KR101386048B1 - 스페리칼 받침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부반력 구조물에 상측으로 하중이 가해질 때 부반력 구조물에 가해지는 모멘트를 줄임으로써 부반력 구조물의 두께를 줄일 수 있는 부반력 저항 스페리칼 받침에 관한 것으로, 본 발명에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침은, 교량의 상부구조물에 고정되는 상부플레이트와; 교량의 하부구조물에 고정되는 하부플레이트와; 상기 상부플레이트와 하부플레이트 사이에 설치되어 교량 상부구조물으로부터 하부구조물에 하중을 전달하는 베어링부재와; 상기 하부플레이트의 양측부 각각에 상측으로 돌출되게 형성된 사이드블록과; 상기 사이드블록의 상부면에 볼트에 의해 결합되며, 내측 단부가 상기 상부플레이트의 양측부 상단에 위치되어 상부플레이트이 상측으로 들려질 때 상부플레이트의 양측 단부가 걸리면서 변위가 제한되는 평판 형태의 부반력플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스페리칼 받침{Spherical Bearing for Bridge}

본 발명은 교량용 스페리칼 받침에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량의 상부구조물과 하부구조물의 사이에 설치되는 스페리칼 받침에 있어서 부반력에 의해 상부구조물이 하부구조물 상에서 들뜨거나 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 한 부반력 저항 스페리칼 받침에 관한 것이다.

일반적으로, 교량받침이란 교량 상부구조물 등과 같은 상부 구조물과 이를 지지하는 교각 등과 같은 하부 구조물 사이에 설치되어 연직방향으로는 충분한 강성으로 지지안전성을 확보하는 가운데 수평방향으로는 충분한 전단능력 및 회전능력을 구비한 장치이며, 특히 면진 계열의 교량받침은 자체 변형을 통하여 지진 등의 수평 에너지를 흡수할 수 있는 기능을 발휘한다. 이와 같은 교량받침은 탄성받침, 납면진받침 등과 같은 고무계열의 받침과 포트받침, 스페리칼 받침 등과 같은 강재 계열의 받침으로 구분할 수 있다. 이중 탄성받침은 대표적인 교량받침으로, 전통적으로 복수의 고무판과 강판을 교대로 적층하여 이루어진 탄성패드와, 상기 탄성패드를 교량 구조물에 설치하기 위한 상, 하부 플레이트를 주요구성으로 한다.

이같은 교량받침을 교량에서 사용하는 경우 교량받침은 상부구조물과 하부구조물의 상대적인 변위와 하중을 끊임없이 야기하는 요인들에 대하여 적절한 대응이 가능한 구조를 가져야 한다. 예건대, 차량 통행에 따른 동하중의 작용, 계절 및 온도 변화로 인한 상부구조물 길이의 변화, 지진으로 인한 충격력 등의 요인으로 발생하는 교량 상부구조물의 변위 및 하중을 적절히 대비함으로써 궁극적으로는 교량 전체 또는 부분 붕괴를 막을 수 있는 것이다.

한편, 지진의 발생이나 열차의 전복사고, 교량의 하중 등 여러가지 요인에 의해 교량의 상부구조물에 부반력(UP-LIFTING FORCE)이 작용하게 되는데, 이러한 부반력을 적절히 제어하지 못할 경우에는 교량의 낙교사고가 발생할 가능성이 있으며, 경우에 따라서는 많은 인명사고와도 연결될 수 있어 교량받침에 부반력에 저항할 수 있는 다양한 구조가 적용되고 있다.

대한민국 등록실용신안공보 20-0381212호(2005년 3월 31일 등록)에는 교량의 상하부구조물에 각각 대응되게 고정되는 상부판 및 하부판과, 상기 상부판 및 하부판의 대응면에 상하면이 고정되는 고무패드와, 하부판에 고정된 하부쐐기의 측면에 볼트에 의해 결합되어 상부판의 상하 유동을 억제하는 'ㄱ'자형의 부반력키를 구비한 교량용 탄성받침이 개시되어 있다.

그런데, 상기 등록실용신안공보의 탄성받침의 부반력키는 하부판의 하부쐐기의 측면에 고정되는 구조이므로 부반력 구조물의 두께가 증가하게 되고, 이에 따라 탄성받침의 전체 크기가 증가하게 되는 문제점이 있다.

대한민국 등록실용신안공보 20-0381212호(2005년 3월 31일 등록) : 부반력 방지를 위한 교량용 탄성받침 대한민국 등록실용신안공보 20-0398507호(2005년 10월 06일 등록): 스페리칼 타입의 교량용 교좌장치

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 부반력 구조물에 상측으로 하중이 가해질 때 부반력 구조물에 가해지는 모멘트를 줄임으로써 부반력 구조물의 두께를 줄일 수 있는 부반력 저항 스페리칼 받침을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침은, 교량의 상부구조물에 고정되는 상부플레이트와; 교량의 하부구조물에 고정되는 하부플레이트와; 상기 상부플레이트와 하부플레이트 사이에 설치되어 교량 상부구조물으로부터 하부구조물에 하중을 전달하는 베어링부재와; 상기 하부플레이트의 양측부 각각에 상측으로 돌출되게 형성된 사이드블록과; 상기 사이드블록의 상부면에 볼트에 의해 결합되며, 내측 단부가 상기 상부플레이트의 양측부 상단에 위치되어 상부플레이트가 상측으로 들려질 때 상부플레이트의 양측 단부가 걸리면서 변위가 제한되는 평판 형태의 부반력플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 부반력플레이트가 사이드블록의 상부면에 볼트로 체결됨으로써 부반력플레이트에 가해지는 모멘트를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 사이드블록의 두께를 줄이더라도 충분히 상부플레이트의 하중을 지탱할 수 있는 효과가 있다. 이와 같은 효과로 인하여 사이드블록이 고정되는 하부플레이트 크기가 전체적으로 작아지게 되어 스페리칼 받침 전체의 크기 및 중량이 감소하게 되어 스페리칼 받침의 시공이 용이해지고 경제적인 스페리칼 받침을 제공할 수 있는 효과를 가지게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 부반력 저항 스페리칼 받침을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 부반력 저항 스페리칼 받침의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 부반력 저항 스페리칼 받침의 작용과 종래의 부반력 저항 스페리칼 받침의 작용을 비교하여 나타낸 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침을 나타낸 요부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침을 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 부반력 저항 스페리칼 받침을 나타낸 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침은 하부구조물에 설치되는 하부플레이트(10)와, 교량 상부구조물을 받쳐주는 상부플레이트(20)와, 상기 하부플레이트(10)와 상부플레이트(20) 사이에 설치되는 스페리칼베어링(30)으로 구성된다.

상기 하부플레이트(10)는 하부구조물(2)에 매설되는 앵커볼트(13)에 의해 하부구조물(2)에 고정된다. 상기 하부플레이트(10)의 상부면에는 스페리칼베어링(30)을 구성하는 베어링플레이트(31)의 하측 구면(球面)이 습동하는 베어링수용홈(15)이 오목한 돔(dome) 형상으로 형성되어 있다.

이 실시예에서 상기 스페리칼베어링(30)은 하부에 상기 하부플레이트(10)에 형성된 베어링수용홈(15)에서 습동하면서 회전하는 돔 형상의 구면(球面)을 갖는 황동 재질의 베어링플레이트(31)와, 상기 베어링플레이트(31)의 하면과 상면 각각에 놓여지며 마찰계수를 감소시키기 위하여 곡면판 형태의 하부 특수마찰판(32) 및 평판 형태의 상부 특수마찰판(33)과, 상기 상부 특수마찰판(33)과 상부플레이트(20) 사이에 개재된 슬라이딩플레이트(34)를 포함한다. 여기서 상기 상부 특수마찰판(33) 및 상기 슬라이딩플레이트(34)는 이동단 스페리칼 받침에 적용되며, 고정단 스페리칼 받침의 경우에는 하부 특수마찰판(32)만이 적용된다. 또한 상기 특수마찰판은 불소수지(P.T.F.E)와 같은 자기윤활성 재료로 이루어지며, 마찰계수의 조정을 위하여 초고분자량 폴리에틸렌 재질이 사용될 수 있다.

한편 상기 하부플레이트(10)의 양측부, 엄밀히 말하면 교량의 교축방향에서 직교하는 방향으로 서로 일정 거리 이격되어 2개의 사이드블록(16)이 상측으로 돌출되게 형성되고, 상기 사이드블록(16)의 상단부에는 직사각 평판 형태의 부반력플레이트(40)가 볼트(45)에 의해 결합된다. 상기 사이드블록(16)과 부반력플레이트(40)의 볼트(45) 결합을 위해 상기 사이드블록(16)의 상단부에 복수개(이 실시예에서 3개)의 볼트체결공(17)이 형성되고, 상기 부반력플레이트(40)에 상기 볼트체결공(17)들과 대응하는 복수개의 체결공(41)이 관통되게 형성되어 있다.

상기 부반력플레이트(40)는 내측 단부가 상기 상부플레이트(20)의 양측부 상단에 위치되어 상부플레이트(20)가 상측으로 들려질 때 상부플레이트(20)의 양측부가 걸리면서 하중을 지지하는 작용을 한다.

상기 사이드블록(16)은 상단부에서 하단부로 갈수록 두께가 증가하는 형태로 경사지게 형성되는데, 이는 사이드블록(16)의 전체 두께를 더욱 줄이면서 하부플레이트(10)와 연결된 하단부에서 강한 지지력을 확보하기 위함이며, 우각부에서 크게 발생되는 응력 집중 현상을 감소하게 된다.

상기 부반력플레이트(40)는 기존의 부반력 구조물들과는 다르게 사이드블록(16)의 상부면에 볼트(45)로 체결됨으로써 사이드블록(16)의 두께를 줄일 수 있는 작용을 한다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 지진이나 큰 진동에 의해 상부플레이트(20)가 상측으로 들려지는 힘을 받아 상부플레이트(20)의 양측부가 부반력플레이트(40)의 내측 단부에 걸려져 하중이 가해질 때, 하중의 작용점인 부반력플레이트(40)의 내측 단부와 하중을 견디는 부반력플레이트(40)의 볼트(45) 체결 위치까지의 거리(L)가 기존의 측면 결합 구조(도 4의 (B) 도면 참조)보다 줄어들기 때문에 부반력플레이트(40)의 볼트 체결 부분에 전달되는 모멘트가 줄어들게 된다. 따라서 사이드블록(16)의 두께를 줄이더라도 충분히 상부플레이트(20)의 하중을 지탱할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 부반력 저항 스페리칼 받침은 계절에 따라 기온변화에 의해 교량 상부구조물이 교축방향으로 팽창 및 수축할 때 상부플레이트(20)도 상부구조물의 팽창, 수축에 따라 스페리칼베어링(30)의 상면을 따라 슬라이드되면서 수평 변위에 따른 하중을 흡수하는 작용을 하게 되며, 지진이나 큰 진동에 의해 하중이 가해질 때 베어링플레이트(31)의 하측 구면이 베어링수용홈(15)의 구면을 따라 습동하면서 회전하여 하중을 흡수하게 된다.

이 때, 전술한 것과 같이 상부플레이트(20)의 양측부가 부반력플레이트(40)의 내측 단부에 걸리면서 하중이 가해지게 되면, 부반력플레이트(40)가 상부플레이트(20)를 견고하게 지지하여 교량 상부구조물의 변위를 제한하게 된다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예에서는 사이드블록(16)의 상부면에 오목한 걸림홈(18)이 형성되고, 부반력플레이트(40)의 하부면에 상기 걸림홈(18) 내측으로 삽입되는 걸림돌기(46)가 추가로 돌출되게 형성된 구조로 이루어진다.

이와 같이 부반력플레이트(40)에 걸림돌기(46)가 일체로 형성되면, 지진 등에 의해 상부플레이트(20)가 상측으로 들리는 힘을 받아 부반력플레이트(40)의 내측 단부를 상측으로 가압하는 힘을 가하게 될 때, 걸림돌기(46)가 걸림홈(18)의 내측면과 연접하면서 사이드블록(16)에 지지되므로 부반력플레이트(40)를 더욱 견고하게 지탱할 수 있는 이점이 있다.

또한, 도 6 및 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침의 분해 사시도 및 사시도로, 이 실시예의 스페리칼 받침은 하부플레이트(10)의 하면에 기초플레이트(11)가 설치되며, 상기 기초플레이트(11)가 상기 교량의 하부구조물에 고정되는 구조를 갖는다. 또한 상부플레이트(20)의 상면에 레벨링플레이트(21)가 설치되며, 상기 레벨링플레이트(21)가 상기 교량의 상부구조물에 고정된다. 따라서 상기 하부플레이트(10)가 상기 기초플레이트(11)로부터 분리되고 마찬가지로 상기 상부플레이트(20)가 상기 레벨링플레이트(21)로부터 분리될 수 있는 구조를 가지므로 스페리칼 받침 교체 등과 같은 유지 보수 시 기초플레이트(11) 및 레벨링플레이트(21)는 그대로 유지한 채 하부플레이트(10), 베어링부재 및 상부플레이트(20)를 교체할 수 있게 된다. 따라서 교각 등의 하부구조물의 코핑부의 깨기 및 무수축 몰탈의 타설 없이 스페리칼 받침을 쉽게 교체할 수 있게 된다.

전술한 실시예에 따른 부반력 저항 스페리칼 받침은 상부플레이트(20)로부터 하부플레이트(10)로 하중을 전달하는 베어링부재로서 주로 철도 교량에 적용되는 스페리칼베어링(30)(spherical bearing)을 적용하고 있으나, 이외에도 내부에 철판이 적층된 고무로 이루어진 탄성패드를 이용한 베어링, 포트받침 베어링 등 임의의 다양한 베어링부재를 적용하여 구성할 수 있을 것이다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

10 : 하부플레이트 11 : 기초플레이트
13 : 앵커볼트 15 : 베어링수용홈
16 : 사이드블록 17 : 볼트체결공
18 : 걸림홈 20 : 상부플레이트
21 : 레벨링플레이트 30 : 스페리칼베어링
31 : 베어링플레이트 32, 33 : 하,상부 특수마찰판
34 : 슬라이딩플레이트 40 : 부반력플레이트
41 : 체결공 45 : 볼트
46 걸림돌기

Claims (7)

1. 교량의 상부구조물에 고정되는 상부플레이트(20)와;
   교량의 하부구조물에 고정되는 하부플레이트(10)와;
   상기 상부플레이트(20)와 하부플레이트(10) 사이에 설치되어 교량 상부구조물로부터 하부구조물에 하중을 전달하는 베어링부재와;
   상기 하부플레이트(10)의 양측부 각각에 상측으로 돌출되게 형성된 사이드블록(16)과;
   상기 사이드블록(16)의 상부면에 볼트(45)에 의해 결합되며, 내측 단부가 상기 상부플레이트(20)의 양측부 상단에 위치되어 상부플레이트(20)가 상측으로 들려질 때 상부플레이트(20)의 양측 단부가 걸리면서 변위가 제한되는 평판 형태의 부반력플레이트(40)를 포함하며;
   상기 사이드블록(16)의 상부면에 오목한 걸림홈(18)이 형성되고, 상기 부반력플레이트(40)의 하부면에 상기 걸림홈(18) 내측으로 삽입되는 걸림돌기(46)가 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는는 것을 특징으로 하는 스페리칼 받침.
2. 제1항에 있어서, 상기 사이드블록(16)은 상단부에서 하단부로 갈수록 두께가 증가하는 형태로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 스페리칼 받침.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베어링부재는,
   상기 하부플레이트(10)의 상부면에 돔 형상으로 형성된 베어링수용홈(15)에 수용되어 습동하면서 회전하는 돔 형상의 구면(球面)을 갖는 황동 재질의 베어링플레이트(31) 및;
   상기 베어링플레이트(31)의 하면에 놓여지는 곡면판 형태로 된 하부 특수마찰판(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스페리칼 받침.
5. 제4항에 있어서, 상기 베어링부재는, 상기 베어링플레이트(31)의 상면에 놓여지는 평판 형태의 상부 특수마찰판(33)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부반력 저항 스페리칼 받침.
6. 제5항에 있어서, 상기 하부 특수마찰판(32)과 상부 특수마찰판(33)은 불소수지(P.T.F.E)로 된 것을 특징으로 하는 스페리칼 받침.
7. 제1항에 있어서, 상기 하부플레이트(10) 하면에 교량의 하부구조물에 고정되는 기초플레이트(11)가 설치되는 것을 특징으로 하는 스페리칼 받침.
   

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