KR101121133B1 - Hybrid bearing using lead-tin alloy - Google Patents
Hybrid bearing using lead-tin alloy Download PDFInfo
- Publication number
- KR101121133B1 KR101121133B1 KR1020080132266A KR20080132266A KR101121133B1 KR 101121133 B1 KR101121133 B1 KR 101121133B1 KR 1020080132266 A KR1020080132266 A KR 1020080132266A KR 20080132266 A KR20080132266 A KR 20080132266A KR 101121133 B1 KR101121133 B1 KR 101121133B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lead
- tin
- core
- elastic body
- present
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
- E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
- E01D19/04—Bearings; Hinges
- E01D19/041—Elastomeric bearings
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
- E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
- E04H9/022—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings and comprising laminated structures of alternating elastomeric and rigid layers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 납-주석 합금을 이용한 하이브리드 면진장치에 관한 것으로, 설계조건에 따라 항복강도 및 에너지 흡수 능력을 보다 정밀하고 용이하게 조절할 수 있도록 서로 다른 특성을 갖는 납과 주석을 에너지 흡수재로 이용하지만 이들 납과 주석이 균일하게 혼합된 합금 형태로 이용함으로써 강성이 다른 이종(異種) 재질임에도 불구하고 납과 주석의 접촉으로 인해 야기되는 문제를 해소할 수 있는 것이다.The present invention relates to a hybrid seismic isolator using a lead-tin alloy, and lead and tin having different properties as energy absorbers so as to more precisely and easily control the yield strength and energy absorption capacity according to the design conditions, but these By using lead and tin in a uniformly mixed alloy form, the problem caused by the contact of lead and tin can be solved even though the material is a different material having different stiffness.
이를 위한 본 발명은, 고무가 포함되어 이루어진 탄성체, 구조물과의 결합을 위해 탄성체의 상부와 하부에 각각 설치된 플랜지, 탄성체를 상하방향으로 관통하여 심어져서 진동에너지를 흡수하는 코어를 포함하여 이루어지되, 코어는 납과 주석을 각각 융해한 후 일정 비율로 혼합하여 제조된 납-주석 합금으로 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention for this purpose is made of an elastic body made of rubber, a flange installed on each of the upper and lower portions of the elastic body for coupling to the structure, the core is planted through the elastic body in the vertical direction to absorb vibration energy, The core is made of a lead-tin alloy prepared by melting lead and tin, respectively, and mixing them in a predetermined ratio.
면진장치, 납, 주석, 보호관 Isolation Device, Lead, Tin, Sheath
Description
본 발명은 면진장치에 관한 것으로, 특히 설계조건에 따라 항복강도 및 에너지 흡수 능력을 보다 정밀하고 용이하게 조절할 수 있도록 서로 다른 특성을 갖는 납과 주석을 에너지 흡수재로 이용하지만 이들 납과 주석이 균일하게 혼합된 합금 형태로 이용함으로써 강성이 다른 이종(異種) 재질임에도 불구하고 납과 주석의 접촉으로 인해 야기되는 문제를 해소하는데 적당한 납-주석 합금을 이용한 하이브리드 면진장치에 관한 것이다.The present invention relates to a seismic isolator, and in particular, lead and tin having different properties as energy absorbers to adjust the yield strength and energy absorption capacity more precisely and easily according to the design conditions, but these lead and tin uniformly The present invention relates to a hybrid seismic isolator using a lead-tin alloy, which is suitable for solving a problem caused by the contact between lead and tin, despite being different in stiffness by using a mixed alloy form.
일반적으로, 면진장치란 교량 상판 등과 같은 상부 구조물과 이를 지지하는 교각 등과 같은 하부 구조물 사이에 설치되어 수직으로는 충분한 강성으로 지지안전성을 확보하는 가운데 수평으로는 충분한 변형능력 및 에너지 소산능력으로 에너지를 흡수하게 된다. In general, a seismic isolator is installed between an upper structure such as a bridge deck and a lower structure such as a pier supporting the same to secure energy with vertically sufficient rigidity while horizontally providing energy with sufficient deformation capacity and energy dissipation capacity. Will be absorbed.
이같은 면진장치는 전통적으로 복수의 고무판과 강판을 교대로 적층하여 이루어진 탄성체와, 상기 탄성체를 기초나 구조물에 설치하기 위한 플랜지로 이루어져 있었다. Such a base isolation device has traditionally consisted of an elastic body obtained by alternately stacking a plurality of rubber plates and steel sheets, and a flange for installing the elastic body on a foundation or a structure.
그런데 최근에는 면진장치의 에너지 흡수능력을 더욱 향상시키면서 변형되는 정도를 낮추기 위해 순도 높은 납을 진동에너지 흡수재로 채용하여 이용하는 기술이 활용되고 있다. However, in recent years, in order to further reduce the degree of deformation while further improving the energy absorption capacity of the base isolation device, a technique using high purity lead as a vibration energy absorber has been used.
이에 도 1은 납을 이용한 종래기술에 의한 면진장치를 설명하기 위한 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view for explaining the base isolation device according to the prior art using the lead.
도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 면진장치는 복수의 고무(11)와 강판(12)을 교대로 적층하여 이루어진 탄성체(10)와, 상기 탄성체(10)를 기초나 구조물에 고정하기 위한 플랜지(20,30)로 이루어진 전통적인 구성에 더해, 상기 탄성체(10)의 중심부에 납을 재질로 한 코어(40)를 심어 놓았다. As shown, the seismic isolator according to the related art has an
이처럼 전통적인 탄성체(10)에 납 코어(40)를 심은 면진장치는, 온도하중과 같이 장기간에 걸쳐 서서히 작용하는 형태의 하중에 대해서는 납의 크리이프(Creep) 특성에 의하여 쉽게 항복함으로써 온도하중을 교각에 적게 전달하고, 풍하중이나 차량의 제동하중과 같이 단기간에 작용하는 하중에 대해서는 큰 강성으로 저항함으로써 안정성을 향상시키는 효과가 있었다. 그리고 지진하중과 같이 풍하중을 능가하는 더 큰 하중에 대해서는 완전히 항복하여 탄성체(10)에 의한 장주기화를 달성함으로써 지진력의 유발을 줄이는 한편, 교량 상판의 진동에너지를 납의 비선형거동으로 흡수하여 변위를 억제하였다.As described above, the seismic isolator in which the
이처럼 납을 사용한 면진장치는 탄성체(10)에 의존하였던 전통적인 면진장치에 비해 우수한 성능을 가졌음에도 불구하고 풍하중이 강한 지역에서는 납에 의한 저항을 높이기 위해 납의 설치면적을 늘리다보니 상대적으로 탄성체(10)에 의한 복 원력이 부족하게 되고 경우에 따라서는 납을 이용한 면진장치를 적용할 수 없게 되는 문제가 야기되었다. Thus, although the seismic isolator using lead has superior performance compared to the conventional seismic isolator which relies on the
또한, 납에 의한 항복강도 및 에너지 흡수능력에도 불구하고 지진시 교량 상판의 변위를 줄이는데 여전히 한계가 있으므로 인접한 교량과의 충돌 문제 및 소형의 신축이음장치 사용 등을 위한 유지관리 측면에서 여전히 불만족스러웠다. In addition, despite the yield strength and energy absorption ability by lead, there are still limitations in reducing the displacement of the bridge deck during the earthquake, which is still unsatisfactory in terms of maintenance problems such as collision with adjacent bridges and the use of small expansion joints.
또한, 납을 이용한 종래의 면진장치는 유해물질인 납을 과도하게 사용하는 것이 불가피하여 환경파괴의 우려가 있었다. 이로 인해 제조시에는 납의 취급이 문제가 되었고 향후 구조물의 해체시에는 납을 사용한 면진장치의 폐기방법 등에서 문제가 되었다. 따라서 납의 사용은 최소화하면서도 동일한 성능 혹은 그 이상의 성능을 보유한 면진장치의 개발이 절실하였다.In addition, the conventional seismic isolator using lead is inevitable to excessive use of lead, a harmful substance, there is a concern of environmental destruction. As a result, the handling of lead became a problem during manufacturing, and in the future, when dismantling the structure, it became a problem in the disposal method of the seismic isolation device using lead. Therefore, it is urgent to develop a seismic isolation device having the same performance or higher performance while minimizing the use of lead.
한편, 종래기술에 의한 면진장치는 도면의 세부 묘사에서 볼 수 있는 것처럼 납 재질의 코어(40)가 상대적으로 강판(12) 사이에 위치한 고무(11)를 밀고 들어가면서 외주면에 돌출된 변형부위(40a)가 발생되어 원래의 형태를 잃게 된다. 또한 상기 코어(40)는 상대적으로 강성이 큰 강판(12)과 장시간에 걸친 직접적인 접촉으로 인해 외주면에 많은 흠집들이 발생되었다. 이처럼 진동에너지를 흡수하는 요체인 코어(40)가 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 설계된 원래의 형태를 보존하지 못하고 변형되거나 손상을 입게되면 지진 발생시 면진장치가 최적의 면진성능을 발휘하지 못하는 치명적인 약점을 지니게 된다.Meanwhile, the seismic isolator according to the prior art has a
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 재질인 납과 주석을 혼용하여 에너지 흡수재로 이용하되, 서로 다른 강성을 갖는 납과 주석의 접촉으로 인한 문제가 없는 납-주석 합금을 이용한 하이드리드 면진장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention is to use a mixture of lead and tin of different materials as an energy absorber, but the contact of lead and tin having different stiffness The present invention provides a hydride isolating device using a lead-tin alloy without problems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 납-주석 합금을 이용한 하이브리드 면진장치는, 고무가 포함되어 이루어진 탄성체와; 구조물과의 결합을 위해 상기 탄성체의 상부와 하부에 각각 설치된 플랜지와; 상기 탄성체를 상하방향으로 관통하여 심어져서 진동에너지를 흡수하는 코어를 포함하여 이루어지되, 상기 코어는 납과 주석을 각각 융해한 후 균일하게 혼합하여 제조된 납-주석 합금으로 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a hybrid base isolator using a lead-tin alloy according to the technical idea of the present invention includes an elastic body including rubber; Flanges respectively installed on the upper and lower portions of the elastic body for coupling with the structure; The core is formed by penetrating the elastic body in the vertical direction to absorb the vibration energy, wherein the core is made of a lead-tin alloy prepared by melting lead and tin, respectively, and then mixing them uniformly. It features.
여기서, 상기 코어는 주석이 2 내지 40중량%의 성분비로 포함된 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the core may be characterized in that the tin is contained in a component ratio of 2 to 40% by weight.
또한, 상기 탄성체와 코어 사이에는 상기 코어의 외주면을 감싸는 보호관이 더 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, a protective tube surrounding the outer circumferential surface of the core may be further installed between the elastic body and the core.
또한, 상기 보호관은 상기 코어보다 큰 압축강도를 갖는 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the protective tube may be made of a material having a greater compressive strength than the core.
또한. 상기 보호관의 상단부 및 하단부 외주면에는 수나사가 형성되고, 상기 플랜지에는 상기 보호관의 수나사와 대응하여 결합되는 암나사 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.Also. Male threads are formed on the outer circumferential surfaces of the upper and lower ends of the protective tube, and the flange may have a female thread formed to be coupled to the male screw of the protective tube.
본 발명에 의한 납-주석 합금을 이용한 하이브리드 면진장치는 납과 주석을 각각 융해한 후 균일하게 혼합하여 제조된 납-주석 합금을 이용함으로써 서로 다른 재질의 납과 주석의 직접 접촉으로 인한 손상 및 틈새 발생으로 인해 면진성능이 저하되는 문제를 완전히 해소할 수 있다.Hybrid seismic isolator using a lead-tin alloy according to the present invention by using a lead-tin alloy prepared by melting lead and tin, respectively, and then uniformly mixed, damage and gaps due to direct contact of lead and tin of different materials It can completely solve the problem that the seismic performance is degraded due to the occurrence.
또한, 본 발명은 납과 주석을 혼용하여 이용함으로써 종래의 납 면진장치보다 우수한 항복강도 및 에너지 흡수능력을 가지면서 구조물에 맞춘 설계조건에 따라 항복강도 및 에너지 흡수능력을 용이하게 조절할 수 있다.In addition, the present invention can be easily used to adjust the yield strength and energy absorbing capacity according to the design conditions according to the structure while having a superior yield strength and energy absorbing capacity than the lead-based seismic isolator by using a mixture of lead and tin.
또한, 본 발명은 종래의 납 면진장치에 비해 지진시 교량 상판 또는 상부 구조물의 변위를 줄일 수 있으므로 인접한 교량 또는 구조물과의 충돌 문제를 해소할 수 있고, 보다 소형의 교량용 신축이음장치를 사용할 수 있는 등 유지관리 측면에서 유리하다.In addition, the present invention can reduce the displacement of the bridge top plate or upper structure during the earthquake, compared to the conventional lead seismic isolation device can solve the problem of collision with the adjacent bridge or structure, it is possible to use a smaller bridge expansion joint device It is advantageous in terms of maintenance.
또한, 본 발명은 납의 과도한 사용으로 인한 환경문제를 줄일 수 있다. In addition, the present invention can reduce the environmental problems due to excessive use of lead.
또한, 본 발명은 코어와 탄성체 사이에 보호관이 설치되어 상대적으로 강한 강성을 갖는 탄성체 강판에 의해 코어가 접촉하여 변형 및 손상되지 않도록 보호한다. 이로써 코어의 변형 및 손상으로 인해 면진성능이 저하되는 문제를 방지할 수 있다. In addition, the present invention is provided with a protective tube between the core and the elastic body to protect the core from contact and deformation and damage by the elastic steel sheet having a relatively strong rigidity. This can prevent the problem that the seismic performance is degraded due to the deformation and damage of the core.
또한, 본 발명은 보호관이 나사결합에 의해 상부와 하부에 위치한 플랜지를 안정적으로 연결하기 때문에 부반력에 대한 대응능력을 향상시키는데 도움이 된다.In addition, the present invention helps to improve the ability to respond to the negative reaction force because the protective tube is connected to the flange located in the upper and lower by the screw coupling stably.
이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[실시예][Example]
본 발명은 항복강도 및 에너지 흡수능력을 높이기 위해 에너지 흡수재로 이용되는 납에 비해 1.7배의 감쇠력과 항복하중을 갖는 재질인 주석을 납과 함께 혼합한 구성에 의해 이들 중 어느 하나만을 단독으로 이용한 면진장치에서는 얻을 수 없는 효과 즉, 구조물에 따라 요구되는 항복강도 및 에너지 흡수능력을 설계치에 맞게 정밀하게 조절할 수 있는 효과를 얻게 된다. 아울러 과도한 납의 사용으로 인한 환경문제도 상당부분 해소할 수 있다. The present invention is a seismic isolation using only one of these alone by the composition of tin, which is a material having a damping force and yield load of 1.7 times compared to the lead used as an energy absorbing material in order to increase the yield strength and energy absorption capacity It is possible to obtain the effect that cannot be achieved in the device, that is, the yield strength and energy absorption capacity required according to the structure can be precisely adjusted to the design value. In addition, the environmental problems caused by excessive use of lead can be largely solved.
하지만 본 발명은 이에 그치지 않고 더 나아가, 납과 주석을 각각 융해한 후 균일하게 혼합하여 제조된 납-주석 합금의 형태로 코어를 제조함으로써 서로 다른 특성을 갖는 이종(異種)의 재질인 납과 주석이 직접적으로 접촉되면서 야기되는 경계면에서의 손상 및 틈새발생 현상을 완전히 해소할 수 있게 되어 최적의 면진성능을 발휘할 수 있는 것이다.However, the present invention is not limited to this, and furthermore, lead and tin, which are heterogeneous materials having different characteristics, are prepared by melting the lead and tin, respectively, and manufacturing the core in the form of a lead-tin alloy prepared by melting and uniformly mixing the lead and tin. It is possible to completely eliminate the damage and crevice phenomenon at the interface caused by the direct contact can achieve the optimal seismic performance.
이하, 본 발명에 의한 납-주석 합금을 이용한 하이브리드 면진장치의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of a hybrid base isolation device using a lead-tin alloy according to the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 외관사시도이고, 도 3은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 부분단면도이며, 도 4는 본 발명의 종단면도이며, 도 5는 본 발명의 횡단면도이며, 도 6은 납과 주석의 항복강도를 비교 설명하기 위한 수평하중 및 수평변위 관계도이다.Figure 2 is an external perspective view of the present invention, Figure 3 is a partial cross-sectional view for explaining the configuration of the present invention, Figure 4 is a longitudinal cross-sectional view of the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view of the present invention, Figure 6 is lead and tin The relationship between the horizontal load and the horizontal displacement to compare and explain the yield strength of.
도시된 바와 같이, 본 발명은 탄성체(110)와, 플랜지(120a,120b)와, 진동에너지를 흡수하는 코어(130)와, 보호관(140)을 포함하여 구성된다. As shown, the present invention comprises an
여기서, 본 발명에 따른 코어(130)는 서로 다른 감쇠력과 항복응력을 갖는 납과 주석의 성분비를 구조물에 따른 설계치에 맞게 조절하는 방식에 의해 항복강도 및 에너지 흡수능력을 조절할 수 있도록 하였다. 하지만, 단순히 특정 형태의 납 코어와 주석 코어를 결합시킨 결합체의 형태로 구성하지 않고, 납과 주석을 각각 융해한 후 이들을 서로 균일하게 혼합하여 제조한 납-주석 합금을 이용하여 원기둥 형태의 코어(130)를 마련한다. Here, the
이처럼 코어(130)를 마련하기 위해 납과 주석을 융해한 후 일정 비율로 혼합하여 제조된 납-주석 합금을 이용하게 되면 서로 다른 특성을 갖는 납과 주석이 직 접적으로 접촉하는 경계면에서 야기되는 문제들을 염려하지 않아도 된다. As such, when using lead-tin alloy manufactured by melting lead and tin to provide a
만일, 납과 주석으로 각각 특정 형태의 부분 코어를 만들고 이들을 결합시키는 방식으로 전체 코어를 마련한다면, 제대로 된 면진성능을 확보하기 위해 납과 주석의 접촉부위에서 틈새가 생기지 않도록 완전히 밀착시켜야만 한다. 따라서 납과 주석을 특정 형태로 만들어 정밀하게 결합시키기 위한 가공 및 조립과정이 까다로울 수밖에 없었다. 더욱이 초기에 납과 주석을 완전히 밀착시킨다 하더라도 서로 다른 강성을 갖는 납과 주석의 접촉으로 인해 시간이 흐르면서 강성이 약한 쪽이 손상을 입게 된다. 그리고 하중 및 온도변화에 의한 변형이나 거동특성의 차이로 인해 납과 주석의 경계면에서 밀착된 상태가 지속되지 못하고 틈새가 발생되는 문제가 불가피하였다. 따라서 부분적으로 이루어진 납 코어와 주석 코어를 결합시키는 방식으로는 원래 의도된 대로 최적의 면진성능을 발휘하는 것이 사실상 불가능하였다.If lead and tin are each made of a specific type of partial core and the total core is prepared in such a way that they are combined, they must be tightly sealed so that there is no gap in the lead-tin contact area to ensure proper seismic performance. Therefore, the processing and assembly process for the precise combination of lead and tin in a specific form had to be difficult. Moreover, even if the lead and tin are intimately adhered to initially, the weaker stiffness will be damaged over time due to the contact of lead with different stiffness. In addition, due to the difference in deformation or behavior due to load and temperature change, it is inevitable that the contact between the lead and tin interfaces cannot be maintained and a gap is generated. Therefore, it was virtually impossible to achieve optimal seismic performance as originally intended by combining partially formed lead and tin cores.
하지만, 본 발명에 따른 코어(130)는 납과 주석을 필요한 비율로 균일하게 혼합하여 제조한 합금의 형태이기 때문에 납과 주석이 직접 접촉되는 경계면이 완전히 제거되는 것이다.However, since the
이처럼 납-주석의 합금으로 코어(130)가 이루어지면 면진장치 전체로 볼 때 납 재질의 코어(130)만 구비된 것에 비해 보다 우수한 항복강도 및 에너지 흡수능력을 기본적으로 확보할 수 있는 것은 물론, 구조물의 설계조건에 따라 납과 주석의 비율을 적절히 변경함으로써 좀 더 세밀하게 항복강도 및 에너지 흡수능력을 조절할 수 있다. 이에 대해 설명하면 아래와 같다.As such, when the
즉, 도 6은 면진장치에서 납 재질만으로 직경 900mm의 코어(130)를 설치한 경우와, 동일 조건에서 납 대신 주석 재질로 대체한 경우를 비교하여 수평이력특성을 나타낸 것이다. 도 6에 따르면 면진장치에 납 재질만으로 코어(130)를 구성한 경우보다 주석 재질만으로 코어(130)를 구성한 경우가 동일한 변위량을 기준으로 수평하중에 견딜 수 있는 능력이 약 1.7배에 달한다는 사실을 확인할 수 있다. 이는 주석이 납에 비해 감쇠력과 항복응력에서 보다 큰 능력을 갖고 있음에 기인한다.That is, FIG. 6 shows the horizontal hysteresis characteristics when comparing the case where the
따라서 본 발명의 면진장치는 납-주석 합금 재질로 코어(130)를 이루도록 한 구성에 의해 진동에너지에 대한 항복강도와 에너지 흡수능력에서 같은 양의 납만을 단독으로 이용하는 경우보다 높고 주석만을 단독으로 이용하는 경우보다는 낮은 중간영역에서의 능력치를 갖게 된다. 하지만 그 중간영역은 현재 납 코어를 기반으로 한 면진장치로는 보호가 불가능한 영역이며, 납을 주석으로 대체하더라도 쉽게 보호하기 어려운 사각지대인 것이다. 하지만, 본 발명은 납과 주석의 성분비를 설계조건에 따라 조절함으로써 납 또는 주석 중 어느 하나만을 단독으로 이용해서는 보호하기 곤란한 중간영역의 범위를 보호할 수 있는 항복강도와 에너지 흡수능력을 확보할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명이 교량에 설치되는 경우를 예를 들어 설명하면, 납 면진장치로는 감당할 수 없을 정도로 풍하중이 강한 지역에서는 풍하중의 세기가 강할수록 주석의 성분비를 높이고 풍하중의 세기가 약할수록 납의 성분비를 높일 수 있다. 마찬가지로 지진에 대해서는 특정 지역에 예상되는 지진강도를 고려한 설계치에 따라 납과 주석의 성분비를 적절히 조절할 수 있을 것이다. Therefore, the seismic isolator of the present invention is higher in the yield strength and energy absorption capacity of the vibration energy than the case of using only lead alone by using a tin-tin alloy to form the
참고로, 주석이 납에 비해 기계적인 특성에서 우수하다는 점을 아래 표에서 확인할 수 있다. 아울러 주석은 연성, 반복특성, 상온에서의 재결정화 등에서 납과 동등 이상의 특성을 갖는 것으로 알려져 있어 납과 함께 이종(異種)의 에너지 흡수재로 사용되기 적합하다.For reference, it can be seen from the table below that tin is superior in mechanical properties to lead. In addition, tin is known to have properties equal to or higher than lead in ductility, repeatability, recrystallization at room temperature, etc., and is suitable for use as a heterogeneous energy absorber together with lead.
하지만, 코어(130)에서 주석의 성분비를 높이는 경우 감쇠력의 증가 및 상시의 안정성이 증가하는 긍정적인 측면이 있음에도 불구하고 탄성체(110)의 작용으로 이루어지는 복원력의 부족으로 인한 잔류변형 증가와 비용 상승의 부정적인 측면도 있기 때문에 주석의 성분비를 어느 정도로 결정하는가가 매우 중요한 의미를 갖는다. 이에 대해 첨부된 표 1과 도 7a 내지 도 7c를 참고로 설명하기로 한다.However, in the case of increasing the composition ratio of tin in the
성분비Remark
Ingredient ratio
먼저, 코어(130) 직경이 탄성체(110) 직경의 1/3인 경우를 기준으로 실험한 결과를 살펴보면, 표 1과 도 7a에서 볼 수 있는 것처럼 전체 코어(130)에 대한 주석의 성분비가 40중량%를 넘게 되면 복원력이 감쇠력에 미달하게 되었다. 따라서 코어(130) 직경이 탄성체(110) 직경의 1/3인 경우 전체 코어(130)에 대한 주석의 성분비가 2 내지 40중량% 범위에서 정해지는 것이 바람직함을 알 수 있다. First, the results of experiments based on the case where the diameter of the
코어(130) 직경이 탄성체(110) 직경의 1/4인 경우를 기준으로 실험한 결과를 살펴보면, 표 1과 도 7b에서 볼 수 있는 것처럼 전체 코어(130)에 대한 주석의 성분비가 50중량%가 넘게 되면 복원력이 감쇠력에 미달하게 되었다. 따라서 코어(130) 직경이 탄성체(110) 직경의 1/4인 경우 전체 코어(130)에 대한 주석의 성분비가 2 내지 50중량% 범위에서 정해지는 것이 바람직함을 알 수 있다.Looking at the results of the experiment based on the case where the diameter of the
코어(130) 직경이 탄성체(110) 직경의 1/5인 경우를 기준으로 실험한 결과를 살펴보면, 표 1과 도 7c에서 볼 수 있는 것처럼 전체 코어(130)에 대한 주석의 성분비가 70중량%가 넘게 되면 복원력이 감쇠력에 미달하게 되었다. 따라서 코어(130) 직경이 탄성체(110) 직경의 1/5인 경우 전체 코어(130)에 대한 주석의 성분비가 2 내지 70중량% 범위에서 정해지는 것이 바람직함을 알 수 있다.Looking at the results of the experiment based on the case that the diameter of the
전술된 내용을 종합적으로 고려하면 전체 코어(130)에 대한 주석의 성분비가 2 내지 40중량%인 경우일 때 범용적으로 사용할 수 있는 범위임을 알 수 있다. 이같은 주석의 성분비 범위는 경제적 측면에서도 값비싼 주석 사용으로 인한 비용 상승의 부담도 비교적 크지 않은 범위라 할 수 있다.In consideration of the foregoing, it can be seen that when the component ratio of tin to the
이처럼 본 발명의 면진장치는 납-주석 합금으로 이루어진 코어(130)의 감쇠력과 탄성체(110)의 복원력을 신중하게 고려하여 납과 주석의 성분비를 결정해야 한다.As such, the seismic isolator of the present invention should carefully determine the content ratio of lead and tin in consideration of the damping force of the
상기 탄성체(110)는 납과 주석의 합금으로 이루어진 코어(130)에 비하면 감쇠력이나 항복응력은 낮지만 지진입력 가속도를 감소시키고 고유주기의 장주기화를 달성하여 구조물을 지진의 파괴력으로부터 일차 보호하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 탄성체(110)는 고무(111)와 강판(112)을 상하방향으로 교대로 적층시킨다. 또한, 그 외표면에는 강판(112)의 부식을 방지하기 위해 고무(114)로 피복한다. 한편, 상기 탄성체(110)와 플랜지(120a,120b) 사이에는 이들을 연결하는 연결강판(113a,113b)이 설치된다.The
상기 플랜지(120a,120b)는 탄성체(110)를 교량, 건축물, 대형 탱크 등과 같은 구조물과 결합시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 플랜지(120a,120b)는 통상 금속성 판재로 이루어지고 연결강판(113a,113b)에 의해 상기 탄성체(110)의 상부와 하부에 각각 연결된다. 상기 플랜지(120a,120b)는 연결강판(113a,113b) 및 탄성체(110)와의 결합을 위해 복수의 볼트공(123) 및 볼트(125)를 구비하며, 구조물과의 결합을 위해 둘레부위에 복수의 체결용 통공(121)을 구비한다.The
상기 보호관(140)은 코어(130)와 탄성체(110)를 격리하여 납-주석 합금으로 이루어진 코어(130)가 상대적으로 강성이 큰 탄성체(110) 강판(112)으로 인해 손상을 입는 문제를 방지하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 보호관(140)은 탄성체(110)와 코어(130) 사이에서 코어(130)의 외주면을 밀착하여 감싸는 원관의 형태로 설치된다. 상기 보호관(140)은 납-주석 합금으로 이루어진 코어(130)보다 큰 강성(압축강도)을 갖는 재질로 이루어져야 하는데, 주석이면 적당하다. 이같은 보호관(140)이 구비되면 에너지 흡수재로 사용되는 핵심요소인 원기둥 형태의 코어(130)가 강판(112)에 의해 변형되거나 손상되지 않고 원형 그대로의 상태에서 원래의 기능을 충분히 발휘할 수 있게 된다. 그러나 만일 상기 보호관(140)이 구비되지 않는다면 코어(130)가 고무(111)를 밀고 탄성체(110) 강판(112) 사이로 밀려들어가면서 외주면의 형태가 변형되는 한편, 그 외주면은 상대적으로 강성이 큰 강판(112)의 날카로운 모서리와 장시간 접하면서 수많은 흠집을 입는다. 이로 인해 원형 그대로의 상태에서 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 설계된 코어(130)가 최적의 성능을 발휘하지 못하게 되며, 결과적으로 지진 발생시 면진장치의 면진성능 저하가 초래된다.The
또한, 상기 보호관(140)의 상단부 및 하단부 외주면에는 수나사(141)가 형성되어 상기 플랜지(120a,120b)에 형성된 암나사(127)에 대응하여 나사결합된다. 이처럼 상기 보호관(140)의 상단부와 하단부가 상기 플랜지(120a,120b)와 안정적으로 나사결합되면 부반력에 의해 상부구조물이 들뜨거나 이탈되는 경향을 상당부분 억제하여 부반력으로 인한 폐해를 방지하는데 기여한다. 이처럼 본 발명에 구비된 보호관(140)은 부반력에 대한 대응능력을 갖고 있기 때문에 부반력이 비교적 약한 곳에서는 부반력에 대응하기 위한 부품을 대체할 수 있다. 한편, 부반력이 비교적 강한 곳에서는 부반력에 대응하기 위해 구비되는 부품의 설계조건을 완화시키는데 기여한다.In addition,
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention may use various changes, modifications, and equivalents. It is clear that the present invention can be applied in the same manner by appropriately modifying the above embodiments. Accordingly, the above description does not limit the scope of the invention as defined by the limitations of the following claims.
도 1은 납을 이용한 종래기술에 의한 면진장치를 설명하기 위한 종단면도.1 is a longitudinal sectional view for explaining the base isolation device according to the prior art using lead.
도 2는 본 발명의 외관사시도.Figure 2 is an external perspective view of the present invention.
도 3은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 부분단면도.Figure 3 is a partial cross-sectional view for explaining the configuration of the present invention.
도 4는 본 발명의 종단면도.4 is a longitudinal sectional view of the present invention;
도 5는 본 발명의 횡단면도.5 is a cross-sectional view of the present invention.
도 6은 납과 주석의 항복강도를 비교 설명하기 위한 수평하중 및 수평변위 관계도.6 is a horizontal load and horizontal displacement relationship diagram for comparing and explaining the yield strength of lead and tin.
도 7a 내지 도 7c는 주석의 성분비 변화에 따른 감쇠력과 복원력의 관계를 나타낸 상관관계도7A to 7C are correlation diagrams showing the relationship between the damping force and the restoring force according to the change in the composition ratio of tin;
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
110 : 탄성체 111,114 : 고무110: elastomer 111,114: rubber
112 : 강판 120a,120b : 플랜지112:
130 : 납-주석 합금 코어 140 : 보호관 130: lead-tin alloy core 140: protective tube
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080132266A KR101121133B1 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Hybrid bearing using lead-tin alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080132266A KR101121133B1 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Hybrid bearing using lead-tin alloy |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100073555A KR20100073555A (en) | 2010-07-01 |
KR101121133B1 true KR101121133B1 (en) | 2012-03-20 |
Family
ID=42636492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080132266A KR101121133B1 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Hybrid bearing using lead-tin alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101121133B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101381593B1 (en) * | 2013-11-01 | 2014-04-04 | 주식회사 유신 | A circle elastic bearing |
KR102450379B1 (en) | 2021-08-24 | 2022-09-30 | 재단법인 서울특별시 서울기술연구원 | Seismic isolation device with negative stiffness spring |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108487049A (en) * | 2018-02-26 | 2018-09-04 | 北京建筑大学 | A kind of shock isolating pedestal |
CN109898408A (en) * | 2019-03-15 | 2019-06-18 | 吴磊 | A kind of combined bridge antidetonation noise reduction support |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1088854A (en) | 1996-07-22 | 1998-04-07 | Bridgestone Corp | Vibration-isolation structure |
JP2006274441A (en) * | 2004-08-10 | 2006-10-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Energy absorbing material and energy absorbing device using the same |
-
2008
- 2008-12-23 KR KR1020080132266A patent/KR101121133B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1088854A (en) | 1996-07-22 | 1998-04-07 | Bridgestone Corp | Vibration-isolation structure |
JP2006274441A (en) * | 2004-08-10 | 2006-10-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Energy absorbing material and energy absorbing device using the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101381593B1 (en) * | 2013-11-01 | 2014-04-04 | 주식회사 유신 | A circle elastic bearing |
KR102450379B1 (en) | 2021-08-24 | 2022-09-30 | 재단법인 서울특별시 서울기술연구원 | Seismic isolation device with negative stiffness spring |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20100073555A (en) | 2010-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5694175B2 (en) | LAMINATED RUBBER BODY JOINING MEMBER AND LAMINATED RUBBER BODY AND STRUCTURE USING THE JOINING MEMBER | |
KR101121133B1 (en) | Hybrid bearing using lead-tin alloy | |
TWI565865B (en) | Mounting structure for laminated rubber body and structure with the mounting structure | |
CN108316734A (en) | A kind of granulated multistage-multidirectional energy-dissipating and shock-absorbing bearing | |
CN109296098B (en) | Tensile shock insulation support without additional lateral movement rigidity | |
CN112281641B (en) | Grid damping support | |
JP3205393U (en) | Seismic isolation device | |
CN112681508A (en) | Antidetonation vestibule | |
JP2017194098A (en) | Seismic isolator | |
US5161338A (en) | Laminated rubber support assembly | |
JP4274557B2 (en) | Horizontal load elastic support device | |
KR20110072410A (en) | Seismic isolating apparatus | |
KR101121137B1 (en) | Protection materials for hybrid bearing and hybrid bearing using the same | |
JP4488383B1 (en) | Bridge bearing device | |
KR100987811B1 (en) | Hybrid rubber bearing using lead and tin | |
JP2009228851A (en) | Lamination layer rubber for seismic isolation | |
JP4743750B2 (en) | Building structure | |
KR101051439B1 (en) | Lead Isolation Support Device with Improved Isolation Performance | |
CN218580912U (en) | Shock insulation support | |
JP4468212B2 (en) | Fall bridge prevention device | |
CN112814223B (en) | Assembled steel construction that possesses shock attenuation performance and prefabricated externally-hung wallboard's connected node | |
JP5392685B2 (en) | Isolator protection device and method of assembling the same | |
JP3733500B2 (en) | Base-isolated building on soft ground | |
KR100750620B1 (en) | Structures comprising steel-laminated elastomeic bearing for bridge | |
CN220827685U (en) | Lead core rubber support |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150130 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151130 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170221 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180208 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190211 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200210 Year of fee payment: 9 |