KR101876286B1 - 다발성 탄성복원형 면진장치 - Google Patents

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    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means

Abstract

본 발명은 상부구조물과 하부구조물 사이에 설치되어 지진에 의한 진동발생 시 진동을 흡수분산시키도록 된 다발성 탄성복원형 면진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 상기 상부구조물의 하단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재 상부 지지판과; 상기 하부구조물의 상단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재 하부 지지판과; 상기 상부 지지판과 하부 지지판 사이에 설치되어 상부 지지판과 하부 지지판이 진동에 의하여 수평방향을 향하여 상대적 이동을 하였을 때 탄성복원시키며, 내측이 중공된 중공부를 가지며, 서로 일정거리 이격배치되는 다수 개의 탄성체와; 상기 탄성체의 중공부에 삽입되어 상부 지지판과 하부 지지이 수평방향을 향하여 상대적 이동 시 탄성체가 탄성복원될 수 있게 하는 형상기억부재를 포함한다.
따라서, 상기 구조물의 무게를 지탱하면서 지진에 의한 진동이 발생했을 때 수평방향으로 부드럽게 전단변형함으로써, 구조물로 전달되는 진동을 최대한 흡수분산시켜 지진에 의한 진동으로부터 구조물을 보호한 후, 자동으로 탄성복원되도록 하는 다발성 탄성복원형 면진장치에 관한 것이다.

Description

다발성 탄성복원형 면진장치{SEISMIC ISOLATION DEVICE HAVING MULTIPLE ELASTIC RESTORING FORCE}
본 발명은 다발성 탄성복원형 면진장치에 관한 것으로, 특히, 구조물의 무게를 지탱하면서 지진에 의한 진동이 발생했을 때 수평방향으로 부드럽게 변형함으로써, 구조물로 전달되는 진동을 최대한 흡수분산시켜 지진에 의한 진동으로부터 구조물을 보호한 후, 자동으로 탄성복원되도록 하는 다발성 탄성복원형 면진장치에 관한 것이다.
일반적으로, 지진의 발생 빈도가 증가함에 따라 건물이나 교량 등의 붕괴로 인한 경제적인 손실뿐만 아니라 막대한 인명 피해가 야기됨에 따라 그에 따른 보완책이 시급한 실정이다.
이에 따라, 주거 및 생활공간으로 활용되는 건축 구조물은 자체의 하중과 내부에 수용되는 각종 물품의 하중을 견디는 한편, 외부의 충격이나 어느 정도의 지진이 발생하더라도 붕괴 되지 않도록 설계 및 시공이 이루어져야만 한다.
이와 같이 지진으로부터 건축 구조물이 파손되거나 붕괴 되는 것을 방지하기 위하여 건축 구조물의 면진 설계에 대한 관심이 어느 때보다 높아지고는 있으며, 지진이 발생되는 지반으로부터 구조물을 격리시켜 진동에너지를 흡수하는 일반적인 면진장치는 일반적인 건축물, 교량과 같은 구조물 등에 널리 채용된다.
특히, 원자력 발전을 위한 구조물, 주거공간으로 사용되는 구조물, 작업현장으로 사용되는 구조물 등은 그 중요도나 안전 요구도에 있어서 매우 중요한 위치를 차지함에 따라, 지진과 같은 불시에 발생할 수 있는 내/외부 충격에 의해 경미한 손상에도 그 파급효과가 매우 크므로, 면진장치가 필수적으로 요구된다.
상기한 바와 같은 면진장치는 면진용 납삽입 고무베어링이 일반적으로 채용된다. 상기 면진용 납삽입 고무베어링은 내부 고무층이 다층 적층되고 그 사이에 스틸 보강 플레이트(steel reinforcing plate)와 스틸 로드 플레이트(steel load plate)가 삽입되어 적층된다.
또한, 상기 면진용 납삽입 고무베어링은 중심에 납봉이 삽입되어 지진에 의한 진동에너지를 감쇠시키고, 상기 납봉의 노출부위를 제외한 상, 하단은 고무커버에 의해 감싸진다.
한편, 상기 면진용 납삽입 고무베어링은 큰 변형을 경험한 이후, 감쇠거동을 위하여 사용된 납봉을 교체해야만 하는 문제점이 있다. 또한, 상기 면진용 납삽입 고무베어링은 저중량 기기 즉, 소형 대상물에 적용이 불리한 문제점을 가진다.
즉, 상기 면진용 납삽입 고무베어링의 수평강성은 사용하는 고무의 전단탄성계수와 단면적에 비례하고 높이에 반비례하는 성징을 가짐에 따라, 목표로 하는 저중량 기기에 적용 가능한 면진장치의 강성을 얻기 위해서는 단면적이 과도하게 작고 높이가 높은 불안정한 면진장치가 설계된다.
이에 따라, 상기 면진용 납삽입 고무베어링을 저중량 대상물에 적용하기 위해서는 그의 형상이 비정상적으로 설계됨에 따른 면진 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 면진용 납삽입 고무베어링이 전단거동이 아닌 좌굴거동에 의해 움직이는 문제점이 야기되는 것이다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 다수 개의 고무재 탄성체가 상, 하부 지지판 또는 상, 중, 하부 지지판사이에 설치되어 지진에 의해 발생하는 진동에 의하여 상, 하부 지지판 또는 상, 중, 하부 지지판이 수평적 상대이동이 이루어지게 하되, 단면적이 작으면서도 낮은 높이의 고무재 탄성체를 다수 개 설치하여 안정적인 면진설계가 이루어지게 함으로써, 지진 등 외력 인가 이후 구조물의 영구변위의 발생이 방지되고, 설계치 이상의 과도한 변위 발생이 안전하게 차단되게 하는 다발성 탄성복원형 면진장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상, 하부 지지판이 수평적 상대이동을 할 때, 진동을 흡수분산시키도록 된 탄성체가 상, 하부 지지판과 안정적인 결합구조를 이루도록 함과 동시에 면진장치의 보수가 필요할 때에는 상부 구조물를 인상시킨 후 교체가 필요한 탄성체만을 간단하게 분리시킨 후, 교체할 수 있도록 하여 유지관리 및 보수가 용이하게 이루어지도록 하는 다발성 탄성복원형 면진장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적은, 본 발명에 따라, 상부구조물(102)과 하부구조물(104) 사이에 설치되어 지진에 의한 진동발생 시 진동을 흡수분산시키도록 된 다발성 탄성복원형 면진장치에 있어서, 상기 상부구조물(102)의 하단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재 상부 지지판(112)과; 상기 하부구조물(104)의 상단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재 하부 지지판(114)과; 상기 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114) 사이에 설치되어 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 진동에 의하여 수평방향을 향하여 상대적 이동을 하였을 때 탄성복원시키며, 내측이 중공된 중공부(116a)를 가지며, 서로 일정거리 이격배치되는 다수 개의 탄성체(116)와; 상기 탄성체(116)의 중공부(116a)에 삽입되어 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 수평방향을 향하여 상대적 이동 시 탄성체(116)가 탄성복원될 수 있게 하는 형상기억부재(118)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다발성 탄성복원형 면진장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 탄성체(116)가 상부 지지판(112)의 하부면과 하부 지지판(114)의 상면에 삽입안착되도록 상부 지지판(112)의 하부면과 하부 지지판(114)의 상면에 오목한 형태의 안착홈(122)이 다수 개 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상부구조물(102)과 하부구조물(104) 사이에 설치되어 지진에 의한 진동발생 시 진동을 흡수분산시키도록 된 다발성 탄성복원형 면진장치에 있어서, 상기 상부구조물(102)의 하단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재 상부 지지판(112)과; 상기 하부구조물(104)의 상단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재 하부 지지판(114)과; 상기 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)사이에서 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)으로부터 일정거리 이격된 위치에 배치되며, 판상으로 이루어진 금속재 중부 지지판(124)과; 상기 상부 지지판(112)과 중부 지지판(124) 사이에 밀착설치되도록 상부 지지판(112)의 하부면과 하부 지지판(114)의 상부면을 향하여 중공부(116a)를 가지는 다수 개의 탄성체(116)가 서로 일정거리 이격된 상태로 돌출성형되도록 중부 지지판(124)의 상, 하부면에 일체형으로 피복형성되며, 상부 지지판(112) 또는 하부 지지판(114)이 진동에 의하여 수평방향을 향하여 상대적 이동을 하였을 때 탄성복원시키도록 된 면진부재(120)와; 상기 탄성체(116)의 중공부(116a)에 삽입되어 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 수평방향을 향하여 상대적 이동 시 탄성체(116)가 탄성복원될 수 있게 하는 형상기억부재(118)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다발성 탄성복원형 면진장치에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 탄성체(116)가 상부 지지판(112)의 하부면, 하부 지지판(114)의 상부면에 삽입안착되도록 상부 지지판(112)의 하부면, 하부 지지판(114)의 상부면에 오목한 형태의 안착홈(122)이 다수 개 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 탄성체(116)는, 상기 탄성체(116)의 상, 하단 외경 둘레방향을 따라 받침부(116b)가 돌출형성되게 하며, 상기 형상기억부재(118)는 인장스프링, 납, 형상기억합금 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
한편, 상기한 목적은, 상부구조물(102)과 하부구조물(104) 사이에 설치되어 지진에 의한 진동발생 시 진동을 흡수분산시키도록 된 다발성 탄성복원형 면진장치에 있어서, 상기 상부구조물(102)의 하단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재로서 하부면에 다수 개의 상부 받침턱(130)이 하향으로 돌출형성된 상부 지지판(112)과; 상기 하부구조물(104)의 상단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재로서 상부면에 다수 개의 하부 받침턱(132)이 상향으로 돌출형성된 하부 지지판(114)과; 상기 상부 지지판(112)의 상부 받침턱(130)과 하부 지지판(114)의 하부 받침턱(132) 사이에 설치되어 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 진동에 의하여 수평방향을 향하여 상대적 이동을 하였을 때 탄성복원시키며, 내측이 중공된 중공부(116a)를 가지며, 서로 일정거리 이격배치되는 다수 개의 탄성체(116)와; 상기 탄성체(116)의 중공부(116a)에 삽입되어 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 수평방향을 향하여 상대적 이동 시 탄성체(116)가 탄성복원될 수 있게 하는 형상기억부재(118)와; 상기 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 각각 결합되어 탄성체의 상단 또는 하단이 삽입유도되어 상부 받침턱(130)의 하면과 하부 받침턱(132)의 상면에 맞닿게 하는 유도부(134)와; 상기 유도부(134)를 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 결합시키기 위한 유도부(134)의 결합수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다발성 탄성복원형 면진장치에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 유도부(134)의 결합수단은, 상기 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)의 외경면에 형성된 제1나사부(136)와; 상기 유도부(134)의 내경면에 형성되어 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 형성된 제1나사부(136)에 체결되는 제2나사부(138)를 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)으로 삽입결합되는 유도부(134)가 상부 지지판과 하부 지지판에 삽입안착되도록 상부 지지판 또는 하부 지지판에 형성된 삽입홈(140)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 목적은, 상부구조물(102)과 하부구조물(104) 사이에 설치되어 지진에 의한 진동발생 시 진동을 흡수분산시키도록 된 다발성 탄성복원형 면진장치에 있어서, 상기 상부구조물(102)의 하단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재로서 하부면에 다수 개의 상부 받침턱(130)이 하향으로 돌출형성된 상부 지지판(112)과; 상기 하부구조물(104)의 상단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재로서 상부면에 다수 개의 하부 받침턱(132)이 상향으로 돌출형성된 하부 지지판(114)과; 상기 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)사이에서 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)으로부터 일정거리 이격된 위치에 배치되며, 판상으로 이루어진 금속재 중부 지지판(124)과; 상기 상부 지지판(112)과 중부 지지판(124)의 사이, 하부 지지판(114)과 중부 지지판(124)의 사이에 각각 밀착설치되도록 상부 지지판(112)의 상부 받침턱(130) 하부면과 하부 지지판(114)의 하부 받침턱(132) 상부면을 향하여 중공부(116a)를 가지는 다수 개의 탄성체(116)가 서로 일정거리 이격된 상태로 돌출성형되도록 중부 지지판(124)의 상, 하부면에 일체형으로 피복형성되며, 상부 지지판(112) 또는 하부 지지판(114)이 진동에 의하여 수평방향을 향하여 상대적 이동을 하였을 때 탄성복원시키도록 된 면진부재(120)와; 상기 탄성체(116)의 중공부(116a)에 삽입되어 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 수평방향을 향하여 상대적 이동 시 탄성체(116)가 탄성복원될 수 있게 하는 형상기억부재(118)와; 상기 탄성체의 외경으로 삽입된 상태에서 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 각각 결합되는 결합부재와; 상기 결합부재를 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 결합시키기 위한 결합부재의 결합수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다발성 탄성복원형 면진장치에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 유도부(134)의 결합수단은, 상기 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)의 외경면에 형성된 제1나사부(136)와; 상기 유도부(134)의 내경면에 형성되어 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 형성된 제1나사부(136)에 체결되는 제2나사부(138)를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)으로 삽입결합되는 유도부(134)가 상부 지지판과 하부 지지판에 삽입안착되도록 상부 지지판 또는 하부 지지판에 형성된 삽입홈(140)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 고무재 탄성체의 단면적과 높이의 안정된 설계가 이루어질 수 있게 하는 다수 개의 탄성체가 상, 중, 하부 지지판에 설치되어 진동에 의한 수평적 상대진동 시 상, 중, 하부 지지판에 의한 진동의 흡수와 분산작용 및 탄성복원작용이 하, 중, 상부 지지판 순서로 순차진행되게 하고, 이때, 하부 지지판에서 중부 지지판과 상부 지지판으로 전달되는 진동의 세기가 점차 작아지게 됨으로써, 지진 등 외력 인가 이후 구조물의 영구변위의 발생이 방지되고, 설계치 이상의 과도한 변위 발생이 안전하게 차단되는 효과를 가진다.
아울러, 본 발명은 상, 하부 지지판이 수평적 상대이동을 할 때, 진동을 흡수분산시키도록 된 탄성체의 상, 하단이 유도부에 삽입됨으로써, 안정적인 결합구조를 이룰 수 있으며, 상, 하부 지지판에 형성된 상, 하부 받침턱은 상, 하부 지지판으로부터 하향 또는 상향으로 더 돌출된 구조이고, 이 상, 하부 받침턱에 탄성체의 상, 하단이 맞닿는 구조이므로, 유도부를 상, 하부 받침턱에서 해체하는 것 많으로도 탄성체를 용이하게 분리시킬 수 있으므로, 면진장치의 보수가 필요할 때에는 상부 구조물를 인상시킨 후 교체가 필요한 탄성체만을 간단하게 분리시킨 후, 교체할 수 있어 유지관리 및 보수가 용이하게 이루어지는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 탄성복원형 면진창지의 제1실시예를 도시한 분해사시도.
도 2는 본 발명에 따른 탄성복원형 면진창지의 제2실시예를 도시한 분해사시도.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 탄성복원형 면진창지의 제2실시예의 작용상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명 제2실시예에 따른 탄성체의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 본 발명에 따른 탄성복원형 면진창지의 제3실시예를 도시한 분해사시도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 탄성복원형 면진창지의 제2실시예의 작용상태를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명 제3실시예에 따른 탄성체의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 8은 본 발명 제4실시예의 구성을 도시한 분해사시도.
도 9는 본 발명 제4실시예의 구성을 도시한 단면도.
도 10은 본 발명 제4실시예의 개량형 구조를 도시한 분해사시도.
도 11은 본 발명에 따른 도 10의 구성을 도시한 단면도.
본 발명에 따른 다발성 탄성복원형 면진장치를 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 실시예별로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1실시예는, 금속재로 이루어진 판상의 상부 지지판(112)과 하부 지지판이 마련되고, 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)은 일정한 두께를 가진다.
상기한 일정한 두께는 지진하중에 저항하여 구조적 안정성을 유지할 수 있는 두께로서 교량이나 건물의 설계하중이나 바람, 기온, 지진 등 환경적인 조건에 따라 조정된다.
상기 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114) 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 고무재질로 이루어진 탄성체(116)가 서로 이격된 상태로 하나 또는 다수 개가 설치되어 진동발생 시 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 수평방향을 향하여 상대적으로 이동한 후 탄성복원될 수 있게 한다.
여기서, 상기 고무재질로 이루어진 탄성체(116)는 내측이 수직으로 중공된 중공부(116a)를 가진다.
본 발명에서는 첨부된 도면과 같이 원통형 구조를 도시하였으나, 그 형상이나 모양에 한정되지 않고 다양하게 채택변경할 수 있다.
상기 중공부(116a)에는 형상기억부재(118)가 삽입설치되어 탄성체(116)가 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 수평방향을 향하여 서로 상대적으로 이동할 때 탄력적으로 이동저항력을 발생시키며, 수평방향을 향하여 서로 상대적으로 이동이 완료된 후에는 탄성체(116)에 의해 다시 탄력적으로 탄성복원될 때, 원활하게 탄력복원되도록 한 것이다.
여기서, 상기 탄성체(116)의 상단과 하단은 도 2에 도시된 바와 같이 금속재로 이루어진 상부 지지판(112)의 하부면과 하부 지지판(114)의 상부면에 형성된 안착홈(122)에 삽입안착됨으로써, 기립유지력이 보강될 수 있으며, 이때, 상기 탄성체(116)는 도 3에 도시된 바와 같이 상단과 하단이 외경둘레를 따라 돌출된 플랜지형상의 받침부(116b)가 형성됨으로써, 안정적인 기립유지력과 전단변형 시 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)으로의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있게 한 것으로서, 제1실시예에서 추가적으로 안착홈(122)이 형성된 구조를 제2실시예로 제안한다.
제1실시예와 제2실시예에서 공통적으로 채택되는 상기 형상기억부재(118)는, 인장스프링, 납, 형상기억합금 중 어느 하나로 이루어진 것이며, 압축스프링은 자체적으로 가지고 있는 탄성력이 이용되되, 진동에 따른 수평형 상대적 이동에 대하여 즉각적인 이동저항력을 발휘고, 탄성복원 시에도 탄성체(116)에 즉각적인 탄성력을 부여한다.
반면에, 상기한 형상기억합금도 자체적으로 가지고 있는 형상복원력에 의해 진동에 따른 수평형 상대적 이동에 대하여 이동저항력을 발휘하지만, 즉각적인 이동저항력보다는 지속적이고 지연적인 이동저항력이 발휘되고, 이동 후의 탄성복원력 발생 시 지속적이고 지연적으로 형상복원력이 발휘되므로, 안정적인 진동흡수와 전단변형을 유도한다.
아울러, 상기한 납은, 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)의 수평적 상대이동에 따라 발생되는 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)에 의해 집중되는 응력을 분산시키면서 이론적인 전단변형(전단되는 면의 미소한 직사각형이 전단력에 의해 평행사변형으로 변형되는 것)을 유도한다.
한편, 상기한 제1실시예와 제2실시예에서 설명한 바와 같이 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114) 사이에 설치되는 탄성체(116) 및 탄성체(116)의 중공부(116a)에 삽입설치된 형상기억부재(118)는 도 3a에 도시된 바와 같이 진동 발생 전에는 수직으로 발생하는 구조물의 하중이 상부 지지판(112)과 탄성체(116) 및 형상기억부재(118)와 하부 지지판(114)에 의해 받쳐주게 되며, 진동 발생 시 도 3b에 도시된 바와 같이 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)의 수평적 상대이동에 의해 탄성체(116)가 전단변형이 발생하면서 진동을 흡수분산시키게 된다.
아울러, 진동이 멈추게 되면, 탄성체(116)의 탄성복원력과 형상기억부재(118)의 복원력에 의하여 전단변형된 탄성체(116)가 복원되면서 다시 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)의 수평적 상대이동을 유도하면서 복원이 이루어지게 하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 다발성 탄성복원형 면진장치의 제3실시예는 도 5에 도시된 바와 같다.
즉, 금속재로 이루어진 판상의 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 마련되고, 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114) 사이에는 금속재로 이루어진 중부 지지판(124)이 일정간격으로 이격배치된다.
여기서, 상기 중부 지지판(124)의 상, 하부면에는 고무재질로 이루어진 면진부재(120)가 도 5와 도 6a에 도시된 바와 같이 일체형으로 피복되거나 부착 또는 결합되며, 이때, 면진부재(120)의 상부면과 하부면에는 각각 상부 지지판(112)의 하부면과 하부 지지판(114)의 상부면을 향하여 다수 개의 탄성체(116)가 돌출형성됨으로써, 상기 상부 지지판(112)의 하부면과 하부 지지판(114)의 상부면에 밀착되어질 수 있게 되는 것이다.
상기 탄성체(116)에는 수직하부 또는 수직 상부를 향하여 중공되도록 중공부(116a)가 형성되며, 도 5에 도시된 바와 같이 중공부(116a)에는 형상기억부재(118)가 삽입설치되는 탄성체(116)가 기립되도록 설치되고, 이 탄성체(116)들은 서로 서로 일정거리 이격배치되어 상부 지지판(112) 또는 하부 지지판(114)이 진동에 의하여 수평방향을 향하여 상대적 이동을 하였을 때 탄력적으로 변형되었다가 복원되는 탄성복원작용을 함으로써, 진동을 흡수분산시킬 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 제3실시예 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 상부 지지판(112)의 하부면과 하부 지지판(114)의 상부면에 상기한 탄성체(116)들이 삽입안착될 수 있는 안착홈(122)이 형성된 것으로만 도시되었으나, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 지지판(112)의 하부면과 하부 지지판(114)의 상부면에 안착홈(122)이 형성되지 않은 상태에서도 면진기능이 활용될 수 있으나, 슬립현상을 미연에 방지하기 위하여 안착홈(122)을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 탄성체(116)의 중공부(116a)에 삽입되는 형상기억부재(118)는, 인장스프링, 납, 형상기억합금 중 어느 하나로 이루어진 것이며, 압축스프링은 자체적으로 가지고 있는 탄성력이 이용되되, 진동에 따른 수평형 상대적 이동에 대하여 즉각적인 이동저항력을 발휘고, 탄성복원 시에도 탄성체(116)에 즉각적인 탄성력을 부여한다.
반면에, 상기한 형상기억합금도 자체적으로 가지고 있는 형상복원력에 의해 진동에 따른 수평형 상대적 이동에 대하여 이동저항력을 발휘하지만, 즉각적인 이동저항력보다는 지속적이고 지연적인 이동저항력이 발휘되고, 이동 후의 탄성복원력 발생 시 지속적이고 지연적으로 형상복원력이 발휘되므로, 안정적인 진동흡수와 전단변형을 유도한다.
아울러, 상기한 납은, 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)의 수평적 상대이동에 따라 발생되는 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)에 의해 집중되는 응력을 분산시키면서 이론적인 전단변형(전단되는 면의 미소한 직사각형이 전단력에 의해 평행사변형으로 변형되는 것)을 유도한다.
여기서, 상기 탄성체(116)는 도 7에 도시된 바와 같이 상단과 하단이 외경둘레를 따라 돌출된 플랜지형상의 받침부(116b)가 형성됨으로써, 안정적인 기립유지력과 전단변형 시 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)으로의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있게 된다.
한편, 도 6a에 도시된 바와 같이 진동 발생 전에는 수직으로 발생하는 구조물의 하중이 상부 지지판(112), 면진부재(120) 및 형상기억부재(118), 중부 지지판(124), 탄성체(116) 및 형상기억부재(118), 하부 지지판(114)에 의해 받쳐주게 되며, 진동 발생 시에는 도 6b에 도시된 바와 같이 지면으로부터 발생하는 진동이 하부 지지판(114)을 경유하여 하부 지지판(114)과 중부 지지판(124)에 일체형으로 설치된 탄성체(116)를 포함하는 면진부재(120)와 형상기억부재(118)로 전달됨으로써, 1차적으로 하부 지지판(114)과 탄성체(116)와 형상기억부재(118)를 통하여 중부 지지판(124)이 수평적 상대이동을 하게 되며, 이때, 하부 지지판(114)과 중부 지지판(124) 사이의 탄성체(116)가 탄성체(116)가 전단변형이 발생하면서 진동을 흡수분산시키게 된다.
아울러, 1차적으로 흡수분산되면서 전단변형이 발생한 하부 지지판(114)과 중부 지지판(124) 사이의 탄성체(116)로부터 중부 지지판(124)과 상부 지지판(112) 사이에 설치된 탄성체(116)로 진동이 전달될 때에는 1차적으로 흡수분산된 후의 진동 여진이 전달되는 것이므로, 진폭이 작은 상태로 진동이 전달된다.
따라서, 상기 중부 지지판(124)과 상부 지지판(112)의 수평적 상대이동의 변위량은 하부 지지판(114)과 중부 지지판(124)의 변위량보다 상대적으로 작을 수밖에 없으며, 이에 따라, 도 6c에 도시된 바와 같이 중부 지지판(124)과 상부 지지판(112) 사이에 설치된 탄성체(116)가 미세한 전단변형을 이루게 되므로, 상부 지지판(112) 상부의 구조물에는 지진에 의한 진동이 상당히 상쇄된 상태로 전달되는 것이다.
즉, 상기 중부 지지판(124)과, 이 중부 지지판(124)에 일체형으로 결합된 면진부재(120)는 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114) 사이에서 관절과 같은 역할을 담당하면서도 진동 발생 시 하부 지지판(114)에서 상부 지지판(112)으로 전달되는 진동을 수평적 상대이동 작용을 통하여 일부 상쇄시키는 기능을 하게 됨으로써, 상부 지지판(112) 상부의 구조물에는 상쇄된 진동이 전달되도록 하여 구조물의 피로누적을 최소화할 수 있게 되는 것이다.
아울러, 진동이 멈추게 되면, 탄성체(116)의 탄성복원력과 형상기억부재(118)의 복원력에 의하여 전단변형된 탄성체(116)가 복원되면서 다시 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)의 수평적 상대이동을 유도하면서 복원이 이루어지게 하는 것이다.
상기한 제3실시예는 본 발명에 따른 제1실시예의 변형으로서, 동일한 작용을 하게 되므로, 이하에서는 그 작용의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이 제3실시예는, 탄성체(116)가 형성된 면진부재(120)가 중부 지지판(124)에 일체로 성형되는 것이므로, 조립 시 번거로움이 없어지므로, 생산시간이 단축되며, 탄성체(116)와 상부 지지판(112), 중부 지지판(124), 하부 지지판(114)과의 결합력이 증대됨은 물론 전단변형 시 더욱 탄력적인 변형과 형상보원이 이루어지므로, 효과적인 진동흡수와 분산작용이 이루어질 수 있게 하는 것이다.
본 발명에 따른 제4실시예는 제1실시예의 개량형으로서, 탄성체(116)와 형상기억부재(118)의 구성은 동일하나, 도 8에 도시된 바와 같이 상부 지지판(112)에는 상부 받침턱(130)이 하향으로 돌출성형되게 하고 하부 지지판(114)에는 하부 받침턱(132)이 상향으로 돌출성형되게 한 후, 이 상, 하부 받침턱(130)(132)에 탄성체(116)이 설치되도록 한 것이다.
이때, 상기 탄성체(116)이 상, 하부 받침턱(130)(132)사이에 끼워진 형태의 구조를 가지므로, 자칫 탈락될 위험이 있으며, 이러한 위험을 배제시키기 위하여 상, 하부 받침턱(130)(132)에 유도부(134)를 결합시키고, 이 유도부(134)에 탄성체(116)의 상, 하단이 삽입되게 함으로써, 탄성체(116)의 탈락을 방지할 수 있다.
상기 유도부(134)를 상, 하부 받침턱(130)(132)에 결합시키기 위한 유도부(134)의 결합수단은, 도 8, 도 9에 도시된 바와 같이 상, 하부 받침턱(130)(132)의 외경면에 제1나사부(136)을 형성하고, 이 제1나사부(136)에 체결되도록 유도부(134)의 내경면에는 제2나사부(138)를 형성하여 유도부가 상, 하부 받침턱(130)(132)에 체결된 후 탄성체(116)를 유도부(134)로 삽입되게 하며, 이때, 도 9에 도시된 바와 같이 탄성체(116)의 상, 하단은 상, 하부 받침턱(130)(132)의 하부면과 상부면에 각각 긴밀하게 밀착되는 구조를 가지게 됨으로써, 상부 지지판(112)와 하부 지지판(114)로 전달되는 진동을 흡수할 수 있게 되는 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 제4실시예는 유도부(134)를 이용하여 탄성체(116)가 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)에 결합되도록 한 구성이나, 제4실시예는 탄성체(115)를 결합구성하는데 안정적이고 용이한 작업성과 구조를 제공하는 것 외에 또 다른 효과를 얻을 수 있다.
즉, 종래에는 면진장치가 교량이나 건축물 등에 설치된 후, 지진 및 진동에 의하여 보수가 필요할 때, 상부 지지판(112)위의 상부 구조물(102)를 인상시킨 후, 면진장치 전체를 교체하여야 하였으나, 본 발명에 따른 다발성 탄성복원형 면진장치를 설치한 후 보수가 필요할 때에는 상부 구조물(102)를 인상시킨 후 교체가 필요한 탄성체(116)에 결합된 유도부(134)만을 해체하면 도 9에 도시된 바와 같이 유도부(134)가 탄성체(116)의 외경을 따라 하강하거나 승강할 수 있는 상태로 전환되며, 이때, 교체가 필요한 탄성체(116)을 측면방향으로 잡아당겨 분리시킨 후, 유도부(134)이 외경으로 삽입된 새로운 탄성체(116)를 상, 하부 받침턱(130)(132)에 배치시키고, 다시 유도부(134)를 상, 하부 받침턱(130)(132)에 체결시킴으로써 간단하게 교체작업을 완료할 수 있는 장점을 가진다.
여기서, 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이 유도부(134)가 안정적으로 체결된 상태를 유지하게 하고, 탄성체(116)과의 일체감이 유지될 수 있도록 하기 위하여 상, 하부 받침턱(130)(132)과 맞닿는 상, 하부 지지판(112)(114)에는 삽입홈(140)이 형성되게 함으로써, 상, 하부 받침턱(130)(132)에 체결되는 유도부(134)가 삽입홈(140)으로 삽입 후 안착되도록 하는 것이 바람직하다.
102 : 상부구조물 104 : 하부구조물
112 : 상부 지지판
114 : 하부 지지판
116 : 탄성체 116a : 중공부
116b : 받침부
118 : 형상기억부재 120 : 면진부재
122 : 안착홈 124 : 중부 지지판
130 : 상부 받침턱 132 : 하부 받침턱
134 : 유도부 136 : 제1나사부
138 : 제2나사부 140 : 삽입홈

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  10. 상부구조물(102)과 하부구조물(104) 사이에 설치되어 지진에 의한 진동발생 시 진동을 흡수분산시키도록 된 다발성 탄성복원형 면진장치에 있어서,
    상기 상부구조물(102)의 하단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재로서 하부면에 다수 개의 상부 받침턱(130)이 하향으로 돌출형성된 상부 지지판(112)과;
    상기 하부구조물(104)의 상단부에 결합되며, 판상으로 이루어진 금속재로서 상부면에 다수 개의 하부 받침턱(132)이 상향으로 돌출형성된 하부 지지판(114)과;
    상기 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)사이에서 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)으로부터 일정거리 이격된 위치에 배치되며, 판상으로 이루어진 금속재 중부 지지판(124)과;
    상기 상부 지지판(112)과 중부 지지판(124)의 사이, 하부 지지판(114)과 중부 지지판(124)의 사이에 각각 밀착설치되도록 상부 지지판(112)의 상부 받침턱(130) 하부면과 하부 지지판(114)의 하부 받침턱(132) 상부면을 향하여 중공부(116a)를 가지는 다수 개의 탄성체(116)가 서로 일정거리 이격된 상태로 돌출성형되도록 중부 지지판(124)의 상, 하부면에 일체형으로 피복형성되며, 상부 지지판(112) 또는 하부 지지판(114)이 진동에 의하여 수평방향을 향하여 상대적 이동을 하였을 때 탄성복원시키도록 된 면진부재(120)와;
    상기 탄성체(116)의 중공부(116a)에 삽입되어 상부 지지판(112)과 하부 지지판(114)이 수평방향을 향하여 상대적 이동 시 탄성체(116)가 탄성복원될 수 있게 하는 형상기억부재(118)와;
    상기 탄성체(116)의 외경으로 삽입된 상태에서 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 각각 결합되는 유도부(134)와;
    상기 유도부(134)를 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 결합시키기 위한 유도부(134)의 결합수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다발성 탄성복원형 면진장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유도부(134)의 결합수단은,
    상기 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)의 외경면에 형성된 제1나사부(136)와;
    상기 유도부(134)의 내경면에 형성되어 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)에 형성된 제1나사부(136)에 체결되는 제2나사부(138)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다발성 탄성복원형 면진장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 상부 받침턱(130)과 하부 받침턱(132)으로 삽입결합되는 유도부(134)가 상부 지지판과 하부 지지판에 삽입안착되도록 상부 지지판 또는 하부 지지판에 형성된 삽입홈(140)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다발성 탄성복원형 면진장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060075642A (ko) * 2004-12-28 2006-07-04 정한석 사출성형물에 의한 층간 소음방지 시공방법
KR20090067515A (ko) * 2007-12-21 2009-06-25 성균관대학교산학협력단 수평강성이 작은 면진장치
KR20090085408A (ko) * 2008-02-04 2009-08-07 재단법인서울대학교산학협력재단 형상기억합금을 이용한 교량받침

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