KR101484087B1 - 2방향 진자-레일형 제진장치 - Google Patents

Abstract

구조물(교량 등)에 양 방향으로 진동운동이 가능하도록 하여 보다 효과적인 구조물 진동을 제어할 수 있는 2방향 진자-레일형 제진장치가 개시된다. 상기 제진장치는 양 단부 사이가 하방으로 절곡되도록 연장된 곡선가이드부가 측면에 형성된 상단고정부; 상기 상단고정부의 곡선가이드부에 장착되어 곡선가이드부를 따라 일측방향으로 왕복운동하는 상부이동브라켓; 상기 상부이동브라켓 하부에 타측방향(상기 일측방향과 직각방향)으로 진자팔이 회전할 수 있도록 설치된 힌지부; 및 상기 힌지부에 상단이 힌지 연결되어 타측방향으로 진자운동하며 하단에 질량체가 연결된 진자팔;을 포함하여 상기 진자팔과 질량체가 일측방향으로 왕복운동하는 동시에 타측방향(일측방향과 직각방향)으로 진자운동 할 수 있도록 하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

Description

2방향 진자-레일형 제진장치{BI-DIRECTIONAL PENDULUM-RAIL TYPE VIBRATION CONTROL DEVICE}

본 발명은 2방향 진자-레일형 제진장치에 대한 것이다. 더욱 구체적으로 구조물(교량, 빌딩 등)에 2방향으로 진동운동이 가능하도록 하여 보다 효과적인 구조물 진동을 제어할 수 있는 2방향 진자-레일형 제진장치에 관한 것이다.

종래 사장교는 주탑부와, 케이블부 및 주형부가 일체화 되어 안정된 구조계를 이루게 된다. 이러한 사장교는 가설단계에서 주형부가 서로 연결되어 있지 않기 때문에 구조적으로 불안정한 상태가 된다.

특히 풍하중에 대해서는 매우 취약하여 풍하중에 의해 주형부가 상하방향으로 크게 흔들릴 수 있고 주탑부가 교축 및 교축직각 양방향으로 크게 진동할 수 있다. 이로 인해 주형부 및 주탑부의 구조적 안정성, 시공성 및 사용성에 문제가 생길 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 연직 연결 내풍 케이블을 주형부와 수직 또는 경사지게 연결하거나, 경사 연결 내풍 케이블을 주형부와 주탑부에 경사지게 연결하여 주형부의 상하 진동을 제어하는 방법이 소개된 바 있다.

또한 시공중 사장교에 내풍케이블을 미설치하고, 주형부에 연직 제진장치를 설치하여 진동을 제어하는 방법도 소개된 바 있다.

이때 상기 연직 제진장치가 충분히 기능을 발휘하려면, 진동변위가 가장 큰 주형부의 선단부에 설치하여야 하는데, 이 경우 선단부의 작업에 방해가 되기 때문에 적용성에 문제가 있었다.

일반적으로 장대 사장교의 경우, 진동주기가 매우 길어 그 주기가 수초에 달하게 되는데, 특히 연직 흔들림의 경우, 이 주기와 동조된 상기 연직 제진장치를 제작하는 것은 기술적으로 매우 어렵다는 문제점이 있었다. 즉, 수톤~수십 톤의 무게를 수초의 주기로 동조하여 상하로 왕복운동을 하는 것이 기술적으로 어려운 일이었다.

이에 주형부가 아닌 주탑부에 설치되는 제진장치가 소개된 바 있다.

즉, 도 1a와 같이 주형부에 내풍케이블 또는 연직 제진장치를 설치하지 않고, 주탑부에 수평 제진장치를 설치함으로써 주형부의 상하진동을 제어하여 주형부 및 주탑부의 구조적 안정성 및 사용성 그리고 시공성을 향상시키도록 하는 제진장치를 이용한 사장교 가설 방법이 소개된 바 있다.

구체적으로 살펴보면 주탑부와, 케이블부 및 주형부로 이루어지는 사장교 가설 방법에 있어서,

상기 사장교의 가설시 상기 주탑부의 시공이 완료되면, 풍하중에 의한 상기 주형부의 상하 진동을 저감시키도록 상기 주탑부에 교축 방향으로 수동형 동조 질량 감쇠기(TMD : Tuned Mass Damper), 능동형 질량 감쇠기(AMD : Active Mass Damper), 복합형 질량 감쇠기(HMD : Hybrid Mass Damper)중 선택된 어느 하나인 수평 제진장치를 설치하는 수평 제진장치 설치 공정과; 및 상기 주탑부에 상기 주형부 및 케이블부를 세그먼트별로 가설시 각 가설단계별 사장교의 진동가속도를 계측하여 고유주기를 분석하고, 이를 토대로 수평 제진장치의 진자의 길이를 조정하여 동조시키는 동조 공정을 포함하는 제진장치를 이용한 사장교 가설 방법이 소개된 바 있다.

이러한 방법은 결국 가설단계의 사장교는 가설이 진행됨에 따라서 주형부는 점차 길어지고, 이에 따라서 케이블부도 점차 증가하게 되어 사장교의 진동주기도 점차 길어지게 되므로, 이러한 진동주기에 상기 수평 제진장치를 동조시키기 위해 가설단계별로 진동가속도를 계측하여 고유주기를 분석하고, 이를 토대로 수평 제진장치의 진자의 길이를 조정하여 효율적인 진동제어 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

이에 수톤~수십 톤의 질량을 수초의 긴 주기로 상하방향으로 가동시키는 연직 제진장치를 구현하는 것은 기술적으로 매우 어려우나 수평방향으로 가동시키는 수평 제진장치는 비교적 간단하게 구현할 수 있다는 장점이 있게 된다.

나아가 도 1b와 같이 종래 연직 제진장치로서 주탑부에 설치되며 작업크레인(101)이 상부에 설치된 힌지 결합 진자형 제진장치가 소개된 바 있다.

이러한 힌지 결합 진자형 제진장치(100)는 도 1c 및 도 1d와 같이, 양측면 중앙부에 수직 방향으로 지지 프레임과, 중앙부 내측에 스토퍼 고정 프레임이 구비되는 외부 프레임(110)과;

상기 외부 프레임(110)의 지지 프레임을 통해 상기 외부 프레임의 내측 중앙부에서 길이 방향으로 이동 가능하도록 고정되는 수평 부재(120)와;

상기 수평 부재를 축으로 회전되도록 상단이 상기 수평 부재(120)와 힌지 결합되는 진자팔(130)과;

상기 진자팔의 저면과 이의 결합되어 상기 진자팔의 회전에 따라 수평으로 회전하는 질량체(140); 및

상기 질량체의 최대 이동 거리를 제한하도록 일단이 상기 외부 프레임의 스토퍼 고정 프레임(115)과 힌지 결합되고, 타단이 상기 질량체와 결합되는 스토퍼(150)를 포함하는 사장교 주탑용 진자형 제진장치이다.

이때 상기 상하이동이 용이한 수평부재(120)에 의하여 가설단계별 진동주기의 조정이 용이하게 되어 초기단계의 독립 주탑부 및 가설 중간단계의 주형부의 구조적 안정성 및 사용성 그리고 시공성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있으며,

또한, 진자를 지지하는 수평부재와 질량체 사이에 스토퍼(150)를 설치하여 진자형 제진장치의 회전반경보다 작은 회전반경으로 인하여 임의의 진폭을 초과하게 되면 스토퍼가 작동하여 제진장치의 과다 작동에 대한 안정성을 확보할 수 있도록 하게 된다.

말하자면 상기 수평 부재(120)는 진자팔(130)의 원운동을 허용하는 부재로 상기 진자팔(130)과 연결된 질량체(140)가 원호를 그리며 주기운동을 하며, 이에 따라 발생되는 관성력이 외부프레임(110)을 통해 주탑부에 전달되어 진동이 저감되도록 한 것이다.

하지만, 이와 같은 힌지 결합 진자형 제진장치를 이용하여 주탑부의 교축과 교축직각 방향의 진동을 동시에 제어하기 위해서는 도 1e와 같이 2대의 제진장치를 평면상에서 직교 배치해야 하기 때문에 1대의 제진장치로 배치하는 것과 대비하여 제작비가 증가하고 설치면적도 증가할 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

나아가 도 1f는 앞서 살펴본 힌지 결합 진자형 제진장치의 진자팔로서 케이블을 이용한 제진장치(TMD)도 소개되어 있다.

이와 같은 케이블을 이용한 제진장치(TMD)는 힌지 결합 진자형 제진장치와는 달리 특정한 방향성을 갖지 않기 때문에, 1대의 제진장치로 양방향 진동을 동시에 감소시킬 수 있는 장점이 있지만 적용 가능한 경우가 양방향 진동주기가 동일한 구조물에만 적용될 수 있다. 따라서 일반적으로 강축과 약축이 존재하여 교축방향과 교축직각방향에 대해서 각각 다른 진동주기를 갖는 주탑부에는 적용될 수 없는 한계가 있었다.

나아가 위와 같은 종래의 힌지/케이블 결합 진자형 제진장치의 진동주기는 진자팔의 길이에 의해 조정되어 진자팔의 길이를 짧게 할수록 진동주기가 짧아진다. 또한, 제진장치 작동 중에 진자팔의 각도(회전각도)가 15도 이상이 되면 상기 제진장치가 비선형거동을 하여 튜닝이 용이하지 않다. 이와 같이, 주기가 짧은 구조물과의 튜닝을 실시할 경우에는 진자팔의 길이가 짧아져야 하며, 이 때 스트로크가 과대할 경우에는 주탑부와의 튜닝이 쉽지 않다는 단점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는,

첫째, 진자형과 레일형이 복합된 2방향 제어 진동장치를 제공함으로써 주탑부의 교축, 교축직각방향 주기가 동일한 가 여부와 상관없이 자유롭게 이용 가능한 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공하는 것이다.

둘째, 2방향 진자-레일형 제진장치로서 진자길이와 코일스프링 모두를 이용한 진동주기 튜닝을 실시함으로써 교량 가설 중 뿐만아니라 완공 후 공용 중의 교량에 대한 폭넓은 범위의 진동주기에 대해서도 대응 가능한 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공하는 것이다.

셋째, 2방향 진자-레일형 제진장치로서 장치하부에 유압댐퍼를 이용한 스토퍼를 설치하여 장치의 최대스트로크를 초과하게 되면 스토퍼가 작동하여 제진장치의 과다작동으로 인한 장치의 손상을 방지하고 안정적으로 작동하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공하는 것이다.

넷째, 2방향 진자-레일형 제진장치로서 주탑부 상부가 아닌 주탑내부에 직접 설치할 수 있어 가설단계뿐 아니라 완공 후 공용 중에도 영구적으로 사용 가능한 보다 효율적이고 경제적인 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서,

본 발명은 일측방향으로 양 단부 사이가 하방으로 절곡되도록 연장된 곡선가이드부가 측면에 형성된 상단고정부; 상기 상단고정부의 곡선가이드부에 장착되어 곡선가이드부를 따라 일측방향으로 왕복운동하는 상부이동브라켓; 상기 상부이동브라켓 하부에 타측방향(상기 일측방향과 직각방향)으로 진자팔이 회전할 수 있도록 설치된 힌지부; 및 상기 힌지부에 상단이 힌지 연결되어 타측방향으로 진자운동하며 하단에 질량체가 연결된 진자팔;을 포함하여 상기 진자팔과 질량체가 일측방향으로 왕복운동하는 동시에 타측방향(일측방향과 직각방향)으로 진자운동 할 수 있도록 하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는, 상기 곡선가이드부는 레일부재이며, 상기 곡선가이드부에 장착되는 상부이동브라켓에는 롤러부가 형성되어 상기 롤러부가 레일부재를 따라 이동함으로서 상부이동브라켓이 상단고정부를 따라 일측방향으로 왕복 이동하도록 하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 상부이동브라켓은

상기 곡선가이드부를 따라 이동하는 롤러부가 상단 내측면에 설치된 삼각판 형태의 부재로서 곡선가이드부가 설치된 부위에 대응하여 2개가 각각 설치된 한 쌍의 양 측벽부; 및 양 측벽부 하단 사이를 연결하는 수평판 형태의 부재인 수평부;를 포함하여, 상단고정부의 하부에 배치되는 U형 형태의 브라켓인 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 힌지부는

상기 상부이동브라켓의 저면에 수직하방으로 장착된 지지판과 상기 지지판 사이에 일측방향으로 연장된 회전핀을 포함하여 형성되도록 하여 회전핀에 진자팔이 타측방향(일측방향과 직각방향)으로 회전할 수 있도록 연결되는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 진자팔은

진자팔이 타측방향(일측방향과 직각방향)으로 회전할 수 있도록 힌지부의 회전핀이 관통하도록 관통홀이 형성된 수직판 형태의 회전체결부; H형강을 일측방향으로 연장시킨 것으로서 상면에 회전체결부가 일체로 형성된 상부프레임; 상기 상부프레임의 양 단부 저면에 하방으로 연장되도록 배치된 H형강으로서 하단에는 질랑체가 일체화된 수직프레임; 및 상기 수직프레임 사이에 설치되어 양 수직프레임을 서로 구속하는 중간프레임;을 포함하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 진자팔에는 질량체가 연결되어 상기 질량체는 주탑부가 일측 또는 타측방향으로 진동운동할 때, 일측방향으로는 곡선가이드부에 의해 왕복운동함과 동시에 타측방향(일측방향과 직각방향)으로는 힌지부에 의해 진자운동을 하면서 주탑부의 2방향의 진동을 동시에 제거하도록 하는 역할을 하며 상면이 진자팔의 수직프레임 하부에 고정 연결되도록 하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 질량체에는 튜닝부가 추가적으로 설치되도록 하되, 상기 튜닝부는 질량체의 진동주기를 조절하기 위한 것으로서 질량체의 측면과 주탑부 사이에 설치된 스프링; 상기 스프링이 연결될 수 있도록 질량체의 측면과 상기 주탑부에 설치된 스프링연결부;를 포함하여 상기 스프링에 의하여 질량체의 진동주기를 튜닝할 수 있도록 하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 질량체 하부에는 유압댐퍼가 추가적으로 설치되도록 하되, 질량체의 저면 중앙부에 하방으로 돌출된 돌출블록의 측면에 상기 유압댐퍼의 일단이 연결되고, 상기 유압댐퍼의 타단은 주탑부에 연결됨으로서 질량체의 제진운동시 장치 자체의 감쇠를 부여할 수 있도록 하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 질량체 하부에는 스토퍼가 추가적으로 설치되도록 하되, 상기 스토퍼는

제진장치용 모듈 내부의 저면에 설치된 수직프레임; 상기 수직프레임 상면에 설치된 지지상판; 및 상기 지지상판 상면에 관형태로 설치된 스토퍼판; 상기 스토퍼판의 측면과 주탑부 사이에 연결된 유압댐퍼;을 포함하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

또한 바람직하게는 상기 2방향 진자-레일형 제진장치를 제진장치용 모듈에 미리 장착시키고, 상기 제진장치용 모듈을 주탑부와 함께 설치하는 2방향 진자-레일형 제진장치를 제공한다.

본 발명에 의한 2방향 진자-레일형 제진장치는 곡선가이드부에 의해 왕복운동하는 일측방향과 힌지부에 의해 진자운동하는 타측방향의 진동주기를 각각의 운동방향으로 설치된 튜닝부의 스프링에 의해 진동주기를 결정할 수 있게 된다.

즉, 현장계측에 의해 파악된 주탑부의 진동주기에 대한 튜닝을 스프링의 강성과 설치개수 그리고 코일스프링 설치위치의 조정에 의해 실행된다.

결국 본 발명에 의한 2방향 진자-레일형 제진장치는 서로 직각방향으로 작동하는 힌지 진자형 진동제어와 곡선레일형 진동제어를 실시하여 서로 다른 진동주기를 가진 2방향에 대해서 동시에 진동제어를 실시하는 것이 가능하게 된다.

또한 종래의 제진장치에 사용되는 외부프레임 대신 주탑부에 직접 설치되는 특징이 있다. 따라서 주탑부의 공장제작시에 제진장치가 설치되는 구간만을 모듈로 제작하여 현장시공 시에 이 모듈을 설치하여 시공할 수가 있기 때문에, 외부프레임 제작비가 감소하고 제진장치의 현장설치과정이 생략될 수 있다는 장점이 있다.

도 1a는 종래 주탑부에 설치되는 진자형 제진장치의 설치도 및 일부 발췌도,
도 1b는 종래 주탑부에 설치되는 외부프레임을 이용한 진자형 제진장치의 설치 도 및 일부 발췌도,
도 1c 및 도 1d는 도 1b에 있어 주탑부에 설치되는 외부프레임을 이용한 진자형 제진장치의 사시도 및 진동운동 상태도,
도 1e는 종래 진자형 제진장치의 교축 및 교축직각 방향 진동 상태도,
도 1f는 종래 양방향 진자형 제진장치의 설치 사시도 및 작용도,
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치의 구성 사시도들 및 발췌사시도,
도 3은 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치의 설치 사시도,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치의 설치 단면도 및 평면도,
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치의 연속작용도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[ 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200) ]

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)의 구성 사시도들 및 발췌사시도를 도시한 것이다.

상기 본 발명에 의한 2방향 진자-레일형 제진장치(200)는 교량에 설치되는 경우를 기준으로 설명하면,

주탑부의 일측방향(교량에서는 교축방향 또는 교축직각방향)으로 연장 형성된 곡선가이드부(211)가 장착된 상단고정부(210); 상기 곡선가이드부(211)를 따라 이동하는 상부이동브라켓(220); 상기 상부이동브라켓(220)의 하부에 형성된 힌지부(230)에 힌지 연결되어 타측방향으로 진자운동하는 진자팔(240); 질량체(250), 튜닝부(260), 감쇠부(280) 및 스토퍼(270)를 포함하여 구성된다.

상기 상단고정부(210)는 도 2a, 도 2b 및 도 2c와 같이 직육면체 강재블록으로서 제작된 것을 이용할 수 있으며 후술되는 진자팔(240)과 질량체(250)가 일측방향 및 타측방향으로 왕복운동 및 진자운동을 함에 있어 기준체 역할을 하게 된다.

즉, 도 2d를 기준으로 상기 상단고정부(210)의 전면 및 배면에는 곡선가이드부(211)가 장착되는데 상기 곡선가이드부(211)는 레일부재를 이용하되 연장방향이 주탑부(300)의 일측방향(교축방향 또는 교축직각방향이 될 수 있다.)이 되도록 배치시키게 된다.

이에 후술되는 상부이동브라켓(220)이 상기 곡선가이드부(211)를 따라 슬라이딩되면서 이동하게 되고, 상기 상부이동브라켓(220)에는 진자팔(240)이 힌지부(230)에 의하여 힌지 연결되어 있어 결국 질량체(250)가 일측방향으로 곡선가이드부(211)를 따라 왕복운동할 수 있게 된다.

이때 곡선가이드부(211)로서 레일부재를 이용하는 이유는 상부이동브라켓(220)의 용이한 이동을 위한 것인데 이를 위해 일측방향으로 진자팔(240)에 연결된 질량체(250)가 매달려 설치된 상부이동브라켓(220)에 롤러부(223, 도 4b 참조, 레일부재에 물려져 있음)를 설치하고 상기 롤러부의 슬라이딩에 의하여 상부이동브라켓(220)이 상단고정부(210)에 지지되면서 용이하게 일측방향으로 슬라이딩 되면서 상기 곡선가이드부(211)를 따라서 왕복운동 할 수 있게 된다.

이러한 상기 레일부재는 곡선형으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 즉 레일부재 중앙부는 양 단부보다 하방에 위치하고 있음을 알 수 있는데 주탑부의 진동에 의하여 상부이동브라켓(220)이 단부쪽으로 이동하더라도 자중에 의하여 원래의 위치 즉 중앙부로 자연스럽게 복원 될 수 있도록 함과 더불어 급작스러운 상부이동브라켓(220)의 양 단부쪽으로의 슬라이딩을 방지하는 역할도 하게 된다. 나아가 상기 레일부재는 주탑부의 일측방향으로 연장되어 있어 레일부재를 따라 슬라이딩되는 상부이동브라켓(220) 역시 일측방향으로 이동되도록 하게 된다.

이에 주탑부(300)의 일측방향으로의 왕복운동은 질량체(250)가 연결된 진자팔(240)이 상부이동브라켓(220)을 통하여 이동함에 따라 제어될 수 있으며, 진동주기는 후술되는 바와 같이 일측방향으로 설치된 튜닝부의 스프링의 강성 및 개수를 조정하여 동조시키면 된다.

예컨대, 주탑부(300)가 일측방향(예컨대 우측)으로 진동하면 질량체(250) 및 진자팔(240)을 지지하는 상부이동브라켓(220)은 관성에 의하여 일측방향과 반대방향(예컨대 좌측)으로 이동하게 되어 상기 진동을 제어할 수 있게 된다.

상기 상부이동브라켓(220)은 질량체(250)가 연결된 진자팔(240)이 상단고정부(210)에 장착된 곡선가이드부(211)를 따라 왕복 이동할 수 있도록 하는 연결부재이다.

이에 상기 상부이동브라켓(220)은 상단고정부(210)의 하부에 배치되는 U형 형태의 브라켓으로서 양 측벽부(221) 및 양 측벽부 하단 사이에 측벽부를 일체화시키기 위해 형성된 수평부(222)를 포함하여 형성된 것이 이용됨을 도 2에서 확인할 수 있다.

먼저 측벽부(221)는 앞서 살펴본 곡선가이드부(211)인 레일부재를 따라 슬라이딩되는 롤러부가 상단 내측면에 설치된 삼각판 형태의 부재로서 곡선가이드부(211)가 설치된 부위에 대응하여 2개가 각각 설치되어 한 쌍을 이루게 된다.

이에 롤러부가 곡선가이드부(211)인 레일부재에 물려져 설치되도록 하게 됨을 알 수 있다.

상기 수평부(222)는 양 측벽부 하단 사이를 연결하는 수평판 형태의 부재이다. 이에 상기 상부이동브라켓(220)은 롤러부에 의하여 주탑부의 일측방향으로 곡선가이드부(211)를 따라 슬라이딩되어 이동할 수 있도록 함을 알 수 있다.

상기 진자팔(240)은 상부이동브라켓(220)의 하부에 형성된 힌지부(230)에 상단이 힌지 연결되며 하단이 질량체(250)와 연결되도록 하는 것으로서 중요한 점은 상기 힌지부(230)에 의하여 연결된 진자팔(240)은 일측방향과 직교하는 방향인 타측방향(주탑부의 교축직각방향 또는 교축방향)으로 진자 운돌할 수 있도록 상기 힌지부(230)를 상부이동브라켓(220)의 저면에 장착되도록 한다는 점이다.

이에 상기 힌지부(230)는 상부이동브라켓(220)의 저면에 수직하방으로 장착된 지지판(231)과 상기 지지판(231) 사이에 일측방향(교축방향 또는 교축직각방향)으로 연장된 회전핀(232)을 포함하도록 하되,

상기 회전핀(232)에 후술되는 진자팔(240)의 회전체결부(241)가 타측방향으로 진자운동 할 수 있도록 연결된다.

이러한 힌지부(230)는 도 2의 경우 2개가 서로 이격되어 상부이동브라켓(220)의 저면에 설치되도록 하고 있음을 알 수 있다.

상기 진자팔(240)은 회전체결부(241), 상부프레임(242), 수직프레임(243), 중간프레임(244)을 포함하여 제작되는 것으로서 H빔 조립체로서 제작된 것을 이용하며 타측방향으로 회전하면서 진자운동하게 된다.

이때 상기 회전체결부(241)는 진자팔(240)이 타측방향(주탑부의 교축직각방향 또는 교축방향)으로 진자운동할 수 있도록 힌지부(230)의 회전핀(232)이 관통하도록 관통홀이 형성된 수직판 형태로 형성되며,

상기 상부프레임(242)은 H형강을 일측방향으로 연장시킨 것으로서 상면에 회전체결부(241)가 일체로 형성되도록 하게 되며,

상기 수직프레임(243)은 상부프레임(242)의 양 단부 저면에 하방으로 연장되도록 배치된 H형강으로서 하단에는 질랑체(250)가 일체화된다.

상기 중간프레임(244)은 수직프레임 사이에 설치되어 양 수직프레임을 서로 구속하는 역할을 하게 된다.

상기 질량체(250)는 진자팔(240)에 연결되어 주탑부가 일측 및 타측방향으로 진동 운동할 때, 역시 타측 및 일측방향으로 각각 진자운동과 왕복운동을 하면서 상기 주탑부의 진동을 제거하도록 하는 역할을 하는 것으로서 상면이 진자팔(240)의 수직프레임(243)에 고정 연결되도록 하게 된다.

이러한 질량체(250)는 다수의 강판이 볼트에 의해 적층된 형태로 분해 조립이 가능하게 되며 측면에는 후술되는 튜닝부(260)가 설치된다.

상기 튜닝부(260:260a, 260b)는 진자팔(240)에 연결된 질량체(250)의 2방향(일측 및 타측방향) 진동주기를 조절하기 위한 것이다.

여기서 튜닝부(260)는 일측 방향용 튜닝부(260a) 및 타측 방향용 튜닝부(260b) 구분 설치됨을 알 수 있다.

즉, 진자팔(240)에 연결된 질량체(250)의 진자운동 방향과 왕복운동 방향을 의미하는 2방향으로 설치된 상기 스프링(261)의 탄성계수를 이용하여 질량체(250)의 2방향 진동주기를 미세 제어하도록 하는 역할을 하는 것이라 할 수 있다.

또한 진자팔(240)의 연장길이를 조정하여 제진장치의 진동주기를 조정하는 기존의 진자형 제진장치에서는 튜닝범위의 진동주기를 제어하기 위하여 진자팔 제작시 진지팔(240)의 연장길이를 세분화하여 제작하게 되지만 진동주기의 튜닝범위가 넓거나 미세한 진동주기 튜닝이 필요한 경우에 진자팔의 연장길이를 제작상의 문제로 어느 한계 이상 분화시킬 수 없는 한계가 있게 된다.

즉 2방향의 진동주기를 동시에 제어할 수 있는 진동제어장치를 제작하기 위하여 본 발명은 앞서 살펴본 진자팔에 연결된 질량체(250)의 2방향 표면과 후술되는 주탑부(300) 사이에 스프링(261)을 설치하고, 상기 스프링(261)이 연결될 수 있도록 질량체(250)의 표면에는 스프링연결부(262)를 설치하고, 주탑부(300)에도 스프링연결부(262)를 설치하여, 간단하게 스프링에 의하여 진자팔에 연결된 질량체의 2방향 진동주기를 튜닝할 수 있도록 하는 것이다.

상기 스프링(261)은 코일스프링을 이용하여 상대적으로 짧은 진동주기의 튜닝이 가능하도록 하게 되며, 실제 시공된 주탑부의 고유주기가 설계시의 고유진주기와 차이가 발생할 경우에도 튜닝이 가능하다.

또한, 상기 코일스프링의 설치위치를 상하로 조절하여 미세튜닝도 가능하기 때문에 제진장치의 튜닝대역이 넓다는 장점이 있다.

상기 감쇠부(280)는 돌출블록(281) 및 감쇠용 유압댐퍼(282)로 구성된다. 상기 감쇠용 유압댐퍼(282)의 일단은 상기 질량체(250)의 저면 중앙에 하방으로 돌출된 돌출블록(281)의 측면에 연결되고, 상기 감쇠용 유압댐퍼(282)의 타단은 주탑부(300)에 연결되어 질량체(250)의 제진운동 시 장치 자체의 감쇠를 부여하는 역할을 한다.

상기 스토퍼(270)는 스토퍼용 유압댐퍼(276) 및 상기 스토퍼용 유압댐퍼(276)와 연결된 스토퍼 프레임(271)이 이용된다.

이때 상기 스토퍼 프레임(271)은 수직프레임(272), 지지상판(273), 관형태의 스토퍼판(274)을 포함하도록 구성된다.

즉, 후술되는 주탑부 내부의 저면에 수직프레임(272)을 설치하고, 상기 수직프레임 상면에 지지상판(273)을 설치하고, 상기 지지상판(273) 상면에는 일정한 높이를 가진 관형태의 스토퍼판(274)이 형성되어 있으며, 상기 스토퍼판(274)의 측면과 주탑부 사이에는 스토퍼용 유압댐퍼(276)가 설치된다.

즉, 제진장치 작동 중에 과도한 변위가 발생하여 제한 스트로크를 초과할 경우에는 질량체(250)의 저면 중앙에 하방으로 돌출된 돌출블록(281)이 상기 스토퍼판 내부까지 하방 연장되어 돌출블록(281)과 스토퍼판 사이까지의 거리내에서 변위를 제어하게 되며 이러한 제어를 초과할 경우에는 상기 스토퍼용 유압댐퍼(276)의 스트로크까지만 질량체(250)가 이동 또는 회전하도록 하여 장치의 손상을 방지하는 역할을 한다.

[ 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)의 설치 ]

앞서 살펴본 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)는 도 1b와 같이 주탑부(300) 상부에 외부프레임에 의하여 설치하는 것이 아니라 주탑부(300)에 직접 제진장치를 설치하게 된다.

말하자면 도 1c에 의한 제진장치에 있어서 외부프레임을 설치하는 경우에는 이러한 외부프레임(110)을 설치하기 위한 작업이 필요하므로 제작, 운반, 설치에 있어 효율성이 매우 떨어질 수 있다.

이에 본 발명은 주탑부(300)를 시공할 때 미리 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)가 장착된 제진장치용 모듈(310)를 제작하고 이러한 제진장치용 모듈(310)을 주탑부(300)에 설치하는 방식을 따르게 된다.

이는 결국 주탑부를 모듈화시키는 방식인데, 미리 제작된 제진장치용 모듈(310)를 주탑부(300)에 설치하게 되면 종래와 같이 외부프레임(110)을 설치할 필요가 없어 보다 경제적이고 효율적인 2방향 진자-레일형 제진장치(200) 설치가 가능하게 된다.

이를 도 3을 기준으로 살펴보면 다음과 같다.

즉, 주탑부(300) 전체를 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)가 차지하고 있지는 않으므로 2방향 진자-레일형 제진장치(200)가 차지하는 부위에 제진장치용 모듈(310)을 미리 설치하고

상기 제진장치용 모듈(310)은 미리 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)가 장착되도록 제작하게 된다.

이에 상기 제진장치용 모듈(310)을 미리 제작하여 두게 되면 주탑부(300) 시공 때 상기 제진장치용 모듈(310)을 주탑부에 매립되도록 시공하게 되면 달리 외부에 노출되지 않고 신속하고 안정적으로 2방향 진자-레일형 제진장치(200) 설치가 가능하게 된다.

이에 도 3에 의하면 제진장치용 모듈(310)은 컨테이너부(311)로서 내부에 제진장치가 설치된 내부공간을 확보하게 되고, 컨테이너부(311) 상판 중앙 저면에는 앞서 살펴본 2방향 진자-레일형 제진장치(200)의 상단고정부(210)의 상면이 고정되도록 하여 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)가 제진장치용 모듈(310) 중앙에 위치하도록 하게 된다.

또한 제진장치용 모듈(310)의 내측면에는 앞서 살펴본 스프링연결부(262)가 다수 설치되고, 상기 스프링연결부(262)에는 코일스프링인 스프링(261)의 타단이 연결되고 상기 스프링(261)의 일단은 질량체(250)의 측면에 설치된 스프링연결부(262)와 연결되어 본 발명의 튜닝부(260)가 설치되도록 함을 알 수 있다.

또한 제진장치용 모듈(310)의 내측면에는 앞서 살펴본 스토퍼용 유압댐퍼(276)의 일단이 고정되고, 타단이 상기 스토퍼판(274)의 측면에 연결되어 있음을 알 수 있다.

또한 스토퍼 프레임(271)의 수직프레임(272) 하단이 지지되도록 설치되고 있음을 알 수 있다.

결국 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)는 제진장치용 모듈(310)에 미리 공장에서 장착되도록 하고 상기 제진장치용 모듈(310)을 주탑부(300)의 일부로 시공함으로서 간단하게 그 설치가 가능하도록 하며 원하는 위치에 배치할 수 있도록 할 수 있음을 알 수 있다.

[ 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)의 작동 ]

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)의 설치도를 도시한 것이고, 도 5a 및 도 5b는 일측 및 타측방향으로 각각 왕복 및 진자 운동하는 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)의 작용상태도를 연속으로 도시한 것이다.

먼저, 도 4a 및 도 4b는 제진장치용 모듈(310)에 본 발명의 양방향 힌지타입 진자형 제진장치(200)가 일측 및 타측 방향을 기준으로 보이는 상태를 도시한 것이고, 도 4c는 제진장치용 모듈(310)에 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)가 설치된 상태의 평면도를 도시한 것이다.

즉, 상단고정부(210)에 장착된 곡선가이드부(211)에 상부이동브라켓(220)이 롤러에 의하여 물려져 장착되도록 함을 알 수 있으며, 상기 상부이동브라켓(220)에 힌지부(230)와 진자팔(240)이 하방으로 연장되도록 설치되고, 상기 진자팔(240) 하단에는 질량체(250)가 고정되어 있고,

튜닝부(260)가 질량체(250)와 주탑부 사이에 설치되고, 상기 질량체 하부의 돌출부와 주탑부 사이에는 감쇠용 오일댐퍼가 설치된다. 또한, 스토퍼판과 주탑부 사이에 스토퍼용 댐퍼(276)가 각각 설치되며, 상기 질량체(250) 하부에는 스토퍼를 구성하는 스토퍼 프레임(271)이 설치됨을 알 수 있다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c에 의하면 본 발명의 2방향 진자-레일형 제진장치(200)에 있어 상단고정부(210)의 곡선가이드부(211)를 따라 일측 방향으로 왕복운동 하면서, 동시에 힌지부(230)에 의하여 질량체가 연결된 진자팔이 타측 방향으로 자유롭게 진자운동 함을 알 수 있어 본 발명에 의한 양 방향 제진운동이 가능함을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

200: 2방향 진자-레일형 제진장치
210: 상단고정부 211: 곡선가이드부
220: 상부이동브라켓 230: 힌지부
240: 진자팔 250: 질량체
260: 튜닝부 261: 스프링
270: 스토퍼부 300: 주탑부
310: 제진장치용 모듈

Claims (10)

1. 양 단부 사이가 하방으로 절곡되도록 연장된 곡선가이드부(211)가 측면에 형성된 상단고정부(210);
   상기 상단고정부(210)의 곡선가이드부(211)에 장착되어 곡선가이드부(211)를 따라 일측방향으로 왕복운동하는 상부이동브라켓(220);
   상기 상부이동브라켓(220) 하부에 타측방향(상기 일측방향과 직각방향)으로 진자팔(240)이 회전할 수 있도록 설치된 힌지부(230); 및
   상기 힌지부(230)에 상단이 힌지 연결되어 타측방향으로 진자운동하며 하단에 질량체(250)가 연결된 진자팔(240);을 포함하여,
   상기 진자팔(240)과 질량체(250)가 일측방향으로 왕복운동하는 동시에 타측방향(일측방향과 직각방향)으로 진자운동 할 수 있도록 하며,
   상기 진자팔(240)에는 질량체(250)가 연결되어 상기 질량체는 주탑부가 일측 또는 타측방향으로 진동운동할 때, 일측방향으로는 곡선가이드부에 의해 왕복운동함과 동시에 타측방향(일측방향과 직각방향)으로는 힌지부에 의해 진자운동을 하면서 주탑부의 2방향의 진동을 동시에 제거하도록 하며,
   상기 질량체(250)에는 일측방향 및 타측방향으로 왕복 및 진동운동하는 질량체의 진동주기를 조정하기 위한 튜닝부(260)가 설치되도록 하되, 상기 튜닝부(260)는 질량체(250)의 진동주기를 조절하기 위한 것으로서 질량체의 측면과 주탑부 사이에 설치된 스프링(261); 및 상기 스프링이 연결될 수 있도록 질량체의 측면과 상기 주탑부에 설치된 스프링연결부(262);를 포함하여 상기 스프링에 의하여 질량체의 진동주기를 튜닝할 수 있도록 하며,
   상기 2방향 진자-레일형 제진장치(200)를 제진장치용 모듈(310)에 미리 장착시키고, 상기 제진장치용 모듈(310)을 주탑부(300)와 함께 설치하는 것을 특징으로 하는 2방향 진자-레일형 제진장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 곡선가이드부(211)는 레일부재이며, 상기 곡선가이드부에 장착되는 상부이동브라켓(220)에는 롤러부가 형성되어 상기 롤러부가 레일부재를 따라 이동함으로서 상부이동브라켓(220)이 상단고정부(210)를 따라 일측 방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 2방향 진자-레일형 제진장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 상부이동브라켓(220)은
   곡선가이드부를 따라 이동하는 롤러부가 상단 내측면에 설치된 삼각판 형태의 부재로서 곡선가이드부(211)가 설치된 부위에 대응하여 2개가 각각 설치되어 한 쌍으로 형성된 양 측벽부(221); 및
   양 측벽부 하단 사이를 연결하는 수평판 형태의 부재인 수평부(222);를 포함하여,
   상단고정부의 하부에 배치되는 U형 형태의 브라켓인 것을 특징으로 하는 2방향 진자-레일형 제진장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 힌지부(230)는
   상부이동브라켓(220)의 저면에 수직하방으로 장착된 지지판(231)과 상기 지지판(231) 사이에 일측방향으로 연장된 회전핀(232)을 포함하여 형성되도록 하여 회전핀(232)에 진자팔(240)이 타측방향으로 회전할 수 있도록 연결되는 것을 특징으로 하는 2방향 진자-레일형 제진장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 진자팔(240)은
   진자팔(240)이 타측방향으로 회전할 수 있도록 힌지부(230)의 회전핀(232)이 관통하도록 관통홀이 형성된 수직판 형태로 형성된 회전체결부(241);
   H형강을 일측방향으로 연장시킨 것으로서 상면에 회전체결부가 일체로 형성된 상부프레임(242);
   상기 상부프레임의 양 단부 저면에 하방으로 연장되도록 배치된 H형강으로서 하단에는 질랑체가 일체화된 수직프레임(243); 및
   상기 수직프레임 사이에 설치되어 양 수직프레임을 서로 구속하는 중간프레임(244);을 포함하는 것을 특징으로 하는 2방향 진자-레일형 제진장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 질량체(250) 하부에는 감쇠부(280)가 더 설치되며,
   상기 감쇠부(280)는 돌출블록(281) 및 감쇠용 유압댐퍼(282)로 구성되도록 하되, 상기 감쇠용 유압댐퍼(282)의 일단은 상기 질량체(250)의 저면 중앙에 하방으로 돌출된 돌출블록(281)의 측면에 연결되고, 상기 감쇠용 유압댐퍼(282)의 타단은 주탑부(300)에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 2방향 진자-레일형 제진장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 질량체 하부에는 스토퍼(270)가 더 설치되도록 하되, 상기 스토퍼는
   제진장치용 모듈 내부의 저면에 설치된 수직프레임(272);
   상기 수직프레임 상면에 설치된 지지상판(273); 및
   상기 지지상판 상면에 관형태로 설치된 스토퍼판(274);
   상기 스토퍼판의 측면과 주탑부 사이에 연결된 유압댐퍼(276);를 포함하는 것을 특징으로 하는 2방향 진자-레일형 제진장치.
10. 삭제

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