KR101620903B1 - 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼에 관한 것이다.
본 발명은 구조물에 설치되어 지진 변위력을 제어하는 강재 댐퍼에 있어서,구조물에 각기 연결 설치되는 양쪽 가동판(200)(300) 사이에 직사각 형태의 평판으로 이루어진 다중 휨변형 강재 댐퍼가 구비되며, 상기 다중 휨변형 강재 댐퍼가, 몸체(100)를 이루는 양쪽 단부의 중간에 상기 가동판(200)과 가동판(300)의 대응단 중심 위치에 일체형으로 결합되도록 구비되는 연결부(400)(500), 상기 몸체(100)의 중심에 천공되어 양쪽 연결부(400)(500) 중 양쪽 또는 어느 한 곳에 외력 발생시 내외측 방향으로 탄성력을 갖도록 하게 되는 중심 탄성홀(120), 상기 중심 탄성홀(120)을 기준으로 상기 몸체(100)의 양쪽에 각각 상하 위치로 복수개를 가지며 배열되는 보조 탄성홀(140)(160)을 포함하여 구성한다.
본 발명은 지진력 등에 의한 변위력 발생시 중심 탄성홀 및 이를 기준으로 양쪽에 배열된 보조 탄성홀을 통해 휨변형을 제어할 수 있도록 하는 장점이 있다.

Description

건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼{STEEL PLATE DAMPER FOR IMPROVING EARTHQUAKE-PROOF EFFICIENCY}

본 발명은 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 강재 댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축 구조물 또는 지하철 등의 터널형 구조물 등에 설치되어 지진에 의한 변위력 작용시 이에따른 지진 에너지를 효율적으로 단계적 흡수할 수 있도록 하여 안정된 내구성을 유지할 수 있도록 하는 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼에 관한 것이다.

최근 지구 환경의 급변화로 지진 등이 많이 발생하고 있으며 이로 인하여 인명 및 재산상의 큰 손실이 발생하고 있어 내진 설계 기준이 보다 강화되고 있다.

종래 건축 구조물에 대한 내진 보강 공법이 다양하게 실시되고 있지만, 철골 구조물 또는 콘크리틀 구조물에 대한 대표적인 내진 보강 공법으로 오일 등을 이용한 유압 댐퍼, 강재를 이용한 강재 댐퍼의 보강 공법이 대표적으로 사용되고 있다.

유압 댐퍼를 이용한 내진 보강공법은,

도 1에 도시된 바와같이 유압력을 통해 지진력을 대응하는 것으로 이는 지진 발생 후 오일 댐퍼(10)를 교체할 필요가 없고, 지진 에너지의 강도에 비례한 단계별 대응 능력이 뛰어난 장점이 있다. 하지만 유압 댐퍼의 경우 설치 비용이 많이 들게 되고 또한 온도에 따른 점성 변화로 우리나라와 같이 사계절 온도가 분명한 곳에서는 오일 점성을 일정하게 유지시키기 곤란한 문제점이 있다.

즉, 내진 보강 성능 등은 뛰어나지만 환경적 요인을 고려하는 경우 시공비가 과다하게 소요되고 또한 계절마다 오일을 교체해야 함에 따른 유지 비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있다.

또한 유압 댐퍼를 이용한 내진 보강공법을 지하철이 연속 반복적으로 통과하는 터널 등의 상하 구간에 설치하는 경우 유압력이 제대로 작동되지 못하는 문제점이 있어 설치 공법의 한계가 있다.

강재 댐퍼를 이용한 내진 보강공법은,

도 2에 도시된 바와같이 강재 등의 하중 이력에 동반하여 비선형 거동에 의해 에너지를 흡수하는 것으로 지진 발생 시 지진 에너지를 안정적으로 흡수하여 감쇠하게 되는 것이며 유압 댐퍼를 이용한 내진 보강공법에 비해 설치 비용이 비교적 저렴하고 더불어 사계절 온도변화에 의한 에너지 흡수 능력의 저하가 없어 안정된 내구설을 가질 수 있으며, 강재 댐퍼(20) 자체가 외부에 노출됨에 따라 확인 및 유지 보수 작업이 용이한 장점이 있다.

하지만, 지진 에너지에 의해 강재가 항복하였을 경우 강재 댐퍼를 교체하여야 하는 문제점이 있고, 강재 댐퍼의 설계 시 적용된 지진 에너지 강도에 도달하기 전까지는 강재 댐퍼는 항복되지 않고 거의 탄성 영역에 머무르게 되는데, 이때 강진에 맞추어 설계된 경우, 약진 지진이 연속적으로 발생하게 되면 지진 에너지의 흡수력이 저하되어 건축 구조물의 부분적 파괴가 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 지진력이 연속 반복적으로 작용하는 구간에 공지의 유압 댐퍼 또는 강재 댐퍼를 적용하기에는 문제점이 있고 이를 보강하기 위한 새로운 내진 보강 장치 및 공법이 요구되고 있는 실정이다.

이를 해결하고자 본원 출원인에 의해 특허 제10-1193849호 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 탄소성 강재 댐퍼가 제시된 바 있다.

이는, 건축/토목 구조물의 상하부 구조물 사이에서 서로 상대운동 가능하도록 설치되어 지진력을 흡수하는 강재 댐퍼에 있어서, 판형으로 이루어지며 일측에 가이드홈이 형성되는 제1고정판; 판형으로 이루어지며 일측에 상기 가이드홈에 삽입되어 위치되도록 가이더가 돌출 형성되는 제1가동판; 상기 제1고정판과 제1가동판이 연결되도록 각각 일단이 상기 가이더의 상하 양쪽에 일체형으로 결합되고 타단이 각각 상기 가이드홈의 내벽에 일체로 연결되어지되, 그 두께가 상기 제1고정판 및 제1가동판의 두께보다 작은 두께를 갖는 적어도 하나 이상의 댐퍼를 포함하며; 상기 가이드홈의 안쪽 내벽에 서로 대응되게 삽입홈이 형성되도록 하고, 상기 삽입홈에 상기 가이더의 단부에 일체형으로 결합된 스토퍼의 양단이 삽입되어 걸림된 것이다.

이에따라 상기한 강재 댐퍼가 예를들어 지하철 시설물의 상하부 구조물에 설치된 상태에서 지진력이 발생되면 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물의 상대적 전단 변형에 의해 제1고정판과 제1가동판이 거동하게 되고 이때 거동은 댐퍼가 흡수하게 된다. 이 상태에서 비교적 큰 강진이 발생하게 되면 스토퍼가 제1고정판의 삽입홈에 걸림되면서 지진력을 추가로 흡수하게 된다.

하지만, 상기한 구조의 경우 지진력 발생시 탄성 및 소성이 순차적으로 진행되면서 지진력을 흡수하는 장점이 있으나 상대적으로 변위가 큰 지진력 발생시 변위력을 충분히 수용하기 힘든 문제점이 있어왔다.

따라서, 일반 건축 구조물 뿐만 아니라 지하철 구간의 시설물 등에 설치시 설치가 용이하고 변위력이 크게 작용하는 경우에도 변위력을 충분히 수용할 수 있는 댐퍼가 요구되고 있다.

[문헌 1] 대한민국 특허등록 제10-1142802호 공고일 2012년 05월 08일 [문헌 2] 대한민국 특허등록 제10-1028239호 공고일 2011년 04월 11일 [문헌 3] 대한민국 특허등록 제10-1017730호 공고일 2011년 02월 28일 [문헌 4] 대한민국 특허공개 제10-2011-0028478호 공개일 2011년 03월 18일 [문헌 5] 대한민국 특허등록 제10-1193849호 공고일 2012년 10월 23일

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로,

본 발명의 목적은,

첫째, 강재 댐퍼의 탄성을 통한 지진력 흡수로 강진 및 약진 그리고 반복적인 약진시에도 지진 에너지를 효율적으로 흡수하여 구조물을 내구성을 유지시킬 수 있도록 하는데 있다.

둘째, 일반 건축 구조물 뿐만 아니라 지하철 구간의 시설물에 간편하게 설치될 수 있도록 하고 더불어 지진 변위력이 크게 작용하여도 변위력에 충분히 저항할 수 있도록 하는데 있다.

셋째, 구조물에 결합되는 댐퍼가 일체형으로 이루어지도록 하여 용접 또는 이음없이 설치될 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

구조물에 설치되어 지진 변위력을 제어하는 강재 댐퍼에 있어서, 구조물에 각기 연결 설치되는 양쪽 가동판 사이에 직사각 형태의 평판으로 이루어진 다중 휨변형 강재 댐퍼가 구비되며, 상기 다중 휨변형 강재 댐퍼가, 몸체를 이루는 양쪽 단부의 중간에 상기 가동판과 가동판의 대응단 중심 위치에 일체형으로 결합되도록 구비되는 연결부, 상기 몸체의 중심에 천공되어 양쪽 연결부 중 양쪽 또는 어느 한 곳에 외력 발생시 내외측 방향으로 탄성력을 갖도록 하게 되는 중심 탄성홀, 상기 중심 탄성홀을 기준으로 상기 몸체의 양쪽에 각각 상하 위치로 복수개를 가지며 배열되는 보조 탄성홀을 포함하여 구현될 수 있다.

여기서, 상기 보조 탄성홀은, 다이아몬드 형상을 취하도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 중심 탄성홀의 상하 양쪽에 상기 보조 탄성홀의 일측 형상과 동일 형상의 탄성유도홈이 형성되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 중심 탄성홀 및 상기 보조 탄성홀을 포함하는 몸체의 표면, 그리고 상기 연결부에 의해 형성된 상기 몸체와 상기 양쪽 가동판 사이의 공간에 채워짐과 동시에 도포되는 탄성 코팅층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 몸체의 상하부에 가로방향의 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈에 직사각 형태의 가이드돌기가 슬라이드 삽입되며, 중간 표면에 상기 가이드돌기가 일체로 결합되고 양단이 상기 가동판에 각각 고정되는 휨제어판이 더 구비되도록 할 수 있다.

본 발명은,

첫째, 오일 등의 점성 약액을 사용하지 않고 기계적으로 구성함에 따라 온도 변화에 따른 영향이 없고 반영구적인 사용이 가능한 효과가 있다.

둘째, 지진 에너지 발생시 탄성력을 통해 점차적으로 지진 에너지를 소산시킴에 따라 구조물을 안전하게 보호하는 효과가 있다.

셋째, 약 지진의 경우 탄성력을 통해 복원될 수 있음에 따라 강재 댐퍼의 교체가 필요 없는 효과가 있다.

넷째, 일체형으로 이루어져 설치의 간편화는 물론 제조 및 설치 비용이 적은 효과가 있다.

다섯째, 건축 구조물에 적용되는 기존 강재 댐퍼와는 달리 변위가 큰 지진력에도 충분히 저항성을 확보하는 효과가 있다.

도 1은 종래 댐퍼의 설치 상태도,
도 2는 도 1의 다른 예에 대한 설치 상태도,
도 3은 본 발명에 따른 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼의 사시도,
도 4는 도 1의 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼의 설치 상태 정면도,
도 6은 도 5에서 댐퍼의 설치 상태를 보인 요부 사시도,
도 7은 도 6의 측면도,
도 8은 본 발명에 따른 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼의 작동시 변형되는 상태를 도시한 작동 상태도,
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예의 사시도,
도 10은 도 9의 "A-A"선 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 분해 사시도,
도 12는 도 11의 "B-B"선 결합상태 단면도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하며 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등은 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은, 구조물에 설치되어 지진 변위력을 제어하는 강재 댐퍼에 있어 구조물에 각기 연결 설치되는 양쪽 가동판 사이에 직사각 형태의 평판으로 이루어진 다중 휨변형 강재 댐퍼를 제공하여 지진력에 의해 발생되는 상대 변위를 안정적으로 수용 하고자 한 것이다.

본 발명에 따른 다중 휨변형 강재 댐퍼는, 도 3 내지 도 7의 도시에 의하여 직사각 형태의 판상으로 이루어진 몸체(100)와, 구조물과 구조물에 연결되는 한 쌍의 가동판(200)(300)과, 일단이 상기 몸체(100)의 양쪽에 연결되고 타단이 상기 가동판(200)과 가동판(300) 사이의 대응단에 연결되는 연결부(400)(500)로 구성된다.

상기 몸체(100)는, 두께를 갖는 직사각 형상의 판상으로 이루어지며, 평면에서 볼 때 표면 중심 위치에 중심 탄성홀(120)이 상하로 연장 형성되어 천공되며, 상기 중심 탄성홀(120)을 중심으로 한 좌우 양쪽에 보조 탄성홀(140)(160)이 형성된다.

상기 중심 탄성홀(120)은, 상기 몸체(100)를 평면에서 볼 때, 세로 방향인 상하로 장홀 형태로 이루어지며, 상기 중심 탄성홀(120)의 상측과 하측에는 각각 대칭되며 외측으로 경사진 형태의 탄성유도홈(124)(126)이 형성된다.

이에따라 상기 몸체(100)의 양쪽에 벌어짐 현상이 발생되는 경우 상기 중심 탄성홀(120)을 통해 탄성력을 발생하며 제어하게 된다.

상기 가동판(200)(300)은 상기 몸체(100)를 중심으로 좌우 양쪽에 위치되며 각각 상대적 변위가 작용하는 구조물에 각기 연결된다.

상기 보조 탄성홀(140)(160)은, 상기 중심 탄성홀(120)을 기준으로 상기 몸체(100)의 양쪽에 각각 상하로 복수개를 가지며 배열되며, 그 형태가 세로 방향의 다이아몬드 형상을 취한다.

상기 연결부(400)(500)는, 상기 몸체(100)의 양쪽 단부에서 한 쌍의 가동판(200)(300)을 각각 연결하게 된다.

상기 몸체(100), 상기 가동판(200)(300), 상기 연결부(400)(500)는 동일한 소재로 일체형을 이루며 형성된다.

이에따라, 도 8에 도시된 바와같이 구조물(H)에 연결된 상기 가동판(200)과 가동판(300)이 구조물의 변위력에 의해 상대적 운동 즉, 상기 가동판(200)과 가동판(300)을 외측 방향으로 당기는 형태가 되면 상기 연결부(400)(500)를 중심으로 한 상하측 틈새 그리고 중심 탄성홀(120) 및 보조 탄성홀(140)(160)이 탄성력을 발생하며 제어하게 된다.

다른 예로서, 도 9 및 도 10에 도시된 바와같이 상기 댐퍼를 이루는 몸체(100)가 휨 변형시 탄성력을 가지며 제어할 수 있도록 탄성 코팅층(700)으로 코팅 형성될 수 있다.

상기 탄성 코팅층(700)은, 상기 중심 탄성홀(120) 및 상기 보조 탄성홀(140)(160)을 포함하는 몸체(100)의 표면, 그리고 상기 연결부(400)(500)에 의해 형성된 상기 몸체(100)와 상기 양쪽 가동판(200)(300) 사이의 공간에 채워짐과 동시에 도포된다.

이에따라 구조물(H)에 지진 에너지가 발생되면 구조물에 의해 강재 댐퍼를 이루는 가동판(300)과 가동판(400)에 상대적 변위력이 발생되고 이에 중심 탄성홀(120)과 보조 탄성홀(140)(160)이 탄성력을 통해 변위 에너지를 흡수하게 되며 동시에 탄성 코팅층(700)이 지진력을 흡수하게 된다. 이후 지진력이 없어지면 중심 탄성홀(120)과 상기 보조 탄성홀(140)(160)에 의해 1차적으로 그리고 탄성 코팅층(700)에 의해 순차적으로 탄성력을 가지며 초기상태로 복귀되게 된다.

도 11 및 도 12는 다른 예로서, 상기 댐퍼를 이루는 몸체(100)의 상하 양쪽에 가로방향의 가이드홈(820)(840)이 형성되며, 상기 가이드홈(820)(840)에 상기 댐퍼의 휨 변형을 제어하도록 휨제어판(800)이 더 구비될 수 있음을 보인 것이다.

상기 휨 제어판(800)은, 양단이 각각 상기 가동판(200)과 가동판(300)의 대응단에 연결되고, 표면에 상기 가이드홈(820)(840)에 각각 삽입되도록 직사각 형태의 가이드돌기(860)(880)가 돌출 구비되어 상기 가이드홈(820)(840)을 따라 슬라이드 되도록 삽입된다.

이에따라 상기 가동판(200)(300)의 전단 변형력 발생시 가이드돌기(860)(880)가 가이드홈(820)(840)에 각각 접하면서 휨변형을 제어하게 된다.

이상은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고 도시하였지만 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 몸체
120: 중심 탄성홀 140,160: 보조 탄성홀
200,300: 가동판
400,500: 연결부
700: 탄성 코팅층
800: 휨제어판
820,840: 가이드홈 860,880: 가이드돌기

Claims (5)

1. 구조물에 설치되어 지진 변위력을 제어하는 강재 댐퍼에 있어서,
   구조물에 각기 연결 설치되는 양쪽 가동판(200)(300) 사이에 직사각 형태의 평판으로 이루어진 다중 휨변형 강재 댐퍼가 구비되며,
   상기 다중 휨변형 강재 댐퍼가,
   몸체(100)를 이루는 양쪽 단부의 중간에 상기 가동판(200)과 가동판(300)의 대응단 중심 위치에 일체형으로 결합되도록 구비되는 연결부(400)(500), 상기 몸체(100)의 중심에 천공되어 양쪽 연결부(400)(500) 중 양쪽 또는 어느 한 곳에 외력 발생시 내외측 방향으로 탄성력을 갖도록 하게 되는 중심 탄성홀(120), 상기 중심 탄성홀(120)을 기준으로 상기 몸체(100)의 양쪽에 각각 상하 위치로 복수개를 가지며 배열되는 보조 탄성홀(140)(160), 상기 중심 탄성홀(120) 및 상기 보조 탄성홀(140)(160)을 포함하는 몸체(100)의 표면, 그리고 상기 연결부(400)(500)에 의해 형성된 상기 몸체(100)와 상기 양쪽 가동판(200)(300) 사이의 공간에 채워짐과 동시에 도포되는 탄성 코팅층(700)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 보조 탄성홀(140)(160)이,
   다이아몬드 형상을 취하며 관통 형성된 것임을 특징으로 하는 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 중심 탄성홀(120)의 상하 양쪽에 상기 보조 탄성홀(140)(160)의 일측 형상과 동일 형상의 탄성유도홈(124)(126)이 형성됨을 특징으로 하는 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 몸체(100)의 상하부에 가로방향의 가이드홈(820)(840)이 형성되고,
   상기 가이드홈(820)(840)에 직사각 형태의 가이드돌기(860)(880)가 슬라이드 삽입되며,
   중간 표면에 상기 가이드돌기(860)(880)가 일체로 결합되고 양단이 상기 가동판(200)(300)에 각각 고정되는 휨제어판(800)이 더 구비됨을 특징으로 하는 건축/토목 구조물의 내진 성능 향상을 위한 다중 휨 변형 강재 댐퍼.
   

Images