KR101970392B1 - 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼 - Google Patents

강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼는 복수의 슬릿이 형성되는 강재 슬릿댐퍼, 상기 강재 슬릿댐퍼의 전면과 후면의 일 영역에 각각 고정되는 판상의 점탄성댐퍼 및 상기 강재 슬릿댐퍼와 사이에 상기 점탄성댐퍼가 고정되도록 하고, 상기 강재 슬릿댐퍼와 결합되는 고정 강판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼{COMPLEX DAMPER COMBINED WITH STEEL SLIT DAMPER AND VISCOELASTIC DAMPER }
본 발명은 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 함께 결합한 형태로 건축 구조물에 설치되어 다양한 특성의 지진에 제진 효과를 극대화할 수 있는 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼에 관한 것이다.
최근 일본과 중국에서 발생한 큰 지진으로 수많은 인명 피해와 경제적 피해가 발생하였으며, 이에 따라 건축구조물의 내진보강 기술에 관하여 관심이 모아지고 있다.
건축구조물의 내진보강을 위해서 전단벽이나 가새 등 추가적인 부재를 설치하는 방법, 기둥이나 보의 크기를 증가시키는 방법, 면진/제진 장치를 이용하는 방법 등이 적용되고 있다.
이러한 방법들 중에서 제진 장치를 이용하는 방법은 지진에 의한 진동에너지를 에너지 소산장치인 댐퍼의 열에너지로 소산하는 방법으로, 내진보강 위치 및 개수를 최소화하여 효과적이면서도 경제적인 내진보강 기법으로 알려져 있다.
건축구조물의 내진보강을 위한 에너지 소산장치로 주조 사용되는 강재 댐퍼와 마찰댐퍼는 변위에 비례하여 지진에너지를 소산하는 장치이다. 이러한 변위 의존형 감쇠장치는 일반적으로 큰 변위가 발생하는 경우에 효과적이다. 하지만, 지진발생 후에 소성변형이 회복되지 않아서 구조물에 영구변위가 발생하여, 이를 보수하기 위해 많은 비용이 소요되거나 보수가 불가능한 경우도 발생하는 문제점이 있다.
또한, 점탄성댐퍼는 속도에 비례하여 감쇠력이 증가하는 장치인데, 이러한 속도 의존형 감쇠장치는 하중이 빠른 시간에 작용하여 구조물에 큰 속도가 발생할 때 효과적인 장치이다. 하지만, 강재댐퍼와 강성이 작고 동일한 감쇠력을 발생하기 위하여 크기가 커져야 한다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0028478호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강재 슬릿댐퍼의 양측면에 판상의 점탄성재료를 결합하여 변위 및 속도 의존형 감쇠장치의 장점을 모두 갖추어서 다양한 특성의 지진에 효과적으로 작용하도록 하는 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 복수의 슬릿이 형성되는 강재 슬릿댐퍼; 상기 강재 슬릿댐퍼의 전면과 후면의 일 영역에 각각 고정되는 판상의 점탄성댐퍼; 및 상기 강재 슬릿댐퍼와 사이에 상기 점탄성댐퍼가 고정되도록 하고, 상기 강재 슬릿댐퍼와 결합되는 고정 강판을 포함하는 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼에 의해 달성될 수가 있다.
여기서, 상기 복수의 슬릿은 상기 강재 슬릿댐퍼의 좌측과 우측에 각각 형성되고, 상기 좌측과 우측에 형성된 복수의 슬릿 사이의 중앙에는 상기 점탄성댐퍼가 고정되는 면인 고정부가 형성될 수가 있다.
여기서, 상기 고정 강판은 수평으로 연장되어 상기 강재 슬릿댐퍼의 상부 측면과 결합되는 결합부; 및 상기 결합부의 중앙에서 아래로 연장되어 상기 고정부 위를 덮어 상기 고정부와 사이에 상기 점탄성댐퍼가 고정되도록 하는 연장부를 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 강재 슬릿댐퍼의 상부 측면과 상기 결합부 사이에 판상으로 형성되어, 상기 점탄성댐퍼가 상기 고정 강판과 상기 강재 슬릿댐퍼 사이에 위치하도록 이격 공간을 형성하는 필러부를 더 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 결합부, 상기 필러부, 및 상기 강재 슬릿댐퍼의 상부 측면에는 나사공이 형성되고, 상기 나사공에 삽입되는 나사를 이용하여 상기 고정 강판, 상기 필러부, 및 상기 강재 슬릿댐퍼는 일체로 결합될 수가 있다.
여기서, 단면이 'ㄱ'자인 앵글로 제 1 면부는 상기 결합부에 결합되고, 제 2 면부는 상부 건축 구조물에 결합되는 상부 앵글; 및 단면이 'ㄱ'자인 앵글로 제 1 면부는 상기 강재 슬릿댐퍼의 하부 측면에 결합되고, 제 2 면부는 하부 건축 구조물에 결합되는 하부 앵글을 더 포함할 수가 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼에 따르면 변위 의존형 감쇠장치인 강재 슬릿댐퍼와 속도 의존형 감쇠장치인 점탄성댐퍼를 결합함으로써 진동 주기가 짧아 변위가 작도 속도가 큰 지진 및 지반 속도가 작고 진폭이 커서 구조물에 큰 변위를 발생하는 지진 등 다양한 특성의 지진에 효과적으로 대응할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 항복 후 복원력이 없는 강재 슬릿댐퍼에 탄성 복원력을 가진 점탄성댐퍼를 결합함으로써 지진에 의한 건축 구조물의 영구변형을 최소화하며 지진 후 건축 구조물의 복구비용을 절감할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 댐퍼의 제작이 단순하여 실무 기술자가 손쉽게 현장에서 적용할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 고가인 점탄성재료의 물량을 최소화하여 제진효과를 극대화할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼의 분리사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼의 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 2의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼가 실제 건축구조물에 장착된 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 다양한 지진 환경에서의 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼 사이의 강성비에 따른 변위 분포에 대한 실험 결과를 도시하는 그래프이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼의 분리사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼의 사시도이고, 도 3은 도 2의 정면도이고, 도 4는 도 2의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼가 실제 건축구조물에 장착된 상태를 도시하는 도면이고, 도 6은 다양한 지진 환경에서의 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼 사이의 강성비에 따른 변위 분포에 대한 실험 결과를 도시하는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼(100)는 강재 슬릿댐퍼(110), 점탄성댐퍼(120) 및 고정 강판(130)을 포함하여 구성될 수가 있다.
강재 슬릿댐퍼(110)는 강재(steel)로 형성되어 복수 개의 슬릿(112)이 형성된 기존의 슬릿댐퍼와 유사하다. 지진 발생시 좌우로 거동할 수가 있도록 복수 개의 슬릿(112)은 상하 중간의 위치에서 높이 방향의 긴 슬릿(112)이 일정한 간격으로 복수개 형성되는 것이 바람직하다.
단, 본 실시예에서 복수 개의 슬릿(112)은 좌측과 우측에 각각 분리되어 소정의 간격으로 복수 개 형성되고, 좌측과 우측에 형성된 슬릿(112) 사이에 중앙에는 후술하는 점탄성댐퍼(120)가 고정되는 면인 고정부(116)가 형성될 수가 있다.
도시되어 있는 것과 같이 강재 슬릿댐퍼(110)의 좌측과 우측에서 슬릿(112)이 형성되는 슬릿형성부(114)와 중앙의 고정부(116)는 강재 슬릿댐퍼(110)의 하단부에서 상부로 돌출되는 포크 형태를 가지는데, 즉 슬릿형성부(114)와 고정부(116) 사이에는 상부에서 하부로 만입되는 홈(118)이 형성되어 지진 발생시에 슬릿형성부(114)와 고정부(116)에 대해 좌우거동이 일어나도록 할 수가 있다.
또한, 도시되어 있는 것과 같이 강재 슬릿댐퍼(110)의 상부 측면과 하부 측면에는 후술하는 구성요소들과의 나사결합을 위한 나사공(119)이 형성될 수가 있다.
고정 강판(130)은 강재 슬릿댐퍼(110)와 결합하여 고정 강판(130)과 강재 슬릿댐퍼(110) 사이에 후술하는 점탄성댐퍼(120)가 고정되도록 하는 부재로, 강재 슬릿댐퍼(110)의 전면과 후면에 각각 형성될 수가 있다.
고정 강판(130)은 도시도어 있는 것과 같이 'T'자 형태를 가질 수가 있는데, 결합부(132) 및 연장부(134)를 포함하여 구성될 수가 있다.
결합부(132)는 수평으로 연장되어 나사(180) 등을 이용하여 강재 슬릿댐퍼(110)의 상부 측면과 결합될 수가 있는데, 결합부(132)에는 강재 슬릿댐퍼(110)의 상부 측면과 나사결합을 할 수 있도록 하는 나사공(139)이 형성될 수가 있다.
연장부(134)는 결합부(132)의 중앙에서 아래로 연장되어 전술한 강재 슬릿댐퍼(110)의 고정부(116) 위를 덮게 되는데, 고정 강판(130)의 연장부(134)와 강재 슬릿댐퍼(110)의 고정부(116) 사이에 후술하는 점탄성댐퍼(120)가 부착되어 고정될 수가 있다.
전술한 강재 슬릿댐퍼(110)의 하단부로부터 연장되는 고정부(116)의 길이와 폭 그리고 고정 강판(130)의 결합부(132)로부터 연장되는 연장부(134)의 길이와 폭은 사이에 결합되는 점탄성댐퍼(120)의 면적에 따라서 다양하게 변형이 가능할 수가 있다.
고정 강판(130)과 강재 슬릿댐퍼(110) 사이에는 필러부(140)와 점탄성댐퍼(120)가 형성될 수가 있다. 보다 자세히는 필러부(140)는 고정 강판(130)의 결합부(132)에 대응하는 위치에 형성될 수가 있고, 점탄성댐퍼(120)는 고정 강판(130)의 연장부(134)에 대응하는 위치에 형성될 수가 있다.
필러부(140)는 판상의 부재로 고정 강판(130)의 결합부(132)와 강재 슬릿댐퍼(110)의 상부 측면 사이에 고정 형성되어 고정 강판(130)과 강재 슬릿댐퍼(110) 사이에 점탄성댐퍼(120)가 위치하도록 하는 이격된 공간을 형성하도록 한다.
점탄성댐퍼(120)는 고무와 같은 점탄성재질로 판상으로 형성되어 고정 강판(130)의 연장부(134)와 강재 슬릿댐퍼(110)의 고정부(116) 사이에 접착 등의 방법으로 고정될 수가 있다.
도 1 내지 도 4를 참조로 설명한 본 발명의 복합댐퍼(100)는 보나 슬래브 사이에 고정 장착될 수가 있다. 'ㄱ'자 형 단면의 앵글(150, 160)이 각각 복합댐퍼(100)의 상부와 하부의 전후면에 각각 장착되어 고정될 수가 있는데, 도시되어 있는 것과 같이 상부 앵글(150)의 제 1 면부(152)는 고정 강판(130)의 결합부(132)의 외측면에 결합되어 제 2 면부(154)를 이용하여 상부 건축 구조물(210)에 복합댐퍼(100)를 결합시킬 수가 있고, 하부 앵글(160)의 제 1 면부(162)는 강재 슬릿댐퍼(110)의 하부 측면에 결합되어 제 2 면부(164)를 이용하여 하부 건축 구조물(220)에 복합댐퍼(100)를 결합시킬 수가 있다.
상부 앵글(150), 고정 강판(130)의 결합부(132), 필러부(140), 강재 슬릿댐퍼(110)의 상부 측면에는 각각 나사공(159, 139, 149, 119)이 형성될 수가 있는데, 상기 나사공(159, 139, 149, 119)에 나사(180)가 삽입되도록 하여, 상부 앵글(150), 고정 강판(130), 필러부(140), 강재 슬릿댐퍼(110)를 일체로 결합시킬 수가 있다.
또한, 하부 앵글(160)에도 나사공(169)이 형성되는데, 강재 댐퍼슬릿(110)의 하부 측면에 형성된 나사공(119)을 통해 나사(180)를 이용하여 하부 앵글(160)을 강재 슬릿댐퍼(110)에 고정시킬 수가 있다.
도 5는 상부 건축 구조물(210)과 하부 건축 구조물(220) 사이에 본 발명의 복합댐퍼(100)가 장착된 상태를 도시한다. 이때, 본 발명의 복합댐퍼(100)는 상부 및 하부의 보나 슬래브에 캐미컬앵커를 이용하여 접합시킬 수가 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 복합댐퍼(100)는 강재 슬릿댐퍼(110)의 양측면의 소정의 영역에 판상형의 점탄성댐퍼(120)가 병렬로 결합된 형태로 지진에너지를 소산시키므로, 복합댐퍼(100)의 전체적인 지진거동은 강재 슬릿댐퍼(110)의 거동과 점탄성댐퍼(120)의 거동을 합한 형태로 나타날 수가 있다. 따라서, 지진에 의하여 구조물의 층간 변위가 발생할 때 강재 슬릿댐퍼(110)와 점탄성댐퍼(120)가 동시에 전단 변형하여 지진에너지를 소산시킴으로써, 단일 댐퍼가 설치된 경우와 비교하여 제진 효과를 극대화시킬 수가 있다.
도 6은 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 본 발명의 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼(100)를 철골 1층 1경간 구조물에 설치한 후에, Northridge 지진, El Centro 지진, 및 세 단계의 강도로 스케일링된 인공지진을 이용하여 비선형시간이력해석을 수행한 결과를 도시한다.
도 6의 그래프에서 수평축은 점탄성댐퍼(120) 및 강재 슬릿댐퍼(110)의 강성비를 나타내며, 수직축은 최대 변위를 나타낸다.
점탄성댐퍼(120)와 강재 슬릿댐퍼(110)의 강성의 합은 일정하게 유지하되 비율만 변화시킨 결과, 도 6의 그래프에서 점탄성댐퍼(120)의 강성이 증가할수록 변위는 감소하는 것으로 나타나 단일의 강재 슬릿댐퍼(110)보다 우수한 제진 성능을 가지는 것으로 나타났다.
이때, 강재 슬릿댐퍼(110)에 비하여 점탄성댐퍼(120)의 크기가 커질수록 제작비용이 크게 증가하므로, 제작비용을 최소화하면서도 제진 효과를 극대화하도록 점탄성댐퍼(120)의 장착면적을 적정의 크기로 제작하는 것이 중요하다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 복합댐퍼 110: 강재 슬릿댐퍼
112: 슬릿 114: 슬릿형성부
116: 고정부 119: 나사공
120: 점탄성댐퍼 130: 고정 강판
132: 결합부 134: 연장부
139: 나사공 140: 필러부
149: 나사공 150: 상부 앵글
152: 제 1 면부 154: 제 2 면부
159: 나사공 160: 하부 앵글
162: 제 1 면부 164: 제 2 면부
169: 나사공 180: 나사
210: 상부 건축 구조물 220: 하부 건축 구조물

Claims (6)

  1. 복수의 슬릿이 형성되는 강재 슬릿댐퍼;
    상기 강재 슬릿댐퍼의 전면과 후면에 결합되는 고정 강판; 및
    상기 강재 슬릿댐퍼의 전면과 후면에 상기 강재 슬릿댐퍼와 상기 고정 강판 사이에 각각 고정되는 판상의 점탄성댐퍼를 포함하고,
    상기 강재 슬릿댐퍼는 좌측과 우측에 상기 복수의 슬릿이 형성되는 슬릿형성부 및 좌측과 우측의 상기 슬릿형성부 사이의 중앙에 상기 점탄성댐퍼가 고정되는 면인 고정부가 형성되고, 상기 슬릿형성부와 상기 고정부 사이에는 상기 강재 슬릿댐퍼의 상부에서 하부로 만입되는 홈이 형성되고,
    상기 고정 강판은
    수평으로 연장되어 상기 강재 슬릿댐퍼의 상부 측면과 결합되는 결합부; 및
    상기 결합부의 중앙에서 아래로 연장되어 상기 고정부 위를 덮어 상기 고정부와 사이에 상기 점탄성댐퍼가 고정되도록 하는 연장부를 포함하는 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 강재 슬릿댐퍼의 상부 측면과 상기 결합부 사이에 판상으로 형성되어, 상기 점탄성댐퍼가 상기 고정 강판과 상기 강재 슬릿댐퍼 사이에 위치하도록 이격 공간을 형성하는 필러부를 더 포함하는 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 결합부, 상기 필러부, 및 상기 강재 슬릿댐퍼의 상부 측면에는 나사공이 형성되고,
    상기 나사공에 삽입되는 나사를 이용하여 상기 고정 강판, 상기 필러부, 및 상기 강재 슬릿댐퍼는 일체로 결합되는 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼.
  6. 제 1 항에 있어서,
    단면이 'ㄱ'자인 앵글로 제 1 면부는 상기 결합부에 결합되고, 제 2 면부는 상부 건축 구조물에 결합되는 상부 앵글; 및
    단면이 'ㄱ'자인 앵글로 제 1 면부는 상기 강재 슬릿댐퍼의 하부 측면에 결합되고, 제 2 면부는 하부 건축 구조물에 결합되는 하부 앵글을 더 포함하는 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼.
KR1020170022863A 2017-02-21 2017-02-21 강재 슬릿댐퍼와 점탄성댐퍼가 결합된 복합댐퍼 KR101970392B1 (ko)

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