KR101121137B1 - 하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 이용한 하이브리드 면진장치 - Google Patents

하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 이용한 하이브리드 면진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 이용한 하이브리드 면진장치에 관한 것으로, 면진장치의 탄성체와 코어 사이에 설치되어 코어를 보호하는 보호부재에 의해 코어의 변형 및 손상으로 인한 면진성능의 저하를 막는 한편, 부반력에 대한 대응능력을 향상시킬 수 있는 것이다.
이를 위한 본 발명의 하이브리드 면진장치용 보호부재는, 탄성체, 구조물과의 결합을 위해 탄성체의 상부와 하부에 각각 설치된 플랜지, 탄성체 내부에 심어져서 진동에너지를 흡수하는 코어를 포함하는 하이브리드 면진장치의 탄성체와 코어 사이에 설치되어 코어의 외주면을 밀접하게 감쌀 수 있도록 원관 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.
보호부재, 코어모듈, 면진장치

Description

하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 이용한 하이브리드 면진장치{PROTECTION MATERIALS FOR HYBRID BEARING AND HYBRID BEARING USING THE SAME}
본 발명은 면진장치에 관한 것으로, 특히 면진장치의 탄성체와 코어 사이에 설치되어 코어를 보호하는 보호부재에 의해 코어의 변형 및 손상으로 인한 면진성능의 저하를 막는 한편, 부반력에 대한 대응능력을 향상시키는데 적당한 하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 이용한 하이브리드 면진장치에 관한 것이다.
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.
이같은 면진장치는 전통적으로 복수의 고무판과 강판을 교대로 적층하여 이루어진 탄성체와, 상기 탄성체를 기초나 구조물에 설치하기 위한 플랜지로 이루어져 있었다.
그런데 최근에는 면진장치의 에너지 흡수능력을 더욱 향상시키면서 변형되는 정도를 낮추기 위해 순도 높은 납을 진동에너지 흡수재로 채용하여 이용하는 기술 이 활용되고 있다.
이에 도 1은 납을 이용한 종래기술에 의한 면진장치를 설명하기 위한 종단면도이다.
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.
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.
하지만, 종래기술에 의한 면진장치는 도면의 세부 묘사에서 볼 수 있는 것처럼 납 재질의 코어(40)가 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 코 어(40)가 최적의 성능을 발휘할 수 있는 형태로 설계되었지만, 그같은 원래의 형태를 보존하지 못하면서 지진 발생시 최적의 면진성능을 발휘할 수 없는 치명적인 약점을 지니게 된다.
또한, 종래기술에 의한 면진장치는 탄성체(10)와 플랜지(20,30) 간에 볼트에 의한 결합이 이루어지더라도 탄성체(10)의 중간 중간에 위치하고 있는 고무(11)가 부반력에 대한 대응능력이 거의 없고, 코어(40) 역시 플랜지(20,30)와 결합된 상태가 아니었기 때문에 부반력이 가해질 때 상부 플랜지(20)가 하부플랜지(30)에 대해 들뜨는 현상이 불가피하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 면진장치의 탄성체와 코어 사이에 설치되어 코어를 보호하는 하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 이용한 하이브리드 면진장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 하이브리드 면진장치용 보호부재는, 탄성체, 구조물과의 결합을 위해 상기 탄성체의 상부와 하부에 각각 설치된 플랜지, 상기 탄성체 내부에 심어져서 진동에너지를 흡수하는 코어를 포함하는 하이브리드 면진장치의 탄성체와 코어 사이에 설치되어 상기 코어의 외주면을 밀접하게 감쌀 수 있도록 원관 형태로 이루어진 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 코어보다 큰 압축강도를 갖는 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 코어의 성분이 납이거나 납과 주석이 혼용된 경우, 주석 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상단부 및 하단부 외주면에는 각각 수나사가 형성되어 상기 하이브리드 면진장치의 플랜지와 나사결합될 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 보호부재와, 그 내부에 납 또는, 납과 주석을 성분으로 포함하는 코어가 채워져서 코어모듈이 구성될 수 있다.
상기 코어모듈에서 코어는 액상으로 주입되는 방식에 의해 상기 보호부재 내부에 채워지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 보호부재를 포함하는 하이브리드 면진장치가 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 이용한 하이브리드 면진장치는, 코어와 탄성체 사이에 설치되는 보호부재에 의해 코어가 강성이 큰 강판으로 인해 변형 및 손상되지 않도록 보호함으로써 코어의 변형 및 손상으로 인한 면진성능의 저하를 막을 수 있다.
또한, 본 발명은 보호부재와 코어를 하나의 모듈로 구성하는 경우 면진장치의 조립작업이 간단해진다.
또한, 본 발명은 보호부재가 나사결합에 의해 상부와 하부에 위치한 플랜지를 안정적으로 연결하기 때문에 부반력에 대한 대응능력이 향상되어 부반력의 작용시 플랜지간에 들뜨는 현상을 억제할 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 포함한 코어모듈의 외관사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 면진장치용 보호부재(140)는 코어(130)의 외주면을 밀접하게 감쌀 수 있도록 형성된 원관 형태의 부재이다. 본 발명의 보호부재(140)는 이같은 단순한 원관 형태로 이루어지지만 면진장치의 코어(130)와 탄성체 사이에 설치되어 코어(130)의 변형 및 손상을 막아주는 한편, 수나사(141)에 의한 나사결합에 의해 상부와 하부에 위치한 플랜지를 연결하여 부반력에 대한 적응능력을 향상시켜 준다.
또한, 본 발명의 보호부재(140)는 코어(130)의 제조시부터 일체화된 모듈 형태로 제작되는 것이 바람직한데, 이같은 코어모듈을 구비하게 되면 별도로 제작된 보호부재(140)와 코어(130)를 서로 틈새 없이 결합시키기 위하여 정밀하게 가공하는 까다로운 공정 및 조랍과정이 생략될 수 있으므로 면진장치의 제작 또는 조립이 단순하고 신속해진다.
아래에서는 본 발명의 보호부재가 적용된 면진장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 보호부재가 적용된 하이브리드 면진장치의 구성을 설명하기 위한 부분단면도이며, 도 4는 본 발명의 횡단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 탄성체(110)와, 플랜지(120a,120b)와, 진동에 너지를 흡수하는 코어(130)와, 보호부재(140)를 포함하여 구성된다.
상기 탄성체(110)는 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.
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.
상기 코어(130)는 진동에너지를 흡수하기 위한 것으로 단일의 납 성분으로 이루어진 것일 수도 있고, 납과는 다른 감쇠력과 항복응력을 갖는 이종(異種)의 주석을 혼합한 것일 수도 있다.
전술된 바와 같이 상기 코어(130)는 도 2에서 볼 수 있는 것처럼 제조시부터 보호부재(140)와 일체화된 모듈의 형태로 마련되는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 코어(130)를 제조하기 전에 먼저 보호부재(140)를 제조하고, 제조된 상기 보호부재(140)의 하단을 막아 임시로 폐쇄한 상태에서 코어(130)를 이루는 성분(납이나 납과 주석의 혼합물)을 녹여 상기 보호부재(140)의 내부에 주입하여 경화시키면 된다. 이처럼 상기 코어(130)와 보호부재(140)가 모듈 형태로 구성되면 코어(130)와 보호부재(140)를 개별적으로 제조하여 조립할 때와 비교하여 틈새 없이 결합시키기 위한 정밀한 가공과 조립과정이 생략될 수 있으므로 면진장치의 제작 또는 조립과정이 신속하고 단순해진다.
상기 보호부재(140)는 코어(130)와 탄성체(110)를 격리하여 코어(130)가 상대적으로 강성이 큰 탄성체(110)의 강판(112)으로 인해 변형 및 손상을 입는 문제를 방지하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 보호부재(140)는 탄성체(110)와 코어(130) 사이에서 코어(130)의 외주면을 밀착하여 감싸는 원관의 형태로 설치된다. 상기 보호부재(140)는 코어(130)의 재질보다 큰 강성(압축강도)를 갖는 재질로 이루어져야 보호기능을 효과적으로 수행할 수 있다. 따라서 상기 코어(130)가 납 단독으로 이루어지거나 납 및 주석이 혼합된 형태로 이루어지는 경우, 보다 큰 강성(압축강도)을 갖는 재질인 주석으로 이루어지면 적당하다. 이같은 보호부재(140)가 구비되면 에너지 흡수재로 사용되는 핵심요소인 원기둥 형태의 코어(130)가 변형되거나 손상되지 않고 원형 그대로의 상태에서 원래 기능을 충분히 발휘할 수 있게 된다. 그러나 만일 상기 보호부재(140)가 구비되지 않는다면 코어(130)가 고무(111)를 밀고 탄성체(110)의 강판(112) 사이로 밀려들어가면서 외주면의 형태가 변형되는 한편, 그 외주면은 상대적으로 강성이 큰 강판(112)의 날카로운 모서리와 장시간 접하면서 흠집을 입는다. 이로 인해 원형 그대로의 상태에서 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 설계된 코어(130)가 지진 발생시 최적의 성능을 발휘하지 못하여 결과적으로 면진장치의 면진성능 저하가 초래된다.
또한, 상기 보호부재(140)의 상단부 및 하단부 외주면에는 수나사(141)가 형성되어 상기 플랜지(120a,120b)에 형성된 암나사(127)에 대응하여 나사결합된다. 이처럼 상기 보호부재(140)의 상단부와 하단부가 상기 플랜지(120a,120b)와 안정적으로 나사결합되면 부반력에 의해 상부구조물이 들뜨거나 이탈되는 경향을 상당부분 억제하여 부반력으로 인한 폐해를 방지하는데 기여할 수 있다. 이처럼 본 발명에 구비된 보호부재(140)는 부반력에 대한 대응능력을 갖고 있기 때문에 부반력이 비교적 약한 곳에서는 부반력에 대응하기 위한 부품을 대체하는 효과가 있고, 부반력이 비교적 강한 곳에서는 부반력에 대응하기 위해 구비되는 부품의 설계조건을 완화할 수 있는 효과가 있다.
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.
도 1은 납을 이용한 종래기술에 의한 면진장치를 설명하기 위한 종단면도.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 면진장치용 보호부재 및 이를 포함한 코어모듈의 외관사시도.
도 3은 본 발명의 보호부재가 적용된 하이브리드 면진장치의 구성을 설명하기 위한 부분단면도.
도 4는 본 발명의 횡단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 탄성체 111,114 : 고무
112 : 강판 120a,120b : 플랜지
130 : 납-주석 합금 코어 140 : 보호부재
141 : 수나사

Claims (7)

  1. 탄성체, 구조물과의 결합을 위해 상기 탄성체의 상부와 하부에 각각 설치된 플랜지, 상기 탄성체 내부에 심어져서 진동에너지를 흡수하는 코어를 포함하는 하이브리드 면진장치에서,
    상기 탄성체와 코어 사이에 설치되며, 상기 코어의 외주면을 밀접하게 감싸면서 상기 탄성체와 코어간을 빈틈없이 완전히 격리시킬 수 있는 원관 형태로 이루어지고, 상단부 및 하단부 외주면에는 각각 수나사가 형성되어 상기 하이브리드 면진장치의 플랜지와 나사결합되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 면진장치용 보호부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어보다 큰 압축강도를 갖는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 면진장치용 보호부재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코어의 성분이 납이거나 납과 주석이 혼용된 경우, 주석 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 면진장치용 보호부재.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 보호부재와, 그 내부에 납 또는, 납과 주석을 성분으로 포함하는 코어가 채워져서 이루어지되, 상기 코어는 액상으로 주입되는 방식에 의해 상기 보호부재 내부에 채워지는 것을 특징으로 하는 코어모듈.
  6. 삭제
  7. 제5항의 코어모듈을 포함하여 구성되는 하이브리드 면진장치.
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