KR101556333B1 - 내진보강용 유체댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내진보강용 유체댐퍼에 관한 것으로서, 구조물에 설치고정되는 철골프레임에 체결되며 내부에 댐퍼유체가 수용되는 본체부와, 일측이 상기 본체부에 삽입되고 타측이 상기 철골프레임의 철골가새에 체결되며 상기 본체부의 내부에서 전후 이동가능하게 설치되는 댐퍼로드와, 상기 댐퍼로드와 일체로 형성되며 상기 본체부의 내부면에 맞닿아 상기 본체부의 내부공간을 구획하며 복수의 유체통과홀이 형성된 댐퍼스토퍼와, 상기 댐퍼로드와 상기 본체부 사이를 밀봉하는 씰링부재를 구비하여, 용이하게 체결 및 조립할 수 있고, 댐퍼로드의 전후이동에 따라 댐퍼유체가 댐퍼스토퍼의 유체통과홀을 따라 이동하면서 충격에너지를 용이하게 흡수할 수 있고, 유체댐퍼 내부의 유체를 관리하고자 할 때에 본체부 및 댐퍼로드를 철골가새로부터 용이하게 분해할 수 있으므로 관리가 용이하게 이루어질 수 있다.

Description

내진보강용 유체댐퍼{FLUID DAMPER}

본 발명은 내진보강용 유체댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고가의 장비인 토글을 사용하지 않고도 에너지흡수능력이 향상되고 조립 및 설치가 간단한 내진보강용 유체댐퍼에 관한 것이다.

최근, 우리나라 근접 국가에서 자주 발생되고 있는 지진과 그로 인한 막대한 인명과 재산상의 피해사례를 보면 우리나라도 결코 지진으로부터 안전하다고 할 수 없을 것이다. 더욱이 국내에서는 기존 건축물의 80% 이상이 지진에 무방비한 실정이라고 할 수 있는데, 특히 학교 건축물의 경우는 더욱 열악하다고 할 수 있다.

이러한 이유로, 기존의 구조물에 내진보강을 위한 장치가 설치되고 있다. 기존 시설물의 내진보강기술로는 대체적으로 철골 프레임 및 가세를 이용한 브레이스 내진보강기술, 철골 프레임과 토글이 결합된 점성 또는 오일댐퍼, 슬릿강재댐퍼, 마찰댐퍼 등의 제진보강기술이 사용되고 있다.

철골 프레임 및 가세를 이용한 내진보강기술은 주로 기존 시설물의 내력을 보강하는 기술로서 지진 발생 시대상 구조물의 변위를 제어할 수 있는 능력이 미미하여 지진 발생 시 기존 시설물의 부분적 파괴 현상이 유발되고 이로 인하여 인명과 재산상의 손실이 발생될 위험이 있으며, 미관이 거칠어 기존 시설물의 사용자들에게 불필요한 위화감을 조성하는 문제점이 있다.

종래의 강재댐퍼로는, 한국특허 제 908864호에 개시된 슬릿강판을 이용한 강재댐퍼가 제안된 바 있다. 상기 종래의 강재댐퍼는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기재된 바와 같이, 내부가 비어있는 사각단면의 관형상을 하고 있으며, 서로 마주보는 좌우 양측면에는 각각 길이방향으로 절개된 측면절개부가 구비된 내부실린더와, 직사각 형태의 평판으로서 양측 단부가 상기 내부실린더의 전후면에 결합고정되는 슬릿강판과, 상기 내부실린더의 외부에 삽입되고, 상기 측면절개부를 통과한 하중전달판의 양측 단부가 결합고정되는 외부실린더를 포함하여 구성되는 하중전달판과 슬릿강판을 이용한 강재댐퍼에 관한 것이다.

그러나, 상기 종래기술에 의한 강재댐퍼는, 내부실린더에 측면절개부를 형성하여야 하며, 복수의 슬릿을 형성한 슬릿강판을 사용하여야 할 뿐만 아니라 복수개의 토글을 설치하여야 하므로, 제조 및 조립 공수가 많이 소요되고, 각각의 부재의 제조에 많은 공정과 비용이 소모된다고 하는 문제점이 있었다.

한편, 점성 또는 오일댐퍼는 주로 일본 등 강진이 빈번하게 발생되는 곳에서 사용되는 기술로서 지진 발생 후에도 점성 또는 오일댐퍼를 교체할 필요가 없고, 지진 에너지의 강도(예를 들어 강, 중, 약 규모의 지진)에 비례한 단계별 대응능력이 비교적 우수하지만, 설치 비용이 고가이고, 우리나라와 같은 환경에는 과다보강이 될 수 있으며, 특히 사계절 온도변화에 의한 점성액 또는 오일의 점도변화 및 오일이나 점성액의 유실 여부 확인과 같은 유지보수 작업이 정기적으로 요구되나 점성액이나 오일이 밀폐된 실린더 내부에 담겨져 있으므로 이러한 확인 및 유지관리 작업이 어렵고 상당한 비용이 발생된다는 문제점이 있다.

한편, 한국특허 제1070872호에는 마찰댐퍼가 제시되어 있다. 상기 종래기술에 의한 마찰댐퍼는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수개의 하중전달판과, 복수의 평판을 조립하여 다단계로 구성되어 있다.

그러나, 상술한 종래기술에 의한 마찰댐퍼는, 복수개의 하중전달판과 평판을 조립하여야 하므로, 제조 및 조립에 소요되는 공수가 많아, 설치 및 제조비용에 많은 시간과 비용이 소모될 뿐만 아니라, 마찰댐퍼는 댐퍼 설계 시 적용된 지진 에너지 강도에 도달하기 전까지는 마찰댐퍼의 마찰운동이 발생되지 않고 거의 탄성 영역에 머무르게 되는데, 강진에 맞추어 설계된 마찰댐퍼의 경우 중, 약진 지진 발생 시 지진 에너지의 감쇠효과가 발생되지 않아 대상 시설물(구조물)의 부분적 파괴현상으로 이어질 수 있는 문제점이 있다.

한국특허 제 908864호(하중전달판과 슬릿강판을 이용한 강재댐퍼) 한국특허 제1070872호(다단계 왕복식 마찰댐퍼 및 이를 이용한 내진보강장치)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 고가의 장비인 토글을 사용하지 않고도 에너지흡수능력이 향상되고, 조립 및 설치가 간단한 내진보강용 유체댐퍼를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 댐퍼 설계 시 적용된 지진 에너지 강도에 도달하기 전이라도 그 에너지를 흡수할 수 있으며, 지진 충격이 제거된 후에 구조물에 충격을 주지 않도록 완화되어 복귀할 수 있는 내진보강용 유체댐퍼를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 조립 및 설치가 간단할 뿐만 아니라, 유체댐퍼 내부의 유체를 관리할 때에 용이하게 분해 및 조립이 가능하여 관리가 용이하게 이루어질 수 있는 내진보강용 유체댐퍼를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 내진보강용 유체댐퍼는, 구조물에 설치고정되는 철골프레임에 체결되며 내부에 댐퍼유체가 수용되는 본체부와, 일측이 상기 본체부에 삽입되고 타측이 상기 철골프레임의 철골가새에 체결되며 상기 본체부의 내부에서 전후 이동가능하게 설치되는 댐퍼로드와, 상기 댐퍼로드와 일체로 형성되며 상기 본체부의 내부면에 맞닿아 상기 본체부의 내부공간을 구획하며 복수의 유체통과홀이 형성된 댐퍼스토퍼와, 상기 댐퍼로드와 상기 본체부 사이를 밀봉하는 씰링부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 본체부는, 일측이 폐쇄된 원통형상의 본체와, 상기 본체의 타측에서 상기 본체의 개구를 막도록 분리가능하게 체결되는 체결플레이트와, 상기 본체의 내측에 수용되는 댐퍼유체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 본체와 상기 체결플레이트는 돌출되어 형성되는 헤드부를 구비하며, 상기 헤드부에 체결되어 상기 씰링부재를 덮도록 설치되는 캡부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 댐퍼스토퍼는, 상기 복수의 유체통과홀이 폐쇄되지 않도록 보호하는 막힘방지부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 유체댐퍼는 상기 댐퍼로드의 타측에 체결되며 상기 철골가새의 내측면에 체결되는 로드체결부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 댐퍼유체는 얼지 않는 재질로서 상기 본체부의 열팽창계수에 근접한 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 내진보강용 유체댐퍼에 의하면, 기존 구조물에 철골프레임 및 철골가새를 설치하고 상기 철골가새에, 상기 본체부 및 상기 댐퍼로드를 나사결합 등의 방식에 의해 용이하게 체결 및 조립할 수 있으므로 조립 및 설치가 용이하다.

또한, 본 발명에 의한 유체댐퍼는, 상기 철골프레임에 가해지는 에너지를 상기 댐퍼로드의 전후이동에 따라 상기 댐퍼유체가 상기 댐퍼스토퍼의 유체통과홀을 따라 이동하면서 충격에너지를 흡수할 수 있으므로 지진 에너지 강도에 도달하기 전은 물론 도달시에도 충격에너지를 용이하게 흡수할 수 있으며 지진 충격이 제거된 후에 철골프레임의 탄성복귀에 따라 댐퍼로드가 전후이동하면서 구조물에 충격을 주지 않도록 완화되어 복귀할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 유체댐퍼는 유체댐퍼 내부의 유체를 관리하고자 할 때에 본체부 및 댐퍼로드를 철골가새로부터 용이하게 분해할 수 있으므로 관리가 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 상기 댐퍼스토퍼에 형성되는 유체통과홀의 크기를 서로 다르게 하여 서로 다른 크기의 유체통과홀을 가지는 댐퍼스토퍼만 제조함으로써 유체댐퍼 자체를 다양한 타입으로 제조하지 않더라도 구조물에 작용하는 풍하중이나 충격에너지의 크기에 따라 적절하게 대응할 수 있다.

도 1 및 2는 종래기술에 의한 강재댐퍼 또는 마찰댐퍼를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 유체댐퍼의 설치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 내진보강용 유체댐퍼를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 내진보강용 유체댐퍼를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 내진보강용 유체댐퍼에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 내진보강용 유체댐퍼(1)는, 구조물에 설치고정되는 철골프레임(2)의 철골가새(3)에 체결된다. 본 실시예에 있어서, 상기 철골가새(3)는 종래의 강재댐퍼에서와 같이 힌지회동하도록 구성할 필요없이 상기 철골프레임에 고정되도록 설치되어도 좋다.

상기 유체댐퍼(1)는, 댐퍼로드(10)와, 댐퍼스토퍼(11)와, 본체부(20)와, 씰링부재(30)를 포함하여 구성된다.

상기 본체부(20)는 상기 철골프레임에 고정된 철골가새 중 어느 일측의 철골가새(3)에 체결된다. 상기 본체부(20)의 일측의 외주면에는 본체부 나사산(20a)이 설치되어 상기 철골가새(3)의 내주면에는 형성된 나사산(3a)에 나사결합하도록 구성되어, 상기 본체부(20)를 상기 철골가새에 용이하게 조립할 수 있도록 구성된다.

본 실시예에 있어서, 상기 본체부(20)는 상기 본체부 나사산(20a)이 형성된 일측이 폐쇄된 원통형상으로 형성되어 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 사각형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 본체부(20)의 타측은 내주면에 나사산이 형성되고 개방된 개구를 갖도록 형성되며, 상기 개구는 체결플레이트(22)에 의해 폐쇄된다. 상기 체결플레이트(22)의 외주면에 나사산이 형성된 원반 형상으로 형성되며 상기 본체부의 타측의 내주면에 나사결합된다. 또한, 상기 체결플레이트(22)의 중앙에는 관통홀이 형성되어 후술하는 댐퍼로드가 삽입되어 전후 이동가능하도록 구성된다.

상기 본체부(20)의 내측에는 댐퍼유체(23)가 수용된다. 상기 댐퍼유체(23)는, 점성을 갖는 유체 또는 오일 또는 실리콘 유체로 형성되는 것을 예로 한다. 또한, 상기 댐퍼유체(23)는 얼지 않는 재질로 형성되어, 구조물의 외부에 설치되는 환경에서도 상기 댐퍼유체 내에서 안정적인 유동성을 확보하도록 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 댐퍼유체(23)는, 바람직하게는 상기 본체부(20)의 열팽창계수에 유사하거나 근접한 열팽창계수를 갖도록 형성되어, 상기 본체부와 동일한 열적 거동을 하도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 본체부(20)와 상기 체결플레이트(22)에는 헤드부(21)가 마련될 수 있다. 상기 헤드부(21)는 상기 본체부의 타측으로부터 돌출되어 상기 본체부와 일체로 형성되며, 상기 체결플레이트의 외측으로부터 돌출되어 상기 체결플레이트와 일체로 형성된다. 상기 헤드부의 중앙에는 관통홀이 형성되어, 후술하는 댐퍼로드가 삽입되어 전후 이동가능하도록 구성된다.

상기 헤드부(21)의 외주면에는 나사산이 형성되어 있고, 상기 헤드부는 캡부재(30)에 의해 나사결합되면서 덮여진다.

상기 캡부재(30)는 일측은 폐쇄되고 일측은 개방된 형태를 구비하며, 상기 헤드부(21) 및 씰링부재(40)를 덮도록 구성된다. 상기 캡부재(30)의 내주면에는 나사산이 형성되어, 상기 헤드부의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합되면서 상기 씰링부재(40)를 가압하여 상기 본체부와 후술하는 댐퍼로드와의 사이를 기밀하게 밀봉하도록 구성된다.

한편, 상기 본체부(20)의 내부에는 댐퍼로드(10)가 삽입된다. 상기 댐퍼로드(10)는, 예를 들면 봉 형상으로 형성되며, 일측이 상기 본체부에 삽입되고 타측이 상기 철골프레임의 철골가새 중 상기 본체부가 체결된 철골가새의 반대측 철골가새에 체결된다.

여기서, 반대측의 상기 철골가새(3)에는 로드체결부재(50)가 체결된다. 상기 로드체결부재(50)는 외주면에 나사산이 형성된 원반 형상으로 형성되며 상기 철골가새의 내주면에 형성된 나사산과 나사결합된다. 또한, 상기 로드체결부재(50)에는 상기 댐퍼로드의 일측이 삽입되어 고정된다.

또한, 상기 댐퍼로드(10)는 상기 체결플레이트를 관통하여 삽입되며 상기 본체부의 타측을 관통하도록 연장형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 댐퍼로드는 상기 본체부의 타측에 전후이동가능하게 고정되어 안정적으로 지지됨과 동시에 후술하는 댐퍼스토퍼에 의해 구획되는 상기 본체부의 내부공간이 댐퍼스토퍼를 중심으로 좌우 공간에 수용되는 댐퍼유체의 양이 동일하게 조정할 수 있다.

상기 댐퍼로드(10)의 길이의 중앙부분에는 댐퍼스토퍼(11)가 형성된다. 상기 댐퍼스토퍼(11)는 상기 본체부의 내주면의 형상과 대응하는 형상을 갖도록 구성된다.

상기 댐퍼스토퍼(11)는 상기 댐퍼로드와 일체로 형성되어, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 댐퍼로드 및 상기 댐퍼스토퍼는 단면이 + 자 형상을 이루도록 구성된다. 상기 댐퍼스토퍼는 상기 본체부의 내부면에 맞닿아 상기 본체부의 내부공간을 구획하는 칸막이 기능을 한다.

또한, 본 실시예에 있어서, 상기 댐퍼스토퍼는 상기 댐퍼로드에 일체로 형성된 것을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고 상기 댐퍼로드의 외주면과 상기 댐퍼스토퍼의 중앙 관통홀에 나사산을 형성하고 나사결합하여 위치를 조정한 후 별도의 스토퍼 또는 너트 등을 체결하여 구성할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 댐퍼스토퍼(11)는 원반 형상으로 형성되며, 상기 댐퍼스토퍼(11)에는 복수의 유체통과홀(11a)이 형성되어 있다.

상기 복수의 유체통과홀(11a)은 상기 본체부(20)에 수용되는 댐퍼유체(23)의 점성에 따라 적절한 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 복수의 유체통과홀(11a)은 상기 유체댐퍼가 설치되는 구조물의 위치나 상기 구조물의 환경에 따라 서로 다른 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 충격에너지가 크게 작용하고 충격속도가 빠른 구조물의 하부측에 설치되는 유체댐퍼에는 상기 유체통과홀의 크기가 큰 댐퍼스토퍼를 설치하고, 충격에너지가 작고 충격속도가 느린 구조물의 상부에서는 유체통과홀의 크기가 작은 댐퍼스토퍼를 설치할 수 있다.

이로써, 상기 댐퍼스토퍼에 형성되는 유체통과홀의 크기를 서로 다르게 하여 서로 다른 크기의 유체통과홀을 가지는 댐퍼스토퍼만 제조함으로써 유체댐퍼 자체를 다양한 타입으로 제조하지 않더라도 구조물에 작용하는 풍하중이나 충격에너지의 크기에 따라 적절하게 대응할 수 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 유체댐퍼의 동작에 대하여 설명한다. 구조물에 지진에너지 등 충격에너지가 가해질 경우, 상기 구조물에 설치된 철골프레임은 충격에너지를 전달받는다. 상기 철골프레임이 충격에너지를 전달받게 되면, 상기 철골프레임에 체결된 상기 댐퍼로드는 좌우로 이동하게 된다.

이 때, 상기 철골프레임의 타측에 연결된 상기 본체부는 이동하지 않는 상태로 되므로, 상기 댐퍼로드는 상기 본체부의 내측에서 좌우로 이동하게 되고, 이에 따라 상기 댐퍼로드에 일체로 형성된 댐퍼스토퍼도 좌우로 이동하게 된다.

상기 댐퍼로드 및 상기 댐퍼스토퍼가 좌우로 이동함에 따라, 상기 본체부의 내부에 수용된 점성의 댐퍼유체는 상기 댐퍼스토퍼의 유체통과홀을 따라 상기 댐퍼스토퍼에 의해 구획된 상기 본체부 내부의 좌우공간으로 이동하게 된다. 상기 댐퍼유체의 이동에 의해 상기 구조물에 가해진 충격에너지는 상기 댐퍼유체의 이동에 따른 마찰력에 의해 완화되어 흡수된다.

한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

여기서, 상기 댐퍼유체는 탄성재질의 고무알갱이(23')를 포함하여, 충격에너지의 흡수능력을 더욱 향상시킬 수 있다.

이 때, 상기 유체통과홀은 상기 고무알갱이의 이동에 따라 막힐 염려가 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 댐퍼스토퍼(11)는 막힘방지부재(24)를 더욱 구비할 수 있다. 상기 막힘방지부재(24)는, 예를 들면 돔 형상 또는 반구형상의 망으로 형성될 수 있다. 상기 막힘방지부재(24)를 형성함으로써, 상기 유체통과홀의 막힘을 방지하면서 상기 유체댐퍼의 충격흡수능력을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 유체댐퍼
10 : 댐퍼로드
11 : 댐퍼스토퍼
20 : 본체부
30 : 캡부재
40 : 씰링부재

Claims (7)

1. 구조물에 설치고정되는 철골프레임에 체결되며 내부에 댐퍼유체가 수용되는 본체부와,
   일측이 상기 본체부에 삽입되고 타측이 상기 철골프레임의 철골가새에 체결되며 상기 본체부의 내부에서 전후 이동가능하게 설치되는 댐퍼로드와,
   상기 댐퍼로드와 일체로 형성되며 상기 본체부의 내부면에 맞닿아 상기 본체부의 내부공간을 구획하며 복수의 유체통과홀이 형성된 댐퍼스토퍼와,
   상기 댐퍼로드와 상기 본체부 사이를 밀봉하는 씰링부재를 구비하고,
   상기 댐퍼로드는 상기 본체부의 일측으로부터 삽입되고 상기 본체부의 타측을 관통하도록 상기 댐퍼스토퍼로부터 상기 본체부의 타측을 향하여 연장형성되고, 상기 본체부의 내부에서 상기 댐퍼스토퍼를 중심으로 양측에서 차지하는 부피가 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 내진보강용 유체댐퍼.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체부는,
   일측이 폐쇄된 원통형상의 본체와,
   상기 본체의 타측에서 상기 본체의 개구를 막도록 분리가능하게 체결되는 체결플레이트와,
   상기 본체의 내측에 수용되는 댐퍼유체를 구비하는 것을 특징으로 하는 내진보강용 유체댐퍼.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 본체와 상기 체결플레이트는 돌출되어 형성되는 헤드부를 구비하며,
   상기 헤드부에 체결되어 상기 씰링부재를 덮도록 설치되는 캡부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 내진보강용 유체댐퍼.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 댐퍼유체는 탄성재질의 고무알갱이를 포함하며, 상기 댐퍼스토퍼는 상기 복수의 유체통과홀이 폐쇄되지 않도록 보호하는 막힘방지부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 내진보강용 유체댐퍼.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 유체댐퍼는 상기 댐퍼로드의 타측에 체결되며 상기 철골가새의 내측면에 체결되는 로드체결부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 내진보강용 유체댐퍼.
   
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 댐퍼유체는 얼지 않는 재질로서 상기 본체부의 열팽창계수에 근접한 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 내진보강용 유체댐퍼.

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