KR101665073B1 - 다중 거동 복합감쇠장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 감쇠장치의 초기강성과 항복강도를 분리하여 조절함으로써 다양한 크기의 횡하중에 대하여 단계적으로 작동하여 풍하중 또는 지진하중 등에 의한 에너지를 흡수 및 감쇠할 수 있는 다중 거동 복합감쇠장치에 대한 것이다.
본 발명의 다중 거동 복합감쇠장치는 내진 보강을 위해 일측 부재와 타측 부재 사이에 구비되는 것으로, 플랜지와 플랜지 중앙에 결합된 웨브로 구성되어 상기 플랜지 외측면 양측이 각각 일측 부재에 볼트로 결합되고 상기 볼트에는 일측 부재와의 사이에 와셔가 구비되어 플랜지가 일측 부재와 일정 간격 이격되도록 구성됨으로써 플랜지의 휨 변형시 플랜지 양측 팔길이의 강성에 의해 웨브 방향으로 초기 탄성변위가 발생하여 1차로 초기 에너지를 소산하는 T형강; 한 쌍으로 상기 T형강의 웨브 양측에 구비되되, 일측 레그는 상기 T형강의 웨브 일측면에 결합되고, 타측 레그는 타측 부재에 결합되는 L형강; 상기 T형강의 웨브와 L형강의 일측 레그 사이에 구비되어 T형강의 웨브 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 것으로 하중이 항복마찰력을 초과하면 T형강의 웨브와 슬라이딩이 발생하여 2차로 에너지를 소산하는 마찰패드; 및 상기 한 쌍의 L형강을 T형강의 웨브 외측에서 상호 연결하는 마찰볼트 및 너트; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 거동 복합감쇠장치{Multi-action Hybrid Damping Device for Mitigation of Building Vibration}
본 발명은 감쇠장치의 초기강성과 항복강도를 분리하여 조절함으로써 다양한 크기의 횡하중에 대하여 단계적으로 작동하여 풍하중 또는 지진하중 등에 의한 에너지를 흡수 및 감쇠할 수 있는 다중 거동 복합감쇠장치에 대한 것이다.
최근 고층건물이나 장스팬 교량, 각종 발전소 등 각종 대형구조물의 시공이 증가하는 한편 태풍이나 지진의 발생 빈도수가 증가하고 있어, 구조물의 안전성 및 사용성 확보에 대한 관심이 증가하고 있다.
특히, 지진은 여러 가지 자연재해 중 피해 규모가 가장 큰 것 중 하나로, 발생 빈도가 증가하고 발생 지역이 확산됨에 따라 지진재해에 대한 우려가 고조되고 있다. 또한, 태풍 등으로 인한 피해 사례가 급증하고 있는바, 풍하중에 의해 발생하는 과다한 수평변위로 인한 각종 구조적·비구조적 요소의 사용성 저하를 예방할 수 있어야 한다.
한편, 종래 국내외에서는 내진보강기술로 금속항복형 감쇠장치, 마찰감쇠장치, 납삽입고무 감쇠장치 등이 이용되고 있다.
이중 금속항복형 감쇠장치는 구조물의 변형시 강재에 발생하는 탄성 및 항복 후 소성거동을 이용하여 구조물에 가해진 에너지를 소산시킨다. 그러나 지진 등과 같은 외력에 의해 항복 후에는 감쇠장치가 영구변형을 일으키게 되고, 이에 따른 추가적인 유지 보수가 필요하다는 단점이 있다. 또한, 소정의 지진에너지 강도에 도달하기 전까지는 감쇠장치가 탄성 영역에 머무르게 되는데, 강진에 맞춰 설계되는 경우, 풍하중 또는 약진 발생시 에너지 흡수력이 미미하여 해당 구조물의 부분적 파괴 현상으로 이어질 수 있다.
그리고 마찰감쇠장치는 구조물의 변형시 마찰면에 발생하는 마찰을 이용하여 구조물에 가해진 에너지를 소산시킨다. 이는 항복 이후 항복하중의 변화가 없어 동일 항복강도일 때 다른 감쇠장치에 비하여 많은 에너지 소산을 할 수 있다. 그러나 항복 후에는 잔존 변위가 발생하여 추가적인 유지 보수가 필요한 단점이 있다. 그리고 강진에 맞춰 설계된 경우, 약진 발생시 지진에너지 감쇠효과가 없어 구조물의 부분적 파괴 현상을 유발한다.
아울러 납삽입고무 감쇠장치는 적층고무의 중앙에 납심을 삽입한 구조로 납심의 항복 전 탄성거동 및 항복 후 소성거동과 적층고무의 복원력을 조합한 것으로, 면진장치로 많이 사용되고 있으나 다른 감쇠장치에 비하여 선행연구가 미비하다.
상기와 같은 종래의 감쇠장치는 하나의 재료와 형태로 개발되는 것으로, 항복강도와 초기강성이 같이 변화하므로 감쇠장치 설계의 자유도가 많이 떨어진다.
따라서 기존 감쇠장치의 성능을 보완하고 다양한 크기의 지진하중 및 풍하중에 대한 감쇠 능력을 갖도록 항복강도와 초기강성의 조절을 분리하여 필요에 따라 선택적으로 설계할 수 있는 복합형 감쇠장치에 대한 연구가 필요하다.
이에 종래 지진에너지의 강도에 따라 단계별로 작동하여 다양한 강도의 지진에너지를 흡수할 수 있는 다단계 왕복식 마찰댐퍼에 대한 기술(공개특허 제10-2011-0022652호)이 제안된바 있으나, 구조가 복잡하여 경제성 및 시공성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 기존 감쇠장치의 단점을 보완하여 지진하중이나 풍하중의 강도에 따라 단계별로 대응 가능하여 안정적인 에너지 흡수 및 감쇠가 가능한 다중 거동 복합감쇠장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 간단한 구조로 제작 및 설치가 용이하고, 유지 관리 면에서 효율적인 다중 거동 복합감쇠장치를 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 내진 보강을 위해 일측 부재와 타측 부재 사이에 구비되는 다중 거동 복합감쇠장치에 관한 것으로, 플랜지와 플랜지 중앙에 결합된 웨브로 구성되어 상기 플랜지 외측면 양측이 각각 일측 부재에 볼트로 결합되고 상기 볼트에는 일측 부재와의 사이에 와셔가 구비되어 플랜지가 일측 부재와 일정 간격 이격되도록 구성됨으로써 플랜지의 휨 변형시 플랜지 양측 팔길이의 강성에 의해 웨브 방향으로 초기 탄성변위가 발생하여 1차로 초기 에너지를 소산하는 T형강; 한 쌍으로 상기 T형강의 웨브 양측에 구비되되, 일측 레그는 상기 T형강의 웨브 일측면에 결합되고, 타측 레그는 타측 부재에 결합되는 L형강; 상기 T형강의 웨브와 L형강의 일측 레그 사이에 구비되어 T형강의 웨브 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 것으로 하중이 항복마찰력을 초과하면 T형강의 웨브와 슬라이딩이 발생하여 2차로 에너지를 소산하는 마찰패드; 및 상기 한 쌍의 L형강을 T형강의 웨브 외측에서 상호 연결하는 마찰볼트 및 너트; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 플랜지에는 볼트가 결합되는 장공이 형성되어 볼트와 웨브와의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 L형강의 일측 레그와 타측 레그의 사이에는 스티프너가 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치를 제공한다.
아울러 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 내진 보강을 위해 일측 부재와 타측 부재 사이에 구비되는 다중 거동 복합감쇠장치에 관한 것으로, 플랜지와 플랜지 중앙에 결합된 웨브로 구성되어 상기 플랜지 외측면이 일측 부재에 결합되는 T형강; 한 쌍으로 상기 T형강의 웨브 양측에 구비되되, 일측 레그는 상기 T형강의 웨브 일측면에 결합되고, 타측 레그는 T형강의 플랜지 방향으로 배치되는 L형강; 상기 T형강의 웨브와 L형강의 일측 레그 사이에 구비되어 T형강의 웨브 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 제1마찰패드; 상기 한 쌍의 L형강을 T형강의 웨브 외측에서 상호 연결하는 제1마찰볼트 및 너트; 일측플랜지, 일측플랜지와 일정 간격 이격되도록 위치하는 타측플랜지 및 상기 일측플랜지와 타측플랜지의 단부를 연결하는 웨브로 구성되는 것으로, 일측플랜지의 외측면은 상기 L형강의 타측 레그 내측면에 결합되고, 타측플랜지는 타측 부재에 결합되는 한 쌍의 ㄷ형강; 상기 L형강의 일측 레그와 ㄷ형강의 웨브 사이에 구비되어 L형강의 일측 레그 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 제2마찰패드; 및 상기 제2마찰패드의 외측에서 L형강의 일측 레그와 ㄷ형강의 웨브를 상호 연결하는 제2마찰볼트 및 너트; 로 구성되고, 제1마찰볼트의 조임력은 제2마찰볼트의 조임력보다 큰 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치를 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 ㄷ형강은 L형강과 볼트로 결합되되, 상기 ㄷ형강의 일측플랜지와 타측플랜지 및 상기 L형강의 타측 레그에는 볼트가 결합되는 장공이 형성되어, 볼트와 ㄷ형강의 웨브와의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 L형강의 타측 레그와 ㄷ형강의 일측플랜지 사이 및 타측 부재와 ㄷ형강의 타측플랜지 사이의 볼트에는 와셔가 구비되어, L형강의 타측 레그와 ㄷ형강의 일측플랜지 및 타측 부재와 ㄷ형강의 타측플랜지가 서로 일정 간격 이격되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 마찰패드의 상면 또는 하면 중 어느 한 면은 밀착되는 면과 접착제로 접착되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 마찰패드가 접착제로 접착되는 면은 널링 처리되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 기존 감쇠장치의 단점을 보완하여 지진하중이나 풍하중의 강도에 따라 단계별로 대응이 가능하여 안정적인 에너지 흡수 및 감쇠가 가능하다.
둘째, 감쇠장치를 구성하는 T형강, L형강, ㄷ형강 또는 마찰볼트의 결합 여부 내지 결합 위치를 구분하여 상호 결합함으로써 감쇠장치의 초기강성을 조절할 수 있다. 따라서 적은 변형이 발생하였을 때부터 감쇠장치의 이력 거동이 발생하여 더 많은 에너지를 소산시킬 수 있다.
셋째, 마찰볼트의 개수와 조임력을 이용하여 간단한 방법으로 항복강도의 범위를 조절할 수 있다.
넷째, 신축구조물의 내진설계는 물론 기존건축물의 내진보강에 모두 적용할 수 있어 적용범위가 넓다.
도 1은 일실시예에 의한 본 발명 다중 거동 복합감쇠장치의 사시도.
도 2는 일실시예에 의한 본 발명 다중 거동 복합감쇠장치의 분해사시도.
도 3은 일실시예에 의한 본 발명 다중 거동 복합감쇠장치의 단면도.
도 4는 외력에 의한 도 1의 다중 거동 복합감쇠장치의 거동을 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 다중 거동 복합감쇠장치가 적용될 때 외력과 변위와의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 다른 실시예에 의한 본 발명 다중 거동 복합감쇠장치의 사시도.
도 7은 다른 실시예에 의한 본 발명 다중 거동 복합감쇠장치의 분해사시도.
도 8은 다른 실시예에 의한 본 발명 다중 거동 복합감쇠장치의 단면도.
도 9는 외력에 의한 도 6의 다중 거동 복합감쇠장치의 거동을 나타내는 도면.
도 10은 도 6의 다중 거동 복합감쇠장치가 적용될 때 외력과 변위와의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 각각 일실시예에 의한 본 발명 다중 거동 복합감쇠장치의 사시도, 분해사시도 및 단면도이다.
그리고 도 4는 외력에 의한 도 1의 다중 거동 복합감쇠장치의 거동을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 1의 다중 거동 복합감쇠장치가 적용될 때 외력과 변위와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 3에서 볼 수 있는 본 발명의 다중 거동 복합감쇠장치는 내진 보강을 위해 일측 부재(1)와 타측 부재(2) 사이에 구비되는 것으로, 플랜지(311)와 플랜지(311) 중앙에 결합된 웨브(312)로 구성되어 상기 플랜지(311) 외측면 양측이 각각 일측 부재(1)에 볼트로 결합되고 상기 볼트에는 일측 부재(1)와의 사이에 와셔(W)가 구비되어 플랜지(311)가 일측 부재(1)와 일정 간격 이격되도록 구성됨으로써 플랜지(311)의 휨 변형시 플랜지(311) 양측 팔길이의 강성(2k1)에 의해 웨브(312) 방향으로 초기 탄성변위가 발생하여 1차로 초기 에너지를 소산하는 T형강(31); 한 쌍으로 상기 T형강(31)의 웨브(312) 양측에 구비되되, 일측 레그(321)는 상기 T형강(31)의 웨브(312) 일측면에 결합되고, 타측 레그(322)는 타측 부재(2)에 결합되는 L형강(32); 상기 T형강(31)의 웨브(312)와 L형강(32)의 일측 레그(321) 사이에 구비되어 T형강(31)의 웨브(312) 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 것으로 하중이 항복마찰력(2F1)을 초과하면 T형강(31)의 웨브(312)와 슬라이딩이 발생하여 2차로 에너지를 소산하는 마찰패드(33); 및 상기 한 쌍의 L형강(32)을 T형강(31)의 웨브(312) 외측에서 상호 연결하는 마찰볼트(34) 및 너트(N); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 일측 부재(1)와 타측 부재(2)는 각종 구조물을 구성하는 기둥, 보, 브레이스 등의 부재이다.
도 1 내지 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 다중 거동 복합감쇠장치는 일측 부재(1)에 결합되는 T형강(31)과 타측 부재(2)에 결합되는 한 쌍의 L형강(32)으로 구성되는 것으로, 한 쌍의 L형강(32)은 각각 일측 레그(321)가 T형강(31)의 웨브(312) 양측에 마찰볼트(34)로 결합된다.
상기 T형강(31)의 플랜지(311)와 L형강(32)의 타측 레그(322)는 각각 일측 부재(1) 및 타측 부재(2)에 볼트 결합 가능하며, 이들의 볼트 결합을 위하여 결합 위치 부분에는 볼트결합공을 형성할 수 있다.
이에 따라 풍하중 등으로 인한 소변위 발생시에는 1차로 T형강(31)의 거동으로 초기강성을 조절하고, 일정 크기 이상의 지진하중 등으로 인한 대변위 발생시에는 2차로 마찰패드(33) 및 마찰볼트(34)에 의하여 항복강도를 조절할 수 있다. 따라서 풍하중 등으로 인한 소변형부터 지진하중 등으로 인한 대변형까지 다양한 크기의 하중에 대하여 단계적으로 감쇠장치가 거동하도록 함으로써, 효과적으로 에너지를 흡수 및 감쇠시킬 수 있다.
항복강도는 마찰볼트(34)의 조임력과 개수를 이용하여 조절할 수 있다.
이때, 상기 T형강(31)은 일측 부재(1)와 볼트로 결합되되, 상기 플랜지(311)에는 볼트가 결합되는 장공(S)이 형성되어 볼트와 웨브(312)와의 거리를 조절할 수 있다.
도 1 내지 도 2에서와 같이 플랜지(311)에 형성된 장공(S)을 이용하여 T형강(31)의 웨브(312)에서부터 T형강(31)의 플랜지(311)와 일측 부재(1)의 결합 위치, 즉 볼트 체결 위치까지의 거리를 조절할 수 있다.
이로써, 팔길이에 따른 감쇠장치의 강성 조절이 가능하다.
즉, 단부 집중하중을 받는 캔틸레버에서 강성은 팔길이의 세제곱에 반비례하므로 팔길이를 짧게 하면 강성이 증가하고, 반대로 팔길이를 길게 하면 강성이 감소한다.
또한, 상기 볼트에는 T형강(31)의 플랜지(311)와 일측 부재(1) 사이에 와셔(W)가 구비되어 T형강(31)의 플랜지(311)와 일측 부재(1)가 일정 간격 이격되도록 구성할 수 있다.
상기 와셔(W)는 T형강(31)의 플랜지(311)와 일측 부재(1)를 상호 일정 간격 이격시켜, 감쇠장치가 인장력을 받아 플랜지(311)가 내측으로 휘는 경우 뿐 아니라 압축력을 받아 플랜지(311)가 외측으로 휘는 경우에도 감쇠장치의 적용이 가능하도록 한다.
상기 한 쌍의 L형강(32)의 일측 레그(321)에는 마찰볼트(34)를 체결하기 위한 복수의 볼트결합공이 형성된다. 그리고 한 쌍의 L형강(32)은 T형강(31)의 웨브(312) 외측에서 상호 결합되므로 T형강(31)의 웨브(312)에는 별도의 볼트결합공이 형성될 필요가 없다.
아울러 상기 L형강(32)의 일측 레그(321)와 타측 레그(322)의 사이에는 스티프너(ST)가 결합될 수 있다.
스티프너(ST)는 외력에 의한 L형강(32)의 변형을 방지하는 것으로, 스티프너(ST)의 인접하는 측면은 각각 L형강(32)의 일측 레그(321)와 타측 레그(322)에 결합한다.
상기 마찰패드(33)는 T형강(31)의 웨브(312)와 L형강(32)의 일측 레그(321) 사이에 구비되어, 마찰력을 증가시킨다. 따라서 마찰력에 의한 변위 저항을 증가시킬 수 있다.
상기 마찰볼트(34)는 복수 열로 구성 가능하다.
도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 다중 거동 복합감쇠장치의 거동에 대하여 설명하면, 우선 풍하중과 같이 비교적 크기가 작은 초기 하중이 작용하는 경우에는 도 4의 (a)에서와 같이 일측 부재(1)에 결합된 T형강(31)의 플랜지(311) 양측 팔길이의 강성(2k1)에 의해서만 변위가 발생하고 마찰볼트(34)가 결합된 마찰감쇠 부분은 아무런 변위가 일어나지 않는다. 따라서 도 5의 그래프에서 사선으로 표기된 바와 같이 외력의 크기가 증가함에 따라 변위도 비례하여 증가한다.
이후, 하중이 항복마찰력(2F1)을 초과하면, 도 4의 (b)에서와 같이 마찰패드(33)에서 슬라이딩이 발생하면서 감쇠장치에서 항복이 일어난다. 따라서 도 5의 그래프에서 수평선으로 표기된 바와 같이 외력이 증가하지 않더라도 변위는 계속 증가하여 외력에 의한 에너지를 소산하게 된다.
여기에서 k1은 T형강(31)의 플랜지(311) 일측 팔길이에 의한 탄성계수, 즉 강성을 의미하고, F1은 마찰력에 의한 저항, 즉 항복마찰력을 의미한다.
도 6 내지 도 8은 각각 다른 실시예에 의한 본 발명 다중 거동 복합감쇠장치의 사시도, 분해사시도 및 단면도이다.
그리고 도 9는 외력에 의한 도 6의 다중 거동 복합감쇠장치의 거동을 나타내는 도면이고, 도 10은 도 6의 다중 거동 복합감쇠장치가 적용될 때 외력과 변위와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 내지 도 8에서 볼 수 있는 본 발명의 다중 거동 복합감쇠장치는 내진 보강을 위해 일측 부재(1)와 타측 부재(2) 사이에 구비되는 것으로, 플랜지(311)와 플랜지(311) 중앙에 결합된 웨브(312)로 구성되어 상기 플랜지(311) 외측면이 일측 부재(1)에 결합되는 T형강(31); 한 쌍으로 상기 T형강(31)의 웨브(312) 양측에 구비되되, 일측 레그(321)는 상기 T형강(31)의 웨브(312) 일측면에 결합되고, 타측 레그(322)는 T형강(31)의 플랜지(311) 방향으로 배치되는 L형강(32); 상기 T형강(31)의 웨브(312)와 L형강(32)의 일측 레그(321) 사이에 구비되어 T형강(31)의 웨브(312) 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 제1마찰패드(33a); 상기 한 쌍의 L형강(32)을 T형강(31)의 웨브(312) 외측에서 상호 연결하는 제1마찰볼트(34a) 및 너트(N); 일측플랜지(371), 일측플랜지(371)와 일정 간격 이격되도록 위치하는 타측플랜지(371) 및 상기 일측플랜지(371)와 타측플랜지(371)의 단부를 연결하는 웨브(372)로 구성되는 것으로, 일측플랜지(371)의 외측면은 상기 L형강(32)의 타측 레그(322) 내측면에 결합되고, 타측플랜지(371)는 타측 부재(2)에 결합되는 한 쌍의 ㄷ형강(37); 상기 L형강(32)의 일측 레그(321)와 ㄷ형강(37)의 웨브(372) 사이에 구비되어 L형강(32)의 일측 레그(312) 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 제2마찰패드(33b); 및 상기 제2마찰패드(33b)의 외측에서 L형강(32)의 일측 레그(321)와 ㄷ형강(37)의 웨브(372)를 상호 연결하는 제2마찰볼트(34b) 및 너트(N); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 일측 부재(1)와 타측 부재(2)는 각종 구조물을 구성하는 기둥, 보, 브레이스 등의 부재이다.
도 6 내지 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 다중 거동 복합감쇠장치는 일측 부재(1)에 결합되는 T형강(31)과 T형강(31) 웨브(312)의 양측에 차례대로 결합되는 제1마찰패드(33a), L형강(32), 제2마찰패드(33b) 및 ㄷ형강(37)을 포함하여 구성되며, ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371)는 타측 부재(2)에 결합된다.
그리고 상기 한 쌍의 L형강(32)은 제1마찰볼트(34a)에 의하여 상호 결합되며, ㄷ형강(37)은 각각 제2마찰볼트(34b)에 의하여 L형강(32)에 결합된다.
T형강(31)의 플랜지(311)와 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371)는 각각 일측 부재(1) 및 타측 부재(2)에 볼트 결합 가능하며, 이들의 볼트 결합을 위하여 결합 위치 부분에는 볼트결합공을 형성한다.
그리고 제1마찰볼트(34a)가 결합되는 L형강(32)의 일측 레그(321) 부분과 제2마찰볼트(34b)가 결합되는 L형강(32)의 일측 레그(321)와 ㄷ형강(37)의 웨브(372) 부분에는 마찰볼트의 결합을 위한 볼트결합공을 형성한다.
이에 따라 하중 작용시에는 1차로 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371)의 거동으로 초기강성을 조절한다. 그리고 초기 하중보다 큰 하중이 작용하면 2차로 제2마찰패드(33b) 및 제2마찰볼트(34b)의 항복강도에 의하여 감쇠장치가 작동을 한다.
이후 보다 큰 하중이 작용하면 3차로 볼트 결합된 타측 레그(322)와 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371)의 거동으로 강성을 조절하며, 마지막으로 아주 큰 하중이 작용하면 제1마찰패드(33a) 및 제1마찰볼트(34a)의 항복강도에 따라 감쇠장치가 작동한다.
따라서 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예에서는 풍하중 또는 약진이나 강진에 따른 지진하중 등 외력의 크기에 따라 감쇠장치가 4 단계로 거동한다. 이에 따라 보다 효과적인 에너지의 흡수 및 감쇠가 가능하다.
이때, 제2마찰볼트(34b)가 결합된 부분에서 먼저 감쇠장치가 작동할 수 있도록 제1마찰볼트(34a)의 조임력은 제2마찰볼트(34b)의 조임력보다 크게 할 수 있다.
상기 L형강(32)의 타측 레그(322)와 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371) 사이 및 타측 부재(2)와 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371) 사이의 볼트에는 와셔(W)가 구비되어, L형강(32)의 타측 레그(322)와 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371) 및 타측 부재(2)와 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371)가 서로 일정 간격 이격되도록 구성될 수 있다.
상기 와셔(W)는 L형강(32)의 타측 레그(322)와 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371) 및 타측 부재(2)와 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371)를 상호 일정 간격 이격시킨다. 따라서 감쇠장치가 인장력 또는 압축력을 받아 ㄷ형강(37)의 플랜지(371)가 내측 또는 외측으로 휘는 경우 모두 감쇠장치를 적용할 수 있다.
도 6 내지 도 7에서와 같이 상기 ㄷ형강(37)은 L형강(32)과 볼트로 결합될 수 있다.
즉, 상기 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371)와 L형강(32)의 타측 레그(322)는 서로 볼트 결합될 수 있으며, 이들의 볼트 결합을 위하여 결합 위치 부분에는 볼트결합공을 형성할 수 있다.
이때, 상기 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371)와 타측플랜지(371) 및 상기 L형강(32)의 타측 레그(322)에는 볼트가 결합되는 볼트결합공을 장공(S)으로 형성하여, 볼트와 ㄷ형강(37)의 웨브(372)와의 거리를 조절할 수 있다.
따라서 ㄷ형강(37)의 웨브(372)에서부터 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371)와 L형강(32)의 타측 레그(322)가 결합되는 볼트 위치까지의 거리, 즉 팔길이에 따라 강성(k2)을 조절할 수 있다.
즉, 장공(S)을 따라 볼트 결합 위치를 이동시켜 팔길이를 짧게 하면 ㄷ형강(37)의 플랜지(371)에 변형이 적게 발생하므로 강성(k2)이 증가하고, 반대로 팔길이를 길게 하면 ㄷ형강(37)의 플랜지(371)에 변형이 많이 발생하므로 강성(k2)이 감소한다.
이로써, 팔길이에 따른 감쇠장치의 강성 조절이 가능하다.
물론, ㄷ형강(37)의 웨브(372)에서부터 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371)와 타측 부재(2)가 결합되는 볼트 위치까지의 거리, 즉 팔길이에 따른 강성(k1) 조절도 가능하다.
이때, 볼트에서 ㄷ형강(37)의 웨브(372)까지의 거리를 원활하게 조절할 수 있도록 타측 부재(2)에는 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371)에 형성된 장공(S)에 대응되도록 장공(S)이 형성됨이 바람직하다.
상기 제1마찰패드(33a)는 T형강(31)의 웨브(312)와 L형강(32)의 일측 레그(321) 사이에 구비되며, 제2마찰패드(33b)는 L형강(32)의 일측 레그(321)와 ㄷ형강(37)의 웨브(372) 사이에 구비되어, 마찰력을 증가시킨다. 따라서 마찰력에 의한 변위 저항을 증가시킬 수 있다.
상기 제1, 2마찰볼트(34a, 34b)는 복수 열로 구성 가능하다.
또한 반복 가력시 마찰볼트(34, 34a, 34b)가 풀려 마찰볼트(34, 34a, 34b)의 조임력이 감소하는 것을 방지하기 위해 중심을 기준으로 소정의 경사면이 형성된 원판 형상의 디스크스프링을 마찰볼트(34, 34a, 34b)에 체결함으로써 조임력을 유지하여 안정적인 이력 거동을 유지할 수 있다.
도 9 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 다중 거동 복합감쇠장치의 거동에 대하여 설명한다.
우선 크기가 작은 초기 하중이 작용하는 경우에는 도 9의 (a)에서와 같이 타측 부재(2)에 결합된 ㄷ형강(37) 타측플랜지(371)의 팔길이의 강성(2k1)에 의해서만 변위가 발생한다. 따라서 도 10의 그래프에서 기울기 2k1로 표시된 사선을 따라 외력의 크기가 증가함에 따라 변위도 비례하여 증가한다.
그리고 보다 큰 하중이 작용하여 항복마찰력(2F1)을 초과하면, 도 9의 (b)에서와 같이 제2마찰패드(33b)에서 슬라이딩이 발생하며, 하중이 점점 증가함에 따라 L형강(32)의 타측 레그(322)에 결합된 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371)의 팔길이의 강성(2k2)에 의하여 외력에 저항하게 된다. 따라서 도 10의 그래프에서와 같이 보다 감소한 기울기로 외력의 크기가 증가함에 따라 변위도 비례하여 증가한다.
이후, 더욱더 큰 하중이 작용하여 항복마찰력(2F2)을 초과하면, 도 9의 (c)에서와 같이 제1마찰패드(33a)에서 슬라이딩이 발생하면서 감쇠장치에서 항복이 일어난다. 따라서 도 10의 그래프에서 수평선으로 표기된 바와 같이 외력이 증가하지 않더라도 변위는 계속 증가하여 외력에 의한 에너지를 소산하게 된다.
앞서 살펴본 본 발명의 다양한 실시예들에서는 상기 마찰패드(33, 33a, 33b)의 상면 또는 하면 중 어느 한 면은 밀착되는 면과 접착제로 접착할 수 있다.
즉, 도 1의 실시예에서 마찰패드(33)는 일면이 T형강(31)의 웨브(312) 또는 L형강(32)의 일측 레그(321) 중 어느 하나와 접착제로 고정된다.
그리고 도 6의 실시예에서 제1마찰패드(33a)는 T형강(31)의 웨브(312) 또는 L형강(32)의 일측 레그(321) 중 어느 하나에, 제2마찰패드(33b)는 L형강(32)의 일측 레그(321) 또는 ㄷ형강(37)의 웨브(372) 중 어느 하나에 일면이 접착제로 고정된다.
그러면 접착제로 접착되지 않은 마찰패드(33, 33a, 33b)의 타면에서만 마찰운동이 일어나 보다 명확하고 안정적인 마찰 거동을 기대할 수 있다.
이때, 상기 마찰패드(33, 33a, 33b)가 접착제로 접착되는 면은 접착력을 증대하여 미끄러짐이 발생하지 않도록 널링(knurling) 처리할 수 있다.
1: 일측 부재 2: 타측 부재
3: 다중 거동 복합감쇠장치 31: T형강
311: 플랜지 312: 웨브
32: L형강 321: 일측 레그
322: 타측 레그 33: 마찰패드
33a: 제1마찰패드 33b: 제2마찰패드
34: 마찰볼트 34a: 제1마찰볼트
34b: 제2마찰볼트 37: ㄷ형강
371: 일측플랜지, 타측플랜지 372: 웨브
N: 너트 S: 장공
ST: 스티프너 W: 와셔

Claims (9)

  1. 내진 보강을 위해 일측 부재(1)와 타측 부재(2) 사이에 구비되는 다중 거동 복합감쇠장치(3)에 관한 것으로,
    플랜지(311)와 플랜지(311) 중앙에 결합된 웨브(312)로 구성되어 상기 플랜지(311) 외측면 양측이 각각 일측 부재(1)에 볼트로 결합되고 상기 볼트에는 일측 부재(1)와의 사이에 와셔(W)가 구비되어 플랜지(311)가 일측 부재(1)와 일정 간격 이격되도록 구성됨으로써 플랜지(311)의 휨 변형시 플랜지(311) 양측 팔길이의 강성(2k1)에 의해 웨브(312) 방향으로 초기 탄성변위가 발생하여 1차로 초기 에너지를 소산하는 T형강(31);
    한 쌍으로 상기 T형강(31)의 웨브(312) 양측에 구비되되, 일측 레그(321)는 상기 T형강(31)의 웨브(312) 일측면에 결합되고, 타측 레그(322)는 타측 부재(2)에 결합되는 L형강(32);
    상기 T형강(31)의 웨브(312)와 L형강(32)의 일측 레그(321) 사이에 구비되어 T형강(31)의 웨브(312) 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 것으로 하중이 항복마찰력(2F1)을 초과하면 T형강(31)의 웨브(312)와 슬라이딩이 발생하여 2차로 에너지를 소산하는 마찰패드(33); 및
    상기 한 쌍의 L형강(32)을 T형강(31)의 웨브(312) 외측에서 상호 연결하는 마찰볼트(34) 및 너트(N); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치.
  2. 제1항에서,
    상기 플랜지(311)에는 볼트가 결합되는 장공(S)이 형성되어 볼트와 웨브(312)와의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치.
  3. 제1항에서,
    상기 L형강(32)의 일측 레그(321)와 타측 레그(322)의 사이에는 스티프너(ST)가 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치.
  4. 내진 보강을 위해 일측 부재(1)와 타측 부재(2) 사이에 구비되는 다중 거동 복합감쇠장치(3)에 관한 것으로,
    플랜지(311)와 플랜지(311) 중앙에 결합된 웨브(312)로 구성되어 상기 플랜지(311) 외측면이 일측 부재(1)에 결합되는 T형강(31);
    한 쌍으로 상기 T형강(31)의 웨브(312) 양측에 구비되되, 일측 레그(321)는 상기 T형강(31)의 웨브(312) 일측면에 결합되고, 타측 레그(322)는 T형강(31)의 플랜지(311) 방향으로 배치되는 L형강(32);
    상기 T형강(31)의 웨브(312)와 L형강(32)의 일측 레그(321) 사이에 구비되어 T형강(31)의 웨브(312) 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 제1마찰패드(33a);
    상기 한 쌍의 L형강(32)을 T형강(31)의 웨브(312) 외측에서 상호 연결하는 제1마찰볼트(34a) 및 너트(N);
    일측플랜지(371), 일측플랜지(371)와 일정 간격 이격되도록 위치하는 타측플랜지(371) 및 상기 일측플랜지(371)와 타측플랜지(371)의 단부를 연결하는 웨브(372)로 구성되는 것으로, 일측플랜지(371)의 외측면은 상기 L형강(32)의 타측 레그(322) 내측면에 결합되고, 타측플랜지(371)는 타측 부재(2)에 결합되는 한 쌍의 ㄷ형강(37);
    상기 L형강(32)의 일측 레그(321)와 ㄷ형강(37)의 웨브(372) 사이에 구비되어 L형강(32)의 일측 레그(312) 돌출 방향 운동에 따라 에너지를 감쇠하는 제2마찰패드(33b); 및
    상기 제2마찰패드(33b)의 외측에서 L형강(32)의 일측 레그(321)와 ㄷ형강(37)의 웨브(372)를 상호 연결하는 제2마찰볼트(34b) 및 너트(N); 로 구성되고, 제1마찰볼트(34a)의 조임력은 제2마찰볼트(34b)의 조임력보다 큰 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에서,
    상기 ㄷ형강(37)은 L형강(32)과 볼트로 결합되되, 상기 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371)와 타측플랜지(371) 및 상기 L형강(32)의 타측 레그(322)에는 볼트가 결합되는 장공(S)이 형성되어, 볼트와 ㄷ형강(37)의 웨브(372)와의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치.
  7. 제6항에서,
    상기 L형강(32)의 타측 레그(322)와 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371) 사이 및 타측 부재(2)와 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371) 사이의 볼트에는 와셔(W)가 구비되어, L형강(32)의 타측 레그(322)와 ㄷ형강(37)의 일측플랜지(371) 및 타측 부재(2)와 ㄷ형강(37)의 타측플랜지(371)가 서로 일정 간격 이격되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치.
  8. 제1항 또는 제4항에서,
    상기 마찰패드(33, 33a, 33b)의 상면 또는 하면 중 어느 한 면은 밀착되는 면과 접착제로 접착되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치.
  9. 제8항에서,
    상기 마찰패드(33, 33a, 33b)가 접착제로 접착되는 면은 널링 처리되는 것을 특징으로 하는 다중 거동 복합감쇠장치.
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