KR101272146B1

KR101272146B1 - 제진장치

Info

Publication number: KR101272146B1
Application number: KR1020130019199A
Authority: KR
Inventors: 박관순
Original assignee: 테크스타 코리아 주식회사; 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-06-07

Abstract

본 발명은 제진장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 제진장치는 점성 감쇠기와 항복형 감쇠기를 함께 구비하여, 소정범위 이하의 변위는 점성 감쇠기로 감쇠시키고, 소정범위 이상의 변위는 항복형 감쇠기로 감쇠시킴으로써, 다양한 크기의 지진하중이나 풍하중을 효율적으로 흡수할 수 있는 장점이 있다. 또한, 소정범위 이상의 변위가 발생할 때, 점성 감쇠기의 운동거리가 더 이상 증가하지 않으므로, 점성 감쇠기의 고장 위험을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

제진장치{Damping Device}

본 발명은 제진장치에 관한 것이다.

근래에 들어서 바람이나 지진 등의 동적하중에 의해 발생하는 구조물의 과도한 응답을 제어하기 위한 방법으로, 제진기술이 연구의 단계를 넘어서서 기존의 내진설계에 대한 대안으로 적용되고 있다. 기존의 내진설계는 크게 강도증가와 연성증가의 두가지 방법으로 분류될 수 있다. 이중, 강도증가에 의한 내진설계는 지나치게 큰 부재가 이용되어 비경제적이며, 구조물의 갑작스러운 취성 파괴 양상에 의해 큰 인명피해를 유발할 수 있는 단점이 있다. 또한, 연성증가에 의한 내진설계는 구조부재의 소성변형에 의해 지진에너지를 흡수함으로써 지진하중의 크기를 효과적으로 줄일 수 있지만, 지진발생 이후 보수/보강이 어렵고 설치비용이 많이 소모되는 단점이다.

반면, 제진기술은 구조물에 유입되는 진동에너지를 부가적인 제진장치에 집중시킴으로써, 구조물을 보호한다. 따라서, 제진기술은 초기 비용이 일반 내진구조물에 비해서 유사하거나 약간 높은 수준이지만, 구조물 자체의 소성변형을 방지하거나 최소화한다. 따라서, 제진기술은 지진 이후의 보수/보강이 용이한 장점이 있으며, 구조물에 전달되는 지반진동을 효과적으로 차단 또는 감소시켜서 내부에 수용된 여러 인력과 재화 등을 보호하는데 월등한 성능을 발휘한다. 제진기술은 주로 지진 다발지역의 교량, 병원 원자력 발전소 등의 중요 시설물들 위주로 적용이 시작되었고, 실제 지진에서 우수성이 입증된 후, 그 적용이 광범위하게 확대되어 가고 있는 추세이다. 특히, 도 8에 도시된 바와 같이, 지진하중이나 풍하중에 의해서 전축물이 횡으로 진동하게 될 때, 각 측의 횡방향 변위가 합쳐지면 저층과 고층 사이의 변위차가 커지므로, 건축물의 안정을 위해서 제진기술의 필요성은 점차 확대되고 있다.

이러한 제진기술의 핵심인 제진장치는 에너지 소산작용에 의해 구조물에 유입되는 지진하중이나 풍하중을 흡수함으로써, 구조물의 변형을 감소시키는 역할을 한다. 이를 동역학적으로 해석하면, 구조물 전체의 감쇠능력을 향상시키는 것이고, 응답스펙트럼 상에서 변위감소의 효과를 얻게 된다. 제진장치는 변형에 의해 에너지를 소산시키는 작용을 하므로, 구조물의 변위가 크게 발생하는 곳에 설치되며, 일반적으로 층과 층 사이의 가새(Brace) 형태로 설치된다. 일반적인 구조용 가새와 제진용 가새의 차이점은 구조용 가새의 경우 강성을 증가시키는 역할을 하는 반면, 제진용 가새는 감쇠를 증시키는 역할을 하는 것이다. 구조용 가새에 따른 강성의 증가는 주기를 감소시키므로, 변위는 감소하더라도 구조물에 작용하는 지진하중을 증가시킨다. 이에 반하여, 제진용 가새에 따른 감소의 증가는 구조물의 변위와 지진하중을 모두 감소시키는 효과가 있다.

하지만, 지진의 발생은 매우 불규칙하여 정확한 예측이 쉽지않다. 지금까지 발생한 대부분의 지진을 살펴보면, 크기가 작은 지진은 발생빈도가 빈번하고, 크기가 큰 지진은 발생빈도가 흔하지 않다. 즉, 지진은 고빈도의 약한 진동 특성과 저빈도의 강한 진동 특성을 가진다고 할 수 있다. 이와 같이, 지진 발생은 확률적인 사건으로서 예측하기가 쉽지 않으므로, 제진장치의 감쇠기의 설계에 있어서, 적절한 감쇠용량의 감쇠기를 선정하기 쉽지 않은 실정이다. 특히, 종래기술에 따른 제진장치는 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 한 종류의 댐퍼로 구성되어 일정한 운동거리를 넘어서게 되면, 더 이상 감쇠력을 발휘하지 못하여 제진효과가 크게 떨어지는 문제점이 존재한다. 게다가, 큰 지진이 발생하면, 오일 댐퍼만으로는 충분한 감쇠효과를 얻기 어렵다. 또한, 종래기술에 따른 제진장치는 댐퍼가 하나로 구성되어, 댐퍼(실린더, 피스톤 등)의 직경에 따라 협소한 공간(예를 들어, 벽의 내부)에 설치가 불가능한 문제점도 존재한다.

KR

10-2012-0011001

A

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면은 점성 감쇠기와 항복형 감쇠기를 함께 구비함으로써, 소정범위 이하의 변위는 점성 감쇠기로 감쇠시키고, 소정범위 이상의 변위는 항복형 감쇠기로 감쇠시킬 수 있는 제진장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치는 시계방향으로 순서대로 배치된 제1 절점, 제2 절점, 제3 절점, 및 제4 절점을 포함하는 구조물에 설치되는 제진장치에 있어서, 상기 제1 절점과 상기 제2 절점, 상기 제2 절점과 상기 제3 절점, 상기 제3 절점과 상기 제4 절점, 및 상기 제4 절점과 상기 제1 절점을 이은 각각의 가상선을 제1 기준선, 제2 기준선, 제3 기준선 및 제4 기준선으로 정의할 때, 일단이 상기 제1 절점에 연결된 제1 링크; 일단이 상기 제2 절점에 연결되고, 타단이 상기 제1 링크의 타단과 연결되는 제2 링크; 일단이 상기 제1 링크의 타단 및 상기 제2 링크의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제3 기준선 방향으로 연장된 제1 고정부재; 일단이 상기 제3 절점에 연결된 제3 링크; 일단이 상기 제4 절점에 연결되고, 타단이 상기 제3 링크의 타단과 연결되는 제4 링크; 일단이 상기 제3 링크의 타단 및 상기 제4 링크가 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 기준선 방향으로 연장된 제2 고정부재; 일단이 상기 제1 고정부재의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제2 고정부재 방향으로 연장되는 제1 연결부재; 일단이 상기 제1 연결부재의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제1 기준선 방향으로 연장된 제3 고정부재; 일단이 상기 제2 고정부재의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제1 고정부재 방향으로 연장되는 제2 연결부재; 일단이 상기 제2 연결부재의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제3 기준선 방향으로 연장된 제4 고정부재; 상기 제4 고정부재에 대향하도록, 상기 제1 고정부재에 구비된 제1 항복형 감쇠기; 상기 제3 고정부재에 대향하도록, 상기 제2 고정부재에 구비된 제2 항복형 감쇠기; 및 상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재의 사이에 구비된 점성 감쇠기; 를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 구조물에 변위가 발생할 때, 상기 점성 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 구조물에 변위가 발생할 때, 상기 제1 항복형 감쇠기는 상기 제4 고정부재와 접촉하여, 상기 제1 고정부재와 상기 제4 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키고, 상기 제2 항복형 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 접촉하여, 상기 제2 고정부재와 상기 제3 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 구조물의 변위가 소정범위 이하로 발생할 때, 상기 점성 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키고, 상기 구조물의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때, 상기 제1 항복형 감쇠기는 상기 제4 고정부재와 접촉하여, 상기 제1 고정부재와 상기 제4 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키고, 상기 제2 항복형 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 접촉하여, 상기 제2 고정부재와 상기 제3 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 점성 감쇠기는 다수가 구비되고, 다수의 상기 점성 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재를 따라 서로 평행하게 배치된다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 제1 고정부재와 상기 제4 고정부재는 상기 제2 기준선에 비해서, 상기 제 4기준선에 가깝게 배치되고, 상기 제2 고정부재와 상기 제3 고정부재는 상기 제4 기준선에 비해서, 상기 제2 기준선에 가깝게 배치된다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 제2 링크의 길이는 상기 제1 링크의 길이보다 길고, 상기 제4 링크의 길이는 상기 제3 링크의 길이보다 길다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 제1 고정부재와 상기 제4 고정부재는 서로 평행하게 배치되고, 상기 제2 고정부재와 상기 제3 고정부재는 서로 평행하게 배치된다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 제1 항복형 감쇠기는 상기 제4 고정부재로부터 소정간격 이격되고, 상기 제2 항복형 감쇠기는 상기 제3 고정부재로부터 소정간격 이격된다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 제1 기준선, 상기 제2 기준선, 상기 제3 기준선, 및 상기 제4 기준선을 이으면, 직사각형이다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 직사각형의 중심을 기준으로, 상기 제1 링크와 상기 제3 링크는 대칭으로 배치되고, 상기 제2 링크와 상기 제4 링크는 대칭으로 배치된다.

본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 직사각형의 중심을 기준으로, 상기 제1 고정부재와 상기 제2 고정부재는 대칭으로 배치되고, 상기 제1 연결부재와 상기 제2 연결부재는 대칭으로 배치되며, 상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재는 대칭으로 배치된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 점성 감쇠기와 항복형 감쇠기를 함께 구비하여, 소정범위 이하의 변위는 점성 감쇠기로 감쇠시키고, 소정범위 이상의 변위는 항복형 감쇠기로 감쇠시킴으로써, 다양한 크기의 지진하중이나 풍하중을 효율적으로 흡수할 수 있는 장점이 있다. 또한, 소정범위 이상의 변위가 발생할 때, 점성 감쇠기의 운동거리가 더 이상 증가하지 않으므로, 점성 감쇠기의 고장 위험을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 직경이 작은 점성 감쇠기를 다수개 결합시킴으로써, 직경이 큰 점성 감쇠기와 같은 감쇠용량을 구현하면서도, 협소한 공간에도 설치할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 정면도,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 작동과정을 도시한 정면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 측면도,
도 6 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 변형예를 도시한 정면도, 및
도 8은 지진하중이나 풍하중에 따른 건축물의 횡방향 변위가 도시된 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 정면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 일단이 제1 절점(210)에 연결된 제1 링크(110), 일단이 제2 절점(220)에 연결되고, 타단이 제1 링크(110)의 타단과 연결되는 제2 링크(113), 일단이 제1 링크(110)의 타단 및 제2 링크(113)의 타단과 연결되고, 타단이 제3 기준선(270) 방향으로 연장된 제1 고정부재(120), 일단이 제3 절점(230)에 연결된 제3 링크(115), 일단이 제4 절점(240)에 연결되고, 타단이 제3 링크(115)의 타단과 연결되는 제4 링크(117), 일단이 제3 링크(115)의 타단 및 제4 링크(117)가 타단과 연결되고, 타단이 제1 기준선(250) 방향으로 연장된 제2 고정부재(123), 일단이 제1 고정부재(120)의 타단에 연결되고, 타단이 제2 고정부재(123) 방향으로 연장되는 제1 연결부재(130), 일단이 제1 연결부재(130)의 타단에 연결되고, 타단이 제1 기준선(250) 방향으로 연장된 제3 고정부재(125), 일단이 제2 고정부재(123)의 타단에 연결되고, 타단이 제1 고정부재(120) 방향으로 연장되는 제2 연결부재(135), 일단이 제2 연결부재(135)의 타단에 연결되고, 타단이 제3 기준선(270) 방향으로 연장된 제4 고정부재(127), 제4 고정부재(127)에 대향하도록, 제1 고정부재(120)에 구비된 제1 항복형 감쇠기(140), 제3 고정부재(125)에 대향하도록, 제2 고정부재(123)에 구비된 제2 항복형 감쇠기(145), 및 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127)의 사이에 구비된 점성 감쇠기(150)를 포함한다.

본 실시예에 따른 제진장치(100)는 점성 감쇠기(150)와 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)를 함께 구비하는 것으로, 구조물(200)에 발생하는 변위의 크기에 따라 점성 감쇠기(150)가 작동하거나, 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)가 작동함으로써, 다양한 크기의 지진하중이나 풍하중을 효율적으로 흡수할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 기본적으로 구조물(200, 건축물 등)에 설치된다. 여기서, 구조물(200)은 시계방향으로 순서대로 배치된 제1 절점(210), 제2 절점(220), 제3 절점(230), 및 제4 절점(240)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 절점(210)과 제2 절점(220)을 이은 가상선을 제1 기준선(250)으로, 제2 절점(220)과 제3 절점(230)을 이은 가상선을 제2 기준선(260)으로, 제3 절점(230)과 제4 절점(240)을 이은 가상선을 제3 기준선(270)으로, 제4 절점(240)과 제1 절점(210)을 이은 가상선을 제4 기준선(280)으로 정의할 수 있다. 여기서, 제1,2,3,4 기준선(250, 260, 270, 280)은 건축물의 각층에 구비된 보, 바닥판, 또는 벽체 측벽 등을 의미할 수 있다. 이러한 제1,2,3,4 기준선(250, 260, 270, 280)이나 제1,2,3,4 절점(210, 220, 230, 240)을 기준으로, 제1,2,3,4 링크(110, 113, 115, 117), 제1,2,3,4 고정부재(120, 123, 125, 127), 및 제1,2 연결부재(130, 135) 등을 구체적으로 설명하도록 한다.

제1,2,3,4 링크(110, 113, 115, 117), 제1,2,3,4 고정부재(120, 123, 125, 127) 및 제1,2 연결부재(130, 135)는 점성 감쇠기(150)와 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)를 지지하거나, 점성 감쇠기(150)와 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)에 구조물(200)의 변위를 전달하는 역할을 한다. 또한, 제1,2,3,4 링크(110, 113, 115, 117), 제1,2,3,4 고정부재(120, 123, 125, 127) 및 제1,2 연결부재(130, 135)는 예를 들어 빔(Beam) 형태의 리지드 프레임(Rigid Frame) 등으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 링크(110)는 일단이 제1 절점(210)에 연결되고, 타단이 제2 링크(113)의 타단에 연결된다. 또한, 제2 링크(113)는 일단이 제2 절점(220)에 연결되고, 타단이 제1 링크(110)의 타단에 연결된다. 즉, 제1 링크(110)와 제2 링크(113)는 각각 제1 절점(210)과 제2 절점(220)으로부터 연장되어, 일정한 지점에서 만나는 것이다. 또한, 제1 고정부재(120)는 일단이 제1 링크(110)의 타단과 제2 링크(113)의 타단에 연결되고, 타단이 제3 기준선(270) 방향으로 연장된다. 즉, 제1 고정부재(120)는 제1 링크(110)의 타단과 제2 링크(113)의 타단이 만나는 지점으로부터 제3 기준선(270) 방향으로 연장되는 것이다. 이때, 제2 링크(113)의 길이는 제1 링크(110)의 길이보다 길다. 따라서, 제1 고정부재(120)는 제2 기준선(260)에 비해서, 제4 기준선(280)에 가깝게 배치된다. 이러한 제1 고정부재(120)에는 제1 항복형 감쇠기(140)가 구비된다. 한편, 제3 링크(115)는 일단이 제3 절점(230)에 연결되고, 타단이 제4 링크(117)의 타단에 연결된다. 또한, 제4 링크(117)는 일단이 제4 절점(240)에 연결되고, 타단이 제3 링크(115)의 타단에 연결된다. 즉, 제3 링크(115)와 제4 링크(117)는 각각 제3 절점(230)과 제4 절점(240)으로부터 연장되어, 일정한 지점에서 만나는 것이다. 또한, 제2 고정부재(123)는 일단이 제3 링크(115)의 타단과 제4 링크(117)의 타단에 연결되고, 타단이 제1 기준선(250) 방향으로 연장된다. 즉, 제2 고정부재(123)는 제3 링크(115)의 타단과 제4 링크(117)의 타단이 만나는 지점으로부터 제1 기준선(250) 방향으로 연장되는 것이다. 이때, 제4 링크(117)의 길이는 제3 링크(115)의 길이보다 길다. 따라서, 제2 고정부재(123)는 제4 기준선(280)에 비해서, 제2 기준선(260)에 가깝게 배치된다. 이러한 제2 고정부재(123)에는 제2 항복형 감쇠기(145)가 구비된다.

상술한 바와 같이, 제1 고정부재(120)는 상대적으로 제4 기준선(280)에 가깝게 배치되고, 제2 고정부재(123)는 상대적으로 제2 기준선(260)에 가깝게 배치되므로, 제1 고정부재(120)와 제2 고정부재(123) 사이에는 일정한 공간이 형성된다. 이러한 공간에는 제1,2 연결부재(130, 135), 제3,4 고정부재(125, 127), 및 점성 감쇠기(150)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 연결부재(130)는 일단이 제1 고정부재(120)의 타단에 연결되고, 타단이 제2 고정부재(123) 방향으로 연장된다. 또한, 제3 고정부재(125)는 일단이 제1 연결부재(130)의 타단에 연결되고, 타단이 제1 기준선(250) 방향으로 연장된다. 즉, 제1 연결부재(130)와 제3 고정부재(125)는 제1 고정부재(120)로부터 "┛" 형태로 연장되는 것이다. 이때, 제3 고정부재(125)는 제1 연결부재(130)의 길이에 의하여, 제4 기준선(280)에 비해서, 제2 기준선(260)에 가깝게 배치된다. 또한, 제3 고정부재(125)는 제2 고정부재(123)와 평행하게 배치될 수 있고, 그에 따라 제2 고정부재(123)에 구비된 제2 항복형 감쇠기(145)는 제3 고정부재(125)로부터 소정간격 이격되도록 배치될 수 있다. 한편, 제2 연결부재(135)는 일단이 제2 고정부재(123)의 타단에 연결되고, 타단이 제1 고정부재(120) 방향으로 연장된다. 또한, 제4 고정부재(127)는 일단이 제2 연결부재(135)의 타단에 연결되고, 타단이 제3 기준선(270) 방향으로 연장된다. 즉, 제2 연결부재(135)와 제4 고정부재(127)는 제2 고정부재(123)로부터 "┏" 형태로 연장되는 것이다. 이때, 제4 고정부재(127)는 제2 연결부재(135)의 길이에 의해서, 제2 기준선(260)에 비해서, 제4 기준선(280)에 가깝게 배치된다. 또한, 제4 고정부재(127)는 제1 고정부재(120)와 평행하게 배치될 수 있고, 그에 따라 제1 고정부재(120)에 구비된 제1 항복형 감쇠기(140)는 제4 고정부재(127)로부터 소정간격 이격되도록 배치될 수 있다.

한편, 제3 고정부재(125)는 상대적으로 제2 기준선(260)에 가깝게 배치되고, 제4 고정부재(127)는 상대적으로 제4 기준선(280)에 가깝게 배치되므로, 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127) 사이에는 일정한 공간이 형성되고, 이러한 공간에는 점성 감쇠기(150)가 구비될 수 있다. 즉, 점성 감쇠기(150)는 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127) 사이에 구비되는 것이다.

또한, 제진장치(100)는 전체적으로 제1 기준선(250), 제2 기준선(260), 제3 기준선(270), 및 제4 기준선(280)을 이은 직사각형의 중심(C, 제1 절점(210)과 제3 절점(230)을 이은 가상선과 제2 절점(220)과 제4 절점(240)을 이은 가상선이 만나는 점)을 기준으로 대칭형으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 직사각형의 중심(C)을 기준으로, 제1 링크(110)와 제3 링크(115)가 대칭으로 배치되고, 제2 링크(113)와 제4 링크(117)가 대칭으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 직사각형의 중심(C)을 기준으로, 제1 고정부재(120)와 제2 고정부재(123)가 대칭으로 배치되고, 제1 연결부재(130)와 제2 연결부재(135)가 대칭으로 배치되며, 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127)가 대칭으로 배치될 수 있다.

다만, "평행", "대칭" 등의 용어는 수학적으로 반드시 평행이거나 대칭이라는 것을 의미하는 것은 아니고, 제진장치(100)의 제작/설치 공정에서 발생하는 오차 등의 미미한 변화를 포함하는 것이다.

한편, 상술한 제진장치(100)의 구조적 특징으로 인하여, 점성 감쇠기(150)는 양단이 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127)에 연결된다. 따라서, 구조물(200)에 변위가 발생할 때, 점성 감쇠기(150)는 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127) 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시킨다. 이러한 점성 감쇠기(150)는 오일(Oil)의 점성에 의해 진동에너지를 소산시키며, 소정범위 이하의 변위를 발생시키는 약한 진동 특성에 대응하기 적합하다.

또한, 제1 항복형 감쇠기(140)는 제4 고정부재(127)에 대향하도록 배치되고, 제2 항복형 감쇠기(145)는 제3 고정부재(125)에 대향하도록 배치된다. 따라서, 구조물(200)에 변위가 발생할 때, 제1 항복형 감쇠기(140)는 제4 고정부재(127)와 접촉하여, 제1 고정부재(120)와 제4 고정부재(127) 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시킨다. 이와 유사하게, 제2 항복형 감쇠기(145)는 제3 고정부재(125)에 접촉하여, 제2 고정부재(123)와 제3 고정부재(125) 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시킨다. 이러한 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)는 금속 재료의 항복(Yield)에 의해서 진동에너지를 소산시킨다. 구체적으로, 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)는 상대적으로 큰 강성을 가지면서 낮은 항복강도를 갖도록 설계되어, 소성변형을 통해서 에너지 소산작용을 하도록 제작된다. 따라서, 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)는 소정범위 이상의 변위를 발생시키는 강한 진동 특성에 대응하기 적합하다.

결국, 상대적으로 약한 진동 특성에 따른 소정범위 이하의 변위에는 점성 감쇠기(150)가 작동하고, 상대적으로 강한 진동 특성에 따른 소정범위 이상의 변위에는 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)가 작동한다. 따라서, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 다양한 크기의 지진하중이나 풍하중을 흡수할 수 있는데, 이와 관련한 구체적인 내용은 후술할 작동과정에서 기술하도록 한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 작동과정을 도시한 정면도이다.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 지진하중이나 풍하중에 의해서 구조물(200)에 변위가 발생하기 전에는, 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127)는 일정한 거리를 유지하므로, 점성 감쇠기(150)가 작동하지 않는다. 또한, 제1 항복형 감쇠기(140)는 제4 고정부재(127)와 소정간격 이격된 상태이고, 제2 항복형 감쇠기(145) 역시 제3 고정부재(125)와 소정간격 이격된 상태이다. 따라서, 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)는 작동하지 않는다.

다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 지진하중이나 풍하중에 의해서 구조물(200)에 변위가 소정범위 이하(D1)로 발생할 때, 제1 절점(210)과 제2 절점(220)이 우측(도면 기준)으로 이동하면서, 제1,2 절점(210, 220)에 각각 연결된 제1,2 링크(110, 113)에 변형이 발생한다. 이러한 제1,2 링크(110, 113)의 변형은 제1 고정부재(120)와 제1 연결부재(130)를 통해서 최종적으로 제3 고정부재(125)의 위치를 변화시킨다. 따라서, 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127) 사이의 거리가 변한다. 이때, 점성 감쇠기(150)는 제3 고정부재(125)와 제4 고정부재(127) 사이의 거리가 변하면서 발생한 변위를 점성에 의해서 감쇠시킨다. 결국, 구조물(200)에 발생하는 소정범위 이하의 변위는 점성 감쇠기(150)로 감쇠시킬 수 있다.

다만, 제1 항복형 감쇠기(140)는 제4 고정부재(127)와 아직 이격된 상태이고, 제2 항복형 감쇠기(145) 역시 제3 고정부재(125)와 아직 이격된 상태이다. 따라서, 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)는 작동하지 않는다.

다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 지진하중이나 풍하중에 의해서 구조물(200)에 변위가 소정범위 이상(D2)으로 발생할 때, 제1 절점(210)과 제2 절점(220)이 도 3에 비해서 더욱더 우측(도면 기준)으로 이동하면서, 제1,2 절점(210, 220)에 각각 연결된 제1,2 링크(110, 113)에 더욱 큰 변형이 발생한다. 이러한 제1,2 링크(110, 113)의 변형은 제1 고정부재(120)와 제3 고정부재(125)의 위치를 변화시킨다. 따라서, 제1 고정부재(120)와 제4 고정부재(127) 사이의 거리가 변하는 동시에, 제3 고정부재(125)와 제2 고정부재(123) 사이의 거리가 변한다. 이때, 제1 고정부재(120)에 구비된 제1 항복형 감쇠기(140)는 제4 고정부재(127)에 접촉하여, 제1 고정부재(120)와 제4 고정부재(127) 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 소성변형을 통해서 감쇠시킨다. 이와 유사하게, 제2 고정부재(123)에 구비된 제2 항복형 감쇠기(145)는 제3 고정부재(125)에 접촉하여, 제2 고정부재(123)와 제3 고정부재(125) 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 소성변형을 통해서 감쇠시킨다. 결국, 구조물(200)에 발생하는 소정범위 이상의 변위는 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)로 감쇠시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 점성 감쇠기(150)와 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)를 이용하여, 구조물(200)에 발생하는 변위의 크기에 따라 점성 감쇠기(150)가 작동하거나(도 3 참조), 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)가 작동한다(도 4 참조). 따라서, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 다양한 크기의 지진하중이나 풍하중을 효율적으로 흡수할 수 있다. 또한, 소정범위 이상의 큰 변위가 발생할 때, 이를 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)가 감쇠시키므로, 점성 감쇠기(150)는 더 이상 운동거리가 증가하지 않는다. 따라서, 점성 감쇠기(150)의 고장 위험을 줄일 수 있다.

한편, 점성 감쇠기(150)와 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)의 작동기준이 되는 변위의 "소정범위"는 제진장치(100)의 설계시, 점성 감쇠기(150)와 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)의 감쇠용량 등을 고려하여 필요한 값으로 설정할 수 있다.

다만, 본 발명의 권리범위는 "소정범위 이하의 변위가 발생할 때 반드시 점성 감쇠기(150)만 작동하고, 소정범위 이상의 변위가 발생할 때 반드시 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)만 작동하는 것"에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 일정한 범위의 변위에서는 점성 감쇠기(150)와 제1,2 항복형 감쇠기(140, 145)가 함께 작동할 수도 있다. 또한, 도 2 내지 도 4를 기준으로 한 설명에서는 제1,2 링크(110, 113), 제1 고정부재(120), 제1 연결부재(130), 제3 고정부재(125)의 변형을 기준으로 기술하였지만, 이에 대칭으로 형성된 제3,4 링크(115, 117), 제2 고정부재(123), 제2 연결부재(135), 제4 고정부재(127)에도 함께 변형이 발생할 수 있음은 물론이다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 점성 감쇠기(150)는 다수가 구비될 수 있다. 다수의 점성 감쇠기(150)는 서로 평행하게 배치되어, 동일한 방향에 대해서 지진하중이나 풍하중을 흡수한다. 종래기술에 따른 제진장치는 하나의 점성 감쇠기를 이용하므로, 점성 감쇠기의 직경에 따라 협소한 공간(예를 들어, 벽의 내부)에 설치하기가 어려운 문제점이 있다. 반면, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 다수의 점성 감쇠기(150)가 제3,4 고정부재(125, 127)를 따라 일렬로 다수개가 구비되므로, 점성 감쇠기(150)의 직경을 줄일 수 있고, 그에 따라 설치공간을 줄여 협소한 공간에도 설치할 수 있는 장점이 있다. 또한, 종래기술에 따른 제진장치는 협소한 공간에 대응하여 점성 감쇠기의 직경을 줄이면 감쇠용량이 저하되는 문제점이 있다. 하지만, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 다수의 점성 감쇠기(150)를 이용하므로, 점성 감쇠기(150)의 직경을 줄이더라도, 감쇠용량을 유지할 수 있는 장점이 있다.

예를 들어, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 측면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제진장치(100)는 벽(285)의 내부에 설치될 수 있다. 제진장치(100)를 벽(285)의 내부에 설치하기 위해서는, 점성 감쇠기(150)의 직경(D)이 벽(285)의 두께(T)보다 얇아야 한다. 따라서, 점성 감쇠기(150)의 직경(D)을 충분한 크기로 형성하지 못하므로, 감쇠용량이 제한될 우려가 있다. 하지만, 본 발명에 따른 제진장치(100)는 점성 감쇠기(150)의 직경(D)이 작더라도, 벽(285)의 상하방향을 따라 일렬로 다수의 점성 감쇠기(150)가 평행하게 배치되므로, 필요한 감쇠용량을 충분히 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 6 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 변형예를 도시한 정면도이다. 도 1에서, 3개의 점성 감쇠기(150)를 기준으로 도시하였지만, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 점성 감쇠기(150)의 개수는 필요에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 구조물(200)에 유입되는 지진하중이나 풍하중이 상대적으로 작다고 예측되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 점성 감쇠기(150)를 평행하게 배치할 수 있다. 반면, 구조물(200)에 유입되는 지진하중이나 풍하중이 상대적으로 크다고 예측되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 4개의 점성 감쇠기(150)를 평행하게 배치할 수 있다. 이와 같이, 점성 감쇠기(150)의 개수를 조절함으로써, 제진장치(100)는 구조물(200)에 필요한 최적의 감쇠용량를 구현할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 제진장치 110: 제1 링크
113: 제2 링크 115: 제3 링크
117: 제4 링크 120: 제1 고정부재
123: 제2 고정부재 125: 제3 고정부재
127: 제4 고정부재 130: 제1 연결부재
135: 제2 연결부재 140: 제1 항복형 감쇠기
145: 제2 항복형 감쇠기 150: 점성 감쇠기
200: 구조물 210: 제1 절점
220: 제2 절점 230: 제3 절점
240: 제4 절점 250: 제1 기준선
260: 제2 기준선 270: 제3 기준선
280: 제4 기준선 285: 벽
D: 감쇠기의 직경 T: 벽의 두께
C: 직사각형의 중심

Claims

시계방향으로 순서대로 배치된 제1 절점, 제2 절점, 제3 절점, 및 제4 절점을 포함하는 구조물에 설치되는 제진장치에 있어서,
상기 제1 절점과 상기 제2 절점, 상기 제2 절점과 상기 제3 절점, 상기 제3 절점과 상기 제4 절점, 및 상기 제4 절점과 상기 제1 절점을 이은 각각의 가상선을 제1 기준선, 제2 기준선, 제3 기준선 및 제4 기준선으로 정의할 때,
일단이 상기 제1 절점에 연결된 제1 링크;
일단이 상기 제2 절점에 연결되고, 타단이 상기 제1 링크의 타단과 연결되는 제2 링크;
일단이 상기 제1 링크의 타단 및 상기 제2 링크의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제3 기준선 방향으로 연장된 제1 고정부재;
일단이 상기 제3 절점에 연결된 제3 링크;
일단이 상기 제4 절점에 연결되고, 타단이 상기 제3 링크의 타단과 연결되는 제4 링크;
일단이 상기 제3 링크의 타단 및 상기 제4 링크가 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 기준선 방향으로 연장된 제2 고정부재;
일단이 상기 제1 고정부재의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제2 고정부재 방향으로 연장되는 제1 연결부재;
일단이 상기 제1 연결부재의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제1 기준선 방향으로 연장된 제3 고정부재;
일단이 상기 제2 고정부재의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제1 고정부재 방향으로 연장되는 제2 연결부재;
일단이 상기 제2 연결부재의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제3 기준선 방향으로 연장된 제4 고정부재;
상기 제4 고정부재에 대향하도록, 상기 제1 고정부재에 구비된 제1 항복형 감쇠기;
상기 제3 고정부재에 대향하도록, 상기 제2 고정부재에 구비된 제2 항복형 감쇠기; 및
상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재의 사이에 구비된 점성 감쇠기;
를 포함하는 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구조물에 변위가 발생할 때,
상기 점성 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키는 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구조물에 변위가 발생할 때,
상기 제1 항복형 감쇠기는 상기 제4 고정부재와 접촉하여, 상기 제1 고정부재와 상기 제4 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키고,
상기 제2 항복형 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 접촉하여, 상기 제2 고정부재와 상기 제3 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키는 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구조물의 변위가 소정범위 이하로 발생할 때,
상기 점성 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키고,
상기 구조물의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때,
상기 제1 항복형 감쇠기는 상기 제4 고정부재와 접촉하여, 상기 제1 고정부재와 상기 제4 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키고,
상기 제2 항복형 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 접촉하여, 상기 제2 고정부재와 상기 제3 고정부재 사이의 거리가 변하면서 발생하는 변위를 감쇠시키는 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 점성 감쇠기는 다수가 구비되고,
다수의 상기 점성 감쇠기는 상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재를 따라 서로 평행하게 배치되는 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 고정부재와 상기 제4 고정부재는 상기 제2 기준선에 비해서, 상기 제 4기준선에 가깝게 배치되고,
상기 제2 고정부재와 상기 제3 고정부재는 상기 제4 기준선에 비해서, 상기 제2 기준선에 가깝게 배치되는 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 링크의 길이는 상기 제1 링크의 길이보다 길고,
상기 제4 링크의 길이는 상기 제3 링크의 길이보다 긴 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 고정부재와 상기 제4 고정부재는 서로 평행하게 배치되고,
상기 제2 고정부재와 상기 제3 고정부재는 서로 평행하게 배치되는 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 항복형 감쇠기는 상기 제4 고정부재로부터 소정간격 이격되고,
상기 제2 항복형 감쇠기는 상기 제3 고정부재로부터 소정간격 이격된 제진장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 기준선, 상기 제2 기준선, 상기 제3 기준선, 및 상기 제4 기준선을 이으면, 직사각형인 제진장치.
청구항 10에 있어서,
상기 직사각형의 중심을 기준으로,
상기 제1 링크와 상기 제3 링크는 대칭으로 배치되고,
상기 제2 링크와 상기 제4 링크는 대칭으로 배치되는 제진장치.
청구항 10에 있어서,
상기 직사각형의 중심을 기준으로,
상기 제1 고정부재와 상기 제2 고정부재는 대칭으로 배치되고,
상기 제1 연결부재와 상기 제2 연결부재는 대칭으로 배치되며,
상기 제3 고정부재와 상기 제4 고정부재는 대칭으로 배치되는 제진장치.