KR102052298B1 - 핀접합 세타형 강재 댐퍼를 적용한 댐핑 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제작이 용이하고, 내력 및 강성과 함께 변형 능력이 크고, 잔류변위를 제어할 수 있도록 한 핀접합 세타형 강재 댐퍼를 적용한 댐핑 모듈을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 댐핑 모듈은, 강재로 제작되어 T자형 단면을 갖는 제1정착용 브라켓과; 강재로 제작되어 상기 제1정착용 브라켓과 동일한 T자형 단면을 갖고 일정한 간격을 두고 서로 마주보도록 동일 평면상에 배치된 제2정착용 브라켓과; 상기 제1정착용 브라켓과 제2정착용 브라켓의 사이에 배치되어 양측면에 볼트 결합되며, 일정 폭과 두께를 갖는 강판으로 제작되어 서로 동일한 반경을 갖는 한 쌍의 반원부와, 한 쌍의 반원부를 연결하는 직선구간부가 구비되어 장축을 갖는 긴 원형으로 이루어진 댐퍼 본체와, 강재로 제작되어 상기 댐퍼 본체의 적어도 어느 일측면 직선구간부의 중앙에 핀접합되며 단면이 상대적으로 좁아지는 소성목부를 갖는 힌지 강판, 힌지 강판의 양단에 핀접합을 위해 일체되어 있는 핀접합부로 구성된 소성힌지를 포함하여 구성되는 한 쌍의 핀접합 세타형 강재 댐퍼와; 일단이 제1정착용 브라켓측에 고정되고 타단이 일측의 핀접합 세타형 강재 댐퍼의 반원부(121)측에 접하여 있는 한 쌍의 제1면외좌굴방지용 강재와; 일단이 제2정착용 브라켓측에 고정되고 타단이 타측의 핀접합 세타형 강재 댐퍼의 반원부측에 접하여 있는 한 쌍의 제2면외좌굴방지용 강재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

핀접합 세타형 강재 댐퍼를 적용한 댐핑 모듈{Damping module with pinned connection theta damper}

본 발명은 제진을 수행하기 위한 강재 댐퍼에 관한 것으로, 특히 제작이 용이하고, 내력 및 강성과 함께 변형 능력이 크며 잔류변위를 제어할 수 있도록 한 핀접합 세타형 강재 댐퍼를 적용한 댐핑 모듈에 관한 것이다.

일반적인 강재 댐퍼 중 알려져 있는 U형이나 O형 형태의 강재 댐퍼는 지진 하중에 대해 변형이 크게 나타나는데 반해, 내력 및 강성이 작다. 내력 및 강성이 작은 경우, 큰 지진 하중에서는 제진을 제대로 발휘하지 못하게 되는 단점이 있다. 한편, 도그본 또는 스트립 형태의 강재댐퍼는 U형이나 O형의 강대 댐퍼에 비하여 내력 및 강성을 크게 가지나 지진 후의 잔류변위를 제어할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1374773호로서, '변단면 스트립형 강재 댐퍼'가 제안되어 있다. 이는 상부 고정판과 하부 고정판의 사이에 중간이 오목하게 들어간 부분을 갖는 스트립을 복수개 이상으로 설치한 것으로, 하중이 집중되는 상단부 및 하단부에서 지지강도가 향상되고 중간 부분에서도 전단을 억제하면서 효율적인 소성 변형이 일어나게 되어 에너지 소산 성능이 발휘되도록 한 것이다. 그러나 상기 배경기술은 큰 지진 하중을 받는 경우 소성 변형 후 복원력이 발생하지 않으므로 잔류변위를 제어할 수 없는 문제가 있다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1374773호

본 발명은 제작이 용이하고, 내력 및 강성과 함께 변형 능력이 크고, 잔류변위를 제어할 수 있도록 한 핀접합 세타형 강재 댐퍼를 적용한 댐핑 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 핀접합 세타형 강재 댐퍼는 일정 폭과 두께를 갖는 강판으로 제작되어 서로 동일한 반경을 갖는 한 쌍의 반원부와 한 쌍의 반원부를 연결하는 직선구간부가 구비되어 장축을 갖는 긴 원형으로 이루어진 댐퍼 본체와; 강재로 제작되어 상기 댐퍼 본체의 적어도 어느 일측면 직선구간부의 중앙에 핀접합되어 있는 소성힌지;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐퍼 본체는 2개의 U자형 강판과 반원형 강판의 양쪽 단부를 상호 접합시켜서 제작된 것을 특징으로 한다.

또한, 소성힌지는 단면이 상대적으로 좁아지는 소성목부를 갖는 힌지 강판, 힌지 강판의 양단에 핀접합을 위해 일체되어 있는 핀접합부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 한 쌍의 반원부 중 어느 한 쪽이 제거되어 댐퍼 본체는 U자 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 핀접합 세타형 강재 댐퍼를 적용한 댐핑 모듈은, 강재로 제작되어 T자형 단면을 갖는 제1정착용 브라켓과; 강재로 제작되어 상기 제1정착용 브라켓과 동일한 T자형 단면을 갖고 일정한 간격을 두고 서로 마주보도록 동일 평면상에 배치된 제2정착용 브라켓과; 상기 제1정착용 브라켓과 제2정착용 브라켓의 사이에 배치되어 양측면에 볼트 결합된 한 쌍의 핀접합 세타형 강재 댐퍼와; 일단이 제1정착용 브라켓측에 고정되고 타단이 일측의 핀접합 세타형 강재 댐퍼의 반원부측에 접하여 있는 한 쌍의 제1면외좌굴방지용 강재와; 일단이 제2정착용 브라켓측에 고정되고 타단이 타측의 핀접합 세타형 강재 댐퍼의 반원부측에 접하여 있는 한 쌍의 제2면외좌굴방지용 강재;를 포함한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 핀접합 세타형 강재 댐퍼 및 댐핑 모듈은 댐퍼 본체가 타원형 구조를 갖기 때문에 분할 접합시켜서 댐퍼 본체를 용이하게 제작할 수 있다. 또한 댐퍼 본체에 소성힌지가 핀접합되어져 세타형 구조를 갖기 때문에 내력과 강성이 크게 증가할 뿐만 아니라 변형 능력이 커지는 장점을 갖는다. 또한 댐퍼본체가 타원형 구조를 갖어 탄성 변형하므로 잔류변위를 제어할 수 있다.

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 1a는 본 발명의 일 형태에 따른 핀접합 세타형 강재 댐퍼의 사시도.
도 1b는 도 1a의 정면도.
도 2는 도 1a에 도시된 핀접합 세타형 강재 댐퍼의 분해사시도.
도 3의 (가),(나)는 본 발명의 핀접합 세타형 강재 댐퍼에 적용된 댑퍼 본체의 다양한 제작 방법을 나타내는 분해사시도.
도 4a는 본 발명에 따른 핀접합 세타형 강재 댐퍼를 적용한 댐핑 모듈의 일 형태를 나타낸 사시도.
도 4b는 도 4a에 도시된 댐핑 모듈의 정면도.
도 4c는 도 4a에 도시된 댐핑 모듈의 일측면도.
도 5, 도 6은 도 4a의 댐핑 모듈을 구조물의 전단벽에 다양한 형태로 설치한 예시도.
도 7은 도 4a의 댐핑 모듈을 양쪽 벽체를 연결하는 커플링 빔에 설치한 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 핀접합 세타형 강재 댐퍼를 하중과 변형 관계에서 스트립 댐퍼 및 O형 댐퍼와 함께 비교한 변형 선도.
도 9는 본 발명에 따른 핀접합 세타형 강재 댐퍼의 변형된 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.

본 발명에 따른 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)는 도 1a 내지 도 2에서와 같이 댐퍼 본체(12)와, 댐퍼 본체(12)에 결합된 소성힌지(14)로 구성된다.

댐퍼 본체(12)는 일정 폭(W)과 두께(T)를 갖는 강판으로 제작된다. 댐퍼 본체(12)는 서로 동일한 반경(R)을 갖는 한 쌍의 반원부(121,121)와, 한 쌍의 반원부(121,121)를 연결하는 직선구간부(122,122)를 구비하여 장축(X)을 갖는 긴 원형으로 이루어져 있다.

도 2의 (가)와 같이 댐퍼 본체(12)는 U자형 강판(12a)과 반원형 강판(12b)의 양쪽 단부를 상호 용접으로 접합시켜서 용이하게 제작될 수 있다. 또한 도 2의 (나)와 같이 댐퍼 본체(12)는 분할된 한 쌍의 반원부(121,121)와 직선구간부(122,122)를 상호 용접으로 접합시켜서 용이하게 제작될 수 있다.

소성힌지(14)는 판상의 강재로 제작된다. 소성힌지(14)는 양단이 직선구간부(121,121)에 핀접합되어져 댐퍼 본체(12)의 일측면 설치된다.

소성힌지(14)는 단면이 상대적으로 좁아지는 소성목부(141a)를 갖는 힌지 강판(141), 힌지 강판(141)의 양단에 핀접합을 위해 일체되어 있는 핀접합부(142)로 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)는 도 8의 하중(F)과 변위(δ)와의 관계를 나타낸 이력선도에서 나타난 바와 같이 동일한 변형량을 갖기 위해서는 0형 댐퍼 및 스트립 댐퍼 보다도 더 큰 힘이 가해져야하는 것을 알 수 있다. 즉, 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)가 댐퍼 본체(12)와 소성힌지(14)의 결합으로 강성이 증대되고, 따라서 큰 지진하중에 변형 능력을 발휘하여 지진에너지를 소산시킬 수 있다. 또한, 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)가 3가지 선도의 이력성상을 갖으므로 지진 후의 잔류변위를 제어할 수 있다.

이와 같이 구성된 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)를 이용한 댐핑 모듈(100)을 구성할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c와 같이 일예의 댐핑 모듈(100)은 강재로 제작되어 T자형 단면을 갖는 제1정착용 브라켓(31)과, 강재로 제작되어 제1정착용 브라켓(31)과 동일한 T자형 단면을 갖고 일정한 간격(G)을 두고 서로 마주보도록 동일 평면상에 배치된 제2정착용 브라켓(32)과, 제1정착용 브라켓(31)과 제2정착용 브라켓(32)의 사이에 배치되어 양측면에 볼트 결합된 한 쌍의 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10,10)와, 일단이 제1정착용 브라켓(31)측에 고정되고 타단이 일측의 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)의 반원부(121)측에 접하여 있는 한 쌍의 제1면외좌굴방지용 강재(41,41)와, 일단이 제2정착용 브라켓(32)측에 고정되고 타단이 타측의 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)의 반원부(121)측에 접하여 있는 한 쌍의 제2면외좌굴방지용 강재(42,42)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시 예에서 제1면외좌굴방지용 강재(41,41)와 제2면외좌굴방지용 강재(42,42)는 L형 단면을 갖으나 이러한 단면 형상에 한정되는 것은 아니다.

따라서 일 형태로 도 5와 같이 구조물(50)의 상부 전단벽(51)과 하부 전단벽(52)의 사이에 브레이스 부재(53)를 사용하여 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)를 이용한 댐핑 모듈(100)이 복수개 이상으로 고정 설치되어 제진을 수행할 수 있다.

다른 형태로 도 6과 같이 상부 전단벽(51)과 하부 전단벽(52)의 사이에 강재로 제작되어 한 쌍으로 배치되는 상부 프레임(61)과 하부 프레임(62)의 사이에 복수개 이상으로 고정 설치되어 제진을 수행할 수 있다.

또 다른 형태로 도 7과 같이 양쪽 벽체를 연결하는 커플링 빔(70,70)에 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)를 이용한 댐핑 모듈(100)이 설치되어 제진을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 변형예로서 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)에서 도 9와 같이 댐퍼 본체(12)는 한 쌍의 반원부(121,121) 중 어느 한 쪽이 제거되어 U자 형태를 가질 수 있다. 이 경우 댐퍼 본체(12)의 장방향 길이를 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

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: 댐퍼 본체
12a: U자형 강판
12b: 반원형 강판
14: 소성힌지
141: 힌지 강판
141a: 소성목부
142: 핀접합부

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 강재로 제작되어 T자형 단면을 갖는 제1정착용 브라켓(31)과;
   강재로 제작되어 상기 제1정착용 브라켓(31)과 동일한 T자형 단면을 갖고 일정한 간격(G)을 두고 서로 마주보도록 동일 평면상에 배치된 제2정착용 브라켓(32)과;
   상기 제1정착용 브라켓(31)과 제2정착용 브라켓(32)의 사이에 배치되어 양측면에 볼트 결합되며, 일정 폭(W)과 두께(T)를 갖는 강판으로 제작되어 서로 동일한 반경(R)을 갖는 한 쌍의 반원부(121,121)와, 한 쌍의 반원부(121,121)를 연결하는 직선구간부(122,122)가 구비되어 장축(X)을 갖는 긴 원형으로 이루어진 댐퍼 본체(12)와, 강재로 제작되어 상기 댐퍼 본체(12)의 적어도 어느 일측면 직선구간부(121,121)의 중앙에 핀접합되며 단면이 상대적으로 좁아지는 소성목부(141a)를 갖는 힌지 강판(141), 힌지 강판(141)의 양단에 핀접합을 위해 일체되어 있는 핀접합부(142)로 구성된 소성힌지(14);를 포함하여 구성되는 한 쌍의 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10,10)와;
   일단이 제1정착용 브라켓(31)측에 고정되고 타단이 일측의 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)의 반원부(121)측에 접하여 있는 한 쌍의 제1면외좌굴방지용 강재(41,41)와;
   일단이 제2정착용 브라켓(32)측에 고정되고 타단이 타측의 핀접합 세타형 강재 댐퍼(10)의 반원부(121)측에 접하여 있는 한 쌍의 제2면외좌굴방지용 강재(42,42);를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀접합 세타형 강재 댐퍼를 적용한 댐핑 모듈.

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