KR101125982B1 - 하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침 - Google Patents

하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침에 관한 것으로서, 기존의 탄성받침과 포트받침의 특징을 조합하여 여기에 하중 및 온도계측 기능을 부가시킴으로서 교량받침의 건전성 향상 및 이에 따른 수명 연장을 극대화 하기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 교량의 상판과 교각 사이의 접점부위에 설치되어지며, 상판의 저면에 결합되는 상부플레이트(10)와 교각의 상면에 결합되는 하부플레이트(20)를 포함하는 구성을 이루는 교량받침에 있어서, 상기 상부플레이트(10)와 하부플레이트(20) 사이에는 상부로 부터 내부에 다수의 강철판(31)이 층을 달리하며 구비된 탄성고무(30)와, 상기 탄성고무(30)의 하부가 결합 고정되는 중간플레이트(40), 그리고 고무플레이트(50)가 순차적으로 적층 구비되고; 상기 하부플레이트(20)에는 온도 측정을 위한 온도센서(60)가 연결 구비됨과 함께, 상기 고무플레이트(50)의 압력변화를 감지하기 위한 압력센서(70)가 연결구성되며; 상기 상부플레이트(10)와 중간플레이트(40) 상호간에는 수평변위 측정을 위한 수평계(80)가 연결 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침{A HYBRID BEARING INSTRUMENTED WITH LOAD AND THERMO MEASURING SENSORS}
본 발명은 교량받침에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교량의 상판 지지를 위해 설치되는 포트받침에 실시간으로 하중 및 온도가 계측되어질 수 있도록 함으로서 교량 관리효율을 향상시키기 위한 것이다.
일반적으로 교량받침은 교량에 있어서 상부구조물인 상판이 하부구조물인 교각 또는 교대에 안착되도록 사용되는 연결장치로서, 상판에 작용되는 하중을 하부구조물에 전달 지지하고, 상부구조물의 신축과 회전을 허용하여 상부구조물의 파손을 방지하기 위하여 설치되며, 이에는 포트받침(Pot Bearing) 타입 및 탄성받침 타입 등 여러 가지 형태가 개발되어 적용되어 오고 있다
이러한 교량받침은 반복/지속/충격 등의 하중과 온도변화에 의한 온도하중 등의 하중작용으로 인한 송상 이외에 교량이 외부 대기에 노출되어 설치되는 관계로 대기중의 유해화학물질 및 눈/비/안개 등으로 결과되는 부식으로 인한 손상을 받게 된다.
한편, 교량받침에 발생하는 손상에 대해 각 원인 별 작용정도의 크기를 알고 있을 때 적절한 구조해석을 통해 손상정도를 예측할 수 있으며, 이 예측된 결과에 근거하여 적절한 유지관리 조치를 취함으로써 교량의 계획된 수명을 유지하거나 혹은 연장할 수 있으며 또한 적절한 보수시점을 결정함으로써 교량에 대한 건전성 향상이 가능하게 된다.
이러한 목적으로 최근에는 교량받침의 고전적 기능에 만족하지 않고 교량받침에 부가적인 장치를 추가하여 교량의 유지관리에 이용하려는 노력이 진행되고 있으나, 종래의 교량에 있어서는 이러한 교량받침에 전달되는 하중 및 발생변위 등을 정확하게 감지할 수 없음으로 교량의 유지관리를 위한 적절한 시기를 놓치게 되어 관리비용이 증가되는 문제점이 있었다.
또한, 교량의 수리 혹은 수명을 예측하는데 있어서 교량 상판의 하중 및 온도변화는 중요한 요소이나, 종래 포트받침의 경우 이러한 외부 요인의 변화를 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 교량받침의 유지관리에 있어서 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 기존의 탄성받침과 포트받침의 특징을 조합하여 여기에 하중 및 온도계측 기능을 부가한 형태의 하이브리드 받침을 제공함으로서 교량받침의 건전성 향상 및 이에 따른 수명 연장을 극대화 하도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 교량의 상판과 교각의 접점에 설치되어지도록 상판에 결합되는 상부플레이트와 교각에 결합되는 하부플레이트를 포함하는 구성을 이루는 교량받침에 있어서, 상기 상부플레이트와 하부플레이트 사이에는 상부로 부터 내부에 다수의 강철판이 층을 달리하며 구비된 탄성고무와, 상기 탄성고무의 하부가 결합 고정되는 중간플레이트, 그리고 고무플레이트가 순차적으로 적층 구비되고; 상기 하부플레이트에는 온도 측정을 위한 온도센서가 연결 구비됨과 함께, 상기 고무플레이트의 압력변화를 감지하기 위한 압력센서가 연결구성되며; 상기 상부플레이트와 중간플레이트 상호간에는 수평변위 측정을 위한 수평계가 연결 구성된 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은, 기존의 탄성받침과 포트받침의 특징을 조합하여 여기에 하중 및 온도계측 기능을 부가한 형태의 하이브리드 받침구조를 이룸으로서 교량받침의 건전성 향상 및 이에 따른 수명 연장을 극대화 하는 효과를 나타낸다.
특히, 교량의 회전변위는 포트받침 부분이 수용하고 탄성받침을 독립시켜 놓음으로서 유연성을 증가시켜 지진시 일맞은 주기설정 및 고무의 높이를 줄일 수 있게 된다.
또한, 수평계를 이용하여 수평변위를 계측하여 수평변위와 하중의 관계를 이용한 계측이 이루어지게 됨으로서 보다 효과적인 교량관리가 이루어질 수 있게 된다.
도 1은 본 발명 하이브리드 교량받침의 설치상태 외관 사시도.
도 2는 본 발명 하이브리드 교량받침의 부분절개 사시도.
도 3은 본 발명 교량받침의 시공상태 단면도.
도 4는 본 발명에서의 포트받침부 평단면 구조도.
도 5는 본 발명에서의 수평계 설치상태 단면 구조도.
도 6은 본 발명에서의 수평계 지지프레임 분해도.
도 7은 본 발명에서의 수평계 설치상태를 정면도로 나타낸 것으로서,
7a는 정상시 상태도.
7b는 변위 발생시 상태도.
도 8은 본 발명에서의 수평계 설치상태를 배면도로 나타낸 것으로서,
8a는 정상시 상태도.
8b는 변위 발생시 상태도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수평계 구조물 단면도.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 교량받침의 전체적인 구조를 살펴보면, 상부에는 교량 상판의 저면에 고정 설치되는 상부플레이트(10)가 구성되고 하부에는 교각콘크리트(1)의 상면에 앵커볼트(2)에 의해 고정 설치되는 하부플레이트(20)가 구비되며, 상호간의 사이에는 상부로 부터 탄성고무(30)와, 중간플레이트(40) 그리고 탄성재질의 고무플레이트(50)가 순차적으로 적층된 구조를 이루게 된다.
그중, 탄성고무(30)는 내부에 다수의 강철판(31)이 일정 간격으로 층으로 이루어 형성되었으며, 상부와 하부에는 상,하부플레이트(10,20)와 결합을 위한 상부고정판(32)과 하부고정판(33)이 각각 구성되어져 있다.
그리고, 고무플레이트(50)에는 도 4에서와 같이 방사방향으로 다수의 압력센서(70)가 연결 설치됨과 함께, 일측에는 온도 측정을 위한 온도센서(60)가 연결되어져 있다.
한편, 상부플레이트(10)와 중간플레이트(40)에는 수평 변위 측정을 위한 수평계(80)가 연결 설치되어져 있는데, 수평계(80)는 일정 길이를 이루는 지지프레임(81)에 수평상태로 안착 고정되어지며, 상기 지지프레임(81)의 상부와 하부는 각각 상부플레이트(10)와 중간플레이트(40)에 힌지핀(82)에 의해 회동 가능하게 연결 지지되어지게 된다.
특히, 지지프레임(81)은 수평계(80)가 안착 고정되는 안착판(83)과, 상기 안착판(83)이 고정된 하부프레임(85)과, 상기 하부프레임(85)에 형성된 안내레일(85a)과, 상기 안내레일(85a)에 슬라이딩 가능하도록 끼워진 상부프레임(84)으로 이루어짐을 확인할 수 있다.
상기 온도센서(60)와 압력센서(70) 그리고 수평계(80)는 각각 유선 또는 무선으로 측량 컴퓨터(미도시)와 연결되어져 계측 수치를 실시간으로 전송이 이루어질 수 있게 된다.
도면 중 미설명 부호 41은 중간플레이트(40)의 이탈을 방지하기 위한 가이드프레임을 나타낸다.
이와 같은 구조를 이루는 본 발명 하이브리드 교량받침의 설치에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.
본 발명의 교량받침은 상부플레이트(10)와 하부플레이트(20)가 각각 앵커볼트(2)에 의해 교량 상판과 교각콘크리트(1)에 고정 설치가 이루어지는 것으로, 설치 후에는 교량의 공용수명 유지와 사용성 향상 및 유지관리의 최소화를 위하여 연직 하중계측 및 온도계측 그리고 수평하중계측이 이루어질 수 있게 된다.
즉, 기존의 포트받침부분에 해당하는 하부의 고무플레이트(50)가 연직하중 하에서 정수압을 받는 물의 경우와 유사하게 작용하게 됨으로 이를 압력센서(70)가 계측하게 되며, 이와 함께 온도센서(60)에서는 교량받침 내부의 온도변화를 계측할 수 있게 된다.
한편, 기존의 탄성받침 부분에 설치되어진 수평계(80) 에서는 교량 상판의 수평변위를 계측하게 되는데, 수평계(80)가 설치된 지지프레임(81)은 상부와 하부가 각각 힌지핀(82)에 의해 지지되는 가운데 길이의 신축 유동이 가능한 상태를 이루고 있기 때문에 효과적인 수평변위 계측이 이루어질 수 있게 된다.
특히, 수평계(80)가 안착되어진 안착판(83)이 하부프레임(85)에 고정 설치된 상태에서 상부플레이트(10)와 중간플레이트(40) 상호간에 발생하는 수평변위에 따라 상부프레임(84)이 하부프레임(85)의 안내레일(85a)을 따라 슬라이딩 유동 되어지면서 수평계(80)의 각도변화에 따른 수평변위 계측이 이루어지게 됨을 알 수 있다.
또한, 압력계(80)에 손상이 발생하는 경우에는 교량의 지점부에서 리프팅이나 혹은 하이브리드 받침의 전반적인 교체 없이 해당 부품만을 교체가 가능하게 됨으로 유지보수가 용이한 이점을 갖게 된다.
따라서, 이러한 본 발명의 받침장치를 이용하면 역학적 또는 비역학적 원인에 의해 교량받침에 전달되는 하중의 크기에 대한 지속적인 계측과 교량받침의 설치시의 프리세팅 목적과 설치 이후의 교량받침에 발생하는 온도변화에 의한 전단변형량에 대한 지속적인 계측 및 감시가 가능하게 됨으로 고량의 공용수명 유지와 사용성 향상 및 유지관리의 최소화를 이룰 수 있게 됨을 알 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상부프레임(84)과 하부프레임(85) 결합구조를 단면도로 나타낸 것으로서, 상부프레임(84)의 슬라이딩 유동 동작이 보다 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.
즉, 도시된 바와 같이 상부프레임(84)의 하단부와 하부프레임(85)의 상단부에는 상호 걸림작용에 의해 상부프레임(84)의 이탈을 방지하는 걸림턱(84b,85b)이 각각 돌출 형성되었으며, 상호간에는 탄성스프링(86)이 연결 구성된 것이다.
이러한 구성을 통하여 급격한 수평진동 발생시 상부프레임(84)이 이탈되는 것이 방지되어지게 됨은 물론, 탄성스프링(86)에 의한 완충작용이 이루어질 수 있게 되어 상부프레임(84)의 슬라이딩 유동이 안정되어지는 효과를 나타내게 되는 것이다.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 하이브리드 받침장치 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.
10 : 상부플레이트 20 : 하부플레이트
30 : 탄성고무 31 : 강철판
32 : 상부고정판 33 : 하부고정판
40 : 중간플레이트 41 : 가이드프레임
50 : 고무플레이트 60 : 온도센서
70 : 압력센서 80 : 수평계
81 : 지지프레임 82 : 힌지핀
83 : 안착판 84 : 상부프레임
85 : 하부프레임 85a: 안내레일
84b,85b: 걸림턱 86 : 탄성스프링

Claims (5)

  1. 교량의 상판과 교각 사이의 접점부위에 설치되어지며, 상판의 저면에 결합되는 상부플레이트(10)와 교각의 상면에 결합되는 하부플레이트(20)를 포함하는 구성을 이루는 교량받침에 있어서,
    상기 상부플레이트(10)와 하부플레이트(20) 사이에는 상부로 부터 내부에 다수의 강철판(31)이 층을 달리하며 구비된 탄성고무(30)와, 상기 탄성고무(30)의 하부가 결합 고정되는 중간플레이트(40), 그리고 고무플레이트(50)가 순차적으로 적층 구비되고;
    상기 하부플레이트(20)에는 온도 측정을 위한 온도센서(60)가 연결 구비됨과 함께, 상기 고무플레이트(50)의 압력변화를 감지하기 위한 압력센서(70)가 연결구성되며;
    상기 상부플레이트(10)와 중간플레이트(40) 상호간에는 수평변위 측정을 위한 수평계(80)가 연결 구성된 것을 특징으로 하는 하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성고무(30)는 상부에 상부플레이트(10)와 결합 고정을 위한 상부고정판(32)이 구성되고, 하부에는 중간플레이트(40)와의 결합 고정을 위한 하부고정판(33)이 구성된 것을 특징으로 하는 하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수평계(80)는 일정 길이를 이루는 지지프레임(81)에 수평상태로 안착 고정되어지며, 상기 지지프레임(81)의 상부와 하부는 각각 상부플레이트(10)와 중간플레이트(40)에 힌지핀(82)에 의해 회동 가능하게 연결 지지되어지는 것을 특징으로 하는 하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지프레임(81)은 수평계(80)가 안착 고정되는 안착판(83)과, 상기 안착판(83)이 고정된 하부프레임(85)과, 상기 하부프레임(85)에 형성된 안내레일(85a)과, 상기 안내레일(85a)에 슬라이딩 유동 가능하도록 끼워져 설치된 상부프레임(84)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 상부프레임(84)의 하단부와 하부프레임(85)의 상단부에는 상호 걸림작용에 의해 상부프레임(84)의 이탈을 방지하는 걸림턱(84b,85b)이 각각 돌출 형성되었으며, 상호간에는 탄성스프링(86)이 연결 구성된 것을 특징으로 하는 하중 및 온도계측 기능을 내장한 하이브리드받침.
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