KR101631052B1 - 변위 증폭형 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변위증폭기를 적용하여 적은 변위에도 지진에너지의 소산이 가능하고, 간단하게 구성할 수 있어 제작 비용이 저렴한 변위 증폭형 댐퍼를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 판상형의 하부플레이트와; 상기 하부플레이트의 적어도 일 개소에 구비되어 있는 댐퍼와; 상기 하부플레이트의 상방에 일정 간격을 두고 동일 평면상에 배치되어 있는 판상형의 상부플레이트와; 회전중심을 상기 하부플레이트의 상단부에 갖고 일단이 상부플레이트에 단반경을 가지고 상부 힌지로 연결되고 타단이 하부플레이트에 장반경을 가지고 하부 힌지로 연결되어, 상부플레이트의 변위를 증폭시켜 상기 댐퍼에 전달하는 한 쌍의 변위증폭기를 포함하며, 상기 댐퍼는 상기 하부 힌지가 위치되는 상기 하부플레이트의 일개소에 두께 방향으로 개구되어 있는 댐퍼 개구부와; 상기 변위증폭기의 하부 힌지에 연결되어 상기 댐퍼 개구부에 위치되어 있는 힌지 가동판과; 상기 힌지 가동판에 대향되어 상기 댐퍼 개구부측에 고정되어 있는 한 쌍의 가압판과; 상기 한 쌍의 가압판과 상기 힌지 가동판의 사이에 위치되어 있는 마찰패드와; 상기 한 쌍의 가압판을 체결하여 마찰패드를 상기 한 쌍의 가압판과 상기 힌지 가동판의 사이에 밀착시키는 마찰패드 조임볼트;를 포함하되; 상기 마찰패드 조임볼트는 상기 힌지 가동판에 형성된 장공을 삽통하여 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

변위 증폭형 댐퍼{Displacement amplification damper}

본 발명은 횡하중 에너지를 소산시키는데 적용되는 댐퍼에 관한 것으로, 특히 변위증폭기를 적용하여 적은 변위에도 지진에너지의 소산이 가능하고, 간단하게 구성할 수 있어 제작 비용이 저렴한 변위 증폭형 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 제진(Vibration Control)이란, 건축물에 작용하는 진동에너지를 인공적 장치를 이용하여 흡수하는 것을 의미하며, 이러한 제진을 위한 장치나 구조물을 제진 구조체라고 지칭한다. 이때, 상기한 제진 구조체가 제어하게 되는 지진에 대한 설계에 있어서 진동에너지는 주로 지진이나 고층 건물의 풍하중에 의한 외력이다. 상기 제진과 비교되는 개념의 내진이란, 건축물이 수평력에 저항할 수 있도록 충분한 강도를 지니도록 설계하는 것을 의미한다. 한편, 상기한 제진의 방법은 크게 외부 동력이 요구되지 않는 수동형 제진 구조체와 외부 동력을 이용하는 능동형 제진 구조체로 분류할 수 있으며, 건축물에는 수동형 제진 구조체가 광범위하게 사용된다. 또한, 상기 수동형 제진 구조체는 질량 동조형과 에너지 소산형으로 분류할 수 있으며, 에너지 소산형 제진 구조체는 재료의 마찰력이나 금속의 소성변형에 의한 에너지 소산을 이용한 것으로, 수평력에 의한 진동에너지를 흡수하여 열 또는 소성 에너지로 소산시키게 된다

일반적으로, 댐퍼는 변위를 소성 변형이나 점탄성 변형 또는 마찰변형을 일으켜 에너지를 소산시킴으로써 제진을 수행하게 된다. 이때 변형을 일으키는 댐퍼는 제진시 발생되는 횡 변형의 량을 그대로 수용하여 제진을 하게 되는데 이럴 경우, 제진에는 최소 요구량을 갖게 된다. 최소요구량 이하의 변위에서는 에너지 소산이 불가능하여 댐퍼의 효율이 떨어진다. 강성이 높아 횡변위가 크지 않은 건물(콘크리트 전단벽식 아파트 등)에서는 댐퍼의 효용성이 미미하여 추가적인 내진보강을 필요로 한다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1134911호로서, '지진에너지 저감을 위한 변위 증폭형 왕복운동하는 회전식 댐퍼장치'가 제안되어 있다. 이는 중앙으로 제1중심홈이 형성되며, 상기 제1중심홈의 외측으로 다수개의 제1고정홈이 형성되는 제1고정부와, 상기 제1고정부에 연결되는 연결부와, 상기 연결부의 타측으로 형성되고, 제1고정부와 대향되어 형성되며 제1중심홈과 제1고정홈과 대응되는 제2중심홈과 제2고정홈이 형성되는 제2고정부로 형성된 회전연결판과, 회전형마찰패드와, 왕복판과, 중아강판과, 상기 왕복판의 제1판의 상, 하측으로 위치되며 장공홈에 대응되는 마찰홈이 형성되는 왕복형마찰패드와, 상기 왕복형마찰패드를 왕복판의 제1판에 고정시키며 일측으로 다수개의 볼트홈이 형성된 고정판으로 이루어진 것으로, 지진과 같은 외부진동이 구조물 등으로 전해질 경우 그 진동을 다양한 형태로 형성된 회전연결판으로 나눠지면서 분산되도록 하면서, 구조물로 전해지는 진동을 최소화하여 구조물의 파손을 예방할 수 있는 장점을 갖는다.

그러나 상기 배경기술은 구조가 복잡하여 구성 부품이 많이 들어가 제작 비용이 상승하고, 댐퍼의 용량이 커져 설치 면적이 커지는 단점을 가진다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1134911호

본 발명은 변위증폭기를 적용하여 적은 변위에도 지진에너지의 소산이 가능하고, 간단하게 구성할 수 있어 제작 비용이 저렴한 변위 증폭형 댐퍼를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 판상형의 하부플레이트와; 상기 하부플레이트의 적어도 일 개소에 구비되어 있는 댐퍼와; 상기 하부플레이트의 상방에 일정 간격을 두고 동일 평면상에 배치되어 있는 판상형의 상부플레이트와; 회전중심을 상기 하부플레이트의 상단부에 갖고 일단이 상부플레이트에 단반경을 가지고 상부 힌지로 연결되고 타단이 하부플레이트에 장반경을 가지고 하부 힌지로 연결되어, 상부플레이트의 변위를 증폭시켜 상기 댐퍼에 전달하는 한 쌍의 변위증폭기를 포함하며, 상기 댐퍼는 상기 하부 힌지가 위치되는 상기 하부플레이트의 일개소에 두께 방향으로 개구되어 있는 댐퍼 개구부와; 상기 변위증폭기의 하부 힌지에 연결되어 상기 댐퍼 개구부에 위치되어 있는 힌지 가동판과; 상기 힌지 가동판에 대향되어 상기 댐퍼 개구부측에 고정되어 있는 한 쌍의 가압판과; 상기 한 쌍의 가압판과 상기 힌지 가동판의 사이에 위치되어 있는 마찰패드와; 상기 한 쌍의 가압판을 체결하여 마찰패드를 상기 한 쌍의 가압판과 상기 힌지 가동판의 사이에 밀착시키는 마찰패드 조임볼트;를 포함하되; 상기 마찰패드 조임볼트는 상기 힌지 가동판에 형성된 장공을 삽통하여 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변위증폭기는, 회전중심 부분은 넓은 폭을 가지고 단반경과 장반경으로 갈수록 상대적으로 폭이 좁아지는 판상형으로 하부플레이트와 상부플레이트를 중앙에 두고 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 변위증폭기는 둘레를 따라 일정 높이로 돌출되어 있는 보강리브가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 변위증폭기는 일정한 폭과 길이를 갖는 직사각 판상형으로 둘레를 따라 일정 높이로 돌출되어 있는 보강리브가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변위 증폭형 댐퍼에 따르면, 지렛대의 원리를 적용한 변위증폭기를 적용하여 적은 변위에도 증폭된 비율로 댐퍼가 작동하게 되어 지진에너지의 소산이 가능하다. 또한, 간단하게 구성할 수 있어 제작 비용이 저렴하고, 슬림형으로 구성할 수 있어 설치 공간을 작게 차지하는 이점을 갖는다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 변위 증폭형 댐퍼의 일 형태의 사시도.
도 2는 도 1의 분해사시도.
도 3은 도 1의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 변위 증폭형 댐퍼의 다른 형태의 사시도.
도 5는 도 4의 정면도.
도 6은 도 5의 A-A선 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 변위 증폭형 댐퍼의 또 다른 형태의 사시도.
도 8은 도 7의 정면도.
도 9는 도 7의 분해사시도.
도 10은 본 발명에 따른 예로 2배의 증폭비율을 갖는 댐퍼와 기존 댐퍼의 이력곡선을 함께 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명에 적용되는 변위증폭기를 변형시켜 나타낸 변위 증폭형 댐퍼의 사시도.
도 12는 본 발명에 적용되는 변위증폭기를 다른 형태로 변형시켜 나타낸 변위 증폭형 댐퍼의 사시도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1 내지 도 3에서와 같이 변위 증폭형 댐퍼(10)는 양측단에 보강리브(121)를 갖는 판상형의 하부플레이트(12)와, 하부플레이트(12)의 적어도 일 개소에 구비되어 있는 댐퍼(14)와, 하부플레이트(12)의 상방에 일정 간격(G)을 두고 동일 평면상에 배치되어 있고 양측단에 보강리브(161)를 갖는 판상형의 상부플레이트(16)와, 상부플레이트(16)의 변위를 증폭시켜 댐퍼(14)에 전달하는 한 쌍의 변위증폭기(18,18)를 포함하여 구성된다.

하부플레이트(12)와 상부플레이트(16)는 동일한 단면을 가지고 있으나 이러한 단면 형태에 한정되는 것은 아니다. 댐퍼(14)는 소성 변형, 점탄성 변형, 마찰 변형 형태로 적용될 수 있다.

변위증폭기(18)는 하부플레이트(12)의 상단측 피봇홀(122)의 회전중심(O)을 하부플레이트(12)의 상단부에 갖고 일단이 상부플레이트(16)에 단반경(R1)을 가지고 상부 힌지(h1)로 연결되고 타단이 하부플레이트(12)에 장반경(R2)을 가지고 하부 힌지(h2)로 연결되어 있다. 바람직하게 변위증폭기(18,18)는 회전중심(O) 부분은 넓은 폭을 가지고 단반경(R1)과 장반경(R2)으로 갈수록 상대적으로 폭이 좁아지는 판상형으로 하부플레이트(12)와 상부플레이트(16)를 중앙에 두고 대칭적으로 배치된다. 여기서 상부 힌지(h1)와 하부 힌지(h2)는 볼트로 구성하였으나 힌지 핀 형태로 구성할 수도 있다.

일 형태의 댐퍼(14)는 소성 변형으로 지진에너지를 소산시키는 구조로서, 도 2와 같이 하부플레이트(12)의 하부 힌지(h2)측 일정 영역에 일정 폭을 가지고 두께 방향으로 개구되어 상호 일정 간격을 가지고 배열되어 있는 다수의 슬릿(15)을 구성하여 이루어진 것이다.

이와 같이 구성된 변위 증폭형 댐퍼(10)는 도 3과 같이 풍하중 또는 지진 발생으로 횡하중(P)이 작용하는 경우, 상부플레이트(16)의 변위가 변위증폭기(18)에 의해 수배로 증폭되어 하부플레이트(12)의 소성 변형 형태를 갖는 댐퍼(14)에 작용하게 된다.

이로 인해 댐퍼(14)에 형성된 슬릿(15) 영역은 소성 변형하여 지진 에너지를 소산시키면서 제진을 수행하게 된다. 이같이 본 발명은 지렛대의 원리를 적용한 변위증폭기(18)를 적용함으로서 미소한 변위도 증폭하여 제진을 효과적으로 수행하게 된다. 또한 댐퍼(14)는 변위증폭기(18)에 의해 증폭된 변위량으로 댐핑이 이루어져 횡하중 에너지의 소산을 크게 한다.

또한, 댐퍼(14)는 하부플레이트(12)의 두께를 변화시키지 않고 슬림 형태로 구성되어 제작 비용을 줄일 수 있다.

한편, 본 발명은 댐퍼(14)를 다른 형태로 변형시켜, 도 4 내지 도 6과 같이 고감쇠 제진 형태로 구성할 수 있다. 도 4 내지 도 6에서와 같이 고감쇠 제진 형태는 하부 힌지(h2)가 위치되는 상기 하부플레이트(12)의 일개소에 두께 방향으로 개구되어 있는 댐퍼 개구부(14a)와, 상기 변위증폭기(18)의 하부 힌지(h2)에 연결되어 상기 댐퍼 개구부(14a)에 위치되어 있는 힌지 가동판(141)과, 상기 힌지 가동판(141)에 대향되어 상기 댐퍼 개구부(14a)측에 고정되어 있는 한 쌍의 가압판(142,142)과, 상기 한 쌍의 가압판(142)과 상기 힌지 가동판(141)의 사이에 위치되어 있는 고감쇠 고무(143,143)와, 상기 한 쌍의 가압판(142,142)을 체결하여 고감쇠 고무(143)를 상기 한 쌍의 가압판(142)과 상기 힌지 가동판(141)의 사이에 밀착시키는 가압판 조임볼트(144)를 포함하여 구성될 수 있다.

이같이 고감쇠 제진형 댐퍼(14)를 적용하는 경우 변위증폭기(18)는 상부플레이트(16)의 변위를 고감쇠 제진형 댐퍼(14)측 고감쇠 고무(143)에 작용시키게 된다. 이로 인해 고감쇠 고무(143)는 점탄성변형으로 지진 에너지를 흡수하여 제진을 수행하게 된다.

또한 본 발명은 댐퍼(14)를 또 다른 형태로 변형시켜, 도 7 내지 도 9와 같이 마찰형 제진 형태로 구성할 수 있다. 도 7 내지 9에서와 같이 마찰형 댐퍼(14)는 상기 하부 힌지(h2)가 위치되는 상기 하부플레이트(12)의 일개소에 두께 방향으로 개구되어 있는 댐퍼 개구부(14a)와, 상기 변위증폭기(18)의 하부 힌지(h2)에 연결되어 상기 댐퍼 개구부(14a)에 위치되어 있는 힌지 가동판(141)과, 상기 힌지 가동판(141)에 대향되어 상기 댐퍼 개구부(14a)측에 고정되어 있는 한 쌍의 가압판(142,142)과, 상기 한 쌍의 가압판(142)과 상기 힌지 가동판(141)의 사이에 위치되어 있는 마찰패드(145,145)와, 상기 한 쌍의 가압판(142,142)을 체결하여 마찰패드(145,145)를 상기 한 쌍의 가압판(142)과 상기 힌지 가동판(141)의 사이에 밀착시키는 마찰패드 조임볼트(144)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때 마찰패드 조임볼트(144)는 힌지 가동판(141)의 장공(141a)을 삽통하여 설치된다.

이같이 마찰형 댐퍼(14)를 적용하는 경우 변위증폭기(18)는 상부플레이트(16)의 변위를 마찰형 댐퍼(14)측 마찰패드(145)에 작용시키게 된다. 이로 인해 마찰형 댐퍼(14)는 마찰운동을 일으켜 지진 에너지를 흡수하여 제진을 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명의 변위 증폭형 댐퍼(10)는 변위증폭기(18)를 적용하여 도 10과 같이 적은 변위에도 증폭된 비율로 댐퍼가 작동하게 되어 지진에너지의 소산이 가능하다. 또한, 간단하게 구성할 수 있어 제작 비용이 저렴하고, 슬림형으로 구성할 수 있어 설치 공간을 작게 차지하는 이점을 갖는다.

한편, 변위증폭기(18,18)는 도 11과 같이 회전중심(O) 부분은 넓은 폭을 가지고 단반경(R1)과 장반경(R2)으로 갈수록 상대적으로 폭이 좁아지는 판상형으로 구성하는 경우 그 둘레를 따라 일정 높이로 돌출되어 있는 보강리브(181)가 더 구비될 수 있다.

또한, 도 12와 변위증폭기(18,18)를 일정한 폭과 길이를 갖는 직사각 판상형으로 구성하는 경우 그 둘레를 따라 일정 높이로 돌출되어 있는 보강리브(181)가 더 구비되어 구성될 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

12: 하부플레이트
14: 댐퍼
141: 힌지 가동판
141a: 장공
142: 가압판
143: 고감쇠 고무
144: 가압판 조임볼트
145: 마찰패드
16: 상부플레이트
18: 변위증폭기
181: 보강리브

Claims (4)

1. 판상형의 하부플레이트(12)와;
   상기 하부플레이트(12)의 적어도 일 개소에 구비되어 있는 댐퍼(14)와;
   상기 하부플레이트(12)의 상방에 일정 간격을 두고 동일 평면상에 배치되어 있는 판상형의 상부플레이트(16)와;
   회전중심(O)을 상기 하부플레이트(12)의 상단부에 갖고 일단이 상부플레이트(16)에 단반경(R1)을 가지고 상부 힌지(h1)로 연결되고 타단이 하부플레이트에 장반경(R2)을 가지고 하부 힌지(h2)로 연결되어, 상부플레이트의 변위를 증폭시켜 상기 댐퍼(14)에 전달하는 한 쌍의 변위증폭기(18,18);를 포함하며,
   상기 댐퍼(14)는, 상기 하부 힌지(h2)가 위치되는 상기 하부플레이트(12)의 일개소에 두께 방향으로 개구되어 있는 댐퍼 개구부(14a)와;
   상기 변위증폭기(18)의 하부 힌지(h2)에 연결되어 상기 댐퍼 개구부(14a)에 위치되어 있는 힌지 가동판(141)과;
   상기 힌지 가동판(141)에 대향되어 상기 댐퍼 개구부(14a)측에 고정되어 있는 한 쌍의 가압판(142,142)과;
   상기 한 쌍의 가압판(142)과 상기 힌지 가동판(141)의 사이에 위치되어 있는 마찰패드(145,145)와;
   상기 한 쌍의 가압판(142,142)을 체결하여 마찰패드(145)를 상기 한 쌍의 가압판(142)과 상기 힌지 가동판(141)의 사이에 밀착시키는 마찰패드 조임볼트(144);를 포함하되;
   상기 마찰패드 조임볼트(144)는 상기 힌지 가동판(141)에 형성된 장공(141a)을 삽통하여 설치된 것을 특징으로 하는 변위 증폭형 댐퍼.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 변위증폭기(18,18)는,
   회전중심(O) 부분은 넓은 폭을 가지고 단반경(R1)과 장반경(R2)으로 갈수록 상대적으로 폭이 좁아지는 판상형으로 하부플레이트(12)와 상부플레이트(16)를 중앙에 두고 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 변위 증폭형 댐퍼.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 변위증폭기(18,18)는 그 둘레를 따라 일정 높이로 돌출되어 있는 보강리브(181)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 변위 증폭형 댐퍼.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 변위증폭기(18,18)는 일정한 폭과 길이를 갖는 직사각 판상형으로 그 둘레를 따라 일정 높이로 돌출되어 있는 보강리브(181)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 변위 증폭형 댐퍼.

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