KR101795642B1 - 구조물 지지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변위복원부를 구비하여 급작스런 진동에 의해서도 구조물이 손상되지 않도록 이루어진 구조물 지지장치에 관한 것으로서, 구조물 하부에 결합되고 아래면은 호 형상의 홈이 형성된 슬라이딩판; 슬라이딩판에 형성된 호형홈을 따라 이동되어 구조물에 가해지는 수평진동을 흡수하는 회전볼; 회전볼이 회전되도록 탄성적으로 지지하여 물탱크에 가해지는 수직진동을 흡수하는 탄성 볼 지지수단으로 이루어져 급작스런 진동이 끝나면 슬라이딩판의 호형홈에 의해 원상태로 복원되는 것을 특징으로 한다.

Description

구조물 지지장치{Structure Support Device}

본 발명은 물, LNG 가스, LPG 가스를 저장하기 위한 유체저장탱크 및 건축물, 교량, 원자력 발전소 등의 구조물을 지지하기 위한 지지장치에 관한 것으로서, 상세하게는 탄성체와 회전 볼로 형성되어 구조물에 급작스럽게 발생된 수평변위에 대해 구조물을 진동원으로부터 격리시키고, 진동이 끝난 후에는 원상태로 복원시키기 위한 진동격리 기능을 갖는 구조물 지지장치에 관한 것이다.

일반적으로 물, LNG 가스, LPG 가스를 저장하기 위한 유체저장탱크 및 건축물, 교량, 원자력 발전소 등의 구조물은 건설된 상태에서 온도변화, 풍력, 외부 충격에 의한 진동, 지진 등에 의하여 유동력이 발생하게 되고, 이를 위해 구조물의 하부와 지반 또는 상구조물과 하부구조물 사이에는 내진설계를 통해 구조물의 안전성을 확보하도록 다양한 형태의 구조물 지지장치가 설치되게 된다.

그중 한 예로 유체저장탱크를 이루는 탱크본체와 콘크리트 기초 사이에 지진격리가 가능한 면진받침이 사용된다.

상기 면진받침은 탄성 고무시트와 강재판을 교호로 복수로 적층하여 일체의 형태로 이루어진 적층고무받침 형태로 제공되며, 이러한 적층고무받침은 재료의 유연성과 조정 가능성에 의해 부정확성과 기하학적 설정값을 갖는 문제점이 있다. 또한 설치 완료 후 공용 중 장기간 수직하중에 의한 적층된 고무가 과대하게 팽출되는 결함이 발생되고, 장기간의 외기 노출에 의한 열화가 발생하여 고무의 성능이 저감되는 문제점이 있다.

공사에 의한 진동 또는 지각의 변동에 따른 지진에 의해 유체저장탱크가 손상되거나 유체저장탱크와 연결된 배관이 손상되어 물을 공급할 수 없는 문제가 종종 발생되고 있으며, 이러한 단점을 개선하기 위한 기술로 특허문헌1에 있다.

특허문헌1는 지면으로부터 이격부재에 의해 지면의 상방으로 이격 설치되는 유체저장탱크에 있어서, 복수개의 단위패널이 상호 결합되어 내부에 물수용공간이 형성되는 탱크본체와 탱크본체의 하면 일측에 설치되어 저면으로부터 상기 탱크본체로 전달되는 진동을 완충시키는 적어도 하나의 진동완충수단을 포함하는 것이다.

이러한 내진성을 갖는 물탱크들은 내진성능을 갖추기는 하였으나, 충분한 내진성능을 구현함에 한계가 있고, 물탱크에 허용변위 이상의 진동이 발생할 경우 충분히 수용할 수 없고, 물탱크에 연결된 배관의 파손을 방지할 수 없는 문제가 있다.

그러나 이러한 종래의 물탱크의 내진장치는 내진장치가 물탱크의 바닥과 지면 사이에 고정되어 있으므로 일정한 크기 이상의 수평진동이 발생하였을 경우, 변위복원부가 오히려 물탱크를 억압하여 이동하지 못하게 함에 따라 변위복원부가 손상되거나 물탱크가 파손되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 재10-1521774호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 진동이 발생하였을 때 수평 진동 및 수직 진동을 충분히 흡수하는 수평변위 복원장치 및 이와 연결되는 다른 구조물의 손상을 방지할 수 있게 한 구조물 지지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 진동을 수용하고 원상태로 복원되는 효과를 갖는 구조물 지지장치에 있어서, 지반 또는 하부구조물의 상부에 형성되어 상기 구조물의 하부와 접하고 하부구조물에 접하여 외부의 수평 진동에 의한 충격력을 분산하기 위한 변위복원부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 변위복원부는, 상기 하부구조물의 상부와 상부구조물 하부 사이에 형성되며, 지진과 같이 급작스럽게 발생할 수 있는 진동을 분산하기 위한 지진격리받침을 포함하여 이루어 질 수 있다.

상세하게는 상기 상부구조물 하부에는 복수의 변위복원부가 설치되고, 상기 변위복원부는 상기 상부구조물 저면에 설치되고 저면에 호형홈이 형성된 슬라이딩판; 상기 슬라이딩판에 형성된 호형홈을 따라 이동되어 물탱크에 가해지는 수평진동을 흡수하는 회전볼; 및 상기 회전볼이 회전되도록 탄성적으로 지지하여 물탱크에 가해지는 수직진동을 흡수하는 탄성볼지지수단으로 이루어진다.

상기 탄성볼지지수단은 회전볼이 회전가능하게 지지하고 물탱크가 설치되는 바닥에 고정되는 하우징의 내부에 탄성지지체를 설치하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 구조물 하부에 결합 형성되는 변위복원부를 구비하여 지중 또는 구조물 외부의 진동이 구조물에 전달되는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물에 설치되는 변위복원부 단면 일예의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 구조물에 설치되는 변위복원부 단면 일예의 사시도
도 3는 본 발명에 따른 구조물에 설치되는 변위복원부 단면 일예의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 구조물에 설치되는 변위복원부 단면 일예의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 구조물에 설치되는 변위복원부 단면 일예의 사시도
도 6는 본 발명에 따른 구조물에 설치되는 변위복원부 단면 일예의 사시도
도 7는 본 발명에 따른 구조물에 설치되는 변위복원부 단면 일예의 사시도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여, 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 구조물에 전달되는 지진과 같은 급작스런 진동을 포함하는 외부의 진동을 보호하고 효과적으로 진동을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 지진과 같은 급작스러운 큰 진동이 발생할 경우에도 구조물의 파손 및 배관이 단절되지 않게 할 수 있다.

본 발명에 따른 변위복원부(70)는 도 1 내지 도 7에 도시한 바와 같이 다수가 일정간격으로 떨어져 배치될 수 있으며, 상기 구조물의 저면에 설치되고 저면에 호형홈(71a)이 형성된 슬라이딩판(71); 상기 슬라이딩판에 형성된 호형홈을 따라 이동되어 물탱크에 가해지는 수평진동을 흡수하는 회전볼(72); 및 상기 회전볼이 회전되도록 탄성적으로 지지하여 물탱크에 가해지는 수직진동을 흡수하는 탄성볼지지수단(73)으로 이루어질 수 있다.

상기 슬라이딩판(71)은 도시한 바와 같이, 회전볼(72)과 대향되는 면에 홈이 형성되되, 회전볼이 원활하게 굴러 이동될 수 있도록 중앙으로부터 가장자리를 향햐며 호형면을 갖도록 형성되어 있어 물탱크가 설치된 지면에 진동이 발생하여도 진동이 물탱크에 전달되지 않게 한다.

즉, 회전볼(72)이 슬라이딩판(71)에 형성된 호형홈(71a)을 따라 수평으로 이동하면서 수평 및 수직 방향의 진동을 흡수하게 됨에 따라 물탱크는 진동을 하지 않게 되는 것이다.

이러한 회전볼(72)의 상하 또는 수평 방향의 이동에도 물탱크가 상하로 진동하기 않게 하기 위해서는 회전볼(72)의 진동을 흡수할 수 있어야 하고, 이를 위해 상기 탄성볼지지수단(73)을 구비한 것이다.

상기 탄성볼지지수단(73)은 지면의 진동을 흡수하여 진동이 물탱크에 전달되지 않게 하기 위한 것으로 다양하게 변현하여 실시 할 수 있으며, 그 예를 도 1 내지 도 7에 도시하였다.

상기 탄성볼지지수단(73)은 회전볼(72)이 회전가능하게 지지하고 물탱크가 설치되는 바닥에 고정되는 하우징(73h)의 내부에 탄성지지체(74)를 설치하여 구성된 것이다.

상기 탄성지지체(74)는 다양하게 구성될 수 있고, 도 1은 하우징의 상부면에 형성된 호형홈(73g)과 회전볼 사이에 설치된 미끄럼패드을 설치한 것이다.

이렇게 구성된 미끄럼패드 형태의 탄성지지체(74)는 도시한 바와 같이 단순하게 반구형으로 형성된 패드로 마찰이 적은 PTFE와 같은 합성수지로 만들어질 수 있다. 그러나 이러한 미끄럼패드는 지면의 진동을 효과적으로 흡수할 수 없으므로 도 2 내지 도 7에 도시한 바와 같이 보다 탄성이 우수한 구조물을 설치하는 것이 바람직하다.

즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 탄성지지체(74)는 하우징의 내부에 설치된 압축스프링으로 구성하는 것이 바람직하다. 압축스프링은 지면이 수직 방향으로 진동하면 이를 흡수하여 회전볼(72)의 상하진동을 줄일 수 있는 것이다.

다른 일예의 탄성지지체(74)는 도 3에 도시한 바와 같이, 하우징의 내부에 설치된 탄성이 우수한 폴리우레탄 탄성수지나 고무를 채워 넣는 것이다. 이렇게 구성할 경우 폴리우레탄 탄성수지나 고무가 진동을 흡수할 수 있으나, 하우징(73h)의 내부에 탄성수지나 고무가 측방으로 확장될 수 있는 공간을 형성하여야 상하로 수축된 만큼 좌우로 확장될 수 있다.

또 다른 탄성지지체(74)는 도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 하우징의 내부에 채워진 탄성물질(74m)과, 상기 탄성물질의 상부에 설치되고 회전볼이 눌리는 압력을 탄성물질에 전달하는 승강체(74e)로 구성하는 것이다.

이렇게 구성된 탄성지지체(74)는 지면에 진동이 발생하면 탄성물질(74m)가 진동을 흡수하여 승강체(74e)의 상하진동이 흡수되어 회전볼의 상하 진동이 감소할 수 있다. 또한 승강체(74e)의 회전볼(72)이 형성되는 호홈형(73g)의 사이에는 도 3에서와 같이 미끄럼패드가 설치될 수 있다. 이렇게 구성된 미끄럼패드 형태의 탄성지지체(74)는 도시한 바와 같이 단순하게 반구형으로 형성된 패드로 마찰이 적은 PTFE와 같은 합성수지로 만들어질 수 있다.

상기 탄성물질(74m)은 도 4 및 도 7에 도시한 바와 같이, 스프링이거나, 도 5 및 6에 도시한 바와 같이 탄성고무나 폴리우레탄 탄성수지가 될 수 있다.

또한 상기 승강체(74e)의 상단 중앙 내부에는 보조탄성체(74s)를 더 설치할 수 있다.

상기 보조탄성체(74s)는 회전볼에 전달되는 진동을 흡수하는 것을 보조할 수 있는 것으로, 도 7에 도시한 바와 같이 스프링으로 구성하거나, 탄성이 우수한 고무 또는 합성수지로 구성할 수도 있다.

또한, 상기 승강체(74e)는 피스톤이고 탄성물질(74m)은 공기나 압축오일 등과 같은 유체로 만들수도 있다.

물론, 피스톤으로 승강체를 제작할 경우에는 피스톤의 자장자리에는 유체가 위로 누출되는 것을 방지하기 위해 피스톤에 누수방지용 오링을 설치하는 것이 바람직하다.

보다 상세한 구성에 대해서는 다음과 같다. 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 하우징(73h)의 하부에는 탄성지지체(74) 또는 탄성물질(74m)이 삽입 결합될 수 있도록 수용공간이 형성되고, 상기 탄성지지체(74) 또는 탄성물질(74m)이 상기 수용공간이 삽입된 후에는 이를 밀봉하기 위해 하우징 마감판이 형성될 수 있다. 상기 하우징 마감판의 바깥 테두리에는 나사산이 형성되고, 이에 대응되는 하우징의 하부 위치에는 상기 하우징 마감판과 결합 할 수 있는 도록 나사산이 형성되어 나사 결합될 수 있다.

상기의 탄성물질(74m)은 각종 충격 흡수재, 진동 흡수재로서 사용 가능하고, 특히 건축, 토목 분야에서의 구조물의 진동이나 변위를 수용 흡수하는 점탄성 감쇠 성능을 갖는 재료로서 고감쇠 성능을 갖는 폴리우레탄 화합물 또는 고감쇠 고무를 의미한다.

상기 탄성물질의 실시 예는 폴리우레탄 화합물인 경우를 우선 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 고감쇠 폴리우레탄 화합물은 등가감쇠계수(Heq)가 0.2 이상을 가지는 것이고, 폴리이소시아네이트 화합물과 활성 수소화합물로서 2 관능 폴리올 화합물, 3 관능 폴리올 화합물 및 알킬렌 옥사이드 부가 비스페놀 화합물을 포함하는 화합물을 혼합하여 얻을 수 있다. 또, 폴리이소시아네이트 화합물, 폴리올 화합물 및 아스팔트를 포함한 성분을 혼합 반응하여 얻을 수 있다. 이소시아네이트 인덱스(NCO/H)가 0.2 내지 0.8에서 반응시켜 얻을 수 있고, 상기 알킬렌 옥사이드 부가 비스페놀 화합물이 폴리우레탄 화합물 중의 비스페놀 농도가 5 내지 30 중량% 이내가 되도록 배합된다. 활성 수소화합물 100 중량부 중 3 관능 폴리올 화합물이 5 내지 30 중량부 포함되어 있는 화합물이다.

상기 탄성물질의 또 다른 실시 예는 탄성물질이 고감쇠 고무(HDR)인 경우이다. 고무자체에 진동에너지를 열로 변환시킴으로서 진동에너지를 감쇠하는 성능을 갖는 고감쇠 고무는 등가감쇠계수(Heq)가 0.2 이상인 고감쇠 고무 조성물이다. 분자 중에는 2개의 스틸렌계 단량체 집합체와 상기 스틸렌계 단량체 집합체 사이의 1, 2 중합 폴리아이소프렌을 주성분으로 하는 폴리디엔 단위를 가지는 블록 공중합체를 포함한다. 고무재료를 포함한 등가감쇠계수는 0.2 이상인 것을 특징으로 한다. 고무재료로서는 폴리 부타디엔 고무를 사용한다. 블록 공중합체는 평균 분자량이 30000 내지 300000이며, 디엔 집합체는 평균 분자량이 10000 내지 200000, 이소프렌 혹은 이소프렌과 부타디엔을 디엔 계 단량체의 주성분으로서 비닐 중합체의 함유량이 40% 이상이며, 비닐 방향족 단량체 중합 단위는 평균 분자량이 2500 내지 40000인 고감쇠성 고무 조성물이다.

도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이 하우징(73h) 내부에 하부가 결합되는 승강체(74e)는 승강체와 동일한 형상이고, 그 크기는 작다. 구체적으로 상기 승강체(74e)는 승강체를 이루는 몸체와 상기 몸체에 결합되는 회전볼이 기본적으로 구성되고, 부가적으로 상기 도 2에 도시된 탄성지지체가 반원형체 형상으로 내부에 결합될 수 있다. 또한 상기 승강체(74e)의 또 다른 일예로는 상기 승강체의 몸체의 상부에 결합되는 회전볼을 대신하여 반원형 돌기 결합되어 슬라이딩판(71)의 하부에 형성된 호형홈(71a)에 면접하여 슬라이딩 거동할 수 있다. 상기 반원형 돌기는 몸체와 일체로 형성될 수 있고, 또는 몸체의 상부는 홈이 형성도고 그 홈의 측면에는 암나사산이 형성될 수 있으며, 이에 대응하는 반원형 돌기의 하부는 상기 암나사산에 나사결합될 수 있도록 수나사산이 형성될 수 있다. 또한, 상기 승강체(74e)는 하부에 상기 하우징(73)의 상부에 형성된 홀보다 큰 크기로 형성된 승강체 지지판이 형성되고, 상기 승강체 지지판은 상기 승강체(74e)와 탄성물질(74m) 사이를 격리하고 탄성물질(74m)을 충분히 지지할 수 있는 크기와 형태로 형성된다. 좀더 구체적으로 도 6에서와 같이 승강체 지지판 하부 면접하고 하우징 내부에 수용되는 탄성물질이 상부하중에 의해 외부로 돌출 또는 유출되지 않도록 마감링이 형성된다. 상기 마감링은 고력황동링이 적용될 수 있다.

70: 변위복원부
71: 슬라이딩판
72: 회전볼
73: 탄성볼지지수단
74: 탄성지지체

Claims (7)

1. 구조물 하부에는 변위복원부(70)가 설치되고,
   상기 변위복원부(70)는 하부면에는 호형홈(71a)이 형성된 슬라이딩판(71);
   상기 슬라이딩판에 형성된 호형홈을 따라 이동되어 구조물에 가해지는 수평진동을 흡수하는 회전볼(72); 및
   상기 회전볼이 회전되도록 탄성적으로 지지하여 물탱크에 가해지는 수직진동을 흡수하는 탄성볼지지수단(73)으로 이루어지고,
   상기 탄성볼지지수단(73)은 회전볼(72)이 회전가능하게 지지하고 구조물이 설치되는 바닥에 고정되는 하우징(73h)의 내부에 탄성지지체(74)를 설치하여 구성된 구조물 지지장치에 있어서,
   상기 탄성지지체(74)는 하우징의 내부에 채워진 공기나 압축오일 등과 같은 유체로 이루어진 탄성물질(74m)과, 상기 탄성물질의 상부에 설치되고 회전볼이 눌리는 압력을 탄성물질에 전달하는 피스톤으로 이루어진 승강체(74e)로 이루어지고,
   상기 승강체(74e)의 상단 중앙의 내부에는 보조탄성체(74s)가 더 설치되어 회전볼을 탄성적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 구조물 지지장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images