하는 한 쌍의 링크 부재가 이루는 각도는 90°보다 크고 180°보다 작으며, 상기 댐퍼의 타측과 연결되어 제2 절점을 형성하는 다른 한 쌍의 링크 부재가 이루는 각도는 180°보다 크고 360°보다 작을 수 있다.

또한, 상기 제2 절점과 또 다른 한 쌍의 링크 부재에 의해 형성되는 제3 절점 사이에 추가 댐퍼가 설치될 수 있다. 여기서, 상기 추가 댐퍼는 상기 댐퍼가 압축 또는 신장되는 방향과 반대 방향으로 작동한다.

또한, 상기 추가 댐퍼의 강성은 상기 댐퍼의 강성과 다를 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구조물에 연결 부재를 매개하여 지지점을 기준으로 회동할 수 있게 설치되며, 상기 지지점으로부터 서로 다른 거리를 갖는 2개의 작용점을 형성하는 편심 회전판; 상기 작용점 중 거리가 작은 작용점에 힌지 결합되는 지지 부재; 및 상기 작용점 중 거리가 큰 작용점에 힌지 결합되어 상기 구조물의 변위를 흡수하는 댐퍼를 포함하는 제진 시스템을 제공한다.

또한, 상기 편심 회전판은, 상기 지지점과 상기 2개의 작용점이 동일한 선상에 배열되는 일자형 편심 회전판일 수 있다.

또한, 상기 편심 회전판은, 상기 지지점과 하나의 작용점을 있는 선분과 상기 지지점과 다른 하나의 작용점을 잇는 선분이 이루는 각도가 0°보다 크고 180°보다 작은 앵글형 편심 회전판일 수 있다.

또한, 상기 연결 부재는 상기 지지점에 힌지 결합되는 한 쌍의 링크일 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 링크는, 상기 구조물이 변형되는 경우, 상기 지지점이 상기 댐퍼의 변위를 증폭시키는 방향으로 이동하도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 지지 부재에는 추가 댐퍼가 설치될 수 있다. 여기서, 상기 추가 댐퍼의 강성은 상기 댐퍼의 강성보다 작게 형성될 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구조물에 연결되는 복수 개의 링크 부재; 상기 링크 부재가 연결된 각 절점을 지지점으로 하여 회동할 수 있게 설치되며, 상기 지지점으로부터 서로 다른 거리를 갖는 2개의 작용점을 형성하는 복수 개의 편심 회전판; 및 상기 복수 개의 편심 회전판의 작용점 중 거리가 큰 작용점 사이에 설치되어 상기 구조물의 변위를 흡수하는 댐퍼를 포함하는 제진 시스템을 제공한다. 여기서, 상기 링크 부재는, 상기 구조물이 변형되는 경우, 상기 편심 회전판이 연결된 절점을 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동시켜 상기 댐퍼를 양방향으로 압축 또는 신장시킨다.

또한, 상기 편심 회전판은, 상기 지지점과 상기 2개의 작용점이 동일한 선상에 배열되는 일자형 편심 회전판이며, 상기 복수 개의 편심 회전판의 작용점 중 거리가 작은 작용점과 상기 구조물 사이에는 지지 부재가 연결될 수 있다.

또한, 상기 편심 회전판은, 상기 지지점과 하나의 작용점을 있는 선분과 상기 지지점과 다른 하나의 작용점을 잇는 선분이 이루는 각도가 0°보다 크고 180°보다 작은 앵글형 편심 회전판이며, 상기 복수 개의 편심 회전판의 작용점 중 거리가 작은 작용점 사이에는 지지 부재가 연결될 수 있다.

또한, 상기 지지 부재에는 추가 댐퍼가 설치될 수 있으며, 이때, 상기 추가 댐퍼의 강성은 상기 댐퍼의 강성보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제진 시스템에 의하면, 지진력에 의해 발생된 구조물의 변위를 증폭시켜 댐퍼에 작용하게 함으로써, 댐퍼의 에너지 흡수 및 소산 능력을 높인다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 제진 시스템은 지진 등에 의한 구조물의 손상을 방지하고, 구조물의 내진성을 강화한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진 시스템은 소용량의 댐퍼로 성능을 극대화하므로 고가의 댐퍼 제작비를 절감할 수 있고, 댐퍼에 작용하는 변위를 극대화하므로 댐퍼 배치각이 증가되는 협소한 공간에서도 충분한 댐핑효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진 시스템은 횡변위의 증폭을 통해 풍하중, 소지진, 진동 등 작은 수평변위에도 효과적인 제진성능 발휘하고, 시스템의 부품화 및 조립화가 가능하고, 시공성이 우수하다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 제진 시스템에 대하여 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 이하에서 사용되는 용어 중 연결 부재는 형상에 관계없이 구조물 또는 편심 회전판에 연결되는 일체의 구성요소를 의미하고, 링크 부재는 상기 연결 부재 중 바(bar)형 부재를 의미하며, 지지 부재는 상기 연결 부재 중 편심 회전판의 지지점으로부터 작은 거리에 위치하는 작용점에 연결되는 구성요소를 의미한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이고, 도 4는 본 발 명의 제1 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제진 시스템은 구조물(100)에 연결되면서 서로 힌지 결합되는 복수 개의 링크 부재(11, 12, 13, 14) 및 링크 부재(11, 12, 13, 14)의 절점(N1, N2) 사이에 설치되어 구조물(100)의 변위를 흡수하는 댐퍼(20)를 포함한다. 댐퍼(20)의 일측은 한 쌍의 링크 부재(11, 12)의 제1 절점(N1)과 연결되고, 댐퍼(20)의 타측은 다른 한 쌍의 링크 부재(13, 14)의 제2 절점(N2)과 연결된다. 댐퍼(20) 측에서 바라본 상기 한 쌍의 링크 부재(11, 12)가 이루는 각도(θ1)는 90°보다 크고 180°보다 작게 형성되고, 댐퍼(20) 측에서 바라본 상기 다른 한 쌍의 링크 부재(13, 14)가 이루는 각도(θ2)는 180°보다 크고 360°보다 작게 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 제진 시스템에 좌측으로 지진력이 작용하여 횡변위(δF)가 발생하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 링크 부재(11, 12)가 이루는 각도가 증가(θ'1 ＞ θ1)함과 동시에 상기 다른 한 쌍의 링크 부재(13, 14)가 이루는 각도도 증가(θ'2 ＞ θ2)한다. 이에 따라, 제1 절점(N1)과 제2 절점(N2) 사이의 거리는 가까워진다. 도 4에서 점선은 횡변위(δF)가 발생하기 전 제진 시스템의 모습을 나타낸다.

따라서 댐퍼(20)는 상기 링크 부재(11, 12, 13, 14)의 각도 변화에 의해 양방향으로 압축되고, 이러한 댐퍼(20)의 압축 변위는 구조물의 횡변위(δF)보다 증폭되어 댐퍼(20)의 제진 성능을 향상시킨다. 이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제진 시스템은 양측의 절점(N1, N2)이 서로 가까워지게 이동하여 댐퍼(20)의 변위를 양방향으로 증폭함으로써, 댐퍼의 일측만이 절점에 연결된 제진 시스템보다 압축변위가 증대된다.

본 실시예에서는 절점(N1, N2)이 서로 가까워져 댐퍼(20)가 압축되는 경우에 대해서 살펴보았으나, 반대방향(우측)으로 지진력이 작용하여 횡변위가 발생되면 절점(N1, N2)이 서로 멀어지게 이동하여 댐퍼(20)가 양방향으로 신장되는 경우도 포함한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다. 편의상, 도 5 및 도 6에서 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

도 5를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 시스템은 전술한 제1 실시예에 비하여 추가 댐퍼(30)를 더 포함하고 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 시스템은 추가 댐퍼(30)의 설치를 위해 또 다른 한 쌍의 링크 부재(15, 16)가 구조물(100)에 연결되어 설치된다. 상기 또 다른 한 쌍의 링크 부재(15, 16)에 의해 형성된 제3 절점(N3)과 제2 절점(N2) 사이에 상기 추가 댐퍼(30)가 설치된다. 추가 댐퍼(30) 측에서 바라본 상기 다른 한 쌍의 링크 부재(13, 14)가 이루는 각도(θ3) 및 상기 또 다른 한 쌍의 링크 부재(15, 16)가 이루는 각도(θ4)는 90°보다 크고 180°보다 작게 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 시스템에 지진력이 작용하여 횡변위(δF)가 발생하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 다른 한 쌍의 링크 부재(13, 14)가 이루는 각도가 감소(θ'3 ＜ θ3)함과 동시에 상기 또 다른 한 쌍의 링크 부재(15, 16)가 이루는 각도도 감소(θ'4 ＜ θ4)한다. 이에 따라, 제2 절점(N2)과 제3 절점(N3) 사이의 거리는 서로 멀어져 추가 댐퍼(30)는 양방향으로 신장된다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 시스템은 댐퍼(20)에 의한 압축 변위 증폭 및 추가 댐퍼(30)에 의한 신장 변위 증폭으로 구조물의 횡변위를 이중으로 증폭하여 댐퍼의 제진 작용을 증대시킨다. 그리고 추가 댐퍼(30)의 강성은 댐퍼(20)의 강성과 동일하게 할 수도 있으나, 댐퍼(20)의 강성과 다르게 하여 순차적인 댐핑이 일어나도록 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 추가 댐퍼(30)로는 설치면적의 제한이 적은 강재 이력 댐퍼 또는 마찰 댐퍼를 적용할 수 있고, 추가 댐퍼(30)의 개수는 구조물의 크기 등에 따라 증가될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제진 시스템의 도면으로써, 상기 제2 실시예에 따른 제진 시스템을 세로방향으로 회전시켜 설치한 것이다. 즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 제진 시스템은 건축물 기둥 주위의 제한된 공간에 설치될 수 있는 것으로서, 그 구성요소는 방향을 제외하고 제2 실시예와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

지금까지, 링크 부재 및 댐퍼의 배열에 의해 댐퍼의 변위를 증폭시키는 방법에 대하여 설명하였으나, 이하에서는 편심 회전판을 이용하여 댐퍼의 변위를 증폭시키는 방법에 대하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이고, 도 9는 본 발 명의 제4 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 8을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 제진 시스템은 구조물(100)에 연결 부재를 매개하여 지지점(P0)을 기준으로 회동할 수 있는 편심 회전판(40), 편심 회전판(40)의 일측에 연결되어 구조물(100)의 변위를 흡수하는 댐퍼(20) 및 편심 회전판(40)의 타측에 연결되는 지지 부재(50)를 포함한다. 편심 회전판(40)은 지지점(P0)을 중심으로 양측에 2개의 작용점(P1, P2)이 형성된다. 지지점(P0)과 제1 작용점(P1)을 잇는 선분의 길이(L1)는 지지점(P0)과 제2 작용점(P2)을 잇는 선분의 길이(L2)보다 크다. 일례로, 지지점(P0)과 제1 작용점(P1)을 잇는 선분의 길이(L1)는 지지점(P0)과 제2 작용점(P2)을 잇는 선분의 길이(L2)에 α배일 수 있다(L1 = α×L2, α＞1).

또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 앵글형 편심 회전판(40)은, 지지점(P0)과 제1 작용점(P1)을 잇는 선분과 지지점(P0)과 제2 작용점(P2)을 잇는 선분이 이루는 각도가 90°이나, 이 각도는 0°보다 크고, 180°보다 작은 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다. 편심 회전판(40)의 제1 작용점(P1)은 구조물(10)의 우측 하부 모서리에 연결된 댐퍼(20)의 일측과 힌지 결합되고, 편심 회전판(40)의 제2 작용점(P2)은 구조물(10)의 좌측 하부 모서리에 연결된 지지 부재(50)의 일측과 힌지 결합된다.

또한, 본 실시예에서 편심 회전판(40)의 지지점(P0)에 힌지 결합되는 연결 부재는 한 쌍의 링크 부재(11, 12)로 이루어질 수 있다. 지지 부재(50)도 링크 부재로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제4 실시예에 따른 제진 시스템에 지진력에 의한 횡변위(δF)가 발생하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 편심 회전판(40)은 지렛대의 원리에 의해 지지점(P0)을 중심으로 일 방향(시계방향)으로 회전한다. 도 9에서 점선은 회전하기 전 제진 시스템의 모습을 나타낸다.

이때, 지지점(P0)으로부터 거리가 긴 제1 작용점(P1)의 회전 변위(δD)가 거리가 짧은 제2 작용점의 회전변위보다 길이의 비(α배)만큼 크게 되며, 이에 따라, 제1 작용점(P1)에 연결된 댐퍼(20)의 변위(δD)도 길이비만큼 증폭된다. 요컨대, 편심 회전판(40)은 지지점으로부터 작용점의 거리비만큼 회전 변위를 증폭하여 댐퍼(20)에 전달한다.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이며, 도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 제진 시스템의 도면으로서, 앵글형 편심 회전판을 이용한 다양한 변형예를 도시하고 있다.

도 10을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 제진 시스템은 제4 실시예와 비교하여 동일한 구성 요소를 구비하나, 배열이 상이하다. 즉, 본 발명의 제5 실시예에 따른 제진 시스템은 편심 회전판(40)의 지지점(P0)이 구조물(100)의 하부 모서리에 연결된 한 쌍의 링크 부재(11, 12)와 연결되고, 편심 회전판(40)의 제1 작용점(P1)은 구조물(100)의 우측 상부 모서리에 연결된 댐퍼(20)와 연결되며, 편심 회전판(40)의 제2 작용점(P2)은 구조물(100)의 좌측 상부 모서리에 연결된 지지 부재(50)와 연결된다.

도 11을 참고하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 제진 시스템은 제4 실시예 와 비교하여 연결 부재의 구성이 상이하다. 즉, 본 발명의 제6 실시예에 다른 제진 시스템은 편심 회전판(40)의 지지점(P0)에 힌지 결합되는 연결 부재가 한 쌍의 링크 부재(11, 12)가 아닌 일체형 고정구(60)로 형성된다.

상기에서는 앵글형 편심 회전판에 대하여 설명하였으며, 이하에서는 일자형 편심 회전판에 대하여 설명한다.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이고, 도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다. 도 12를 참고하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 제진 시스템은 일자형 편심 회전판(70)을 포함한다. 즉, 일자형 편심 회전판(70)은 회전 중심이 되는 지지점(P0), 지지점(P0)으로부터 거리(L1)가 큰 제1 작용점(P1) 및 지지점(P0)으로부터 거리(L2)가 작은 제2 작용점(P2)이 동일한 선상에 배열된다.

편심 회전판(70)의 지지점은 구조물(100)의 상부 양측 모서리에 연결된 한 쌍의 링크 부재(11, 12)와 힌지 결합되고, 편심 회전판(70)의 제1 작용점(P1)은 구조물(100)의 좌측 하부 모서리에 연결된 댐퍼(20)의 일측과 힌지 결합되고, 편심 회전판(70)의 제2 작용점은 구조물(100)의 좌측 하부 모서리에 연결된 지지 부재(50)의 일측과 힌지 결합된다. 이와 같이 구성된 제진 시스템도 편심 회전판(70)의 지지점(P0)으로부터 작용점(P1, P2)의 거리비만큼 회전 변위를 증폭하여 댐퍼(20)에 전달한다.

도 13을 참고하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 제진 시스템은 제7 실시예와 비교하여 편심 회전판 및 댐퍼의 배열이 상이하다. 즉, 본 발명의 제8 실시예에 따른 제진 시스템은 편심 회전판(70)이 제7 실시예와 비교하여 반시계방향으로 대략 90°정도 회전하여 배치되고, 편심 회전판(70)의 제1 작용점(P1)과 힌지 결합된 댐퍼(20)의 타측은 구조물(100)의 우측 하부 모서리에 연결된다.

도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이고, 도 15는 본 발명의 제9 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이며, 도 16은 본 발명의 제10 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

본 발명의 제9 및 제10 실시예에 따른 제진 시스템은 편심 회전판에 의한 변위 증폭뿐만 아니라, 링크 부재의 각도 변화에 의한 변위 증폭도 발생시킨다.

도 14를 참고하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 제진 시스템은 일자형 편심 회전판(70)의 지지점(P0)이 한 쌍의 링크 부재(11, 12)의 절점에 연결되되, 이 한 쌍의 링크 부재(11, 12)는 구조물(100)의 변형시, 절점이 편심 회전판(70)의 변위를 증폭시키는 방향으로 이동하도록 설치된다. 즉, 한 쌍의 링크 부재(11, 12)는 일자형 편심 회전판(70)의 지지점(P0)에 연결되면서 하나의 링크 부재(11)의 일단이 구조물(100)의 우측 상부 모서리에 연결되고, 다른 하나의 링크 부재(12)의 일단이 구조물(100)의 좌측 하부 모서리에 연결된다. 한 쌍의 링크 부재(11, 12)가 구조물(100)의 대각선 방향으로 설치된다.

또한, 편심 회전판(70)의 제1 작용점(P1)은 구조물(100)의 우측 하부 모서리에 연결된 댐퍼(20)의 일측에 연결되고, 편심 회전판(70)의 제2 작용점(P2)은 구조물(100)의 좌측 상부 모서리에 연결된 지지 부재(50)의 일측에 연결된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제9 실시예에 따른 제진 시스템은, 도 15에 도시된 바와 같이, 구조물(100)에 횡변위(δF)가 발생하면, 우선 한 쌍의 링크 부재(11, 12)가 이루는 각도(θ5)가 증가하면서 댐퍼(20)에 1차적 변위를 증폭하고, 다음으로, 편심 회전판(70)의 회전에 의해 작용점(P1, P2)의 길이비만큼 댐퍼(20)의 변위를 2차적으로 증폭시킨다.

따라서 본 발명의 제9 실시예에 따른 제진 시스템은 링크 부재(11, 12)의 각도 변화에 의한 1차 변위 증폭 및 편심 회전판(70)의 회전에 의한 2차 변위 증폭을 구현함으로써, 댐퍼(20)의 변위(δD) 증폭을 월등히 높일 수 있다. 이와 같은 제진 시스템은 풍하중, 소지진, 진동 등 일상적으로 발생하는 소규모 변위에도 효과적으로 적용될 수 있다.

도 16을 참고하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 제진 시스템은 제9 실시예에 비하여 편심 회전판의 타입 및 댐퍼의 배열이 상이하다. 즉, 본 발명의 제10 실시예에 따른 제진 시스템은 앵글형 편심 회전판(40)의 지지점(P0)에 한 쌍의 링크 부재(11, 12)가 대각선 방향으로 연결된다. 하나의 링크 부재(11)의 일단은 구조물(100)의 우측 상부 모서리에 연결되고, 다른 하나의 링크 부재(12)의 일단은 구조물(100)의 좌측 하부 모서리에 연결된다.

또한, 앵글형 편심 회전판(40)의 제1 작용점(P1)은 구조물(100)의 좌측 상부 모서리에 연결된 댐퍼(20)의 일측에 연결되고, 앵글형 편심 회전판(40)의 제2 작용점(P2)은 구조물(100)의 좌측 상부 모서리에 연결된 지지 부재(50)의 일측에 연결된다.

다음으로, 강성이 다른 2종의 댐퍼를 편심 회전판에 연결하여 순차적으로 댐 퍼의 변위를 증폭할 수 있는 가속 변위 증폭형 제진 시스템에 대하여 설명한다.

도 17은 본 발명의 제11 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이고, 도 18a 및 도 18b는 본 발명의 제11 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다. 도 17을 참고하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 제진 시스템은 제9 실시예의 지지 부재가 추가 댐퍼(30)로 치환되고, 편심 회전판(70)이 반시계방향으로 약간 회전한 형태이다. 추가 댐퍼(30)는 댐퍼(20)의 강성보다 상대적으로 작게 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제11 실시예에 따른 제진 시스템은 도 18a에 도시된 바와 같이, 횡변위(δF1)가 발생하면, 한 쌍의 링크 부재(11, 12)가 이루는 각도(θ6, 도 17 참조)가 증가하면서 지지점(P0)이 이동함과 동시에 편심 회전판(70)이 시계방향으로 회전한다. 이때, 댐퍼(20)와 추가 댐퍼(30)는 각각의 강성에 비례하여 제1 작용점(P1)의 회전 변위와 제2 작용점(P2)의 회전 변위를 유발한다. 여기서, 추가 댐퍼(30)는 댐퍼(20)의 강성보다 상대적으로 작게 형성되므로, 편심 회전판(70)의 회전 변위는 추가 댐퍼(30)에 집중되고, 댐퍼(20)에는 상대적으로 작은 변형이 발생한다. 이러한 댐퍼(20) 및 추가 댐퍼(30)의 작동 변위는 추가 댐퍼(30)가 한계변위에 도달할 때까지 지속된다.

추가 댐퍼(30)가 한계변위에 도달한 후에도 횡변위(δF2)가 발생하면, 도 18b에 도시된 바와 같이, 추가 댐퍼(30)가 더 이상 댐핑기능을 하지 않으므로, 편심 회전판(70)의 추가된 증폭 변위는 모두 댐퍼(20)에 전달된다. 도 18b에서 2점쇄선은 초기 위치를 나타내고, 점선은 1차 변위 증폭된 후의 모습을 나타내며, 실선이 2차 변위 증폭된 후의 모습을 나타낸다.

이와 같이 편심 회전판(70)을 이용한 가속 변위형 제진 시스템은 링크 부재(11, 12)에 의해 증폭된 변위가 편심 회전판(70)에 의해 재증폭되므로, 월등한 변위를 댐퍼(20)에 유발시킬 수 있으며, 댐퍼(20)와 추가 댐퍼(30) 간의 강성차를 이용하여 순차적으로 증폭된 변위가 전달됨으로써, 안정된 작동성을 확보할 수 있다.

지금까지 단일의 편심 회전판을 이용한 제진 시스템에 대하여 설명하였으나, 이하에서는 복수 개의 편심 회전판을 이용하여 댐퍼의 변위를 증폭시키는 방법에 대하여 설명한다.

도 19는 본 발명의 제12 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이고, 도 20은 본 발명의 제12 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다. 도 19를 참고하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 제진 시스템은 제1 실시예의 구조에서 링크 부재의 절점에 한 쌍의 편심 회전판(70)을 추가 설치하고, 댐퍼(20)(제1댐퍼)를 상기 편심 회전판(70) 사이에 설치한 것이다.

즉, 한 쌍의 링크 부재(11, 12)의 절점과 다른 한 쌍의 링크 부재(13, 14)의 절점에 각각 일자형 편심 회전판(70)의 지지점(P0)을 힌지 결합하여 연결한다. 또한, 한 쌍의 편심 회전판(70)의 제1 작용점(P1) 사이에는 댐퍼(20)가 힌지 결합되고, 한 쌍의 편심 회전판(70)의 제2 작용점(P2)에는 구조물(100)의 각 상부 모서리에 연결된 지지 부재(50)가 연결된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제12 실시예에 따른 제진 시스템에 있어서, 구조물에 횡변위(δF)가 발생하면, 도 20에 도시된 바와 같이, 각 링크 부재(11, 12, 13, 14)가 이루는 각도가 증가(θ1→θ'1, θ2→θ'2)하면서 편심 회전판(70)의 지지점(P0)이 서로 가까워져 댐퍼(20)에 1차적으로 증폭된 압축 변위가 작용한다. 이때, 우측의 편심 회전판(70)은 시계방향으로 회전하고, 좌측의 편심 회전판(70)은 반시계방향으로 회전함으로써, 한 쌍의 편심 회전판(70)의 길이비만큼 댐퍼(20)의 압축변위는 2차적으로 더욱 증가한다.

여기서, 댐퍼(20)는 양측에 설치된 편심 회전판(70)이 동시에 작동함으로써, 양방향으로 댐퍼(20)의 압축변위가 증폭되어 단일의 편심 회전판(70)을 이용하여 일방향으로 변위를 증폭하는 것보다 댐퍼(20)의 효율이 극대화된다.

도 21은 본 발명의 제13 실시예에 따른 제진 시스템의 도면으로서, 복수 개의 앵글형 편심 회전판을 이용한 제진 시스템을 나타낸다. 도 21을 참고하면, 본 발명의 제13 실시예에 따른 제진 시스템은, 제12 실시예와 비교하여, 일자형 편심 회전판(70)이 앵글형 편심 회전판(40)으로 대체되고, 지지 부재(50)가 앵글형 편심 회전판(40)의 제2 작용점(P2) 사이에 설치되는 것을 제외하고는 동일하다. 따라서 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 22는 본 발명의 제14 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이고, 도 23a 및 도 23b는 본 발명의 제14 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이며, 도 24는 본 발명의 제15 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다. 도 22 내지 도 24는 복수 개의 편심 회전판 및 복수 개의 댐퍼를 이용하는 제진 시스템의 실시예들을 나타내고 있다. 도 22를 참고하면, 본 발명의 제14 실시예에 따른 제진 시스템은 제13 실시예의 지지 부재(50)를 대신하여 추가 댐퍼(30)를 구비하고 있다. 추가 댐퍼(30)는 댐퍼(20)의 강성보다 상대적으로 작게 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제14 실시예에 따른 제진 시스템은 도 23a에 도시된 바와 같이, 횡변위(δF1)가 발생하면, 한 쌍의 링크 부재(11, 12) 및 다른 한 쌍의 링크 부재(13, 14)가 이루는 각도가 증가하면서 편심 회전판(40)의 지지점(P0)이 서로 가까워지게 이동함과 동시에 한 쌍의 편심 회전판(70)이 약간 회전한다.

이때, 댐퍼(20)와 추가 댐퍼(30)는 각각의 강성에 비례하여 제1 작용점(P1)의 변위와 제2 작용점(P2)의 변위를 유발한다. 여기서, 추가 댐퍼(30)는 댐퍼(20)의 강성보다 상대적으로 작게 형성되므로, 편심 회전판(70)의 변위는 추가 댐퍼(30)에 집중되고, 댐퍼(20)에는 상대적으로 작은 변형이 발생한다. 이러한 댐퍼(20) 및 추가 댐퍼(30) 작동 변위는 추가 댐퍼(30)가 한계변위에 도달할 때까지 지속된다.

추가 댐퍼(30)가 한계변위에 도달한 후에도 횡변위(δF2)가 발생하면, 도 23b에 도시된 바와 같이, 추가 댐퍼(30)가 더 이상 댐핑기능을 하지 않으므로, 편심 회전판(70)의 추가된 증폭 변위는 모두 댐퍼(20)에 전달된다. 도 23b에서 2점쇄선은 초기 위치를 나타내고, 점선은 1차 변위 증폭된 후의 모습을 나타내고, 실선이 2차 변위 증폭된 후의 모습을 나타낸다.

도 24를 참고하면, 본 발명의 제15 실시예에 따른 제진 시스템은, 제12 실시예의 지지 부재(50)를 대신하여 댐퍼(20)(제1댐퍼)보다 작은 강성을 갖는 추가 댐퍼(30)(제2댐퍼)를 구비하며, 작동의 방식은 상기 제14 실시예와 유사하다. 따라서 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

지금까지, 댐퍼에 증폭된 변위를 유발하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 종래 변위 증폭형 제진 시스템의 도면이다.

도 2는 종래 변위 증폭형 제진 시스템의 작용도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 15는 본 발명의 제9 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 16은 본 발명의 제10 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 17은 본 발명의 제11 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 18a 및 도 18b는 본 발명의 제11 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 19는 본 발명의 제12 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 20은 본 발명의 제12 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 21은 본 발명의 제13 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 22는 본 발명의 제14 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

도 23a 및 도 23b는 본 발명의 제14 실시예에 따른 제진 시스템의 작용도이다.

도 24는 본 발명의 제15 실시예에 따른 제진 시스템의 도면이다.

Claims

각각 구조물에 설치되는 2개의 링크 부재로 이루어진 2개의 링크 부재 쌍;

각각의 링크 부재 쌍을 이루는 2개의 링크 부재가 각각의 지지점(P0)에 연결되고, 상기 지지점(P0)은 회전 중심이 되고, 상기 지지점(P0)으로부터 이격된 위치에 제1 작용점(P1)과 제2 작용점(P2)을 가지고 있고, 상기 지지점(P0)과 제1 작용점(P1) 사이의 거리(L1)가, 상기 지지점(P0)과 제2 작용점(P2) 사이의 거리(L2)보다 더 크게 되어 있는 구성을 가지는 2개의 편심 회전판(70);

상기 2개의 편심 회전판(70) 각각에 형성되어 있는 제2 작용점(P2)에 각각 일단이 힌지 결합되는 2개의 지지 부재(50); 및

2개의 편심 회전판 중 한 개의 편심 회전판(70)의 제1 작용점(P1)에 일단이 힌지 결합되고, 다른 한 개의 편심 회전판(70)의 제1 작용점(P1)에 타단이 힌지 결합되어 상기 구조물의 변위를 흡수하는 제1 댐퍼(20)를 포함하며;

구조물에 변위가 발생하면 2개의 편심 회전판(70)이 각각 이동하면서 각각의 지지점(P0)을 중심으로 회전하여, 각각의 편심 회전판(70)에 형성된 제1 작용점(P1)들을 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동시켜 상기 제1 댐퍼(20)를 양방향으로 압축 또는 신장시키게 되고, 각각의 편심 회전판(70)에서 제1 작용점(P1)의 변위는 제2 작용점(P12)의 변위보다, 지지점(P0)으로부터 각각의 작용점까지의 거리(L1, L2)의 길이비만큼 크게 되어, 상기 제1 댐퍼(20)의 압축 또는 신장되는 것이 상기 지지점(P0)으로부터 제1 작용점(P1)까지의 각 거리의 길이비만큼 증폭되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 제진 시스템.
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제1항에 있어서,

2개의 편심 회전판(70) 각각에 형성된 제2 작용점(P2)에는 각각 지지 부재(50) 대신에 추가적인 제2댐퍼(30)의 일단이 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 제진 시스템.
제4항에 있어서,

상기 추가적인 제2댐퍼(30)의 강성은 제1댐퍼(20)의 강성보다 작은 것을 특징으로 하는 제진 시스템.