KR101103983B1 - 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 완충기구는, 축부; 축 결합공을 구비하여 상기 축부를 따라 이동 가능케 결합된 복수의 접시스프링들; 및 상기 축부의 일단에 설치되고 상기 접시스프링들이 상기 축부의 일단으로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 완충기구의 진동흡수 성능이 개선될 수 있고, 완충기구의 설치공간이 작더라도 비교적 큰 하중을 지지할 수 있으며, 완충기구의 접시스프링들을 다양하게 조합하여 완충기구가 설치되는 장소에 따라 완충기구의 특성이 용이하게 가변될 수 있도록 조정할 수 있다.
구조물 지지장치, 교좌장치, 완충기구, 접시스프링

Description

완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치 { Shock Absorbing Device and Structural Bearing having the same }
본 발명은, 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교량의 교각과 같은 하부구조물에 대해 교량의 상판과 같은 상부구조물을 지지할 때에 발생하는 수평하중에 대해 저항하는 구조를 개선한 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치에 관한 것이다.
교량의 교각과 같은 하부구조물에 대해 교량의 상판과 같은 상부구조물을 지지하기 위해 사용되는 구조물 지지장치는 구조물의 규격이나 지지 하중 등에 따라 여러 가지 형태와 기능을 갖는다. 이러한 구조물 지지장치로는 대표적으로 교좌장치가 있다.
구조물 지지장치 중에는 교량의 고정단 등에 설치되어 상부구조물의 상하방향의 하중만을 탄성적으로 지지하여 주고 상부구조물이 수평방향으로 이동하는 것은 허용하지 않는 것도 있지만, 교량의 일방향 가동단이나 양방향 가동단 등에 설치되어 지지되는 상부구조물의 열팽창이나 열수축을 허용하고, 풍압, 차량이나 열차의 주행, 정지, 지진 등에 따라 수평방향으로 작용하는 힘을 완충하여 주기 위해 어느 정도까지 상부구조물이 수평방향으로 이동되는 것을 허용하는 것도 있다. 이러한 구조물 지지장치에는 수평방향으로 완충기구가 설치된다.
일반적으로 구조물 지지장치(50)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 교각에 고정되는 하부판(51)과, 교각에 지지되는 상부구조물의 저면에 설치되는 상부판(55)과, 상부판(55)에 결합되어 측방향의 외관을 형성하는 안내틀체(60)와, 하부판(51)의 중앙 부근에 형성된 전단핀 삽입공(52)에 삽입되는 전단핀(65)과, 전단핀(65)의 상부방향으로 결합되는 완충디스크(70)와, 안내틀체(60)의 내부에 수용되되 안내틀체(60)와 이격된 공간을 형성하도록 배치되며 완충디스크(70)의 상부에 설치되는 블록 베어링(75)과, 안내틀체(60)와 블록 베어링(75) 사이에 개재된 완충기구(80)를 구비한다.
블록 베어링(75)은 완충디스크(70)의 지지를 받아 상하 방향과 어느 한 방향으로 기울어지는 방향으로는 유동될 수 있지만, 수평방향으로는 전단핀(65)과 전단핀 삽입공(52)에 의해 그 움직임이 제한을 받는다. 그리고 블록 베어링(75)의 상면에는 마찰저감을 위한 불소수지판(76)이 설치되고, 이와 마주보는 상부판(55)의 저면에는 스테인리스 스틸판(미도시)이 부착되어 있다.
상부구조물에 설치되는 상부판(55)이 수평방향으로 이동되는 경우, 완충기구(80)는 블록 베어링(75)과 안내틀체(60) 사이에서 압축되면서 교각과 상부구조물 상호간에 작용하는 수평방향의 충격력을 완충하여 주는 역할을 한다.
완충기구(80)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 고무나 우레탄 재질로 이뤄진 탄성몸체(81)와, 탄성몸체(81)의 내부에 형성된 축 삽입부(82)에 삽입되며 탄성몸 체(81)의 일측 단부의 바깥으로 연장되어 블록 베어링(75)의 장착공(77)에 결합되는 축부(85)와, 탄성몸체(81)의 타측 단부에 마련되며 안내틀체(60)의 내측면에 형성된 스테인리스 스틸판(미도시)에 접촉되어 스테인리스 스틸판과 상호 미끄럼 운동을 하는 불소수지판(87)을 포함한다.
그러나, 이러한 종래의 완충기구(80)는 여러 가지 뛰어난 장점이 있음에도 불구하고 탄성몸체(81)가 통상 고무나 폴리우레탄 등의 합성수지로 만들어지기 때문에 지진 등에 의해 가해지는 수평방향의 압축하중을 충분히 받아줄 수 있도록 하기 위해 부피가 충분히 커야 한다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 구조물 지지장치(50)에는 하중이 크게 작용하는 방향으로 복수의 완충기구(80)를 설치하기도 한다.
본 발명의 목적은, 진동흡수 성능 또는 충격흡수 성능이 개선될 수 있는 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 작은 설치공간으로도 비교적 큰 하중을 지지할 수 있는 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 특성이 용이하게 가변될 수 있는 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제작이 쉽고 유지 및 보수도 용이한 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 완충기구에 비해 크기를 줄일 수 있도록 해주는 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 특성 조정이 용이한 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명인은, 종래의 완충기구를 구조물 지지장치에 적용하는 경우, 수평하중에 대한 저항강도가 비교적 작기 때문에 진동흡수 성능 또는 충격흡수 성능이 다소 떨어질 수 있고, 큰 하중을 지지하기 위해서는 완충기구의 탄성몸체의 크기도 커져야 하며, 완충기구의 탄성몸체가 축부에 결합되어 일단 완충기구가 한 번 제작된 후에는 탄성몸체만을 따로 교체하는 것이 곤란하기 때문에 완충기구 또는 완충기구가 적용된 구조물 지지장치가 설치되는 장소에 따라 완충기구의 특성을 가변시킬 수 없고, 시간의 흐름에 따라 하중에 대한 탄성몸체의 저항력이 감소될 경우에는 완충기구 자체를 교체해야하므로 비용이 증가될 수 있다는 문제점을 알게 되었다.
본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적을 달성하기 위해, 소정의 지지물들 사이에 개재되어 상기 지지물들 상호간에 가해지는 하중을 완충하여 주기위한 완충기구에 있어서, 축부; 축 결합공을 구비하여 상기 축부를 따라 이동 가능케 결합된 복수의 접시스프링들; 및 상기 축부의 일단에 설치되고 상기 접시스프링들이 상기 축부의 일단으로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 완충기구가 제공된다.
여기서, 상기 축부 또는 상기 접시스프링들 중 적어도 하나는 자화(磁化)된 자력접촉부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 완충기구는, 상기 축부와 상기 접시스프링 사이에 개재되어 상기 축부와 상기 접시스프링들이 접촉되는 부위를 보호하는 접촉보호부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 완충기구는, 상기 접시스프링들을 구간별로 나누어 수용하도록 상기 축부에 복수로 결합되며, 수평하중이 작용할 때에 순차적으로 어느 하나가 다른 하나에 삽입되도록 각각의 직경이 상호 단차지게 형성된 스프링 캡(spring cap)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 접시스프링들은 스프링 강성이 상대적으로 작은 접시스프링들과 스프링 강성이 상대적으로 큰 접시스프링들을 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 두 번째 목적을 달성하기 위해, 상부구조물에 결합되는 상 고정부와 하부구조물에 결합되는 하 고정부를 구비하고 상부구조물과 하부구조물 사이에 개재되어 상기 하부구조물에 대하여 상기 상부구조물을 수직 및 수평방향으로 지지하는 구조물 지지장치에 있어서, 상기 상 고정부 또는 상기 하 고정부에 설치되고 적어도 일 측 방향의 외관을 형성하는 가이드 지지부; 상기 가이드 지지부가 설치되지 않은 상기 하 고정부 또는 상기 상 고정부에 설치되고 상기 가이드 지지부로부터 수평방향으로 이격 배치된 베어링부; 및 축부, 축 결합공을 구비하여 상기 축부를 따라 이동 가능케 결합된 복수의 접시스프링들, 및 상기 축부의 일단 에 설치되고 상기 접시스프링들이 상기 축부의 일단으로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지부를 구비하여 구성되고 상기 가이드 지지부와 상기 베어링부 사이를 탄성지지하기 위한 완충기구를 포함하여 구성되고, 상기 가이드 지지부와 상기 베어링부 중 일측에는 상기 축부가 이동 가능케 결합되는 안내부가 형성되어 있고, 상기 완충기구는 상기 축부가 상기 안내부에 결합된 상태로 설치되고 상기 이탈 방지부는 상기 안내부가 형성되지 않은 상기 베어링부 또는 상기 가이드 지지부의 측면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치가 제공된다.
여기서, 상기 완충기구는 접촉보호부를 더 포함하며, 상기 접촉보호부는 상기 축부와 상기 접시스프링 사이에 개재되어 상기 축부와 상기 접시스프링들이 접촉되는 부위를 보호하는 것이 바람직하다.
상기 완충기구는 스프링 캡을 더 포함하고, 상기 스프링 캡은 상기 접시스프링들을 구간별로 나누어 수용하도록 상기 축부에 복수로 결합되며 수평하중이 작용할 때에 순차적으로 어느 하나가 다른 하나에 삽입되도록 각각의 직경이 상호 단차지게 형성된 것이 바람직하다.
상기 완충기구는 미끄럼부를 더 포함하고, 상기 미끄럼부는 불소수지 계열의 재질로 마련되며 상기 축부에 배향되게 상기 이탈 방지부에 결합되는 것이 바람직하다.
상기 완충기구는 상기 가이드 지지부와 상기 베어링부 사이에 개재되며, 상기 축부의 양 단부 중 상기 이탈 방지부가 결합되지 않은 단부는 상기 가이드 지지부 및 상기 베어링부 중 어느 하나에 결합되고, 상기 미끄럼부는 상기 가이드 지지 부 및 상기 베어링부 중 다른 하나에 접촉되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 완충기구는 접시스프링 외부수용부를 더 포함하며, 상기 접시스프링 외부수용부는 상기 접시스프링들이 상기 베어링부와 마주보지 않는 상기 가이드 지지부의 외부에 설치되도록 상기 가이드 지지부의 외부에 마련되어 상기 축부 중 상기 접시스프링들이 결합된 부분으로부터 외부로 돌출된 부분을 고정시키는 외부 축 결합부를 포함하고, 상기 축부 중 상기 접시스프링들이 결합되지 않은 부분은 상기 가이드 지지부를 관통하여 상기 베어링부에 접촉되는 상기 미끄럼부가 결합된 상기 이탈 방지부까지 연장되어 상기 축부에 가해지는 수평하중의 강도에 따라 상기 접시스프링들이 상기 축부를 따라 이동될 수 있도록 설치될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치의 진동흡수 성능 또는 충격흡수 성능이 개선될 수 있다.
또한, 설치공간을 줄일 수 있고, 완충기구 및 이를 갖는 구조물 지지장치의 설치공간이 작더라도 비교적 큰 하중을 지지할 수 있다.
나아가, 완충기구의 접시스프링들을 다양하게 조합하여 완충기구 또는 완충기구를 갖는 구조물 지지장치가 설치되는 장소에 따라 완충기구 또는 완충기구를 갖는 구조물 지지장치의 특성이 용이하게 가변될 수 있도록 조정할 수 있다.
아울러, 시간의 흐름에 따라 하중에 대한 저항력이 감소되더라도 해당 접시스프링만을 교체할 수 있게 되어 완충기구 또는 완충기구를 갖는 구조물 지지장치의 교체비용을 절감할 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 완충기구(170)는, 후술할 가이드 지지부(130) 및 베어링부(160)와 같은 소정의 지지물들 사이에 직간접적으로 개재되어 지지물들 상호간에 가해지는 하중을 완충하여 주기위한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 축부(171)와, 이탈 방지부(172)와, 미끄럼부(173)와, 접시스프링(174)을 포함한다.
축부(171)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 몸체가 길이방향으로 형성되며, 적어도 일부에 나사선(171a)이 마련된 것이 바람직하다. 축부(171)의 양 단부 중 어느 하나에는 금속판 등으로 된 이탈 방지부(172)가 결합되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예로서, 축부(171)는 자성(磁性)을 갖는 금속재질로 마련되어 자석을 가까이 대면 자화(磁化)될 수 있는 것이 바람직하다.
이탈 방지부(172)는, 도 3 및 도 14에 도시된 바와 같이, 축부(171)의 양 단부 중 어느 하나에 결합되어 접시스프링(174)들이 축부(171)의 양 단부 중 적어도 어느 한 쪽으로 이탈되는 것을 방지하고, 이탈 방지부(172)에서 축부(171)가 결합되지 않은 방향으로는 미끄럼부(173)가 결합된다.
미끄럼부(173)는, 불소수지 계열의 재질로 마련되며, 축부(171)에 배향되게 이탈 방지부(172)에 결합된다. 본 발명의 일실시예로서, 이탈 방지부(172)와 미끄럼부(173)가 별개로 마련되어 결합된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 이탈 방지부(172)에 일체로 미끄럼부(173)를 형성시키거나 이탈 방지부(172)의 표면을 가공하여 불소수지판 등의 미끄럼부(173)와 동일한 마찰계수를 갖도록 하여 미끄럼부(173)를 따로 마련하지 않을 수도 있다.
불소수지판 등의 미끄럼부(173)로는 폴리테트라 플루오르 에틸렌(Poly Tetra Fluoro Ethylene; PTFE) 코팅이 이뤄진 것이 바람직하다. 이 PTFE는 유백색이며 유연한 수지의 일종이다. 이에 따라, 완충기구(170)의 불소수지판 등의 미끄럼부(173)와 이에 접촉되는 가이드 지지부(130)의 스테인리스 스틸 미끄럼판 사이에 원활한 미끄러짐 접촉이 이뤄질 수 있다.
접시스프링(174)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 축 결합공(174a)을 구비하여 축부(171)를 따라 이동 가능케 결합되며, 경사면(174b)을 갖는 대략 원반의 형상으로 마련되고, 축부(171)의 길이방향을 따라 축부(171)에 복수로 결합된다. 본 발명의 일실시예로서, 접시스프링(174)들은 축부(171)의 양 단부 중 이탈 방지부(172)가 결합되지 않은 단부를 통하여 축부(171)에 결합되는 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 축부(171)에 이탈 방지부(172)를 결합하기 전에 접시스프링(174)들을 먼저 축부(171)에 결합한 후 접시스프링(174)들이 결합되는 방향과 같은 방향으로 축부(171)에 이탈 방지부(172)를 결합할 수도 있다.
이에 따라, 종래의 탄성몸체(81)를 대체하여 본 발명에 따른 복수의 접시스프링(174)들이 완충기구(170)에 적용됨으로써 완충기구(170)의 진동흡수 성능 또는 충격흡수 성능이 개선될 수 있고, 완충기구(170)의 설치공간을 줄일 수 있으며, 완충기구(170)의 설치공간이 작더라도 비교적 큰 하중을 지지할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 접시스프링(174)들이 적용되는 완충기구(170)의 하중설계 시에는, 각각의 접시스프링(174)들이 최대 변형량(경사면(174b)이 거의 평 탄해질 때까지의 변형량)의 대략 75%까지만 변형되는 것이 허용되도록 완충기구(170)의 지지하중을 고려하여 설계하는 것이 바람직하다.
이 접시스프링(174)은 작은 크기로도 큰 힘을 받아줄 수 있는 탄성력을 가지는 것으로, 초기에는 가해지는 힘에 비례하여 변위를 일으키지만 일정 힘 이상에서는 변위가 급격히 증가한다. 즉, 접시스프링(174)은 변위가 많이 생기더라도 탄성력에는 큰 차이가 생기지 않는 영역을 가진다.
접시스프링(174)은 볼록한 부분이 같은 방향을 향하도록 여러 개를 겹치면 그 겹치는 개수에 따라 스프링의 강성이 증가하고, 볼록한 부분이 서로 다른 방향을 향하도록 여러 개를 겹치면 겹치는 개수에 따라 변위가 증가한다. 즉, 위 두 가지 방식을 조합하는 경우 스프링의 특성을 다양하게 조정할 수 있다.
그림 1
Figure 112008088011527-pat00001
그림 2
Figure 112008088011527-pat00002
겹치는 방법 및 개수에 따른 힘과 변위의 관계는 위의 그림 1에서 알 수 있는 바와 같다. 즉, 접시스프링 2개를 서로 포개지도록 겹치는 경우 스프링 강성은 배로 증가한다. 즉, 접시스프링을 볼록한 부분이 같은 방향을 향하게 서로 포개지도록 겹치는 경우, 접시스프링의 스프링 강성은 겹쳐지는 접시스프링의 개수에 비례한다. 또한, 접시스프링들을 볼록한 부분이 서로 다른 방향을 향하게 서로 마주보고 겹치는 경우 같은 힘에 대해 변위가 겹치는 접시스프링의 개수에 비례한다.
위의 그림 2와 같이 접시스프링 소재의 두께가 t이고, D2:D1이 약 2:1이고, 최대 변위가 h0인 접시스프링의 힘 F에 대한 변위의 관계를 나타내면 아래의 그래프와 같다. 여기에서 s는 힘 F에 대한 변위이고, Fc는 변형량이 h0일 때의 힘의 크기를 나타낸다. 아래의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 h0/t 값이 작을 때에는 변형량 s는 힘의 크기에 비례하지만, h0/t 값이 증가할수록 s/h0 값이 약 0.4 정도까지는 대략 비례하다가 그 이후부터는 s가 약 0.75h0 되는 위치까지 힘에 대한 변위가 상대적으로 커진다.
그래프
Figure 112008088011527-pat00003
본 발명자는 위와 같은 실험으로부터 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 접시스프링은 h0/t 값이 1.2 이상 되는 것이 바람직하고, 최대 변위의 75%까지 사용될 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다는 결론을 얻을 수 있었다. 물론, h0/t 값이 1.2 미만인 것도 본 발명에 사용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 축부(171) 또는 접시스프링(174)들 중 적어도 하나는 자화(磁化)된 자력접촉부(174c)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예로서, 접시스프링(174)들 중 축부(171)에 제일 마지막으로 결합되는 것에 자력접촉부(174c)가 형성된 것이 바람직하다. 이에 따라, 예컨대 자력접촉부(174c)가 N극의 자성을 띠는 경우 이에 접촉되는 축부(171) 영역은 S극으로 자화되어, 상 호 간에는 인력이 발생되므로 축부(171)에 먼저 결합된 접시스프링(174)들이 축부(171)를 따라 이탈되는 것을 방지함으로써 완충기구(170)가 구조물 지지장치(100)에 설치되기 이전이라도 한 개의 완성된 제품으로서 마련될 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 접시스프링(174)들은 오목한 부분이 상호 대응되며 외주연을 따라 상호 접촉되도록 축부(171)에 결합된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 접시스프링(174)들은 도 3에 도시된 배열과는 다른 배열로 축부(171)에 결합될 수도 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 접시스프링(174)들이 겹쳐진 상태로 축부(171)에 결합될 수도 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 상호 두께가 상이한 접시스프링(174)들이 구간별로 나뉘어 축부(171)에 결합될 수도 있다. 이 경우, 완충기구(170)는 접시스프링(174)들의 압축 정도에 따라 그 완충 특성이 순차적으로 변할 수 있다. 또한, 접시스프링(174)들의 두께를 달리하는 대신에 재질을 달리하여 스프링 강성들이 달라지도록 할 수도 있다. 본 발명의 일실시예로서, 스프링 강성이 같은 것끼리 구간별로 모아서 배치하는 것이 바람직하지만, 구간 및 순서 구분 없이 무작위로 접시스프링(174)들을 설치하여도 무방하다.
이에 따라, 완충기구(170)의 접시스프링(174)들을 다양하게 조합하여 완충기구(170)가 설치되는 장소에 따라 완충기구(170)의 특성이 용이하게 가변될 수 있도록 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 접시스프링(174)들이 동일 방향으로 겹쳐지도록 축부(171)에 접시스프링(174)들을 결합시킨다면 동일한 하중에 대하여 접시스프링(174)들의 변위량은 상대적으로 작아진다.
접시스프링(174)은, 본 발명의 일실시예로서 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 경사면(174b)을 갖는 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 접시스프링(174)들 중 일부는 경사면(174b)이 없이 전체가 평편하게 마련된 것일 수도 있고, 도 10에 도시된 바와 같이, 경사면(174b)의 일부가 모따기 처리되어 평탄면(174d)을 갖도록 마련될 수도 있으며, 도 11에 도시된 바와 같이, 외주연 중 일부(네 개소)가 일직선상으로 절취될 수도 있고, 도 12에 도시된 바와 같이, 경사면(174b)에 요철(174e)이 형성될 수도 있으며, 도 13에 도시된 바와 같이, 경사면(174b)의 형상을 다양하게 디자인하여 마련할 수도 있다.
이에 따라, 도 10에 도시된 접시스프링(174)은 도 7에 도시된 완충기구(170)에 적용되어 접시스프링(174)들 중 상호 볼록한 부분이 대응되어 축부(171)에 결합될 때에 상호 접촉되는 부위에서 면 접촉이 보다 잘 이루어질 수 있고, 도 12에 도시된 접시스프링(174)은 도 8에 도시된 완충기구(170)에 적용되어 두개 이상의 접시스프링(174)들이 겹쳐져 축부(171)에 결합될 때에 상호 접촉되는 부위에서 면 접촉이 보다 잘 이루어질 수 있다.
한편, 완충기구(170)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 축부(171)와 접시스프링(174) 사이에 개재되어 축부(171)와 접시스프링(174)들이 접촉되는 부위를 보호하는 접촉보호부(175)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예로서, 접촉보호부(175)는 접시스프링(174)이 축부(171)에 결합되는 부위에 마련된 고무 링(ring)인 것이 바람직하다.
이에 따라, 완충기구(170)에 수평하중이 작용되어 접시스프링(174)들이 축 부(171)를 따라 변위될 때에 축부(171)의 표면이나 접시스프링(174)들의 내주연이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 완충기구(170)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 접시스프링(174)들을 구간별로 나누어 수용하도록 축부(171)에 복수로 결합되며 수평하중이 작용할 때에 이탈 방지부(172)를 향하여 순차적으로 어느 하나가 다른 하나에 삽입되도록 각각의 직경이 상호 단차지게 형성된 스프링 캡(spring cap)(176)을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 접시스프링(174)들은 스프링 강성이 상대적으로 작은 접시스프링들과 스프링 강성이 상대적으로 큰 접시스프링들을 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예로서, 접시스프링(174)들은 스프링 강성별로 스프링 캡(176)들에 나뉘어 수용되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 두께(스프링 강성)가 상이한 접시스프링(174)들을 그룹별로 구획하여 완충기구(170)에 작용하는 수평하중을 단계적으로 지지함으로써 완충기구(170)에 의한 하중 지지력을 더욱 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예로서 도 9에 도시된 바와 같이, 스프링 캡(176)들이 이탈 방지부(172)를 향하여 각각 삽입되는 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 스프링 캡(176)들은 축부(171)의 양 단부 중 이탈 방지부(172)가 결합되지 않은 단부를 향하여 각각 삽입되도록 마련될 수도 있다. 또한, 본 발명의 일실시예로서, 이탈 방지부(172)에 가장 가까운 스프링 캡(176)에 수용된 접시스프링(174)들의 두께가 가장 얇은(스프링 강성이 상대적으로 작은) 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 예컨대 완충기구(170)가 적용되는 장치의 용도에 따라 설계를 달리하여 두께가 가장 얇은 접시스프링(174)들이 이탈 방지부(172)에서 가장 멀리 떨어진 스프링 캡(176)에 수용될 수도 있다.
이에 따라, 시간의 흐름에 따라 하중에 대한 저항력이 감소되더라도 해당 접시스프링(174)만을 교체할 수 있게 되어 완충기구(170) 자체를 교체할 필요가 없어지게 됨으로써 완충기구(170)의 교체비용을 절감할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 완충기구(170)가 적용된 구조물 지지장치(100)를 도 14 내지 도 17을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명에 따른 구조물 지지장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 교량과 같은 구조물(10)의 교각과 같은 하부구조물(20) 상에 설치되어 거더(girder)(40) 등을 통해 상부구조물(30)을 지지하게 되는데, 상부구조물(30)의 상하방향의 하중을 지지하면서 평상시에는 상부구조물(30)의 수평방향의 상시 하중을 받아줌과 아울러 지진 시에는 지진에 의한 상부구조물(30)의 수평방향의 큰 충격력을 완충하여 주는 역할을 한다.
즉, 구조물 지지장치(100)는 상부구조물(30)과 하부구조물(20) 사이에 개재되어 하부구조물(20)에 대하여 상부구조물(30)을 수직 및 수평방향으로 지지한다.
본 발명의 일실시예에 따른 구조물 지지장치(100)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 하 고정부(110)와, 상 고정부(120)와, 가이드 지지부(130)와, 전단핀(140)과, 완충디스크(150)와, 베어링부(160)와, 완충기구(170)를 포함한다.
하 고정부(110)는 하부구조물(20)에 결합되며, 전단핀(140)이 삽입되도록 판면의 중심부에 형성된 전단핀 삽입공(113)을 포함한다. 또한, 하 고정부(110)는, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 체결볼트(116)들에 의하여 하부구조물(20)에 결합될 수 있도록 판면의 둘레영역에 형성된 체결공(115)들을 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서 도 15에 도시된 바와 같이, 하 고정부(110)는, 하 고정부(110)에 대하여 상대 이동되도록 하 고정부(110)의 상부에 마련된 하부이동판(110a)과, 하부이동판(110a)의 양측면에 고정된 실린더(114a)를 갖는 충격전달기(114)를 더 포함할 수도 있다. 하 고정부(110)의 상면부와 하부이동판(110a)의 저면부에는 각각 스테인리스 스틸의 미끄럼판(111)과 그와의 마찰계수가 작은 불소수지의 접촉판(110b)이 부착된다. 이 미끄럼판(111)은 스테인리스 스틸판을 잘 연마하여 마찰저항을 최소화시킴으로써 진동 시 접촉판(110b)이 잘 미끄러지게 한다. 그로 인하여, 하부이동판(110a)의 이동시 하 고정부(110)와의 마찰저항을 줄일 수 있다. 또한, 하 고정부(110)의 상면부와 하부이동판(110a)의 저면부에는 각각 안내홈(111a)과 안내돌기(110c)가 형성된다. 실린더(114a)의 피스톤 로드(114b)는 그 양단이 대응되는 하 고정부(110)의 양측으로부터 수직하게 돌출 형성된 로드지지판부(111b)들에 고정된다. 따라서, 하부이동판(110a)이 이동하면 그 양측에 고정된 충격전달기(114)에 의해 그 변위가 허용되게 되어 평상시에는 교량의 길이방향 변위를 허용하는 한편, 지진 시에는 충격전달기(114)가 강체역할을 한다.
상 고정부(120)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 교량의 상판과 같은 상부구조물(30)의 저면에 결합되고, 베어링부(160)의 상부에 설치되며, 상 고정부(120)의 저면에는 베어링부(160)의 접촉판(161)과 접촉 시 마찰이 감소되도록 상부 미끄럼판(121)이 마련된다(도 17 참고).
가이드 지지부(130)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 상 고정부(120)에 결합되어 구조물 지지장치(100)의 적어도 일 측 방향의 외관을 형성한다. 본 발명의 일실시예로서, 가이드 지지부(130)는 상 고정부(120)에 결합되어 하 고정부(110)를 향해 연장된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 가이드 지지부(130)는 하 고정부(110)에 결합되어 상 고정부(120)를 향해 연장될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일실시예로서, 가이드 지지부(130)는 사각박스 형태의 안내틀체(130a)를 이루도록 네 개가 마련된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 가이드 지지부(130)는 한 개만 마련되고 대응되는 타측에는 다른 종류의 지지물에 의하여 상 고정부(120)를 지지하도록 마련될 수도 있으며, 안내틀체(130a)의 형태도 사각박스가 아닌 원통이나 사각기둥 등 지지하는 구조물의 규격이나 지지 하중 등에 따라 다양하게 마련될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 완충기구(170)의 축부(171)가 베어링부(160)의 안내부(162)에 이동 가능케 결합될 때에는 베어링부(160)에 대향된 가이드 지지부(130)의 판면에는 완충기구(170)의 불소수지판 등의 미끄럼부(173)와 미끄러짐 접촉이 이뤄지도록 스테인리스 스틸의 미끄럼판(미도시)이 배치된 것이 바람직하고, 완충기구(170)의 미끄럼부(173)가 베어링부(160)의 측면에 마련된 미끄럼판(163)에 접촉될 때에는 가이드 지지부(130)에 완충기구(170)의 축부(171)가 이동 가능케 결합되도록 가이드 지지부(130)의 판면에 안내부(132)가 형성된 것이 바람 직하다(도 16 및 도 17 참고). 이 경우, 미끄럼부(173)가 따로 마련되지 않은 상태라면 안내부(132,162)가 형성되지 않은 베어링부(160) 또는 가이드 지지부(130)의 측면에 이탈 방지부(172)가 접촉되는 것은 당연하다.
전단핀(140)은 하 고정부(110)의 중심부에 형성된 전단핀 삽입공(113)에 삽입되어 완충디스크(150)를 회전가능하게 지지하고 베어링부(160)의 회전을 수용할 수 있도록 전단(shear), 벤딩(bending), 지압(bearing)에 대해 견딜 수 있는 고강도 핀(pin)으로 설계된다.
완충디스크(150)는 전단핀(140)의 상부방향으로 결합되어 베어링부(160)와 하 고정부(110) 사이에 설치되며, 본 발명의 일실시예로서, 폴리우레탄(polyurethane) 재질로 마련된 것이 바람직하다. 특히, 완충디스크(150)는 평균압축응력 5.0Ksi를 수용하며 회전을 허용하도록 설계된 고강도 폴리우레탄판으로서, 적당한 압축변형을 수용할 수 있도록 외부에 오목한 홈이 있으며 내부에는 적당한 회전여유가 있다.
베어링부(160)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 가이드 지지부(130)가 설치되지 않은 하 고정부(110) 또는 상 고정부(120)에 설치되어 하 고정부(110)와 상 고정부(120)가 일정변위로 유동할 수 있게 지지하는 지지물로서, 완충디스크(150) 및 상 고정부(120) 사이에 설치되며, 가이드 지지부(130)로부터 수평방향으로 이격 배치된다.
완충기구(170)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 축부(171)가 안내부(162)에 결합된 상태로 설치되고 적어도 가이드 지지부(130)에 접촉가능하게 마련되어 가이드 지지부(130) 및 베어링부(160) 사이에 직간접으로 개재되며 가이드 지지부(130)와 베어링부(160) 사이를 탄성 지지한다.
완충기구(170)의 상세한 구조는 앞서 설명한 바와 같으므로 이하 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예로서, 완충기구(170)는 교좌장치와 같은 구조물 지지장치(100)에 적용되는 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 교좌장치가 아닌 다양한 형태의 다른 지지장치에 적용될 수도 있다.
완충기구(170)의 축부(171)는, 본 발명의 일실시예로서 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 베어링부(160)에 결합된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서 도 16에 도시된 바와 같이, 축부(171)는 가이드 지지부(130)에 결합될 수도 있다. 이때, 축부(171)는 단부에 너트(151)가 결합될 수 있도록 안내부(132)를 통해 가이드 지지부(130)를 관통하여 안내틀체(130a)의 외부로 소정 길이만큼 노출되는 것이 바람직하다.
한편, 접시스프링(174)들은, 도 17에 도시된 바와 같이, 베어링부(160)와 마주보지 않는 가이드 지지부(130)의 판면에 결합된 접시스프링 외부수용부(177)에 수용되어 축부(171)가 접시스프링(174)들이 결합된 부분으로부터 가이드 지지부(130)를 지나 베어링부(160)를 향해 연장될 수도 있다.
즉, 본 발명의 일실시예로서 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 완충기구(170)는 가이드 지지부(130)와 베어링부(160) 사이에 수평방향으로 직접 개재될 수도 있고, 본 발명의 또 다른 실시예로서 도 17에 도시된 바와 같이, 완충기 구(170)는 가이드 지지부(130)와 베어링부(160) 사이에 간접적으로 개재될 수도 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 완충기구(170)는, 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 가이드 지지부(130)와 베어링부(160) 사이에 개재되며, 축부(171)의 양 단부 중 이탈 방지부(172)가 결합되지 않은 단부는 가이드 지지부(130) 및 베어링부(160) 중 어느 하나에 결합되고, 미끄럼부(173)는 가이드 지지부(130) 및 베어링부(160) 중 다른 하나에 접촉되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서 도 17에 도시된 바와 같이, 완충기구(170)는 접시스프링 외부수용부(177)를 더 포함하며, 접시스프링 외부수용부(177)는 접시스프링(174)들이 베어링부(160)와 마주보지 않는 가이드 지지부(130)의 외부에 설치되도록 가이드 지지부(130)의 외부에 마련되어 축부(171) 중 접시스프링(174)들이 결합된 부분으로부터 외부로 돌출된 부분을 고정시키는 외부 축 결합부(177a)를 포함하고, 축부(171) 중 접시스프링(174)들이 결합되지 않은 부분은 가이드 지지부(130)를 관통하여 베어링부(160)에 접촉되는 미끄럼부(173)가 결합된 이탈 방지부(172)까지 연장되어 축부(171)에 가해지는 수평하중의 강도에 따라 접시스프링(174)들이 축부(171)를 따라 이동될 수 있도록 설치될 수도 있다.
이에, 본 발명에 따르면, 구조물 지지장치(100)의 진동흡수 성능 또는 충격흡수 성능이 개선될 수 있고, 구조물 지지장치(100)의 설치공간을 줄일 수 있으며, 구조물 지지장치(100)의 설치공간이 작더라도 비교적 큰 하중을 지지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 구조물 지지장치의 분해사시도,
도 2는 구조물 지지장치의 설치상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 완충기구의 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 완충기구의 분해사시도,
도 5는 도 3의 완충기구의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 6 내지 도 9는 각각 도 3의 또 다른 실시예들을 나타낸 단면도,
도 10 내지 도 13은 각각 도 4의 접시스프링의 또 다른 실시예들을 나타낸 사시도,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 지지장치의 분해사시도,
도 15 내지 도 17은 각각 도 14의 또 다른 실시예들을 나타낸 분해사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 구조물 지지장치 110 : 하 고정부
120 : 상 고정부 130 : 가이드 지지부
140 : 전단핀 150 : 완충디스크
160 : 베어링부 170 : 완충기구
171 : 축부 171a : 나사선
172 : 이탈 방지부 173 : 미끄럼부
174 : 접시스프링 174a : 축 결합공
174b : 경사면 174c : 자력접촉부
175 : 접촉보호부 176 : 스프링 캡
177 : 접시스프링 외부수용부 177a : 외부 축 결합부

Claims (11)

  1. 두 지지물들 상호간에 가해지는 하중을 완충하여 주기위한 완충기구에 있어서,
    축부;
    축 결합공을 구비하여 상기 축부를 따라 이동 가능케 결합되고 상기 축부의 길이 방향으로 신축되면서 상기 두 지지물 상호 간에 상기 축부의 길이방향으로 작용하는 힘을 완충하여주기 위한 복수의 접시스프링들; 및
    상기 축부의 일단에 설치되고 상기 접시스프링들이 상기 축부의 일단으로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지부를 포함하고,
    상기 축부는 상기 접시스프링들이 상기 축부의 길이 방향으로 신축되면서 상기 축부의 길이방향으로 작용하는 힘을 완충하여줄 수 있도록 상기 두 지지물 중 하나에 상기 축부의 길이 방향으로 이동 가능케 장착하기 위한 부분을 가지는 것임을 특징으로 하는 완충기구.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접시스프링들을 구간별로 나누어 수용하도록 상기 축부에 복수로 결합되며, 수평하중이 작용할 때에 순차적으로 어느 하나가 다른 하나에 삽입되도록 각각의 직경이 상호 단차지게 형성된 스프링 캡(spring cap)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 완충기구.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접시스프링들의 스프링 강성들은 서로 크기가 다른 것을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 완충기구.
  6. 상부구조물에 결합되는 상 고정부와 하부구조물에 결합되는 하 고정부를 구비하고 상기 상부구조물과 상기 하부구조물 사이에 개재되어 상기 하부구조물에 대하여 상기 상부구조물을 수직 및 수평방향으로 지지하는 구조물 지지장치에 있어서,
    상기 상 고정부 또는 상기 하 고정부에 설치되고 적어도 일 측 방향의 외관을 형성하는 가이드 지지부;
    상기 가이드 지지부가 설치되지 않은 상기 하 고정부 또는 상기 상 고정부에 설치되고 상기 가이드 지지부로부터 수평방향으로 이격 배치된 베어링부; 및
    축부, 축 결합공을 구비하여 상기 축부를 따라 이동 가능케 결합되고 상기 축부의 길이 방향으로 신축되면서 상기 상부구조물과 상기 하부구조물 상호 간에 상기 축부의 길이방향으로 작용하는 힘을 완충하여주기 위한 복수의 접시스프링들, 및 상기 축부의 일단에 설치되고 상기 접시스프링들이 상기 축부의 일단으로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지부를 구비하는 완충기구를 포함하여 구성되고,
    상기 가이드 지지부와 상기 베어링부 중 일측에는 상기 축부가 상기 축부의 길이방향으로 이동 가능케 결합되는 안내부가 형성되어 있고,
    상기 완충기구는 상기 축부가 상기 안내부에 상기 축부의 길이방향으로 이동 가능케 결합된 상태로 설치되고 상기 이탈 방지부는 상기 안내부가 형성되지 않은 상기 베어링부 또는 상기 가이드 지지부의 측면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 완충기구는 스프링 캡을 더 포함하고,
    상기 스프링 캡은 상기 접시스프링들을 구간별로 나누어 수용하도록 상기 축부에 복수로 결합되며, 수평하중이 작용할 때에 순차적으로 어느 하나가 다른 하나에 삽입되도록 각각의 직경이 상호 단차지게 형성된 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 완충기구는 상기 가이드 지지부와 상기 베어링부 사이에 개재되며, 상기 축부의 양 단부 중 상기 이탈 방지부가 결합되지 않은 단부는 상기 가이드 지지부 및 상기 베어링부 중 어느 하나에 결합되고,
    상기 완충기구는 상기 축부에 배향되게 상기 이탈 방지부에 결합된 미끄럼부를 더 포함하고, 상기 미끄럼부는 상기 가이드 지지부 및 상기 베어링부 중 다른 하나에 접촉되는 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 완충기구는 접시스프링 외부수용부를 더 포함하며, 상기 접시스프링 외부수용부는 상기 접시스프링들이 상기 베어링부와 마주보지 않는 상기 가이드 지지부의 외부에 설치되도록 상기 가이드 지지부의 외부에 마련되어 상기 축부 중 상기 접시스프링들이 결합된 부분으로부터 외부로 돌출된 부분을 고정시키는 외부 축 결합부를 포함하고,
    상기 완충기구는 상기 축부에 배향되게 상기 이탈 방지부에 결합된 미끄럼부를 더 포함하고,
    상기 축부 중 상기 접시스프링들이 결합되지 않은 부분은 상기 가이드 지지부를 관통하여 상기 베어링부에 접촉되는 상기 미끄럼부가 결합된 상기 이탈 방지부까지 연장되어 상기 축부에 가해지는 수평하중의 강도에 따라 상기 접시스프링들이 상기 축부를 따라 이동될 수 있도록 설치된 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
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