KR101414986B1 - 제진장치 - Google Patents

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KR101414986B1
KR101414986B1 KR1020140049486A KR20140049486A KR101414986B1 KR 101414986 B1 KR101414986 B1 KR 101414986B1 KR 1020140049486 A KR1020140049486 A KR 1020140049486A KR 20140049486 A KR20140049486 A KR 20140049486A KR 101414986 B1 KR101414986 B1 KR 101414986B1
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박관순
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테크스타 코리아 주식회사
동국대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 제진장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 제진장치(100)는 마주보는 제1 경계선(210)과 제2 경계선(220)을 포함하는 구조물(200)에 설치되는 것으로, 일단이 제1 경계선(210)에 결합되어, 제2 경계선(220) 방향으로 연장되며, 강성을 갖는 바(110, bar), 제2 경계선(220)에 결합되고, 바(110)의 타단과 마주보는 제1 지지부(121), 제1 지지부(121)의 일단으로부터 제2 경계선(220) 방향으로 연장되어 바(110)의 측면과 마주보는 제2 지지부(123), 및 제1 지지부(121)의 타단으로부터 제2 경계선(220) 방향으로 연장되어 바(110)의 측면과 마주보는 제3 지지부(125)를 포함하는 프레임(120, frame), 바(110)의 타단과 제1 지지부(121) 사이에 구비되어, 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 마찰 감쇠기(140), 바(110)의 측면과 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)의 측면과 제3 지지부(125) 사이에 구비되어, 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 점성 감쇠기(150), 및 바(110)의 측면과 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)의 측면과 제3 지지부(125) 사이에 구비되되, 구조물(200)의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때, 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 항복형 감쇠기(160)를 포함한다.

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 7에 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 가새형(bracing type)로 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. 추가적으로, 종래기술에 따른 제진장치는 가새형(bracing type)으로 설치되어 벽체 전체를 설치공간으로 차지하므로, 개구부(opening)가 존재하는 경우 설치가 어려운 문제점도 존재한다.
KR 10-2012-0011001 A
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면은 마찰 감쇠기, 점성 감쇠기, 및 항복형 감쇠기를 바(bar)와 프레임(frame)에 결합시킴으로써, 소정범위 이하의 변위는 마찰 감쇠기와 점성 감쇠기로 감쇠시키고, 소정범위 이상의 변위는 마찰 감쇠기, 점성 감쇠기, 및 항복형 감쇠기로 감쇠시킬 수 있는 제진장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 제진장치는 마주보는 제1 경계선과 제2 경계선을 포함하는 구조물에 설치되는 것으로, 일단이 상기 제1 경계선에 결합되어, 상기 제2 경계선 방향으로 연장되며, 강성을 갖는 바(bar), 상기 제2 경계선에 결합되고, 상기 바의 타단과 마주보는 제1 지지부, 상기 제1 지지부의 일단으로부터 상기 제1 경계선 방향으로 연장되어 상기 바의 측면과 마주보는 제2 지지부, 및 상기 제1 지지부의 타단으로부터 상기 제1 경계선 방향으로 연장되어 상기 바의 측면과 마주보는 제3 지지부를 포함하는 프레임(frame), 상기 바의 타단과 상기 제1 지지부 사이에 구비되어, 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 마찰 감쇠기, 상기 바의 측면과 상기 제2 지지부 사이 및 상기 바의 측면과 상기 제3 지지부 사이에 구비되어, 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 점성 감쇠기, 및 상기 바의 측면과 상기 제2 지지부 사이 및 상기 바의 측면과 상기 제3 지지부 사이에 구비되되, 상기 구조물의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때, 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 항복형 감쇠기를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 구조물에 변위가 발생할 때, 상기 마찰 감쇠기는 마찰력으로 상기 바와 상기 제1 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키고, 상기 점성 감쇠기와 상기 항복형 감쇠기는 상기 바와 상기 제2 지지부 사이 또는 상기 바와 상기 제3 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시킨다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 구조물의 변위가 소정범위 이하로 발생할 때, 상기 마찰 감쇠기는 마찰력으로 상기 바와 상기 제1 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키고, 상기 점성 감쇠기는 상기 바와 상기 제2 지지부 사이 또는 상기 바와 상기 제3 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시킨다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 구조물의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때, 상기 마찰 감쇠기는 마찰력으로 상기 바와 상기 제1 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키고, 상기 점성 감쇠기와 상기 항복형 감쇠기는 상기 바와 상기 제2 지지부 사이 또는 상기 바와 상기 제3 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시킨다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 점성 감쇠기는 다수가 구비된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 항복형 감쇠기는 다수가 구비된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 점성 감쇠기는 다수가 구비되고, 상기 항복형 감쇠기는 다수가 구비되며, 상기 점성 감쇠기와 상기 항복형 감쇠기는 상기 바의 일단으로부터 타단으로 가면서 교대로 구비된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 바의 길이방향, 상기 제2 지지부의 길이방향, 및 상기 제3 지지부의 길이방향은 서로 평행하고, 상기 점성 감쇠기와 상기 항복형 감쇠기가 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 방향은 상기 바의 길이방향에 수직방향이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 바의 길이방향과 상기 제1 지지부의 길이방향은 서로 수직이고, 상기 마찰 감쇠기가 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 방향은 상기 바의 길이방향에 수직방향이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 바의 측면에는 상기 제2 지지부 방향과 상기 제3 지지부 방향으로 돌출된 돌출부가 구비되고, 상기 항복형 감쇠기는 상기 제2 지지부와 상기 제3 지지부에 상기 돌출부와 소정간격 이격되도록 구비된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 제2 지지부의 측면과 상기 제3 지지부의 측면에는 상기 바 방향으로 돌출된 돌출부가 구비되고, 상기 항복형 감쇠기는 상기 바의 측면에 상기 돌출부와 소정간격 이격되도록 구비된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 제1 경계선은 상기 구조물의 상측에 배치되고, 상기 제2 경계선은 상기 구조물의 하측에 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 있어서, 상기 제진장치는 상기 구조물의 횡방향의 중심에 배치되거나, 상기 구조물의 횡방향의 중심으로부터 일방향으로 치우치도록 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, 마찰 감쇠기, 점성 감쇠기, 및 항복형 감쇠기를 바(bar)와 프레임(frame)에 결합시켜, 중약진시 소정범위 이하의 변위가 발생하면 마찰 감쇠기와 점성 감쇠기로 감쇠시키고, 강진시 소정범위 이상의 변위가 발생하면 마찰 감쇠기, 점성 감쇠기, 및 항복형 감쇠기로 감쇠시킴으로써, 다양한 종류의 지진에너지를 효과적으로 흡수할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 직립형으로 설치되어 벽체의 일부만을 설치공간으로 차지하므로, 벽체 내에 창문, 출입문 등의 개구부가 존재하여도 설치가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 강진시 소정범위 이상의 변위가 발생할 때, 항복형 감쇠기가 큰 지지에너지를 소산시킴으로써, 점성 감쇠기에 과도한 변위가 발생하는 것을 방지하여 점성 감쇠기를 보호할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 직경이 작은 점성 감쇠기 또는 항복형 감쇠기를 다수 구비함으로써, 최적의 감쇠용량을 용이하게 구현할 수 있으면서도, 직경이 큰 감쇠기와 같은 감쇠용량을 구현할 수 있고 상대적으로 협소한 공간에 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다양한 종류의 감쇠기를 이용하여 에너지를 소산시키므로, 각 감쇠기들을 소형화시키는 것이 가능한 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 정면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 변형예를 도시한 정면도,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 작동과정을 도시한 정면도, 및
도 7은 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. 그리고, 명세서 전반에 기재된 "평행", "수직" 등의 용어는 수학적으로 반드시 평행이거나 수직이라는 것을 의미하는 것은 아니고, 제진장치의 제작/설치 공정에서 발생하는 오차 등의 미미한 변화를 포함하는 것이다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 정면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 마주보는 제1 경계선(210)과 제2 경계선(220)을 포함하는 구조물(200)에 설치되는 것으로, 일단이 제1 경계선(210)에 결합되어, 제2 경계선(220) 방향으로 연장되며, 강성을 갖는 바(110, bar), 제2 경계선(220)에 결합되고, 바(110)의 타단과 마주보는 제1 지지부(121), 제1 지지부(121)의 일단으로부터 제1 경계선(210) 방향으로 연장되어 바(110)의 측면과 마주보는 제2 지지부(123), 및 제1 지지부(121)의 타단으로부터 제1 경계선(210) 방향으로 연장되어 바(110)의 측면과 마주보는 제3 지지부(125)를 포함하는 프레임(120, frame), 바(110)의 타단과 제1 지지부(121) 사이에 구비되어, 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 마찰 감쇠기(140), 바(110)의 측면과 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)의 측면과 제3 지지부(125) 사이에 구비되어, 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 점성 감쇠기(150), 및 바(110)의 측면과 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)의 측면과 제3 지지부(125) 사이에 구비되되, 구조물(200)의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때, 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 항복형 감쇠기(160)를 포함한다.
본 실시예에 따른 제진장치(100)는 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)를 함께 구비하는 것으로, 구조물(200)에 발생하는 변위의 크기에 따라 바(110)와 프레임(120)에 상대변위가 발생하면, 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)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 시계방향을 따라 순서대로 배치된 제1 경계선(210), 제3 경계선(230), 제2 경계선(220), 제4 경계선(240)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 경계선(210)은 구조물(200)의 상측(상측 경계)에 배치되고, 제2 경계선(220)은 구조물(200)의 하측(하측 경계)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1,2,3,4 경계선(210, 220, 230, 240)은 건축물의 각층에 구비된 보, 바닥판, 또는 벽체 측벽 등을 의미할 수 있다. 이러한 제1,2,3,4 경계선(210, 220, 230, 240)을 기준으로, 제진장치(100)를 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 바(110, bar)는 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)에 구조물(200)의 제1 경계선(210)의 변위를 전달하는 역할을 수행한다. 여기서, 바(110)는 일단이 제1 플레이트(250) 등으로 제1 경계선(210)에 결합되어, 제2 경계선(220) 방향으로 연장될 수 있다. 이때, 제1 경계선(210)은 구조물(200)의 상측 경계를 의미하고, 제2 경계선(220)은 구조물(200)의 하측 경계를 의미할 수 있는데, 이 경우 바(110)는 구조물(200)의 종방향(상하방향)으로 연장될 수 있는 것이다. 또한, 바(110)는 쉽게 휘어지지 않는 정도의 강성을 갖는 리지드 바(rigid bar)일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 바(110)의 타단(제1 경계선(210)과 결합된 일단의 반대 말단)에는 마찰 감쇠기(140)가 구비될 수 있고, 바(110)의 측면에는 점성 감쇠기(150)와 항복형 감쇠기(160, 또는 돌출부(165))가 구비될 수 있다.
상기 프레임(120, frame)은 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)에 구조물(200)의 제2 경계선(220)의 변위를 전달하는 역할을 수행한다. 여기서, 프레임(120)은 제2 플레이트(260) 등으로 제2 경계선(220)에 결합되고, 전체적으로 "凹"자 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 프레임(120)은 제1 지지부(121), 제2 지지부(123), 및 제3 지지부(125)를 포함한다. 여기서, 제1 지지부(121)는 바(110)의 타단과 마주보도록 배치된다. 또한, 제2 지지부(123)는 제1 지지부(121)의 일단으로부터 제1 경계선(210) 방향으로 연장되어 바(110)의 측면과 마주보도록 배치된다. 제2 지지부(123)와 유사하게, 제3 지지부(125)는 제1 지지부(121)의 타단으로부터 제1 경계선(210) 방향으로 연장되어 바(110)의 측면과 마주보도록 배치된다. 추가적으로, 프레임(120)에는 제1,2,3 지지부(121, 123, 125)를 지지하는 보강프레임(130)이 구비될 수 있다. 한편, 제1 지지부(121)에는 마찰 감쇠기(140)가 구비될 수 있고, 제2 지지부(123)와 제3 지지부(125)에는 점성 감쇠기(150)와 항복형 감쇠기(160, 또는 돌출부(165))가 구비될 수 있다.
상기 마찰 감쇠기(140)는 마찰력에 의해 구조물(200)의 에너지를 소산시키는 역할을 수행하는 것으로, 마찰 감쇠기(140)의 감쇠력은 주로 운동속도에 비례한다. 여기서, 마찰 감쇠기(140)는 바(110)의 타단과 제1 지지부(121) 사이에 구비되어, 구조물(200)의 변위를 감쇠시킨다. 구체적으로, 마찰 감쇠기(140)는 구조물(200)에 변위가 발생할 때, 바(110)와 제1 지지부(121) 사이의 상대변위를 감쇠시킬 수 있다. 이때, 바(110)의 길이방향과 제1 지지부(121)의 길이방향은 서로 수직일 수 있는데, 이 경우 마찰 감쇠기(140)가 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 방향은 바(110)의 길이방향에 수직방향(A)이다.
한편, 마찰 감쇠기(140)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 마찰 베어링을 이용할 수 있다. 또한, 마찰 감쇠기(140)의 감쇠력은 사용되는 마찰 베어링의 재질 이나 마찰판과 바(110) 사이의 접촉강도 등에 따라 조절할 수 있다.
상기 점성 감쇠기(150)는 점성에 의해 구조물(200)의 에너지를 소산시키는 역할을 수행하는 것으로, 소정범위 이하의 변위를 발생시키는 약한 진동 특성에 대응하기 적합하다. 여기서, 점성 감쇠기(150)는 바(110)의 측면과 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)의 측면과 제3 지지부(125) 사이에 구비되어, 구조물(200)의 변위를 감쇠시킨다. 구체적으로, 점성 감쇠기(150)는 구조물(200)에 변위가 발생할 때, 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 또는 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위를 감쇠시킬 수 있다. 이때, 바(110)의 길이방향, 제2 지지부(123)의 길이방향, 및 제3 지지부(125)의 길이방향은 서로 평행할 수 있는데, 이 경우 점성 감쇠기(150)가 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 방향은 바(110)의 길이방향에 수직방향(A)이다.
한편, 점성 감쇠기(150)는 다수가 구비될 수 있다. 이와 같이, 점성 감쇠기(150)를 다수 구비함으로써, 작은 직경으로 최적의 감쇠용량을 용이하게 구현할 수 있으면서도, 직경이 큰 감쇠기와 같은 감쇠용량을 구현할 수 있고 상대적으로 협소한 공간에 설치할 수 있는 장점이 있다.
상기 항복형 감쇠기(160)는 금속 재료 등의 항복에 의해서 진동을 소산시키는 역할을 수행하는 것으로, 소정범위 이상의 변위를 발생시키는 강한 진동 특성에 대응하기 적합하다. 여기서, 항복형 감쇠기(160)는 바(110)의 측면과 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)의 측면과 제3 지지부(125) 사이에 구비되어, 구조물(200)의 변위를 감쇠시킨다. 구체적으로, 점성 감쇠기(150)는 구조물(200)에 변위가 발생할 때, 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 또는 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위를 감쇠시킬 수 있다. 이때, 바(110)의 길이방향, 제2 지지부(123)의 길이방향, 및 제3 지지부(125)의 길이방향은 서로 평행할 수 있는데, 이 경우 항복형 감쇠기(160)가 구조물(200)의 변위를 감쇠시키는 방향은 바(110)의 길이방향에 수직방향(A)이다.
다만, 항복형 감쇠기(160)는 구조물(200)의 변위가 소정범위 이하로 발생할 때는 구조물(200)의 변위를 감쇠시키지 않고, 구조물(200)의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때만 구조물(200)을 변위를 감쇠시킨다. 구체적으로, 항복형 감쇠기(160)는 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위가 소정범위 이하이면, 구조물(200)의 변위를 감쇠시키지 않고, 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위가 소정범위 이상이면, 구조물(200)의 변위를 감쇠시킨다. 이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 바(110)의 측면에는 제2 지지부(123) 방향과 제3 지지부(125) 방향으로 돌출된 돌출부(165)가 구비될 수 있고, 항복형 감쇠기(160)는 상기 제2 지지부(123)와 제3 지지부(125)에 돌출부(165)와 마주보도록 구비되되, 돌출부(165)와 소정간격(D) 이격되도록 구비될 수 있다. 이와 같이, 항복형 감쇠기(160)는 돌출부(165)와 소정간격(D) 이격되므로, 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위가 소정범위 이상일 때만, 돌출부(165)와 접촉하면서 구조물(200)의 변위를 감쇠시킬 수 있는 것이다. 단, 반드시 항복형 감쇠기(160)가 제2,3 지지부(123, 125)에 구비되고, 돌출부(165)가 바(110)의 측면에 구비되어야 하는 것은 아니고, 도 2에 도시된 바와 같이, 항복형 감쇠기(160)가 바(110)의 측면에 구비되고, 돌출부(165)가 제2,3 지지부(123, 125)에 구비될 수도 있다. 이 경우에도, 항복형 감쇠기(160)는 돌출부(165)와 소정간격(D) 이격되도록 구비되어, 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 및 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위가 소정범위 이상일 때만, 돌출부(165)와 접촉하면서 구조물(200)의 변위를 감쇠시킬 수 있다.
한편, 항복형 감쇠기(160)와 돌출부(165) 사이의 소정간격(D)을 조절함으로써, 최종적으로 항복형 감쇠기(160)가 감쇠를 시작하는 변위의 크기를 조절하는 것이 가능하다.
또한, 항복형 감쇠기(160)는 다수가 구비될 수 있다. 이와 같이, 항복형 감쇠기(160)를 다수 결합시킴으로써, 작은 직경으로 최적의 감쇠용량을 용이하게 구현할 수 있으면서도, 직경이 큰 감쇠기와 같은 감쇠용량을 구현할 수 있고 상대적으로 협소한 공간에 설치할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 점성 감쇠기(150)와 항복형 감쇠기(160)가 상술한 바와 같이 다수가 구비될 때, 점성 감쇠기(150)와 항복형 감쇠기(160)는 바(110)의 일단으로부터 타단으로 가면서 교대로 구비될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 구조물(200)의 횡방향의 중심(C)에 배치될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 도 3에 도시된 바와 같이 구조물(200)의 횡방향의 중심(C)으로부터 일방향으로 치우치도록 배치될 수 있다. 여기서, 본 실시예에 따른 제진장치(100)는 전체적으로 구조물(200)의 상측에 배치된 제1 경계선(210)과 구조물(200)의 하측에 배치된 제2 경계선(220)을 연결하는 직립형으로 설치될 수 있다. 따라서, 제진장치(100)가 구조물(200)의 횡방향의 중심(C)으로부터 일방향으로 치우치도록 배치되면, 벽체의 일부만을 설치공간으로 차지하여, 벽체 내에 창문, 출입문 등의 개구부(300)가 존재하여도 설치가능하다. 이는 종래기술에 따른 제진장치가 가새형(bracing type)으로 설치되어 벽체 전체를 설치공간으로 차지하므로, 개구부(opening)가 존재하는 경우 설치가 어려운 문제점을 해결한 것이다.
본 실시예에 따른 제진장치(100)는 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)를 구비함으로써, 다양한 크기의 지진하중이나 풍하중을 흡수할 수 있는데, 이와 관련한 구체적인 내용은 후술할 작동과정에서 기술하도록 한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 작동과정을 도시한 정면도이다.
우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 지진하중이나 풍하중에 의해서 구조물(200)에 변위가 발생하기 전에는, 바(110)와 프레임(120) 사이에 상대변위가 발생하지 않아, 마찰 감쇠기(140)와 점성 감쇠기(150)가 작동하지 않는다. 또한, 항복형 감쇠기(160)는 마주보는 돌출부(165)와 소정간격(D) 이격된 상태이므로, 항복형 감쇠기(160) 역시 작동하지 않는다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 중약진 의해서 구조물(200)에 변위가 소정범위 이하(x2-x1)로 발생할 때, 바(110)와 프레임(120) 사이에 상대변위가 발생하면서, 마찰 감쇠기(140)와 점성 감쇠기(150)가 작동한다. 구체적으로, 마찰 감쇠기(140)는 바(110)와 타단과 제1 지지부(121) 사이의 상대변위를 감쇠시키고, 점성 감쇠기(150)는 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 또는 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위를 감쇠시킨다. 즉, 구조물(200)에 소정범위 이하의 변위가 바(110)의 길이방향에 수직방향(A)으로 발생하면(횡변위), 이러한 변위를 마찰 감쇠기(140)와 점성 감쇠기(150)가 감쇠시키는 것이다. 다만, 항복형 감쇠기(160)는 돌출부(165)와 이격된 상태를 유지하므로, 중약진시 구조물(200)의 변위를 감쇠시키지 않는다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 강진에 의해서 구조물(200)에 변위가 소정범위 이상(x'2-x'1)으로 발생할 때, 바(110)와 프레임(120) 사이의 상대변위가 증가하면서, 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)가 작동한다. 구체적으로, 마찰 감쇠기(140)는 바(110)와 타단과 제1 지지부(121) 사이의 상대변위를 감쇠시키고, 점성 감쇠기(150)는 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 또는 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위를 감쇠시킨다. 또한, 항복형 감쇠기(160)는 돌출부(165)와 접촉하면서 바(110)와 제2 지지부(123) 사이 또는 바(110)와 제3 지지부(125) 사이의 상대변위를 감쇠시킨다. 즉, 구조물(200)에 소정범위 이상의 변위가 바(110)의 길이방향에 수직방향(A)으로 발생하면(횡변위), 이러한 변위를 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)가 감쇠시키는 것이다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치(100)는 중약시에 마찰 감쇠기(140)와 점성 감쇠기(150)로 감쇠시키고, 강진시에 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)로 감쇠시킴으로써, 다양한 종류의 지진에너지를 효과적으로 흡수할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치(100)는 강진시 소정범위 이상의 변위가 발생할 때(도 6 참조), 항복형 감쇠기(160)가 큰 지지에너지를 소산시킴으로써, 점성 감쇠기(150)에 과도한 변위가 발생하는 것을 방지하여 점성 감쇠기(150)를 보호할 수 있다.
한편, 항복형 감쇠기(160)의 작동기준이 되는 변위의 "소정범위"는 제진장치(100)의 설계시, 마찰 감쇠기(140), 점성 감쇠기(150), 및 항복형 감쇠기(160)의 감쇠용량 등을 고려하여 필요한 값으로 설정할 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: 바
120: 프레임 121: 제1 지지부
123: 제2 지지부 125: 제3 지지부
130: 보강프레임 140: 마찰 감쇠기
150: 점성 감쇠기 160: 항복형 감쇠기
165: 돌출부 200: 구조물
210: 제1 경계선 220: 제2 경계선
230: 제3 경계선 240: 제4 경계선
250: 제1 플레이트 260: 제2 플레이트
300: 개구부 A: 바의 길이방향에 수직방향
D: 소정간격 C: 구조물의 횡방향의 중심
x2-x1, x'2-x'1: 구조물의 변위

Claims (13)

  1. 마주보는 제1 경계선과 제2 경계선을 포함하는 구조물에 설치되는 제진장치에 있어서,
    일단이 상기 제1 경계선에 결합되어, 상기 제2 경계선 방향으로 연장되며, 강성을 갖는 바(bar);
    상기 제2 경계선에 결합되고, 상기 바의 타단과 마주보는 제1 지지부, 상기 제1 지지부의 일단으로부터 상기 제1 경계선 방향으로 연장되어 상기 바의 측면과 마주보는 제2 지지부, 및 상기 제1 지지부의 타단으로부터 상기 제1 경계선 방향으로 연장되어 상기 바의 측면과 마주보는 제3 지지부를 포함하는 프레임(frame);
    상기 바의 타단과 상기 제1 지지부 사이에 구비되어, 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 마찰 감쇠기;
    상기 바의 측면과 상기 제2 지지부 사이 및 상기 바의 측면과 상기 제3 지지부 사이에 구비되어, 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 점성 감쇠기; 및
    상기 바의 측면과 상기 제2 지지부 사이 및 상기 바의 측면과 상기 제3 지지부 사이에 구비되되, 상기 구조물의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때, 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 항복형 감쇠기;
    를 포함하는 제진장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조물에 변위가 발생할 때,
    상기 마찰 감쇠기는 마찰력으로 상기 바와 상기 제1 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키고,
    상기 점성 감쇠기와 상기 항복형 감쇠기는 상기 바와 상기 제2 지지부 사이 또는 상기 바와 상기 제3 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키는 제진장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조물의 변위가 소정범위 이하로 발생할 때,
    상기 마찰 감쇠기는 마찰력으로 상기 바와 상기 제1 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키고,
    상기 점성 감쇠기는 상기 바와 상기 제2 지지부 사이 또는 상기 바와 상기 제3 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키는 제진장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구조물의 변위가 소정범위 이상으로 발생할 때,
    상기 마찰 감쇠기는 마찰력으로 상기 바와 상기 제1 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키고,
    상기 점성 감쇠기와 상기 항복형 감쇠기는 상기 바와 상기 제2 지지부 사이 또는 상기 바와 상기 제3 지지부 사이의 상대변위를 감쇠시키는 제진장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 점성 감쇠기는 다수가 구비되는 제진장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 항복형 감쇠기는 다수가 구비되는 제진장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 점성 감쇠기는 다수가 구비되고,
    상기 항복형 감쇠기는 다수가 구비되며,
    상기 점성 감쇠기와 상기 항복형 감쇠기는 상기 바의 일단으로부터 타단으로 가면서 교대로 구비되는 제진장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 바의 길이방향, 상기 제2 지지부의 길이방향, 및 상기 제3 지지부의 길이방향은 서로 평행하고,
    상기 점성 감쇠기와 상기 항복형 감쇠기가 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 방향은 상기 바의 길이방향에 수직방향인 제진장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 바의 길이방향과 상기 제1 지지부의 길이방향은 서로 수직이고,
    상기 마찰 감쇠기가 상기 구조물의 변위를 감쇠시키는 방향은 상기 바의 길이방향에 수직방향인 제진장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 바의 측면에는 상기 제2 지지부 방향과 상기 제3 지지부 방향으로 돌출된 돌출부가 구비되고,
    상기 항복형 감쇠기는 상기 제2 지지부와 상기 제3 지지부에 상기 돌출부와 소정간격 이격되도록 구비되는 제진장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 지지부의 측면과 상기 제3 지지부의 측면에는 상기 바 방향으로 돌출된 돌출부가 구비되고,
    상기 항복형 감쇠기는 상기 바의 측면에 상기 돌출부와 소정간격 이격되도록 구비되는 제진장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 경계선은 상기 구조물의 상측에 배치되고,
    상기 제2 경계선은 상기 구조물의 하측에 배치되는 제진장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제진장치는 상기 구조물의 횡방향의 중심에 배치되거나, 상기 구조물의 횡방향의 중심으로부터 일방향으로 치우치도록 배치되는 제진장치.
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