KR101140161B1 - Bridge bearing with spring - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 교량의 상판과 교각 사이에 개재되어 제진 및 진동을 흡수하는 교량용 탄성 받침에 관한 것이다.The present invention relates to an elastic bearing for a bridge interposed between the top plate and the bridge of the bridge to absorb vibration and vibration.
통상적으로 교량의 상부 구조와 하부 구조의 접점 부위에는 기온 변화, 지진 또는 풍하중, 기타 진동 및 충격의 작용시 충격 에너지를 감쇠함은 물론 적정 범위내에서 교량이 요동할 수 있게 하여 교량이 파괴되지 않도록 하는 면진 장치가 설치된다.In general, the upper and lower contact points of the bridge attenuate the impact energy in the event of temperature changes, earthquakes or wind loads, other vibrations and shocks, and allow the bridge to swing within an appropriate range so that the bridge is not destroyed. A seismic isolator is installed.
도 1은 종래의 탄성 받침을 도시한다. 이를 참조하면, 상부 플레이트(110)는 교량의 상판 측에 배치되고, 하부 플레이트(120)는 교량의 교각 측에 배치된다. 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)는 패드(200)의 상하 방향 이탈을 방지하고 탄성 받침의 외관을 형성하며, 전단 하중을 패드(200)에 전달하는 작용을 한다.1 shows a conventional elastic foot. Referring to this, the
앵커 소켓(130)은 교각 또는 상판에 고정되며, 앵커 소켓(130)에 체결되는 앵커 볼트(140)에 의하여 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)가 교각 또는 상판의 정해진 위치에 고정된다.The
패드(200)의 상면 및 하면은 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120) 각각에 단단하게 고정된다. 예를 들어 패드(200), 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)를 관통하는 고정 부재(150)를 체결하면 패드(200)가 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120) 각각에 고정된다.Top and bottom surfaces of the
패드(200)는 교량에 작용하는 진동 및 충격에 대하여 전단 변형됨으로써 전단 하중을 감쇠하며, 지진에 의한 진동 및 충격은 횡방향으로 작용하는 전단 하중(F)으로 작용한다. The
중간 플레이트(210)는 고무층(220)의 내부에 삽입되어 탄성 받침의 전단 계수(shear modulus)를 소정값 이상으로 확보할 수 있도록 고무층(220)의 강도 및 탄성을 보강하는 작용을 한다.The
그러나, 강도가 큰 지진과 같이 교량에 작용하는 전단 하중의 크기가 지나치게 큰 경우 중간 플레이트(210)가 설치된다고 하여도 탄성 받침의 설치 공간이 제약되어 있으므로, 전단 계수를 증가시키는데 한계가 있고, 패드(200)의 파손이나 크립없이 전단 하중(F)을 감쇠하는데 한계가 있다.However, when the magnitude of the shear load acting on the bridge is too large, such as an earthquake with high strength, even if the
전단 하중(F)의 작용 전후에 있어 패드(200)의 소성 변형량이 적정 범위를 넘어서면 탄성 받침이 정해진 위치를 이탈하거나 하중 감쇠 성능을 발휘할 수 없게 되므로, 동일한 부피 및 크기에 있어서 내전단력의 크기가 최대로 되도록 탄성 받침을 설계해야 한다.When the plastic deformation amount of the
본 발명은 상술한 필요성을 감안한 것으로서, 소정의 제약된 공간에 설치되더라도 최대한의 전단 하중을 감쇠할 수 있도록 탄성 받침의 구조를 특징적으로 구성하는 한편, 수직 하중 또는 전단 하중의 반복적 작용시 그 작용 전후에 있어 충분한 감쇠 성능을 발휘할 수 있도록 흡진 부재가 고무층에 일체로 포함되는 탄성 받침을 제공하기 위한 것이다.In view of the above-described necessity, the present invention is characterized by the structure of the elastic support so as to attenuate the maximum shear load even when installed in a predetermined space, while the vertical load or the shear load repeatedly before and after the action In order to provide a sufficient damping performance in the present invention is to provide an elastic support is integrally included in the rubber layer to the exhaust member.
본 발명의 탄성 받침은, 교량의 상판측에 배치되는 상부 플레이트; 상기 교량의 교각측에 배치되는 하부 플레이트; 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 사이에 개재되는 것으로, 고무층을 포함하는 고무 패드; 상기 고무 패드의 내부에 배치되며 상기 고무층과 일체로 형성되는 탄성 재질의 흡진 부재; 를 포함한다. The elastic base of the present invention, the upper plate disposed on the upper plate side of the bridge; A lower plate disposed on the pier side of the bridge; A rubber pad interposed between the upper plate and the lower plate and including a rubber layer; A suction member made of an elastic material disposed inside the rubber pad and integrally formed with the rubber layer; It includes.
본 발명에 따르면, 탄성 받침의 전체 부피에 큰 변화없이도 전단 계수를 증가시킬 수 있으며 수직 하중에 대한 내력 및 전단 하중에 대한 내력이 강화되어 반복 사용 신뢰성이 향상되고 전단 에너지에 대한 감쇠력이 증가된다. According to the present invention, the shear modulus can be increased without a large change in the total volume of the elastic bearing, and the strength against the vertical load and the shear load is strengthened, so that the repeated use reliability is improved and the damping force against the shear energy is increased.
도 1은 종래의 탄성 받침을 부분적으로 절개하여 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 코일 스프링을 포함한 탄성 받침의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 일부를 절개하여 도시한 조립도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예로서, 코일 스프링 및 보강 철판을 포함한 탄성 받침의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 일부를 절개하여 도시한 조립도이다.
도 6은 본 발명에 있어서 저하중용 탄성 받침을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명에 있어서 고하중용 탄성 받침을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 8은 본 발명에 있어서 전단 하중을 받을 때 탄성 받침의 변형 거동을 도시한 측단면도이다.
도 9는 본 발명에 있어서 코일 스프링이 횡방향으로 설치되는 경우에 대한 측단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 있어서 판 스프링이 횡방향으로 설치되는 경우에 대한 측단면도이다. 1 is a perspective view showing a partially cut conventional elastic support.
2 is an exploded perspective view of an elastic support including a coil spring as an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an assembled view illustrating a portion of FIG. 2 cut away. FIG.
4 is an exploded perspective view of an elastic support including a coil spring and a reinforcing iron plate according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an assembly view of a portion of FIG. 4 taken away. FIG.
Figure 6 is a side cross-sectional view briefly showing a low-load elastic base in the present invention.
Figure 7 is a side cross-sectional view briefly showing a high load elastic support in the present invention.
8 is a side cross-sectional view showing the deformation behavior of the elastic support under the shear load in the present invention.
9 is a side cross-sectional view of the case where the coil spring is installed in the transverse direction in the present invention.
10 and 11 are side cross-sectional views of the case where the leaf spring is installed in the transverse direction in the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the size or shape of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms that are specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.
교량 구조물에는 평소에는 차량이나 교량 자체의 수직 하중이 작용하지만 지진이 발생하면 횡하중이 발생한다. 따라서, 교량에 대한 면진 설계는 횡하중을 탄력적으로 지지하는데 초점이 맞추어진다. Bridge structures usually have a vertical load on the vehicle or the bridge itself, but when an earthquake occurs, lateral loads occur. Thus, the seismic isolation design for the bridge is focused on elastically supporting lateral loads.
탄성 받침은 고무 패드(200)를 채용하므로 고무의 특성상 수직 강성에 비하여 수평 강성이 작다. 따라서, 횡하중에 대한 교량구조물의 면진 설계에 매우 유리한 구조이다. 탄성 받침의 면진 특성은 고무 패드(200)에서 결정되는데, 고무 패드(200)의 탄성은 고무 분자와 유황 분자를 가교 형태로 연결하여 탄력성을 확보하는 가황 처리법에 의해 결정된다. Since the elastic foot adopts the
탄성 받침의 설계 기준을 살펴보면, 수직 하중에 대한 국부 전단 변형율, 수평 하중에 대한 국부 전단 변형율, 회전에 대한 전단 변형율을 합산한 총 전단 변형율이 고무 패드(200)의 최대 신장율보다 적도록 설계하여 고무 패드(200)의 파손이나 크립을 방지하고 탄성 받침의 안전성을 확보한다.Looking at the design criteria of the elastic support, the rubber is designed so that the total shear strain obtained by adding the local shear strain for the vertical load, the local shear strain for the horizontal load, and the shear strain for the rotation is less than the maximum elongation of the
고무 패드(200)의 원재료가 되는 고무는 한 개의 분자가 고리로 연결되어 뒤엉킨 고분자 화합물의 분자 구조를 갖는다. 이러한 고무 분자에 탄력성을 더하기 위하여 고무 원료에 유황, 카본, 연화재, 노화 방지재 등의 혼화제를 혼합한 뒤, 고온 고압으로 가열하면 유황 분자가 고무 분자에 영구적인 가교(架橋)를 형성하여 탄력성이 향상된 가황 고무를 얻는다. Rubber, which is a raw material of the
가황 고무의 품질은, 고무 원료의 품질을 기본으로 하여, 사용된 혼화제에 가장 적합한 가열온도, 가열시간 및 압력을 포함하는 가황 처리 조건에 의해 결정된다. 가황 처리 조건은 고무 제품의 품질을 결정하는 가장 중요한 요인이다.The quality of the vulcanized rubber is determined on the basis of the quality of the rubber raw material and is determined by the vulcanization treatment conditions including the heating temperature, the heating time and the pressure most suitable for the admixture used. Vulcanization conditions are the most important factors in determining the quality of rubber products.
한편, 천연고무는 합성고무에 비하여 산화하는 성질이 강함으로 탄성 받침은 합성 고무를 사용하거나 내구성이 강한 코팅 고무(220)를 5~10mm정도 고무 패드(200)의 외부에 코팅한다. On the other hand, natural rubber has a strong oxidation property compared to synthetic rubber, the elastic support uses a synthetic rubber or coating a
본 발명의 흡진 부재는 코일 스프링(600), 판 스프링(610a,610b), 접시 스프링 중 적어도 하나를 포함하며, 고무 패드(200)는 고무층(201)에 흡진 부재가 가황 접착된 것을 특징으로 한다. 따라서, 고무층(201)만으로 이루어지거나 수평 방향으로 보강 철판(210)이 내포된 종래의 탄성 받침에 비하여, 본 발명의 흡진 부재를 포함하는 고무 패드(200)는 흡진 부재와 고무층(201)의 가황 접착력이 좋아지고 횡방향 가황 접착 면적이 늘어나므로 전단 계수가 증가되어 내전단력이 강화되며, 심지어 수직 하중을 탄성 지지하는 기능도 갖는다. The suction member of the present invention includes at least one of the
본 발명의 고무 패드(200)는 고무층(201) 또는 보강 철판(210)이 내포된 고무층(201)에 흡진 부재가 가황 접착되는 구성이다. 고무 패드(200)의 상하부에는 철골 및 콘크리트 구조물에 고정하기 위한 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)가 마련된다. 이때, 고무층(201)과 보강 철판(210) 또는 고무층(201)과 흡진 부재 사이의 마찰력이 부족하여 고무 패드(200)의 고무 분자층이 미끄러지는 것을 억제하도록 고무층(201)과 보강 철판(210) 또는 고무층(201)과 흡진 부재는 충분한 접착성을 갖도록 가황 접착된다. The
흡진 부재는 코일 스프링(600), 판 스프링(610a,610b), 접시 스프링 중 적어도 하나를 포함한다. 스프링은 종탄성 계수 E 와 횡탄성 계수 G 를 고유의 물성치로 갖는다. 재료에 전단력이 작용하면 단면 부분에 미끄럼 저항력이 작용하고 이 저항력을 τ 로 표시한다. 수직 응력 σ는 재료에 수직 방향으로 작용한다. τ는 단면부의 면내에 발생하는 응력으로서 전단 응력이라고 하고 τ 로 표시한다. 전단 응력 τ 에 대한 변형율은 전단 각도의 변화이므로, 이 각 변위를 전단 변형률 이라고 하고 γ 로 표시한다. 횡탄성 계수 G = (전단 응력 / 전단 변형률) 이고, 종탄성 계수 E = (수직 응력 / 수직 변형율)이다.The suction member includes at least one of the
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 탄성 받침은, 상부 플레이트(110), 하부 플레이트(120), 고무 패드(200), 흡진 부재를 포함한다. 도시된 예에서 고무 패드(200)는 보강 철판(210)을 포함하지 않고 고무층(201)으로만 이루어지며, 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)에 수직한 방향을 길이 방향으로 하여 권선되는 코일 스프링(600)이 흡진 부재의 예로서 도시된다. 흡진 부재는 고무 패드(200)에 가황 접착되며, 고무 패드(200)의 부분별로 복수로 장착될 수 있다.2 and 3, the elastic support of the present invention includes an
흡진 부재는 면진 장치가 갖추어야 할 기본적 성능인 초기 강성 및 복원력을 증가시키는 작용을 한다. 초기 강성이란 전단 하중(F)이 작용하지 않는 초기 상태에서 파손없이 일정한 수직 하중을 감내할 수 있는 강성을 말하고, 복원력이란 전단 하중(F)이 제하되었을 때 크립이나 항복없이 원래 위치로 복원하는 정도를 말한다. The suction member serves to increase the initial stiffness and the restoring force, which is a basic performance that the seismic isolation device should have. Initial stiffness refers to the stiffness that can withstand a constant vertical load without damage in the initial state where shear load (F) is not applied.Resilience is the degree of restoration to the original position without creep or yield when shear load (F) is lowered. Say.
흡진 부재의 일 실시예인 코일 스프링(600)은 고무 패드(200)와 함께 탄성 변형되면서, 코일 스프링(600)의 길이 방향으로는 교량의 수직 하중을 지지하여 고무 패드(200)의 하중 부담을 덜어주며, 고무 패드(200)의 탄성 변형시 고무 패드(200)의 좌굴(toggle)이나 횡방향 항복(yield) 변형을 방지하고, 고무 패드(200)가 하중을 받는 방향 이외의 방향으로 틀어지지 않게 변형 경로를 안내하며, 고무 패드(200)가 외력에 의한 과도한 변형으로 찢어지지 않게 한다. The
전단 하중(F)으로서 작용하는 지진 발생시 고무 패드(200)의 내부 마찰에 의하여 감쇠력이 발생하며, 코일 스프링(600) 또한 분자간 마찰, 점성 변형, 탄성 변형, 변형시 발생하는 열의 형태로 외력의 일부를 소모하므로 고무 패드(200)의 감쇠력을 보강한다.Damping force is generated by the internal friction of the
또한, 코일 스프링(600)은 길이 방향은 물론 길이 방향에 수직한 코일 스프링(600)의 측방향으로 탄성 변형됨은 물론 코일 스프링(600)과 고무층(201)의 가황 접착력 향상에 따라, 고무 패드(200)의 전단 계수가 증가되고 내지진력 또는 내전단력이 보강된다. 본 명세서에서, '전단 하중(F)'은 교량의 횡방향으로 작용하는 '지진 하중'과 동일한 의미로 사용된다. In addition, the
내부 마찰이 큰 가황 고무를 금속재의 흡진 부재에 피복시키면, 전단 하중(F) 또는 지진 하중의 진폭이 감소된다. 흡진 부재에 피복되는 고무 패드(200)의 고무층(201)은 큰 변위에 견딜 수 있는 형상 및 두께로 설계되고, 흡진 부재의 과도한 변형, 피로 파괴, 소성 변형을 억제한다. When the vulcanized rubber having a large internal friction is coated on the metal exhaust member, the amplitude of the shear load F or the seismic load is reduced. The
고무 패드(200)의 고무층(201)은, 분자간 마찰, 점성 마찰, 쿨롱 마찰, 점성 변형, 탄성 변형, 변형시 발생하는 열 등 다양한 형태로 외력의 일부를 소모함과 동시에 고무의 내부 마찰에 의해 댐핑 역할을 하고, 외력의 작용시 흡진 부재를 보호하며, 흡진 부재가 외부로 노출되지 않게 밀봉하므로 흡진 부재의 부식이나 오염을 방지하고, 냉지에서 흡진 부재가 결빙으로 고착되어 내전단력이 약화되는 것을 방지하며, 흡진 부재의 서징(surging)을 방지한다. 흡진 부재로서 코일 스프링(600)이 사용될 경우, 코일 스프링(600)에서 발생하는 서징(surging) 효과를 피복 고무에 의하여 방지할 수 있다. 서징 효과란 코일 스프링(600)이 고유 진동수에 가까운 변동 하중을 받았을 때 코일 스프링(600) 자체의 고유 진동이 유발되는 현상을 말한다.The
흡진 부재의 하중과 변위의 관계는 흡진 부재에 가황 접착되는 피복 고무의 점성 변형 및 탄성 변형 이론과 고무의 점성 변형에 따른 형상 효과에 의해 비선형의 거동 특성을 보인다. 따라서, 하중이 변해도 스프링계의 고유 진동수가 거의 일정하다.The relationship between the load and the displacement of the suction member shows the nonlinear behavior characteristics due to the viscous deformation and elastic deformation theory of the coated rubber vulcanized to the suction member and the shape effect of the viscous deformation of the rubber. Therefore, even if the load changes, the natural frequency of the spring system is almost constant.
지진이 발생하여 지표면에서의 큰 흔들림이 있으면 지표면에 놓여있는 모든 물체는 힘을 받게 되나 물체의 진동수가 지진의 진동수에 근접한 물체는 공진을 일으켜 붕괴 위험성에 직면한다. 그러므로 지진의 진동수 특성을 파악하고 이에 대비하여 구조물의 고유 진동수 및 면진 특성을 설계해야 한다.When an earthquake occurs and there is a big shake on the ground, all objects lying on the ground will be forced, but objects close to the frequency of the earthquake will cause resonance and face the risk of collapse. Therefore, it is necessary to understand the frequency characteristics of the earthquake and to design the natural frequency and seismic isolation characteristics of the structure.
구조물의 내진설계에 있어서 지진파의 특성을 정확히 파악하지 못한 1950년대까지는 단지 구조물을 튼튼히 설계하여 지진에 대비하고 하였으나, 지진파는 단주기 성분보다 장주기 성분에 상대적으로 에너지가 적게 내포된다는 사실을 알고 난 1960년대부터는, 구조물을 부드럽게 설계하여 고유 주기를 장주기화하는 면진 설계가 오히려 안전하다는 사실을 인지하기 시작하였다.Until the 1950s, when the seismic design of the earthquake was not accurately understood, the earthquake wave was designed to prepare for the earthquake only by solid design.However, the earthquake wave contained less energy in the long period than the short period. Since the early days, it has begun to realize that isolating designs that smoothly design structures and make their own periods long are safe.
이와 같이 구조물을 부드럽게 설계하는 방법으로서, 초고층 구조물과 같이 높이를 높게 하여 고유 주기를 길게 하는 방법이 있으나, 저층 건축물 및 일반적인 교량 구조물은 통상적인 사용상의 하중 지지 조건을 만족해야 하므로 지지 부재의 최소 단면적이 커서 구조물의 고유 주기를 장주기화하는데 한계가 있다.As a method of designing a structure smoothly as described above, there is a method of lengthening a unique period by increasing the height as in a high-rise structure, but since the low-rise building and the general bridge structure must satisfy the load supporting conditions in normal use, the minimum cross-sectional area of the supporting member There is a limit to the long period of the natural period of this cursor structure.
그러므로 구조물의 지지 부재의 단면적을 유지한 상태에서 인위적으로 구조물의 고유 주기를 길게 하기 위한 방법으로서 본 발명과 같이 구조물의 지지 부재에 고무와 같은 점탄성 재질을 사용하거나, 고탄성의 흡진 부재를 추가하는 것이 좋은 방법이다. Therefore, as a method for artificially lengthening the intrinsic period of the structure while maintaining the cross-sectional area of the support member of the structure, it is preferable to use a viscoelastic material such as rubber or to add a high-elasticity suction member to the support member of the structure as in the present invention. It's a good way.
구조물의 고유 주기는 구조물의 질량과 탄성 계수에 의하여 결정되며 원칙적으로 감쇠 계수에는 영향을 받지 않는다. 교량 구조물의 질량을 조절하는 것은 사실상 불가능하지만 구조물의 탄성 계수나 경계 조건을 조절하는 것은 본 발명의 흡진 부재를 통하여 달성할 수 있다. The natural period of the structure is determined by the mass and elastic modulus of the structure and in principle is not affected by the damping factor. It is virtually impossible to control the mass of the bridge structure, but adjusting the elastic modulus or boundary conditions of the structure can be achieved through the suction member of the present invention.
따라서, 본 발명의 탄성 받침은 저층 건물이나 교량의 면진 설계에 강력한 효과를 발휘하며, 탄성 계수나 경계 조건을 조절할 수 있으므로 구조물의 고유 주기를 장주기화할 수 있고, 구조물에 전달되는 지진 에너지를 분자간 마찰, 점성 변형, 탄성 변형 등의 형태로 소모하여 붕괴를 방지한다. Therefore, the elastic support of the present invention has a powerful effect on the seismic design of low-rise buildings or bridges, and can control the elastic modulus and boundary conditions to make the period of the natural period of the structure long, and the seismic energy delivered to the structure is intermolecular friction In the form of viscous deformation, elastic deformation, etc. to prevent collapse.
본 발명에 따르면, 흡진 부재의 일 실시예인 코일 스프링(600)의 탄성 계수를 조절하거나, 고무 패드(200) 또는 흡진 부재의 체결 조건 및 체결 위치에 따라 결정되는 경계 조건을 조절하면, 교량 구조물의 고유 주기를 쉽게 장주기화할 수 있다. According to the present invention, by adjusting the elastic modulus of the
종래의 고무만으로 이루어진 탄성 받침 또는 고무와 보강 철판(210)만으로 이루어진 탄성 받침은 감쇠 성분 조절에 근본을 두므로 교량 구조물의 고유 주기를 장주기화하는데는 무리가 따른다. 이에 비하여 본 발명의 고무 패드(200)는 지진파의 주기특성을 이용하여 구조물의 고유 주기를 길게 장주기화할 수 있으므로 공진 억제 효과가 탁월하다. Conventional elastic feet made of rubber only or elastic feet made of rubber and reinforcing
도 4 및 도 5는 흡진 부재, 보강 철판(210), 고무층(201)으로 이루어진 고무 패드(200)를 도시한다. 흡진 부재는 코일 스프링(600)을 포함하고, 코일 스프링(600)은 상부 플레이트(110)에 수직한 방향으로 권선되며, 코일 스프링(600)은 수직 하중을 지지하고 전단 하중(F)에 대한 내력을 강화한다. 4 and 5 illustrate a
보강 철판(210)은 고무층(201)의 내부에 삽입되어 고무층(201)과 가황 접착되므로 횡방향 강도가 보강되고 고무 패드(200)의 전단 계수(shear modulus)를 소정값 이상으로 증가시킨다. 도 2 및 도 3에 비하여 보강 철판(210)이 추가되는 도 4 및 도 5의 실시예에서. 수직 하중 지지력은 물론 전단 하중(F) 지지력이 강화된다. Since the reinforcing
본 발명에 따르면 보강 철판(210)의 가황 접착력에 의한 내전단력 강화는 흡진 부재의 가황 접착력에 의하여 대체되거나 더욱 향상되고, 흡진 부재가 수직 하중을 탄력적으로 지지하므로 수직 하중에 대한 내력도 강화되며, 필요에 따라서는 교량 구조물의 고유 주기도 조절할 수 있다.According to the present invention, the strength of the shear resistance by the vulcanized adhesive strength of the reinforcing
도 6은 본 발명에 있어서 저하중(F1)용 탄성 받침을 간략하게 도시한 측단면도이다. 흡진 부재는 상부 플레이트(110)에 수직한 방향으로 권선되는 코일 스프링(600)을 복수개 포함한다. 코일 스프링(600)의 수직 연장 길이(Ls)는 고무 패드(200)의 높이(Lr) 이상으로 연장된다. 코일 스프링(600)은 고무 패드(200)의 상면 또는 하면에서 보았을 때 그 단부가 노출되며, 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(120)에 접촉되어 수직 하중을 탄성 지지한다.6 is a side cross-sectional view briefly showing the elastic support for the low load F1 in the present invention. The suction member includes a plurality of
이때, 수직 하중이 과다한 경우 수직 하중에 의한 흡진 부재의 변형량이 커서 고무와 흡진 부재의 가황 접착에 균열이 발생하거나, 고무의 수직 변형량과 흡진 부재의 수직 변형량에 많은 차이가 발생하거나, 고무 패드(200)의 상면 전체 면적에 골고루 분포되어야 할 수직 하중이 흡진 부재에 집중 작용할 여지가 있다. 따라서, 수직 하중의 크기가 소정값(예를 들어 600톤) 미만인 저하중(F1)인 경우, 흡진 부재는 고무 패드(200)의 높이(Lr) 이상인 수직 연장 길이(Ls)를 갖고, 흡진 부재의 단부는 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(120)에 접촉된다. At this time, when the vertical load is excessive, the deformation amount of the suction member due to the vertical load is large, so that a crack occurs in the vulcanization adhesion between the rubber and the suction member, or a large difference occurs between the vertical deformation amount of the rubber and the vertical deformation amount of the suction member, or a rubber pad ( There is room for the vertical load to be evenly distributed over the entire surface of the upper surface of 200). Therefore, when the magnitude | size of the vertical load is the fall weight F1 less than a predetermined value (for example, 600 tons), the suction member has the vertical extension length Ls which is more than the height Lr of the
도 7은 본 발명에 있어서 고하중(F2)용 탄성 받침을 간략하게 도시한 측단면도이다. 흡진 부재는 상부 플레이트(110) 또는 하부 플레이트(120)에 수직한 방향으로 권선되는 코일 스프링(600)을 포함한다. 흡진 부재의 수직 연장 길이(Ls)는 고무 패드(200)의 높이(Lr)보다 작으며, 흡진 부재는 고무 패드(200)의 내부에 잠기도록 배치된다. Figure 7 is a side cross-sectional view briefly showing the elastic support for high load (F2) in the present invention. The suction member includes a
탄성 받침에 전달되는 소정값(예를 들어 600톤) 이상의 고하중(F2)의 수직 하중에 대하여, 수직 하중은 고무 패드(200)의 상면 또는 하면의 전체 면적에 골고루 분포되므로 흡진 부재에 집중 하중이 발생되지 않는다. 또한, 고무 패드(200)의 전체 면적에 균일하게 분산된 수직 하중은 흡진 부재에 먼저 작용하지 않고 고무 패드(200)의 고무 부분에 먼저 작용하므로 1차적으로 댐핑된 분포 하중의 일부만이 흡진 부재에 작용한다. 따라서, 고무층(201)과 흡진 부재의 가황 접착성에 문제가 발생하지 않으며 고무층(201)의 변형량과 흡진 부재의 변형량에 많은 차이가 유발되지 않는다.With respect to the vertical load of the high load F2 equal to or greater than a predetermined value (for example, 600 tons) transmitted to the elastic support, the vertical load is distributed evenly over the entire area of the upper or lower surface of the
도 8은 본 발명에 있어서 전단 하중(F)을 받을 때 탄성 받침의 변형 거동을 도시한 측단면도이다. 전단 하중(F)의 작용시 고무 패드(200)는 횡방향으로 전단 변형되며, 흡진 부재인 코일 스프링(600)도 측방향으로 탄성 변형된다. 코일 스프링(600)의 수직 방향 탄성 계수가 크면 측방향 탄성 계수도 이에 비례하여 커지며, 고무층(201)에 가황 접착된 코일 스프링(600)이 측방향으로 탄성 거동되면서 단순 고무로 된 고무 패드(200)보다 전단 하중(F)에 대한 지지력이 강화된다.8 is a side cross-sectional view showing the deformation behavior of the elastic support under the shear load (F) in the present invention. When the shear load F is applied, the
도 9는 본 발명에 있어서 코일 스프링(600)이 횡방향으로 설치되는 경우에 대한 측단면도이다. 흡진 부재로서 고무층(201)에 가황 접착된 코일 스프링(600)이 사용되며, 전단 탄성 계수 증가 효과를 극대화하기 위하여 코일 스프링(600)이 고무 패드(200)의 측방향으로 권선된다. 코일 스프링(600)이 측방향으로 배치되면, 수직 하중에 대한 지지력보다 전단 하중(F)에 대한 지지력이 휠씬 강화된다. 코일 스프링(600)의 측방향 연장 길이는 고무 패드(200)의 측방향 길이의 절반 이상으로 연장된다. 이 실시예에 따르면, 탄성 받침의 크기가 정해져 있을 때 내전단력을 극대화해야 할 수 있다. 9 is a side cross-sectional view of the case where the
도 10은 본 발명에 있어서 판 스프링(610a,610b)이 횡방향으로 설치되는 경우에 대한 측단면도이다. 흡진 부재로서 고무층(201)에 가황 접착되는 판 스프링(610a,610b)을 포함한다. 도시된 판 스프링(610a,610b)은 한 쌍의 탄성판을 각각 아치 형상으로 구부러지게 벤딩시킨 것이며, 한 쌍의 탄성판이 서로 마주보면서 양단부는 접촉되고 중앙부는 이격 배치되는 형상이다. 전단 하중(F)의 작용시 양단부의 접촉 부분을 지지점으로 하여 중앙부의 볼록한 부분이 납작하게 탄성 변형되면서 전단 하중(F)을 흡수한다. 수직 하중에 대한 내력은 판 스프링(610a,610b)과 고무층(201)의 가황 접착력에 의하여 강화된다. 고무 패드(200)의 측방향 길이에 걸쳐 일정 간격으로 복수개 배치될 수 있다. 10 is a side cross-sectional view of the case in which the
도 11은 본 발명에 있어서 판 스프링(610a,610b)이 수직 방향으로 설치되는 경우에 대한 측단면도이다. 흡진 부재로서 고무층(201)에 가황 접착되는 판 스프링(610a,610b)은 양단부는 접촉되고 중앙부는 이격 배치되는 아치 형상이다. 수직 하중의 작용시 양단부의 접촉 부분을 지지점으로 하여 중앙부의 볼록한 부분이 납작하게 탄성 변형되면서 수직 하중을 흡수한다. 11 is a side cross-sectional view of the case in which the
전단 하중(F)의 대응시, 고무층(201)만 설치되는 경우에 비하여, 고무층(201)과 판 스프링(610a,610b)의 가황 접착력에 의하여 고무 패드(200)는 더 강한 전단 계수를 갖게 되므로 전단 하중(F)의 작용시 횡방향 내력이 더 향상된다. In response to the shear load F, the
본 발명의 흡진 부재에 따르면, 코일 스프링(600) 또는 판 스프링(610a,610b)이 수직 방향 또는 횡방향으로 배치되어 지진력 감소 효과를 볼 수 있다. 흡진 부재는 수직 하중에 대한 내력은 물론 횡방향의 전단 하중(F)에 대한 내력도 증가시킨다.According to the suction member of the present invention, the
흡진 부재는 보강 철판(210)과 함께 사용될 수 있으며, 이 경우에는 더욱 큰 수직 하중에 견딜 수 있으므로 고무 패드(200)의 단위 면적당 수직 하중에 대한 내력이 증가된다. 보강 철판(210)이 채용되지 않은 고무 패드(200)에서는 흡진 부재만으로 보강 철판(210)의 전단 강화 기능을 대체한다.The suction member may be used together with the reinforcing
전단 하중(F)으로서 지진 작용시, 고무 패드(200)는 내부 마찰력이 큰 가황 고무가 금속재의 흡진 부재에 피복된 구조이므로, 지진의 진폭 감쇠 효과가 탁월하다. 이러한 피복 구조는 코일 스프링(600)에서 발생하는 서징 효과를 방지할 수 있으며, 특히 가황 고무가 분자간 분자 충전체 간의 상호 작용에 의하여 진동을 흡수하므로 고주파 진동 또는 지진의 흡수에 아주 적합하다.When the earthquake acts as the shear load F, the
고무 패드(200)에서 하중과 변위의 관계는 고무의 탄성 이론 및 점성 변형에 따른 형상 효과에 의해 비선형의 탄성 특성을 보이므로 작용 하중이 변하여도 스프링계의 고유 진동수는 거의 일정해지는 장점이 있다. The relationship between the load and the displacement in the
한편, 흡진 부재는 탄성 받침이 설치되는 교량 구조물의 고유 주기 또는 고유 진동수를 조절할 수 있으므로, 흡진 부재의 탄성 계수나 경계 조건을 조절하면 지진파의 고유 주기를 회피하여 구조물의 고유 주기를 단주기가 아닌 장주기화시킬수 있는 장점이 있다. 흡진 부재의 경계 조건은 흡진 부재 및 고무층(201)의 가황 접착 조건, 설치 위치, 설치 개수, 설치 형상 등에 따라 조절된다.On the other hand, since the absorbing member can adjust the natural period or natural frequency of the bridge structure in which the elastic bearing is installed, by adjusting the elastic modulus or boundary condition of the absorbing member, the natural period of the structure is not a short period by avoiding the natural period of the seismic wave. It has the advantage of long periods of time. The boundary conditions of the suction member are adjusted according to the vulcanization adhesion conditions, the installation position, the number of installations, the installation shape, and the like of the suction member and the
고무 패드(200)의 높이(Lr)에 대한 흡진 부재의 연장 길이를 조절하면 수직 하중의 크기에 적절하게 대응할 수 있다. 예를 들어 600톤 이상의 고하중(F2)이 작용하는 탄성 받침에서는 코일 스프링(600)이 고무 패드(200) 내부에 함몰되게 하여 수직 하중이 코일 스프링(600)에 직접 작용하지 않게 설계한다. By adjusting the extension length of the dust-absorbing member with respect to the height Lr of the
저하중(F1)이 작용하는 탄성 받침에서는 코일 스프링(600)의 길이를 고무 패드(200)의 두께 이상이 되도록 하여 코일 스프링(600)의 양단부가 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)에 직접 접촉하게 한다. 따라서, 수직 하중이 코일 스프링(600)에 1차적으로 집중 작용하게 하여 수직 하중에 대한 내력을 강화한다.In the elastic bearing to which the low load F1 acts, the length of the
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although embodiments according to the present invention have been described above, these are merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments of the present invention are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the following claims.
110...상부 플레이트(upper plate) 120...하부 플레이트(lower plate)
200..고무 패드 201...고무층
210...보강 철판 220...코팅 고무
600...코일 스프링 610a,610b...판 스프링
F...전단 하중 Ls...수직 연장 길이
Lr...고무 패드의 높이 F1...저하중
F2...고하중110 ...
200..
210 ...
600 ...
F ... Shear Load Ls ... Vertical Extension Length
Lr ... height of rubber pad F1 ... low load
F2 ... High load
Claims (10)
상기 교량의 교각측에 배치되는 하부 플레이트;
상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 사이에 개재되는 것으로, 고무층을 포함하는 고무 패드;
상기 고무 패드의 내부에 배치되며 상기 고무층과 일체로 형성되는 탄성 재질의 흡진 부재; 를 포함하고,
상기 흡진 부재는 상기 고무층에 가황 접착되는 코일 스프링을 포함하며,
상기 코일 스프링은 상기 고무 패드의 횡방향으로 권선되며, 상기 고무 패드의 횡방향으로 연장되고,
상기 코일 스프링의 횡방향 연장 길이는 상기 고무 패드의 횡방향 길이의 절반 이상인 탄성 받침.
An upper plate disposed on the upper plate side of the bridge;
A lower plate disposed on the pier side of the bridge;
A rubber pad interposed between the upper plate and the lower plate and including a rubber layer;
A suction member made of an elastic material disposed inside the rubber pad and integrally formed with the rubber layer; Including,
The suction member includes a coil spring vulcanized to the rubber layer,
The coil spring is wound in the transverse direction of the rubber pad, and extends in the transverse direction of the rubber pad,
And the transverse extending length of the coil spring is at least half of the transverse length of the rubber pad.
상기 흡진 부재 및 상기 고무층이 일체화된 상기 고무 패드는 비선형의 탄성 거동 특성을 갖는 탄성 받침.
The method of claim 1,
The rubber pad having the suction member and the rubber layer integrated therein has a non-linear elastic behavior.
상기 흡진 부재의 탄성 계수 조절, 상기 고무 패드 또는 상기 흡진 부재의 체결 조건 또는 체결 위치에 의하여 결정되는 경계 조건의 조절에 따라, 교량 구조물의 고유 주기가 장주기화되는 탄성 받침.
The method of claim 1,
According to the adjustment of the elastic modulus of the suction member, the boundary condition determined by the fastening condition or the fastening position of the rubber pad or the suction member, the intrinsic period of the bridge structure is a long period of elasticity support.
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