KR101284887B1 - 진자형 지진격리장치용 시험장치 - Google Patents

진자형 지진격리장치용 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진자형 지진격리장치에 요구되는 제반 물성치의 충족 여부, 그 정상 작동 여부, 그리고 내구신뢰도 등을 평가할 수 있는 진자형 지진격리장치(sliding pendulum isolator)용 시험장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 직하 가압 프레스에 의해 진자형 지진격리장치가 압압(壓壓)된 상태에서 액추에이터(actuator)에 의한 액추에이팅 플레이트의 좌우 왕복 운동에 따라 진자형 지진격리장치에 가해지는 지속적인 높이 변화에도 불구하고 요형 및 철형 너클 조인트의 관절 운동과 복수의 링크 가이드에 의해 상기한 액추에이팅 플레이트에 항상적으로 정수평력을 재하할 수가 있는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공되며, 면진자의 진자운동 시 발생하는 지속적인 높이 편차(변화)에도 불구하고 항상적으로 정수평력을 재하(在荷)할 수 있으므로 진자형 지진격리장치에 대한 신뢰도 높은 평가를 수행할 수가 있고, 진자형 지진격리장치를 간단하고도 용이하게 도입 및 취출(取出)할 수가 있으며, 전체적으로 콤팩트하면서도 간단한 구조로 인하여 높은 내구성 및 공간 점유성과 높은 유지보수성을 가지며, 적재 테이블 상에 별도의 진자형 지진격리장치 고정용 받침대를 설치할 필요가 없으므로 보다 간편하고 효율적이다.

Description

진자형 지진격리장치용 시험장치{TESTING APPARATUS FOR SLIDING PENDULUM ISOLATOR}
본 발명은 면진(免震: seismic isolation)장치의 하나인 진자형 지진격리장치(sliding pendulum isolator)용 시험장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 지진에 의한 과다 하중 발생이나 대변위에 대비하여 토목건축 구조물, 예컨대 교량 등에 설치되는 진자형 지진격리장치에 요구되는 제반 물성치의 충족 여부, 그 정상 작동 여부, 그리고 내구신뢰도 등을 실제 지진과 같은 대변위 발생 조건을 인위적으로 조성하여 검사 및 평가할 수 있는 진자형 지진격리장치용 시험장치에 관한 것이다.
근자에 이르러 해외에서 발생한 일련의 대지진과 국내에서 발생한 수차례의 소규모 지진으로 인하여 한국도 더 이상 지진의 절대 안전지대는 아니라는 인식의 확산 하에 지진 피해에 대한 경각심이 증대됨에 따라 내진 설계의 필요성이 강하게 대두되고 있으며, 주요 토목건축 구조물에 대해서는 내진 설계가 의무화되고 있다.
일반적으로 내진(耐震) 설계의 효과적인 방안으로서는 면진 및 제진을 들 수 있으며, 면진(免震: seismic isolation) 혹은 지진격리는 구조물을 지반으로부터 분리하여 구조물의 진동 주기를 지진의 우월 주기(predominant period)로부터 멀리 유지함으로써 공진을 피하여 구조물이 지진으로부터 피해를 입지 않도록 하는 것이고, 제진(制震: seismic control)은 지진에 의한 입력 에너지를 다양한 장치를 이용하여 효율적으로 소산(消散)시킴으로써 구조물에 대한 피해를 최소화하는 것이다.
보다 구체적으로는 면진 또는 지진격리는 일반적인 지진이 단주기 성분은 강하나 장주기 성분은 약한 경향을 보인다는 점을 고려하여 토목건축 구조물, 예컨대 교량 구조물 등을 지반으로부터 분리함으로써 구조물의 고유 주기를 지진의 주요 주기보다 길어지게 설계하여 지진과 구조물의 공진을 피하고 구조물에 작용하는 가속도 및 지진력을 저감시키는 것이며, 가장 통상적인 진자형 지진격리장치로서는 고무 박판과 철판을 교호적으로 겹쳐 놓은 면진받침 또는 그 중앙에 납을 삽입한 납면진받침과 같은 고전단 변형 수용력을 가지는 탄성받침(rubber bearing)과, 상부 구조물이 횡력을 받을 때 쉽게 미끄럼 운동 가능하게 한 미끄럼받침으로서의 마찰진자받침(friction pendulum bearing)을 들 수 있다.
전술한 바와 같은 근래의 내진 설계 강화 추세에 부응하여, 본 출원인은 한국등록특허 제1030750호(2011.04.15. 등록)에 도 9a 및 도 9b와 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같은 마찰진자받침형의 진자형 지진격리장치(100,100a)를 제안한 바 있다.
도시된 바와 같은 본 출원인에 의한 진자형 지진격리장치(100,100a)는 평상시에는 안전한 하중전달 기능과, 구조물의 신축 및 팽창, 및/또는 회전 거동에 대한 우수한 수용 특성을 보유함은 물론, 지진 발생시에는 구조물의 안정성을 확보하기 위하여 구조물의 진동을 제어하고 그에 미치는 지진력을 최소화하기 위하여 면진자(免震子: sliding pendulum)(120)의 진자 운동에 의한 우수한 지진 에너지 소산 능력을 지니며 지진 경험 후에는 완전한 복원성을 나타냄과 아울러, 우수한 고온 저항성과 내구성을 보유한다.
먼저 도 9a 및 도 9b는 각각 양방향 가동단을 가지는 진자형 지진격리장치(100)를 예시하고 있는 부분 평단면도 및 부분 측단면도로서, 도시된 예에서 그 전체적인 구조는 저부에 구면부(球面部)(111)를 가지며 상기한 구면부(111) 상에 마찰판(112)이 부착될 수도 있는 상부 플레이트(110)와, 상면 저곡률 구면부 및 저면 고곡률 구면부를 가지며 이들 각각에 상면 미끄럼 탄성 부재(121) 및 저면 미끄럼 탄성 부재(122)가 부착된 면진자(120)와, 상부에 구면좌(球面座)(131)를 가지며 하방 코너부에 고정부(132)를 가지는 하부 플레이트(130)로 구성된다.
여기서 선택적 구성 요소로서의 상기한 마찰판(112)은 우수한 내구성 및 내마모성을 가지는 스테인레스 강판이 주로 사용되며, 선택적으로는 미끄럼 특성을 향상시키기 위하여 그 표면에 낮은 마찰 계수 및 우수한 내열 성을 지니는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시(PFA), 플루오르화 에틸렌프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE)와 같은 불소 수지, 또는 이들에 유리섬유, 흑연, 카본, 탄소섬유, MoS2와 같은 내마모성 또는 활성 향상을 위한 다양한 충진재(filler)를 첨가한 수지를 표면 코팅한 스테인리스 강판을 사용할 수도 있다.
또한 면진자(120)에 부착되는 상면 미끄럼 탄성 부재(121) 및 저면 미끄럼 탄성 부재(122) 역시 낮은 마찰 계수 및 우수한 내열성을 지니는 상기한 바와 같은 불소 수지 또는 충진재 첨가 불소 수지로 제작된다.
상기한 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(130)는 다양한 토목건축 구조물에 적용 가능하지만, 교량을 예로 들면, 상부 플레이트(110)는 교량 상부 구조물의 저면에 밀착 설치되고, 하부 플레이트(130)는 앵커(150) 및 앵커 고정 볼트(151)에 의해 교각이나 교대의 상면에 설치된다.
또한 상기한 상부 플레이트(110) 저부의 구면부(111)의 곡률 반경은, 교량을 예로 들면 경간에 위치하는 교량상부 구조물(상판)의 길이에 따라 다르기는 하지만 1000~5000mm의 범위이며, 상판의 길이가 길면 길수록 곡률 반경도 크게 제작된다.
여기서, 상기한 곡률 반경은 교량 상부 구조물이 변위 전 상태로 복귀하려는 복원력을 나타내는 한계 값과 교량 상부 구조물로부터 전달되는 하중을 견딜 수 있는 상부 플레이트(110)의 두께를 고려한 값 사이에서 결정된다.
상기한 진자형 지진격리장치(100)는 토목건축 구조물에 대한 외부적 요인에 의한 신장이나 수축, 또는 지반 침하나 융기와 같은 수평 또는 수직 이동 변위는 물론, 회전 변위도 원활히 수용 가능하며 우수한 복원 특성을 보유한다.
이어서 도 10a 및 도 10b는 각각 일방향 가동단을 가지는 진자형 지진격리장치(100a)를 예시하고 있는 부분 평단면도 및 부분 측단면도로서, 도시된 예에서는 양측에 가이드(140)가 설치되어 평시에는 가이드(140)와 평행한 일 방향으로의 수평 이동 변위 및 수직 이동 변위를 수용하고 복원할 수 있는 구조로 되어 있는 외에는 도 9a 및 도 9b에 도시한 양방향 가동단을 가지는 진자형 지진격리장치(100)의 경우와 본질적으로 동일하므로 이에 대한 부연 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 부연하면 가이드(140)의 일측면 상부는 상부 플레이트(110)에 고정되고 하방으로 연장된 다음, 그 일측면 하부로부터는 하부 플레이트(130)까지 노치(notch)(미도시)가 형성된 연장판(도면부호 미부여)을 볼트로 고정하여 둠으로써, 평시에는 상기한 연장판에 의해 일방향 이동 변위만을 수용하도록 하지만, 지진과 같은 대변위 시에는 상기한 노치가 파단됨으로써 종국적으로 전술한 양방향 가동단을 가지는 진자형 지진격리장치(100)와 동일한 구성 및 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.
또한 전술한 진자형 지진격리장치(100,100a)는 교각 등에 있어서의 이동단에 설치되는 구성이나, 교각 등에 있어서의 고정단에 설치되는 구성은 전술한 일방향 가동단을 가지는 진자형 지진격리장치(100a)에 있어서 전술한 바와 동일한 구조의 가이드(140)를 네 측면 모두에 설치하여 둠으로써, 평시에는 연장판에 의해 고정되어 있지만, 지진과 같은 대변위 시에는 마찬가지로 노치의 파단에 의해 종국적으로 전술한 양방향 가동단을 가지는 진자형 지진격리장치(100)와 동일한 구성 및 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.
제한적인 것은 아니지만 상기한 상부 플레이트(110)의 가로 및 세로 치수는 600x780~1650x1830mm의 범위이고, 하부 플레이트(130)의 가로 및 세로 치수는 330x330~1310x1310mm의 범위이며, 하부 플레이트(130)의 저면으로부터 상부 플레이트(110)의 상면까지의 높이는 114~276mm의 범위를 채택하고 있다.
상기한 바와 같은 본 출원인에 의한 새로운 구조의 진자형 지진격리장치(100,100a)를 상업적 규모로 생산함에 있어 제작된 실생산 제품에 대한 제반 물성치의 충족 여부, 그 정상 작동 여부, 그리고 내구신뢰도 등을 평시 조건 및 실제 지진과 같은 대변위 발생 조건을 인위적으로 단시간 내에 조성하여 정확하게 검사 및 평가할 수 있는 높은 신뢰성 및 효율성을 보유한 시험장치의 필요성이 강하게 대두되었음에도, 종래의 시험장치는 그 어느 것이나 무관절 액추에이터의 작동에 의해 진자형 지진격리장치가 놓여진 별도의 진자형 지진격리장치 고정용 받침대가 고정된 적재 테이블을 레일을 따라 도입하고 좌우 왕복 운동에 의한 시험 평가 후 다시 레일을 따라 인출시키는 구조이므로 면진자(120)의 진자 운동 시 발생하는 상대적으로 큰 높이 편차에 따른 재하 수평력에 있어 경사 편차가 필연적으로 발생하게 된다는 문제점이 있고, 진자형 지진격리장치의 도입 및 인출을 위한 피스톤의 길이가 충분히 길어야 하므로 액추에이터 및 시험장치의 대형화가 필요하며, 별도의 진자형 지진격리장치 고정용 받침대의 사용 필요성이 요구되는 경우가 많다는 문제점이 있다.
따라서 통상적인 탄성받침은 물론, 마찰미끄럼받침과 같이 면진자(120)의 진자 운동 시 발생하는 지속적인 높이 편차에도 불구하고 그에 부응하여 항상 일정하게 정수평 방향으로 수평력을 재하할 수 있음과 아울러, 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소한 개선된 시험장치의 개발이 요청되었다.
따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 진자형 지진격리장치에 있어서의 면진자의 진자 운동 시 발생하는 지속적인 높이 편차(변화)에 대하여 정수평 방향으로 항상성을 유지하면서 정수평력을 재하(在荷)할 수 있는 개선된 진자형 지진격리장치용 시험장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 피시험 진자형 지진격리장치를 간단하고도 용이하게 시험 영역 내에 도입 및 취출(取出)할 수가 있는 개선된 구조를 가지는 진자형 지진격리장치용 시험장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 콤팩트하면서도 간단한 구조로 인하여 높은 내구성 및 공간 점유성과 높은 유지보수성을 가지는 진자형 지진격리장치용 시험장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은 전술한 목적에 더하여 프레스와 지진격리받침 사이의 거리 축소를 위하여 적재 테이블 상에 별도의 지진격리받침 고정용 받침대를 준비하여 설치할 필요성을 제거함으로써, 지진격리장치를 간편하고 효율적으로 고정할 수가 있는 진자형 지진격리장치용 시험장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기한 제반 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(aspect)에 따르면, 베이스 및 테이블을 가지는 프레임과; 상기한 프레임 상부의 직하 가압 프레스와; 진자형 지진격리장치의 상부 플레이트를 저면에 고정하며, 일측에 요형(凹形) 너클 조인트를 가지는 액추에이팅 플레이트로 구성되는 정수평력 재하(在荷) 어셈블리와; 상기한 액추에이팅 플레이트의 양측 단부를 안내하며 링크 고정 바에 의해 연결되는 복수의 가이드를 테이블과 각각 연결하며 상호 평행하게 배치되는 링크와; 지지구에 피벗 운동 가능하게 연결되는 실린더 및 그로부터 연장되는 피스톤의 단부에 고정되며 상기한 요형 너클 조인트와 관절 운동 가능하게 연결되는 철형(凸形) 너클 조인트로 구성되는 액추에이터와; 진자형 지진격리장치의 하부 플레이트를 고정하며, 상기한 액추에이터와 독립적으로 테이블 내에 위치하는 유압 실린더에 의해 상기한 테이블의 상면을 따라 링크 내로 도입 및 취출(取出)되는 이송 팔레트로 구성되며: 상기한 직하 가압 프레스에 의해 진자형 지진격리장치가 압압(壓壓)된 상태에서 상기한 액추에이터(actuator)에 의한 액추에이팅 플레이트의 좌우 왕복 운동에 따라 진자형 지진격리장치에 가해지는 지속적인 높이 변화에도 불구하고 상기한 요형 및 철형 너클 조인트의 관절 운동과 복수의 가이드에 의해 상기한 액추에이팅 플레이트에 항상적으로 정수평력을 재하하는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공된다.
본 발명의 상기한 제반 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 양태에 따르면, 상기한 액추에이팅 플레이트의 저면에 대한 진자형 지진격리장치의 상부 플레이트의 고정과 상기한 이송 팔레트의 상면에 대한 진자형 지진격리장치의 하부 플레이트의 고정이 좌우 왕복 운동 방향에 직교하는 방향으로 상호 대향하여 설치되는 한 쌍의 고정 바와 고정 볼트에 의해 이루어지는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공된다.
본 발명의 상기한 제반 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양태에 따르면, 상기한 직하 가압 프레스가 유압 프레스 및 프레싱 전달부로 이루어지고, 상기한 프레싱 전달부는 상기한 유압 프레스로부터 연장되는 피스톤과 체결되는 중간 플레이트 및 그 저면에 고정된 직압(直壓) 기둥으로 이루어지는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공된다.
본 발명의 상기한 제반 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양태에 따르면, 상기한 중간 플레이트와 프레임의 상부 사이의 유압 프레스 주위에 복수의 보조 프레스 및 복수의 복귀 스프링이 설치되고, 상기한 중간 플레이트와 링크 고정 바 사이에 복수의 링크 복귀 스프링이 설치되어 있는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공된다.
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본 발명의 상기한 두 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 양태에 따르면, 상기한 이송 팔레트가 그 외측 일단에 바퀴가 부착된 지지각이 연장 형성되며, 상기한 테이블 상면의 링크 내로 도입되어 고정 볼트에 의해 상기한 테이블에 고정되는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공된다.
본 발명의 전술한 제반 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 프레임이 상부 플레이트와 이를 지지하도록 입설(立設)된 복수의 수직 기둥을 지지하며 하단부에 테이블이 구비된 베이스와, 그로부터 일측으로 연장되며 액추에이터의 지지구가 설치되는 연장 베이스와, 상기한 지지구와 상부 플레이트의 일측을 대각선상으로 연결하는 경사 프레임과, 상기한 베이스의 타측으로 연장되며 이송 팔레트의 도입 및 취출을 위한 레일부로 구성되는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공된다.
본 발명의 전술한 제반 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 링크 고정 바가 액추에이팅 플레이트의 상면 양측에 좌우 운동 방향을 따라 상호 대향하게 위치하며 상기한 복수의 가이드가 상기 링크 고정 바와 일체로 형성되고 각각의 가이드가 상기한 액추에이팅 플레이트의 양측 단부를 안내할 수 있도록 'ㄷ'자 형태로 형성되어 있는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공된다.
본 발명의 전술한 제반 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 진자형 지진격리장치가 상기한 액추에이팅 플레이트의 저면에 고정되는 상부 플레이트의 저면에 구면부가 형성되고, 상기한 이송 팔레트의 상면에 고정되는 하부 플레이트의 상면에 구면좌가 형성되며, 상기한 구면부와 구면좌 사이에 각각 상면 미끄럼 탄성 부재 및 저면 미끄럼 탄성 부재를 가지는 면진자가 개재(介在)되어 있는 진자형 지진격리장치용 시험장치가 제공된다.
본 발명에 따른 진자형 지진격리장치용 시험장치는 면진자의 진자 운동 시 발생하는 지속적인 높이 편차(변화)에 대하여 정수평 방향으로 항상적으로 정수평력을 재하(在荷)할 수 있으므로 진자형 지진격리장치에 대한 신뢰도 높은 검사 및 평가를 수행할 수가 있으며, 피시험 진자형 지진격리장치를 간단하고도 용이하게 시험 영역 내에 도입 및 취출(取出)할 수가 있고, 전체적으로 콤팩트하면서도 간단한 구조로 인하여 높은 내구성 및 공간 점유성과 높은 유지보수성을 가지며, 프레스와 진자형 지진격리장치 사이의 거리 축소를 위하여 적재 테이블 상에 별도의 진자형 지진격리장치 고정용 받침대를 설치할 필요가 없으므로 보다 간편하고 효율적이다.
도 1은 본 발명에 따른 진자형 지진격리장치용 시험장치에 대한 사시 사진도이다.
도 2는 도1의 사시 측면 사진도이다.
도 3은 도 1의 타방향 사시 사진도이다.
도 4는 도 1의 조인트부에 대한 확대 사진도이다.
도 5는 도 1의 프레스부에 대한 확대 사진도이다.
도 6은 도 1의 측단면도이다.
도 7은 도 6의 평단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 진자형 지진격리장치에 대한 직하 가압 하에 도 1의 시험장치에 의한 정수평력 재하에 따른 진자형 지진격리장치의 구면좌(球面座) 내에서의 면진자(免震子)의 진자 움직임을 나타내는 확대 사진도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 양방향 가동단을 가지는 진자형 지진격리장치의 부분 평단면도 및 부분 측단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 일방향 가동단을 가지는 진자형 지진격리장치의 부분 평단면도 및 부분 측단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 진자형 지진격리장치용 시험장치(1)에 대한 사시 사진도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 사시 측면 사진도 및 타방향 사시 사진도이며, 도 4 및 도 5는 각각 도 1의 조인트부 및 프레스부에 대한 확대 사진도이고, 도 6 및 도 7은 각각 도 1의 측단면도 및 평단면도로서, 설명의 편의상 모두 함께 언급하기로 한다.
본 발명에 따른 진자형 지진격리장치용 시험장치(1)는 전체적으로 베이스(11)와 테이블(17)이 설치된 프레임(10)과, 유압 프레스(21) 및 프레싱 전달부(22)로 이루어지는 직하 가압 프레스(20), 일측에 요형(凹形) 너클 조인트(32)를 가지는 액추에이팅 플레이트(31)로 이루어지는 정수평력 재하 어셈블리(30), 상기한 액추에이팅 플레이트(31)의 양측 단부를 안내하는 가이드(23d)와 상기한 테이블(17)를 연결하는 링크(23a), 피스톤(44)의 단부(45)에 연결되는 철형(凸形) 너클 조인트(46)를 가지는 액추에이터(40), 그리고 이송 팔레트(50)로 구성된다.
도시된 예에서는, 상기한 프레임(10)은 상부 플레이트(13)와 이를 지지하도록 입설(立設)된 복수(도시된 예에서는 4개)의 수직 기둥(12)을 지지하며 그 하단부에 테이블(17)이 구비된 베이스(11)와, 그로부터 일측으로 연장되며 액추에이터(40)의 지지구(41)가 설치되는 연장 베이스(15)와, 상기한 지지구(41)와 상부 플레이트(13)의 일측을 대각선상으로 연결하는 경사 프레임(14)과, 상기한 베이스(11)의 타측으로 연장되며 이송 팔레트(50)의 도입 및 취출을 위한 레일부(16)로 구성되어 있으나, 이러한 프레임(10)의 형상 및 구조는 본 발명에 있어서 절대적이지 아니하며 선택적으로 다양하게 변형 구성될 수 있다.
상기한 직하 가압 프레스(20)는 진자형 지진격리장치(100)에 수직력을 재하(在荷)하기 위한 구성으로서, 이는 건축 구조물이나 교량과 같은 토목 구조물의 상부 구조물에 대한 하중을 재현하며 제한적인 것은 아니나 시험 시에는 대략 2000~50000kN의 하중을 가하게 된다.
여기서, 상기한 직하 가압 프레스(20)는 상기한 바와 같은 범위의 큰 수직력을 재하할 수 있도록 매우 큰 직경의 원통형 실린더(21a)와 피스톤(21b)을 가지는 유압 프레스(21)와 프레싱 전달부(22)로 구성되며, 상기한 프레싱 전달부(22)는 상기한 유압 프레스(21)로부터 연장되는 피스톤(21a)과 체결되는 중간 플레이트(22a) 및 그 저면에 고정되는 매우 큰 직경의 직압(直壓) 기둥(22b)으로 이루어진다.
바람직하게는 도시된 바와 같이 상기한 중간 플레이트(22a)와 프레임(10)의 상부 플레이트(13) 사이에는 상기한 유압 프레스(21) 주위에 복수(도시된 예에서는 네 코너부에 하나씩 모두 4대가 설치)의 보조 프레스(21c)가 설치되어 상기한 중간 플레이트(22a)가 전 면적에 걸쳐 균일한 압력으로 수직력을 재하할 수 있도록 구성되는 것이며, 상기한 보조 프레스(21c) 설치 위치에 인접한 위치에는 복수(도시된 예에서는 네 코너부에 하나씩 모두 4개가 설치)의 복귀 스프링(22c)을 설치함으로써, 전술한 면진자(예컨대 도 9a 내지 도 10b에서의 도면부호 120 참조)의 진자 운동에 의한 지속적인 높이 편차(변화)가 발생되더라도 그에 따라 유압 프레스(21)의 피스톤(21a) 및 보조 프레스(21c)의 피스톤(도면부호 미부여)이 원활하게 축퇴될 수있도록 구성되어 있다.
또한 상기한 중간 플레이트(22a)와 후술하는 링크 고정 바(23) 사이에도 복수(도시된 예에서는 한 쌍의 링크 고정 바(23)에 각각 앞뒤로 2개씩 모두 4개가 설치)의 링크 복귀 스프링(23b)을 설치함으로써, 유압 프레스(21)의 피스톤(21a) 및 보조 프레스(21c)의 피스톤(도면부호 미부여)이 상방으로 축퇴됨에 따라 상기한 링크 고정 바(23)와 일체로 형성되는 가이드(23d)와 연결된 링크(23a)가 수직 방향으로 직립함과 동시에, 상기한 가이드(23d)에 의해 엑추에이팅 플레이트(31)도 상방으로 이동하여 진자형 지진격리장치(100)의 탈착이 가능하도록 충분한 공간부를 형성하게 된다.
이어서, 상기한 정수평력 재하 어셈블리(30)는 일측에 요형(凹形) 너클 조인트(32)를 가지는 액추에이팅 플레이트(31)로 구성되며, 상기한 액추에이팅 플레이트(31)의 저면에는 진자형 지진격리장치(100)의 상부 플레이트(도 9a 내지 도 10b에서의 도면부호 110 참조)를 저면에 고정하기 위한 고정부로서 좌우 왕복 운동 방향에 직교하는 방향으로 상호 대향하여 설치되는 한 쌍의 고정 바(33)가 설치(후술하는 도 8a 내지 도 8c 참조)되며, 상기한 진자형 지진격리장치(100)의 상부 플레이트(도 9a 내지 도 10b에서의 도면부호 110 참조)는 복수의 고정 볼트(33a)에 의해 한 쌍의 고정 바(33) 사이에 견고하게 고정(후술하는 도 8a 내지 도 8c 참조)된다.
여기서, 상기한 액추에이팅 플레이트(31)는 직하 가압 프레스(20)에 의하여 하방으로 이동 시 링크(23a)에 의해 전방 또는 후방으로 변위되므로 이러한 변위를 고려하여 액추에이팅 플레이트(31) 저면에 설치되는 한 쌍의 고정 바(33)(후술하는 도 8a 내지 도 8c 참조)의 위치가 정하여지며, 상기한 한 쌍의 고정 바(33) 사이의 간격은 진자형 지진격리장치(100)의 상부 플레이트(도 9a 내지 도 10b에서의 도면부호 110 참조)의 폭 보다 더 넓게 형성될 필요가 있으며, 이러한 간격이 존재한다 하더라도 전술한 복수의 고정 볼트(33a)에 의해 견고하게 고정됨에는 아무런 지장도 없다.
한편, 상기한 액추에이팅 플레이트(31)의 상면 양측에는 좌우 운동 방향을 따라 연장되며 상호 대향하는 한 쌍의 링크 고정 바(23)가 위치하고, 각각의 링크 고정 바(23)에는 복수(도시된 예에서는 각각 2개씩 설치)의 가이드(23d)가 일체로 형성되어 있으며, 상기한 각각의 가이드(23d)는 상기한 액추에이팅 플레이트(31)의 양측 단부를 지지하고 있는 상태에서 슬라이딩 운동에 의해 상기한 액추에이팅 플레이트(31)가 상하 요동 없이 좌우 왕복 운동할 수 있도록 'ㄷ'자 형태로 형성되며, 상기한 한 쌍의 링크 고정 바(23)의 각각에 의해 상호 일정 거리 이격하여 일체로 연결되어 있는 상기한 복수(도시된 예에서는 2개)의 가이드(23d)의 각각은 링크(23a)에 의해 상기한 테이블(17)과 상호 평행하게 연결 배치된다.
따라서, 면진자(도 9a 내지 도 10b에서의 도면부호 120 참조)의 진자 운동에 의한 진자형 지진격리장치(100)의 지속적인 높이 편차 내지 변화에도 불구하고 복수의 가이드(23d)에 의해 지지되는 액추에이팅 플레이트(31)는 복수의 링크(23a)에 의해 항상 정수평 상태를 유지하면서 도 6에서의 화살표 C 방향으로 상하 요동 운동을 하게 된다.
또한 상기한 중간 플레이트(22a)와 링크 고정 바(23) 사이에 복수의 링크 복귀 스프링(23b)이 설치되어 있어서 상기한 링크 고정 바(23)와 일체로 형성되는 가이드(23d)와 연결된 링크(23a)가 수직 방향으로 직립 가능하게 구성되고 그에 따라 상기한 가이드(23d)에 의해 엑추에이팅 플레이트(31)도 상방으로 이동 가능하므로 진자형 지진격리장치(100)의 탈착이 가능하도록 충분한 공간부를 형성한다는 점은 전술한 바와 같다.
이어서, 요형(凹形) 너클 조인트(32)가 일측에 설치된 액추에이팅 플레이트(31)로 이루어지는 정수평력 재하 어셈블리(30)에 수평력을 부여하기 위한 액추에이터(40)에 대하여 설명하면, 상기한 액추에이터(40)는 프레임(10)의 연장 베이스(15) 상에 고정되는 지지구(41)에 피벗 운동 가능하게 피벗 축(42)에 의해 연결되는 실린더(43) 및 그로부터 연장되는 피스톤(44)의 단부(45)에 고정되는 연결부재(47)에 고정되며 상기한 요형(凹形) 너클 조인트(32)와 관절 운동 가능하게 연결되는 철형(凸形) 너클 조인트(46)로 구성된다.
상기한 요형(凹形) 너클 조인트(32) 및 철형(凸形) 너클 조인트(46)에는 각각 핀 홀(32a)(46a)이 형성되어 있으므로 핀(도면부호 미부여 또는 미도시)에 의해 상호 관절 운동 가능하게 연결되며, 직하 가압 프레스(20)에 의한 수직력 재하 상태 하에서 액추에이터(40)의 작동에 의한 피스톤(44)의 반복적인 신축 운동이 도 6에서의 화살표 A 방향으로 이루어지게 되면, 액추에이팅 플레이트(31)는 링크(23a) 및 가이드(23d)에 의해 항상 정수평 상태를 유지하고 있으므로 피스톤(44)의 길이 변화에 따라 액추에이터(40)는 피벗 축(42)을 중심으로 도 6에서의 화살표 B 방향으로 미세 요동하게 된다.
그러나 이러한 액추에이터(40)의 미세 요동(수평선 상의 미세 각도 변화)에도 불구하고 상기한 요형(凹形) 너클 조인트(32) 및 철형(凸形) 너클 조인트(46)의 체결 조인트 구조에 따른 미세 관절 운동에 의하여 상기한 액추에이팅 플레이트(31)는 도 6에서의 화살표 C 방향으로의 지속적인 미세 상하 요동 운동에 따른 높이 차이에도 불구하고 항상 일정한 정수평력을 받게 된다.
상기한 액추에이터(40)는 진자형 지진격리장치(100)에 수평력을 재하(在荷)하기 위한 구성으로서, 이는 건축 구조물이나 교량과 같은 토목 구조물의 상부 구조물에 온도 변화에 따른 신축이나 풍압이나 지진력에 의한 수평 변위를 재현하며, 본 발명에 있어서 제한적인 것은 아니지만 상시 상태 시험 시에는 대략 100~1200kN의 수평력을, 그리고 지진 상태 시험 시에는 대략 160~3160kN의 수평력을 가하게 된다.
참고로, 도 9a 및 도 9b와 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같은 진자형 지진격리장치(100,100a)는 상시 상태에서는 약 75mm의 변위를 수용하도록 설계되며, 지진 상태에서는 약 150mm 변위를 수용하도록 설계되어 있으므로, 이 기준을 충족하도록 제작된다.
이어서, 이송 팔레트(50)에 대하여 설명하면, 본 발명에 적용되는 이송 팔레트(50)는 상기한 액추에이터(40)와는 상호 독립적으로 작동됨으로써 공간 활용성 및 콤팩트화에 기여할 수 있는 구조로서, 테이블(17) 내에 위치하는 별도의 유압 실린더(미도시 되어 있으며, 단지 도 6에만 도시되어 있으나 도면 부호는 미부여함)에 의해 도입 및 취출되는 구조이나, 이는 수동으로 도입 및 취출할 수도 있음은 물론이며, 이 또한 본 발명의 영역 내이다.
도시된 예에서는, 상기한 이송 팔레트(50)가 그 외측 일단에 바퀴(53)가 부착된 지지각(52)이 연장 형성되며, 전술한 베이스(11)의 테이블(17) 상면에 접하여 링크(23a)에 의해 한정되는 영역 내로 도입된 다음, 고정 볼트(18)에 의해 상기한 테이블(17)에 견고히 고정된다.
한편, 상기한 이송 팔레트(50)의 플레이트(51)의 상면에는 진자형 지진격리장치(100)의 하부 플레이트(도 9a 내지 도 10b에서의 도면부호 130 참조)를 그 상면에 고정하기 위한 고정부로서 좌우 왕복 운동 방향에 직교하는 방향으로 상호 대향하여 설치되는 한 쌍의 고정 바(55)가 설치(후술하는 도 8a 내지 도 8c 참조)되며, 상기한 진자형 지진격리장치(100)의 하부 플레이트(도 9a 내지 도 10b에서의 도면부호 130 참조)는 복수의 고정 볼트(55a)에 의해 한 쌍의 고정 바(55) 사이에 견고하게 고정(후술하는 도 8a 내지 도 8c 참조)된다.
비록 도 6에는 점선 및 화살표로 표시하지는 않았지만, 진자형 지진격리장치(100)가 미리 고정된 좌측에 도시된 이송 플레이트(50)가 레일부(16)를 따라 수직력 및 수평력 재하 영역인 중앙의 베이스(11) 영역 내로 이송되어 있음을 나타내고 있다.
이어서, 도 8a 내지 도 8c는 진자형 지진격리장치(100)에 대한 직하 가압 하에 도 1의 시험장치(1)에 의한 정수평력 재하에 따른 진자형 지진격리장치(100)의 구면좌(球面座)(도 9a 내지 도 10b에서의 도면부호 131 참조) 내에서의 면진자(免震子)(120)의 진자 움직임을 나타내는 확대 사진도이다.
먼저 도 8a는 정수평력이 재하되지 않아 면진자(120)가 하부 플레이트(130)의 중앙에 위치함과 동시에 상부 플레이트(110) 저면의 구면부(111) 중앙에 위치하고 있는 상태를 나타내고 있다.
도시된 예에서, 진자형 지진격리장치(100)의 상부 플레이트(110)는 액추에이팅 플레이트(31)의 저면에 고정 바(33)와 고정 볼트(도 8b에서의 도면부호 33a 참조)에 의해 고정되고, 진자형 지진격리장치(100)의 하부 플레이트(130)는 테이블(17)상에 위치하는 이송 팔레트(50)의 플레이트(51)의 상면에 고정 바(55) 및 고정 볼트(55a)에 의해 고정되어 있음은 전술한 바와 같다.
또한 액추에이팅 플레이트(31)는 링크 고정 바(23)와 일체로 형성된 'ㄷ'자형 가이드(23d)에 의해 안내 지지되어 미끄럼 운동하게 되며 상기한 가이드(23d)는 피벗 축(23c)에 의해 링크(23a)와 연결되어 있는 상태를 나타내고 있다.
도면 중 미설명 부호 22b는 직압 기둥이다.
도 8b는 액추에이터(40)의 피스톤(44)이 축퇴되어 엑추에이팅 플레이트(31)를 도면에서 우측으로 잡아당긴 상태를 나타내며, 이 상태에서는 면진자(120)가 상부 플레이트(110)의 구면부(111) 내에서 좌측은 눌려지는 한편 우측은 들려져서 결과적으로 엑추에이팅 플레이트(31)도 미세하게 들려진 상태가 됨을 나타내고 있다.
한편, 도 8c는 액추에이터(40)의 피스톤(44)이 신장되어 엑추에이팅 플레이트(31)를 도면에서 좌측으로 밀어버린 상태를 나타내며, 이 상태에서는 면진자(120)가 상부 플레이트(110)의 구면부(111) 내에서 우측은 눌려지는 한편 좌측은 들려져서 결과적으로 마찬가지로 엑추에이팅 플레이트(31)도 미세하게 들려진 상태가 됨을 나타내고 있다.
따라서 이들 도면은 마찰미끄럼받침으로서의 진자형 지진격리장치(100)는 면진자(120)의 진자 운동에 의해 높이 편차 또는 변화가 지속적으로 발생하며, 그럼에도 불구하고 본 발명에 따른 진자형 지진격리장치용 시험장치(1)는 정수평력 부여가 가능하므로 실제와 완전히 동일한 조건을 부여할 수가 있음을 나타내고 있다.
본 발명에 따른 진자형 지진격리장치용 시험장치(1)는, 상기한 액추에이팅 플레이트(31)의 저면에 고정되는 상부 플레이트(110)의 저면에 구면부(111)가 형성되고, 상기한 이송 팔레트(50)의 상면에 고정되는 하부 플레이트(130)의 상면에 구면좌(131)가 형성되며, 상기한 구면부(111)와 구면좌(131) 사이에 각각 상면 미끄럼 탄성 부재(121) 및 저면 미끄럼 탄성 부재(122)를 가지는 면진자(120)가 개재(介在)되어 있는 마찰미끄럼받침(도 9a 내지 도 10b 참조)에 대한 검사 평가용으로 최적하게 적용 가능하나, 작동 시 높이 변화가 거의 없는 다른 면진장치 또는 지진격리장치인 고무 박판과 철판을 교호적으로 겹쳐 놓은 탄성받침 또는 그 중앙에 납봉이 삽입된 납탄성받침에 대한 검사 평가용으로도 훌륭히 적용 가능함은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명의 영역을 제한하고자 하는 것이 아니며, 당업자라면 본 발명의 영역으로부터 일탈하는 일 없이도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이나 이 또한 본 발명의 영역 내이다.
1: 본 발명에 따른 진자형 지진격리장치용 시험장치
10: 프레임
11: 베이스 12: 수직 기둥
13: 상부 플레이트 14: 경사 프레임
15: 연장 베이스 16: 레일부
17: 테이블 18: 고정 볼트
20: 직하 가압 프레스
21: 유압 프레스
21a: 실린더 21b: 피스톤
21c: 보조 프레스
22: 프레싱 전달부
22a: 중간 플레이트 22b: 직압 기둥
22c: 복귀 스프링
23: 링크 고정 바
23a: 링크 23b: 링크 복귀 스프링
23c: 피벗 축 23d: 가이드
30: 정수평력 재하(在荷) 어셈블리
31: 액추에이팅 플레이트 32: 요형(凹形) 너클 조인트
32a: 핀홀 33: 고정 바
33a: 고정 볼트
40: 액추에이터
41: 지지구 42: 피벗 축
43: 실린더 44: 피스톤
45: 단부 46: 철형(凸形) 너클 조인트
46a: 핀홀 47: 연결부재
50: 이송 팔레트
51: 플레이트 52: 지지각
53: 바퀴 55: 고정 바
55a: 고정 볼트
100,100a: 진자형 지진격리장치
110: 상부 플레이트
111: 구면부 112: 마찰판
120: 면진자(免震子: sliding pendulum)
121: 상면 미끄럼 탄성 부재 122: 저면 미끄럼 탄성 부재
130: 하부 플레이트
131: 구면좌(球面座) 132: 고정부
140: 가이드
150: 앵커 151: 앵커 고정 볼트

Claims (9)

  1. 베이스 및 테이블을 가지는 프레임과;
    상기한 프레임 상부의 직하 가압 프레스와;
    진자형 지진격리장치의 상부 플레이트를 저면에 고정하며, 일측에 요형(凹形) 너클 조인트를 가지는 액추에이팅 플레이트로 구성되는 정수평력 재하(在荷) 어셈블리와;
    상기한 액추에이팅 플레이트의 양측 단부를 안내하며 링크 고정 바에 의해 연결되는 복수의 가이드를 테이블과 각각 연결하는 링크와;
    지지구에 피벗 운동 가능하게 연결되는 실린더 및 그로부터 연장되는 피스톤의 단부에 고정되며 상기한 요형 너클 조인트와 관절 운동 가능하게 연결되는 철형(凸形) 너클 조인트로 구성되는 액추에이터와;
    진자형 지진격리장치의 하부 플레이트를 고정하며, 상기한 액추에이터와 독립적으로 테이블 내에 위치하는 유압 실린더에 의해 상기한 테이블의 상면을 따라 링크 내로 도입 및 취출(取出)되는 이송 팔레트로 구성되며:
    상기한 직하 가압 프레스에 의해 진자형 지진격리장치가 압압(壓壓)된 상태에서 상기한 액추에이터(actuator)에 의한 액추에이팅 플레이트의 좌우 왕복 운동에 따라 진자형 지진격리장치에 가해지는 지속적인 높이 변화에도 불구하고 상기한 요형 및 철형 너클 조인트의 관절 운동과 복수의 가이드에 의해 상기한 액추에이팅 플레이트에 항상적으로 정수평력을 재하하는
    진자형 지진격리장치용 시험장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 액추에이팅 플레이트의 저면에 대한 진자형 지진격리장치의 상부 플레이트의 고정과 상기한 이송 팔레트의 상면에 대한 진자형 지진격리장치의 하부 플레이트의 고정이 좌우 왕복 운동 방향에 직교하는 방향으로 상호 대향하여 설치되는 한 쌍의 고정 바와 고정 볼트에 의해 이루어지는 진자형 지진격리장치용 시험장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 직하 가압 프레스가 유압 프레스 및 프레싱 전달부로 이루어지고, 상기한 프레싱 전달부는 상기한 유압 프레스로부터 연장되는 피스톤과 체결되는 중간 플레이트 및 그 저면에 고정된 직압(直壓) 기둥으로 이루어지는 진자형 지진격리장치용 시험장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기한 중간 플레이트와 프레임의 상부 사이의 유압 프레스 주위에 복수의 보조 프레스 및 복수의 복귀 스프링이 설치되고, 상기한 중간 플레이트와 링크 고정 바 사이에 복수의 링크 복귀 스프링이 설치되어 있는 진자형 지진격리장치용 시험장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기한 이송 팔레트가 그 외측 일단에 바퀴가 부착된 지지각이 연장 형성되며, 상기한 테이블 상면의 링크 내로 도입되어 고정 볼트에 의해 상기한 테이블에 고정되는 진자형 지진격리장치용 시험장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기한 프레임이 상부 플레이트와 이를 지지하도록 입설(立設)된 복수의 수직 기둥을 지지하며 하단부에 테이블이 구비된 베이스와, 그로부터 일측으로 연장되며 액추에이터의 지지구가 설치되는 연장 베이스와, 상기한 지지구와 상부 플레이트의 일측을 대각선상으로 연결하는 경사 프레임과, 상기한 베이스의 타측으로 연장되며 이송 팔레트의 도입 및 취출을 위한 레일부로 구성되는 진자형 지진격리장치용 시험장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기한 링크 고정 바가 액추에이팅 플레이트의 상면 양측에 좌우 운동 방향을 따라 상호 대향하게 위치하며 상기한 복수의 가이드가 상기 링크 고정 바와 일체로 형성되고 각각의 가이드가 상기한 액추에이팅 플레이트의 양측 단부를 안내할 수 있도록 'ㄷ'자 형태로 형성되어 있는 진자형 지진격리장치용 시험장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기한 진자형 지진격리장치가 상기한 액추에이팅 플레이트의 저면에 고정되는 상부 플레이트의 저면에 구면부가 형성되고, 상기한 이송 팔레트의 상면에 고정되는 하부 플레이트의 상면에 구면좌가 형성되며, 상기한 구면부와 구면좌 사이에 각각 상면 미끄럼 탄성 부재 및 저면 미끄럼 탄성 부재를 가지는 면진자가 개재(介在)되어 있는 진자형 지진격리장치인 진자형 지진격리장치용 시험장치.















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