KR102138941B1 - 쐐기를 이용한 면진장치 및 이를 위한 탄성지지 쐐기기구 - Google Patents

쐐기를 이용한 면진장치 및 이를 위한 탄성지지 쐐기기구 Download PDF

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조영철
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Abstract

탄성지지 쐐기기구는 짧은 길이의 스프링과 쐐기부재를 유기적으로 결합함으로써 큰 수평변위를 받아줄 수 있고, 수평방향 지진에너지의 감쇠기능이 우수하고 수평저항력의 크기를 조정할 수 있도록 해준다. 상기 탄성지지 쐐기기구는 제1경사면과 배면부 및 지지표면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기, 상기 제1경사면에 면접촉되는 제2경사면을 통해 상기 측면지지 마찰쐐기와 마주보고 결합되는 가압 마찰쐐기 및 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 향해 가압되도록 하는 탄성가압기구를 포함하는 구성을 한다.

Description

쐐기를 이용한 면진장치 및 이를 위한 탄성지지 쐐기기구{Isolation device utilizing wedges and elastic support wedge device}
본 발명은 면진장치의 개선 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 특히 교각에 설치되어 교량의 상부구조물의 하중을 지지하고, 교각에 대한 상부구조물의 교축방향 및/또는 교축직각방향의 수평 변위를 허용하였다가 복원력을 제공하는 면진장치의 개선 및 이에 필요한 기구의 개발에 관한 것이다.
일반적으로, 교량은 교각 등의 지지구조물과 교량 상판 등의 상부구조물 및 지지구조물에 설치되어 상부구조물의 하중을 지지구조물에 지지하여주는 교좌장치로 구성된다. 교량의 상부구조물 위로는 차량이나 열차 등이 고속으로 통행하므로 교량에는 시시각각 변화되는 동 하중이 작용한다.
또, 길이가 긴 장대 교량에서는 상부구조물의 길이가 길어지므로 계절 변화에 따른 온도변화에 의한 열변형으로 상부구조물의 신축량이 커지므로, 상부구조물과 교각 등의 지지구조물의 접촉부위에서 상대적인 수평변위가 크게 허용되어야 한다.
또한, 지진 등에 의해 교량에 수평방향으로 작용하는 큰 충격력에 대비하여 수평방향의 충격력을 완충하여 줄 수 있는 완충구조도 취하여야 한다.
위와 같은 이유들로 인해 교량의 교각 등의 지지구조물과 교량 상판 등의 상부구조물 사이에는 지지구조물에 대한 상부구조물의 교축방향 및/또는 교축직각방향의 수평변위 허용 및 수평방향 충격력 완충 기능을 하고, 외력이 제거되면 복원력을 제공하는 면진장치가 설치된다.
이러한 면진장치로는 머스프링(MER Spring)을 이용한 것, 쐐기를 이용한 것 등 다양한 것이 개발되어 사용되고 있다. 예를 들면, 등록번호 10-0757749(발명의 명칭: 구조물 면진장치, 발명자: 조영철, 최성진, 이하, "선행기술 1"이라 칭함), 10-0716088(발명의 명칭: 마찰을 이용한 수직진동 감쇠베어링, 발명자: 조영철, 이하, "선행기술 2"라 칭함) 등의 등록특허공보에 이러한 면진장치가 개시되어 있다.
선행기술 1 및 2 발명에서 사용하는 머스프링은 수평방향 지진에너지를 감쇠하는 기능이 미미하고, 이에 따라 미미하게 감쇠된 지진에너지에 의해 압축된 후 복원 시의 복원력이 진동을 도와주는 힘으로 작용하므로 이에 대한 개선이 필요하다. 그리고 장대교량 등에서는 큰 수평변위를 받아줄 수 있어야 하는데, 머스프링으로는 큰 수평변위를 받아주기 위해서는 머스프링의 길이와 직경이 너무 커진다. 또한, 머스프링은 압축 시 중간부의 직경이 커지는데, 최대 압축 시의 직경을 고려하여 주변 구성요소들의 크기가 크게 형성해야 하는 문제가 있다.
그리고 선행기술 2는 쐐기를 이용하여 상부구조물의 수직진동을 완충하여주면서 수직진동 에너지를 감쇠하여줄 수 있도록 하는 것을 개시하고 있다. 하지만, 선행기술 2 발명은 수평방향 변위의 복원을 위한 탄성기구를 별도로 설치해야 하고, 수평방향 진동 시의 지진에너지 감쇠능력에 대한 개선이 필요하다. 장대교량의 큰 수평변위를 받아주는 데에는 선행기술 1에서와 같은 문제가 있다.
또한, 선행기술 1 및 2에 따른 발명은 현장에 한 번 설치된 후에는 수평저항력을 조정하기가 어렵다.
본 발명의 목적은 지지구조물에 대한 상부구조물의 큰 수평변위를 받아줄 수 있고, 수평방향 진동에 대한 지진에너지의 감쇠성능이 우수한 면진장치 및 이에 필요한 탄성지지 쐐기기구를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 큰 수평저항력을 제공할 수 있는 면진장치 및 이에 필요한 탄성지지 쐐기기구를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 수평저항력의 크기를 쉽게 조정할 수 있는 면진장치 및 이에 필요한 탄성지지 쐐기기구를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 면진장치는 지지구조물 상에 설치되는 하부판; 상부구조물 저면에 부착되는 상부판; 상기 하부판과 상기 상부판 사이에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 상기 지지구조물 상에 지지하며 상기 지지구조물과 상기 상부구조물 상호 간의 적어도 일 수평방향으로의 변위를 허용하는 하중지지부; 및 상기 하부판과 상기 상부판 중 어느 하나에 설치되고 상기 하중지지부의 양측의 반대편에서 상기 하중지지부의 측면을 내측을 향해 각각 지지하는 적어도 2개 이상의 탄성지지 쐐기기구를 포함하는 구성을 한다.
상기 탄성지지 쐐기기구는, 상기 하중지지부에서 바깥으로 갈수록 상기 어느 하나에 대한 높이가 점점 작아지는 제1경사면을 구비하여 상기 하중지지부의 측면을 지지하는 측면지지 마찰쐐기; 상기 제1경사면과 마주보고 결합되며 상기 하중지지부에서 바깥으로 갈수록 상기 하부판과 상기 상부판 중 나머지 하나에 대한 높이가 점점 커지는 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및 상기 어느 하나에 결합되고 상기 가압 마찰쐐기를 상기 어느 하나를 향해 탄성적으로 가압하여 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 가압하는 힘의 수평분력을 통해 상기 측면지지 마찰쐐기가 상기 하중지지부를 내측을 향해 탄성적으로 지지하도록 하는 탄성가압기구를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 어느 하나에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 하중지지부에 상기 제1미끄럼재와 미끄럼 접촉하는 제2미끄럼재가 설치되어 상기 하중지지부는 상기 탄성지지 쐐기기구의 지지를 받는 제1수평방향으로의 상기 어느 하나의 수평변위를 허용하도록 구성되는 것이 좋다.
또한, 상기 하중지지부의 측면에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 탄성지지 쐐기기구의 측면에 상기 제1미끄럼재에 접촉되는 제2미끄럼재가 설치되어 상기 하중지지부는 상기 탄성지지 쐐기기구의 제1수평방향에 수직한 제2수평방향으로의 이동을 허용하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 탄성지지 쐐기기구는 상기 하중지지부의 제1수평방향의 양 측면 및 상기 제1수평방향에 수직한 제2수평방향의 양 측면에 각각 설치될 수 있다.
때에 따라, 상기 탄성지지 쐐기기구는 제1수평방향인 교축방향의 상기 하중지지부의 양 측면에 각각 설치되고, 제2수평방향인 교축직각방향의 상기 하중지지부의 양 측면의 상기 어느 하나에 상기 하부판과 상기 상부판 중 나머지 하나를 향해 돌출된 돌출부가 상기 하중지지부와 이격하여 각각 설치되고, 상기 돌출부와 상기 하중지지부 사이에는 상기 하중지지부를 교축직각방향의 내측을 향해 탄성적으로 지지하는 머스프링(MER Spring)을 가지는 탄성기구가 각각 설치될 수 있다.
상기 하중지지부는 상기 어느 하나와 미끄럼 접촉하는 베어링블록, 상기 베어링블록과, 상기 하부판과 상기 상부판 중 나머지 하나 사이에 설치된 탄성패드, 상기 베어링블록 또는 상기 나머지 하나에 고정되고 상기 탄성패드를 관통하여 상기 나머지 하나 또는 상기 베어링블록에 형성된 핀홈에 삽입되는 전단핀을 구비하여 구성되는 것이 바람직하다.
때에 따라, 상기 하중지지부는 상기 어느 하나와 미끄럼 접촉하는 미끄럼 접촉면과 상기 미끄럼 접촉면 반대면에 형성된 볼록구면 또는 오목구면의 제1구면부를 가지는 베어링블록, 상기 상부판과 상기 하부판 중 나머지 하나에 형성되고 상기 제1구면부에 결합되어 상기 베어링블록의 경사를 허용하는 오목구면 또는 볼록구면을 가지는 제2구면부를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 어느 하나를 향하는 배면부에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 제1미끄럼재와 상기 어느 하나의 사이와 상기 가압 마찰쐐기의 상기 제2경사면에 제2미끄럼재가 각각 설치되고, 상기 탄성가압기구는 상기 가압 마찰쐐기를 중심으로 상기 제2미끄럼재 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 어느 하나에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 어느 하나를 향해 가압하는 가압구를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
때에 따라, 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 어느 하나를 향하는 배면부에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 가압 마찰쐐기의 상기 제2경사면에 제2미끄럼재가 설치되고, 상기 탄성가압기구는 상기 어느 하나에 고정되어 상기 어느 하나와 마주하는 상기 측면지지 마찰쐐기의 배면부와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구, 상기 쐐기마찰구와 상기 어느 하나의 사이 및/또는 상기 가압 마찰쐐기 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 어느 하나에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 쐐기마찰구, 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 어느 하나를 향해 가압하는 가압구를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 측면지지 마찰쐐기에 상기 하중지지부에서 바깥을 향하는 방향으로 슬롯이 형성되고, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 탄성체에 통공이 형성되고, 상기 고정 로드는 상기 슬롯과 상기 통공을 통과하여 상기 어느 하나에 고정되는 볼트이고, 상기 가압구는 상기 볼트에 나사결합되는 너트를 구비하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 슬롯은 간격을 두고 2줄 이상으로 형성되는 것이 좋다.
상기 측면지지 마찰쐐기는 상기 제1경사면과 상기 어느 하나를 향하는 면이 1도 내지 45도의 범위를 가질 수 있다.
상기 어느 하나의 표면은 오목곡면 또는 오목구면으로 형성되고, 상기 어느 하나와 접촉하는 상기 베어링블록의 표면은 볼록곡면 또는 볼록구면으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 탄성지지 쐐기기구는 제1경사면과 상기 제1경사면 반대편의 배면부 및 상기 제1경사면과 상기 배면부의 넓은 쪽 일 단부를 연결하며 지지대상물의 마주보는 측면을 지지하기 위한 지지표면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기; 상기 제1경사면과 반대로 경사지고 상기 제1경사면과 면접촉하는 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및 설치대상부재에 결합되어 상기 가압 마찰쐐기를 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압함으로써 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 가압하는 힘의 수평분력을 통해 상기 측면지지 마찰쐐기가 상기 지지표면을 통해 상기 지지대상물을 탄성적으로 지지하도록 하는 탄성가압기구를 포함하는 구성을 한다.
상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 설치대상부재를 향하는 배면부에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 제1미끄럼재와 상기 어느 하나의 사이와 상기 가압 마찰쐐기의 상기 제2경사면에 제2미끄럼재가 각각 설치되고, 상기 탄성가압기구는 상기 가압 마찰쐐기를 중심으로 상기 제2미끄럼재 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 어느 하나에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 어느 하나를 향해 가압하는 가압구를 포함하는 구성을 할 수 있다.
때에 따라, 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 설치대상부재를 향하는 배면부에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 가압 마찰쐐기의 상기 제2경사면에 제2미끄럼재가 설치되고, 상기 탄성가압기구는 상기 설치대상부재에 고정되어 상기 설치대상부재와 마주하는 상기 측면지지 마찰쐐기의 배면부와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구, 상기 쐐기마찰구와 상기 설치대상부재의 사이 및/또는 상기 가압 마찰쐐기 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 설치대상부재에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 쐐기마찰구, 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 설치대상부재를 향해 가압하기 위한 가압구를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 측면지지 마찰쐐기에 상기 하중지지부에서 바깥을 향하는 방향으로 슬롯이 형성되고, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 탄성체에 통공이 형성되고, 상기 고정 로드는 상기 슬롯과 상기 통공을 통과하여 상기 설치대상부재에 고정되는 볼트이고, 상기 가압구는 상기 볼트에 나사결합되는 너트를 구비하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 짧은 길이의 스프링과 쐐기부재를 유기적으로 결합함으로써 큰 수평변위를 받아줄 수 있는 면진장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 지지구조물에 대한 상부구조물의 수평방향진동 시 지진에너지의 감쇠기능이 우수하다.
아울러, 본 발명에 따르면 쐐기부재가 수평방향으로 진동 시 수직방향의 분력으로 짧은 길이의 스프링이 압축되면서 쐐기부재의 수평변위에 저항하므로 큰 수평저항력을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 면진장치는 교량에 설치할 때뿐만 아니라 교량에 설치된 후에도 쉽게 수평저항력의 크기를 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 면진장치의 일례를 나타낸 분리사시도,
도 2는 도 1 면진장치가 조립되어 설치된 상태에서의 슬롯이 형성된 부분을 따른 종단면도,
도 3은 도 2에 나타낸 면진장치의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 4는 도 2에 나타낸 면진장치의 또 다른 변형 예를 나타낸 단면도,
도 5는 도 2에 나타낸 면진장치의 또 다른 변형 예를 나타낸 단면도,
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 면진장치의 또 다른 예를 각각 나타낸 단면도,
도 8과 도 9는 도 2의 또 다른 변형 예를 각각 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 면진장치의 일례를 나타낸 분리사시도이고, 도 2는 도 1 면진장치가 조립되어 설치된 상태에서의 슬롯이 형성된 부분을 따른 종단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 면진장치(100)는 교각 등 지지구조물(10) 상에 설치되는 하부판(110)과 상부구조물(20) 저면에 부착되는 상부판(130) 및 하부판(110)과 상부판(130) 사이에 설치되어 상부구조물의 하중을 지지구조물(10) 상에 지지하는 하중지지부(150)를 구비한다.
하중지지부(150)는 지지구조물(10)과 상부구조물(20) 상호 간의 적어도 일 수평방향으로의 변위를 허용하는 것으로, 상부판(130)과 미끄럼 접촉하는 베어링블록(151)을 구비한다. 바람직하게, 상부판(130)의 저면에 스테인리스 스틸판 등으로 된 미끄럼 마찰재로서의 제1미끄럼재(131)가 설치되고, 베어링블록(151)의 상면에는 PTFE나 엔지니어링 플라스틱 등으로 되고 제1미끄럼재(131)와 미끄럼 접촉하는 미끄럼 마찰재로서의 제2미끄럼재(152)가 설치된다. 이 실시 예에서, 상부판(130)의 저면과 하중지지부(150)의 상면은 평면으로된 제1미끄럼재(131)와 제2미끄럼재(152)를 통해 서로 면접촉하는 것을 보여준다.
또한, 뒤에서 설명되는 측면지지 마찰쐐기(171)와 미끄럼 접촉하는 베어링블록(151)의 양 측면에 스테인리스 스틸판 등으로 된 제1미끄럼재(154)가 설치된다.
베어링블록(151)과 하부판(110) 사이에는 탄성패드(153)가 설치되고, 베어링블록(151)에는 탄성패드(153)를 관통하여 하부판(110)에 형성된 핀홈(111)에 삽입되는 전단핀(155)이 고정된다.
위와 같은 하중지지부(150)는 상부판(130)이 설치되는 상부구조물의 하중을 하부판(110)이 설치되는 교각 등 지지구조물(10)에 탄성적으로 지지하고 상부구조물(20)의 경사를 허용한다. 이러한 하중지지부(150)는 핀홈(111)에 삽입되는 전단핀(155)에 의해 하부판(110)에 대한 교축방향 또는 교축직각방향으로의 수평변위를 하지는 못한다.
본 발명에 따른 면진장치(100)는 탄성지지 쐐기기구(170)를 가진다. 이 탄성지지 쐐기기구(170)는 본 발명의 일 특징을 이루는 부분으로 베어링블록(151)의 양측의 반대편에 각각 설치되어 베어링블록(151)의 양 측면을 안쪽을 향해 탄성적으로 지지한다.
도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성지지 쐐기기구(170)는 측면지지 마찰쐐기(171)와 가압 마찰쐐기(180) 및 탄성가압기구(190)를 구비하여 구성된다.
측면지지 마찰쐐기(171)는 베어링블록(151)의 측면에 접촉되어 제1수평방향, 예를 들면, 교축방향의 내측으로 지지하는 것으로, 베어링블록(151)과 접촉되는 지지표면(172)에 PTFE나 엔지니어링 플라스틱 등으로 된 제2미끄럼재(172a)가 설치된다. 제2미끄럼재(172a)는 하중지지부(150)를 구성하는 베어링블록(151)의 측면에 부착되는 제1미끄럼재(153)와 미끄럼 접촉된다. 즉, 이 실시 예에서, 하중지지부(150)는 측면지지 마찰쐐기(171)가 제2수평방향, 예를 들면, 교축직각방향으로 수평이동 하는 것을 허용하고, 상하 진동 시 상하방향으로 이동하는 것도 허용한다.
이 측면지지 마찰쐐기(171)는 하중지지부(150)에서 바깥으로 갈수록 상부판(130)에 대한 높이가 점점 작아지는 제1경사면(173)을 구비한다. 상부판(130)을 마주하는 측면지지 마찰쐐기(171)의 배면부(174)는 상부판(130)과 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 측면지지 마찰쐐기(171)는 측면 모양이 직각 삼각형 또는 직각삼각형에서 바깥쪽 일부가 절단된 형태를 취한다. 제1경사면(173)과 상부판(130)을 향하는 배면부(174) 간의 각도를 θ라고 가정하면 이 θ는 상부구조물의 교축방향으로의 신축량, 최대 허용변위, 수평방향의 지지력, 복원력 등 여러 가지 요인을 고려하여 결정한다.
별도의 복원장치가 있는 등의 이유로 본 발명에 따른 면진장치(100)가 지지구조물(10)과 상부구조물(20) 상호간에 복원력을 제공할 필요가 없고, 아주 적은 지지력이 필요한 경우, 제1경사면(173)과 상부판(130)을 향하는 배면부(174) 간의 각도 θ(이하 "경사각"이라고도 칭함)는 매우 작게 할 수 있을 것이다. 하지만, 제1경사면(173)과 상부판(130)을 향하는 배면부(174) 간의 각도 θ는 최소한 1도 이상은 되어야 유의미한 탄성 지지력을 제공할 수 있을 것이다. 바람직하게, 제1경사면(173)과 상부판(130)을 향하는 배면부(174) 간의 각도 θ는 2도 이상으로 하는 것이 좋을 것이다.
그리고 θ가 커질수록 상부구조물(20)을 탄성적으로 지지하는 지지력과 복원력도 점점 더 커지겠지만 θ가 45도 이상과 같이 너무 커지면 최대 허용변위를 적정하게 유지할 수 없고 최대 허용변위 대비 면진장치(100)의 높이도 너무 커지므로 현장에 적용하기 어려워진다. 즉, θ는 45도 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게, θ는 30도 이하로 하는 것이 좋다.
그리고 하부구조물(10)과 상부구조물(20) 상호간에 작용하는 수평방향 외력이 제거되면 자동으로 복원될 수 있도록 하고자 하는 경우, 제1경사면(173)과 상부판(130)을 향하는 배면부(174) 간의 각도 θ는 tan θ가 접촉부재간의 최대정지마찰계수보다 크게 되도록 하는 것이 바람직하다. 복원력 제공보다는 지진 발생 시 지진에너지를 많이 소산시키는 것이 더 중요하다면 접촉되는 미끄럼 마찰재 상호간의 마찰계수가 큰 것을 사용하여 tan θ가 접촉부재간의 최대정지마찰계수보다 작게 되도록 하면 될 것이다.
측면지지 마찰쐐기(171)의 제1경사면(173)과 배면부(174)에는, 바람직하게, 스테인리스 스틸판 등으로 된 제1미끄럼재(175)가 설치된다. 그리고 배면부(174)와 마주하는 상부판(130)에는 측면지지 마찰쐐기(171)의 배면부(174)와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구(178)가 설치된다. 쐐기마찰구(178)는 제2마찰재로 구성되거나 측면지지 마찰쐐기(171)를 기준으로 가압 마찰쐐기(180)와 대칭형상을 가지도록 구성될 수 있다. 이러한 쐐기마찰구(178)에도 고정 로드(192)가 통과될 수 있는 통공(178a)이 형성된다.
측면지지 마찰쐐기(171)에는, 바람직하게, 상하를 관통하는 슬롯(176)이 형성된다. 슬롯(176)은 하중지지부(150)에서 바깥을 향하는 방향, 바람직하게, 교량에 설치되는 상태를 기준으로 교축방향으로 길게 형성되며, 간격을 두고 평행하게 2개 형성되는 것이 좋다. 때에 따라 1개로 형성될 수 있고, 폭이 넓을 경우 3개 이상 형성될 수 있다. 슬롯(176)의 길이는 고정 로드(192)의 직경, 제1수평방향으로의 최대 허용 수평변위, 탄성체(191)의 최대 압축량 등을 고려하여 결정한다.
가압 마찰쐐기(180)는 제1경사면(173)과 마주보고 결합되며 하중지지부(150)에서 바깥으로 갈수록 하부판(110)에 대한 높이가 점점 커지는 제2경사면(181)을 가진다. 이 가압 마찰쐐기(180)는 측면지지 마찰쐐기(171) 상에 장착되어 제2경사면(181)을 통해 제1경사면(173)을 상부판(130)을 향해 가압할 수 있도록 하기 위한 것으로, 제1경사면(173)과 면접촉한다. 이 가압 마찰쐐기(180)에는 슬롯(176)과 같은 간격으로 배치되는 통공(182)이 형성된다. 또한, 가압 마찰쐐기(180)의 제2경사면(181)에는 바람직하게, PTFE나 엔지니어링 플라스틱 등으로 된 제2미끄럼재(183)가 설치된다. 이 실시 예에서, 가압 마찰쐐기(180)로는 일체로 구성된 것을 예시하고 있으나, 때에 따라 2개 또는 슬롯(176)의 개수에 따라 3개 이상으로 분리되어 구성될 수 있다.
이 실시 예의 탄성가압기구(190)는 상부판(130)에 결합되어 가압 마찰쐐기(180)를 상부판(130)을 향해 탄성적으로 가압하여 제2경사면(181)이 제1경사면(173)을 향해 가압되도록 하기 위한 것으로, 가압 마찰쐐기(180) 바깥쪽에 배치되는 탄성체(191), 상부판(130)에 고정되는 고정 로드(192) 및 고정 로드(192)에 결합되어 탄성체(191), 가압 마찰쐐기(180) 및 측면지지 마찰쐐기(171)를 상부판(130)을 향해 가압하는 가압구(193)를 가진다. 이 실시 예에서, 탄성체(191)는 2개로 분리되어 별개로 구성된 것을 예시하고 있지만, 때에 따라 일체로 형성될 수 있다. 이러한 탄성체(191)에는 고정 로드(192)의 통과를 위한 통공(191a)이 형성된다.
제2경사면(181)이 제1경사면(173)을 가압하면, 제2경사면(181)이 제1경사면(173)을 가압하는 힘의 수평분력이 측면지지 마찰쐐기(171)를 하중지지부(150)를 향해 내측으로 밀어준다. 이에 따라 측면지지 마찰쐐기(171)는 지지대상물인 하중지지부(150)의 측면을 수평방향으로 탄성적으로 지지한다.
고정 로드(192)로는 슬롯(176)과 통공(182, 191a)을 통과하여 상부판(130)에 고정되는 볼트를 사용하는 것이 바람직하고, 가압구(193)는 볼트에 나사결합되는 너트(194)를 구비하여 구성되는 것이 좋다. 바람직하게, 가압구(193)는, 바람직하게, 너트(194)를 이용하여 탄성체(191)를 넓은 면적으로 가압하기 위한 지지판(195)도 가진다.
이 실시 예는 측면지지 마찰쐐기(171)에 슬롯(176)이 형성된 것을 보여주고 있지만, 반드시 슬롯(176)이 형성되어야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 가압 마찰쐐기(180)를 측면지지 마찰쐐기(171)보다 넓은 폭으로 형성하고, 측면지지 마찰쐐기(171)의 양 측면 바깥 공간을 통해 탄성체(191), 가압 쐐기부재(180) 및 측면지지 마찰쐐기(171)를 상부판(130)을 향해 가압할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 하중지지부(150)의 제2수평방향, 예를 들어 교축직각방향 양 측면의 상부판(130)에는 하부판(110)을 향해 돌출된 돌출부(132)가 하중지지부(150)와 이격하여 각각 설치되고, 돌출부(132)와 하중지지부(150)의 베어링블록(151) 사이에 베어링블록(151)을 내측으로 탄성적으로 지지하는 머스프링(161, MER Spring)을 가지는 탄성기구(160)가 설치된다. 탄성기구(160)의 설치를 위해 베어링블록(151)의 측면에 탄성기구(160)의 축부(162)가 삽입되어 장착될 수 있는 축공(156)이 형성되고, 탄성기구(160)의 바깥쪽 단부에 설치되는 PTFE 등의 제2미끄럼재(163)는 돌출부(132) 내면에 접촉된다. 바람직하게, 돌출부(132)의 내면에 스테인리스 스틸판 등의 제1미끄럼재(133)가 설치된다. 때에 따라, 탄성기구(160)는 돌출부(132)에 설치되고 베어링블록(151)의 측면에 접촉되도록 구성될 수 있음은 물론이다. 제2미끄럼재(163)와의 예상 접촉영역이 작은 경우 도 1에 나타낸 것보다 작은 일부 영역에만 제1미끄럼재(133)가 설치될 수 있고, 때에 따라 제1미끄럼재(133) 대신 크롬코팅층 등의 미끄럼 코팅층이 형성될 수 있다.
도 1과 도 2에 나타낸 바와 같은 면진장치(100)는 슬롯(176) 및 슬롯(176)이 형성되는 측면지지 쐐기부재(171)의 길이를 길게 형성하여 교축방향으로 큰 변위를 받아줄 수 있고, 교축직각방향으로는 베어링블록(151)과 돌출부(132) 사이에 탄성기구(160)를 설치하여 상대적으로 작은 수평변위를 받아주었다가 복원될 수 있도록 한다. 교축직각 방향으로도 탄성기구(160) 대신 본 발명에 따른 탄성지지 쐐기기구(170)가 설치될 수 있음은 물론이다. 교축직각방향으로 설치되는 탄성지지 쐐기기구(170)에 사용되는 측면지지 쐐기부재(171) 및 슬롯(176)은 교축방향으로 설치되는 것보다 짧게 형성될 수 있다. 제1경사면(173)과 배면부(174) 간의 각도는 교축방향으로 설치되는 것보다 큰 것이 바람직하다.
도 1과 2에서, 지지대상물인 하중지지부(150)가 하부판(110)에 고정되는 것을 예시하였으나, 하중지지부(150)가 하부판(110)과 상부판(130) 모두에 대해 수평방향으로 이동하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 이는 등록번호 10-0757749(발명의 명칭: 구조물 지지장치, 발명자: 조영철, 최성진)를 참고하면 알 수 있다.
도 3은 도 2에 나타낸 면진장치의 변형 예를 나타낸 단면도이다.
때에 따라, 전단핀(155)은 하부판(110)에 고정된 상태에서 탄성패드(153)를 관통하여 베어링블록(151)에 형성된 핀홈(151a)에 단부가 삽입되도록 구성될 수 있다.
또한, 1방향 가동단의 면진장치(100)인 경우, 베어링블록(151)의 교축직각방향 양 측면에 탄성기구를 설치하지 않는 대신 제2미끄럼재(154a)를 설치하여 돌출부(132) 내면에 면접촉 되도록 하여 돌출부(132)의 안내를 받도록 할 수 있다. 이 경우, 돌출부(132) 내면에 미끄럼 코팅층이나 제1미끄럼재(도시 생략)를 설치하는 것이 바람직하다.
나머지는 도 1과 도 2를 통해 설명한 것과 같다.
도 4는 도 2에 나타낸 면진장치의 또 다른 변형 예를 나타낸 단면도이다.
앞 실시 예와는 달리 상부판(130) 저면에 제2미끄럼재를 별도로 설치하지 않고, 측면가압 쐐기부재(171)의 배면부(174)가 상부판(130)의 저면에 설치된 제1미끄럼재(131)에 미끄럼 접촉하도록 할 수 있다. 이 경우, 측면지지 쐐기부재(171)의 배면부(174)에 PTFE나 엔지니어링 플라스틱 등으로 된 제2미끄럼재(175a)가 설치될 수 있다.
나머지는 도 1과 도 2를 통해 설명한 것과 같다.
도 5는 도 2에 나타낸 면진장치의 또 다른 변형 예를 나타낸 단면도이다.
측면지지 쐐기부재(171)와 상부판(130) 사이에 탄성체(191), 및 제2미끄럼재(185a)를 가지는 쐐기마찰구(185)를 설치하여 본 발명에 따른 면진장치(100)를 구성할 수 있다.
이 경우, 쐐기마찰구(185)는 측면지지 마찰쐐기(171)를 기준으로 가압 쐐기부재(180)와 대칭으로 구성될 수 있다. 탄성체(191)는 측면지지 마찰쐐기(170)의 상하 양쪽 중 한쪽에만 설치될 수 있다. 이는 앞 실시 예에서도 마찬가지이다. 탄성체(191)는 가압 마찰쐐기(170)를 중심으로 제2미끄럼재(183, 185a) 또는 제2미끄럼재(183, 185a)가 고정된 구성요소의 바깥으로 배치된다.
나머지는 도 1과 도 2를 통해 설명한 것과 같다.
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 면진장치의 또 다른 예를 각각 나타낸 단면도이다.
때에 따라, 앞 실시 예들의 탄성패드와 전단핀 대신 베어링블록(151)의 저면과 하부판(110)의 상면에 볼록구면(SP1)과 오목구면(SP2)을 각각 형성하여 상부판(130)에 대한 하부판(110)의 경사를 허용할 수 있도록 할 수 있다.
이 경우, 하중지지부(150)는 상부판(130)의 저면관 미끄럼 접촉하는 미끄럼 접촉면과 미끄럼 접촉면 반대면에 형성된 볼록구면(SP1)을 가지는 제1구면부를 구비하는 베어링블록(150)과, 하부판(110)에 설치되고 제1구면부에 결합되어 베어링블록(150)의 경사를 허용하는 오목구면(SP2)을 가지는 제2구면부를 구비하여 구성될 수 있다.
나머지는 도 1과 도 2를 통해 앞에서 설명한 것과 같다.
이상 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들에서 스테인리스 스틸판과 이에 미끄럼 접촉하는 PTFE나 엔지니어링 플라스틱은 그 위치를 서로 바꾸어 설치될 수 있다. 이 경우, PTFE나 엔지니어링 플라스틱 등이 제1미끄럼재가 되고 스테인리스 스틸판 등은 제2미끄럼재가 될 수 있다.
또한, 위에서 설명한 실시 예들은 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있다. 이 경우, 위 실시 예들의 하부판은 상부판이 되고, 상부판은 하부판이 된다. 이는 이하의 실시 예에서도 마찬가지이다.
고정 로드(192)에 결합되는 너트(194)는 풀림방지를 위해 이중너트로 설치되거나, 별도의 풀림방지구가 설치될 수 있다.
도 8과 도 9는 도 2의 또 다른 변형 예를 각각 나타낸 단면도이다.
도 8을 참고하면, 교축방향으로의 복원력을 증가시키기 위해 상부판(130)의 저면은 오목곡면으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상부판(130)의 저면과 면접촉되는 하중지지부(150)의 상면은 볼록곡면으로 형성된다. 이렇게 하는 경우, 측면지지 마찰쐐기(171) 및 가압 마찰쐐기(180)의 경사각 θ를 상대적으로 작게 하여 최대 허용변위를 증가시키고, 마찰계수를 크게 하여 지진 시의 지진에너지 감쇄성능을 향상하면서 부족한 복원성능을 보완할 수 있고, 상부구조물의 최대 허용변위와 지진감쇄성능 및 복원성능을 모두 만족하는 면진장치를 제공할 수 있다.
교축직각방향으로도 추가의 복원력이 필요한 경우, 위 오목곡면과 볼록곡면은 오목구면과 볼록구면으로 형성될 수 있다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
도 9를 참고하면, 측면지지 마찰쐐기(171), 가압 마찰쐐기(180) 및 베어링블록(151) 중 적어도 하나는 엔지니어링 플라스틱으로 구성될 수 있다. 이 실시 예는, 측면지지 마찰쐐기(171), 가압 마찰쐐기(180) 및 베어링블록(151) 모두 엔지니어링 플라스틱으로 구성된 것을 예시하고 있다. 이 경우, 앞 실시 예들에서 미끄럼 접촉되는 부분에 설치하던 제1미끄럼부재와 제2미끄럼부재는 별도로 설치하지 않아도 무방하다. 표면을 매끄럽게 형성하면, 엔지니어링 플라스틱은 그 자체로 미끄럼재의 기능을 할 수 있다.
나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.
본 발명은 면진장치를, 특히 장대교량의 적합하게 사용될 수 있는 면진장치를 만드는데 이용될 가능성이 있다.
100: 면진장치 110: 하부판
111: 핀홈 130: 상부판
131, 133, 154, 175: 제1미끄럼재 132: 돌출부
150: 하중지지부 151: 베어링블록
156: 축공 160: 탄성기구
161: 머스프링 162: 축부
170: 탄성지지 쐐기기구 171: 측면지지 마찰쐐기
172: 지지표면 152, 172a, 183: 제2미끄럼재
173: 제1경사면 174: 배면부
176: 슬롯 178: 쐐기마찰구
178a, 182, 191a: 통공 180: 가압 마찰쐐기
181: 제2경사면 190: 탄성가압기구
191: 탄성체 192: 고정로드
193: 가압구 194: 너트
195: 지지판

Claims (16)

  1. 지지구조물 상에 설치되는 하부판;
    상부구조물 저면에 부착되는 상부판;
    상기 하부판과 상기 상부판 사이에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 상기 지지구조물 상에 지지하며 상기 지지구조물과 상기 상부구조물 상호 간의 적어도 일 수평방향으로의 변위를 허용하는 하중지지부; 및
    상기 하부판과 상기 상부판 중 어느 하나에 설치되고 상기 하중지지부의 양측의 반대편에서 상기 하중지지부의 측면을 내측을 향해 각각 지지하는 적어도 2개 이상의 탄성지지 쐐기기구를 포함하고,
    상기 탄성지지 쐐기기구는,
    상기 하중지지부에서 바깥으로 갈수록 상기 어느 하나에 대한 높이가 점점 작아지는 제1경사면을 구비하여 상기 하중지지부의 측면을 지지하는 측면지지 마찰쐐기;
    상기 제1경사면과 마주보고 결합되며 상기 하중지지부에서 바깥으로 갈수록 상기 하부판과 상기 상부판 중 나머지 하나에 대한 높이가 점점 커지는 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및
    상기 어느 하나에 결합되고 상기 가압 마찰쐐기를 상기 어느 하나를 향해 탄성적으로 가압하여 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 가압하는 힘의 수평분력을 통해 상기 측면지지 마찰쐐기가 상기 하중지지부를 내측을 향해 탄성적으로 지지하도록 하는 탄성가압기구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  2. 제1항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기와 상기 가압 마찰쐐기 중 적어도 어느 하나는 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 면진장치.
  3. 제1항에서, 상기 탄성지지 쐐기기구는 상기 하중지지부의 제1수평방향의 양 측면 및 상기 제1수평방향에 수직한 제2수평방향의 양 측면에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  4. 제1항에서, 상기 탄성지지 쐐기기구는 제1수평방향인 교축방향의 상기 하중지지부의 양 측면에 각각 설치되고, 제2수평방향인 교축직각방향의 상기 하중지지부의 양 측면의 상기 어느 하나에 상기 나머지 하나를 향해 돌출된 돌출부가 상기 하중지지부와 이격하여 각각 설치되고, 상기 돌출부와 상기 하중지지부 사이에는 상기 하중지지부를 교축직각방향의 내측을 향해 탄성적으로 지지하는 머스프링(MER Spring)을 가지는 탄성기구가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  5. 제1항에서, 상기 하중지지부는 상기 어느 하나와 미끄럼 접촉하는 베어링블록, 상기 베어링블록과 상기 나머지 하나 사이에 설치된 탄성패드, 상기 베어링블록 또는 상기 나머지 하나에 고정되고 상기 탄성패드를 관통하여 상기 나머지 하나 또는 상기 베어링블록에 형성된 핀홈에 삽입되는 전단핀을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  6. 제1항에서, 상기 하중지지부는 상기 어느 하나와 미끄럼 접촉하는 미끄럼 접촉면과 상기 미끄럼 접촉면의 반대면에 형성된 볼록구면 또는 오목구면의 제1구면부를 가지는 베어링블록, 상기 나머지 하나에 형성되고 상기 제1구면부에 결합되어 상기 베어링블록의 경사를 허용하는 오목구면 또는 볼록구면을 가지는 제2구면부를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  7. 제1항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 어느 하나를 향하는 배면부에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 제1미끄럼재와 상기 어느 하나의 사이와 상기 가압 마찰쐐기의 상기 제2경사면에 제2미끄럼재가 각각 설치되고,
    상기 탄성가압기구는 상기 가압 마찰쐐기를 중심으로 상기 제2미끄럼재의 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 어느 하나에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 어느 하나를 향해 가압하는 가압구를 포함하는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  8. 제1항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 어느 하나를 향하는 배면부에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 가압 마찰쐐기의 상기 제2경사면에 제2미끄럼재가 설치되고,
    상기 탄성가압기구는 상기 어느 하나에 고정되어 상기 어느 하나와 마주하는 상기 측면지지 마찰쐐기의 배면부와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구, 상기 쐐기마찰구와 상기 어느 하나의 사이 또는 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽, 혹은 상기 쐐기마찰구와 상기 어느 하나의 사이 및 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 어느 하나에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 쐐기마찰구, 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 어느 하나를 향해 가압하는 가압구를 포함하는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  9. 제7항 또는 제8항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기에 상기 하중지지부에서 바깥을 향하는 방향으로 슬롯이 형성되고, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 탄성체에 통공이 형성되고, 상기 고정 로드는 상기 슬롯과 상기 통공을 통과하여 상기 어느 하나에 고정되는 볼트이고, 상기 가압구는 상기 볼트에 나사결합되는 너트를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  10. 제9항에서, 상기 슬롯은 간격을 두고 2줄 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  11. 제1항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기는 상기 제1경사면과 상기 어느 하나를 향하는 면이 1도 내지 45도의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 면진장치.
  12. 제5항 또는 제6항에서, 상기 어느 하나의 표면은 오목곡면 또는 오목구면으로 형성되고, 상기 어느 하나와 접촉하는 상기 베어링블록의 표면은 볼록곡면 또는 볼록구면으로 형성된 것을 특징으로 하는 면진장치.

  13. 삭제
  14. 제1경사면과 상기 제1경사면의 반대편의 배면부 및 상기 제1경사면과 상기 배면부의 넓은 쪽 일 단부를 연결하며 지지대상물의 마주보는 측면을 지지하기 위한 지지표면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기;
    상기 제1경사면과 반대로 경사지고 상기 제1경사면과 면접촉하는 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및
    설치대상부재에 결합되어 상기 가압 마찰쐐기를 상기 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압함으로써 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 가압하는 힘의 수평분력을 통해 상기 측면지지 마찰쐐기가 상기 지지표면을 통해 상기 지지대상물을 탄성적으로 지지하도록 하는 탄성가압기구를 포함하여 구성되고,
    상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 설치대상부재를 향하는 상기 배면부에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 제1미끄럼재와 상기 설치대상부재의 사이와 상기 가압 마찰쐐기의 상기 제2경사면에 제2미끄럼재가 각각 설치되고,
    상기 탄성가압기구는 상기 가압 마찰쐐기를 중심으로 상기 제2미끄럼재의 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 설치대상부재에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 설치대상부재를 향해 가압하는 가압구를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성지지 쐐기기구.
  15. 제1경사면과 상기 제1경사면의 반대편의 배면부 및 상기 제1경사면과 상기 배면부의 넓은 쪽 일 단부를 연결하며 지지대상물의 마주보는 측면을 지지하기 위한 지지표면을 구비하는 측면지지 마찰쐐기;
    상기 제1경사면과 반대로 경사지고 상기 제1경사면과 면접촉하는 제2경사면을 구비하여 상기 측면지지 마찰쐐기 상에 장착되는 가압 마찰쐐기; 및
    설치대상부재에 결합되어 상기 가압 마찰쐐기를 상기 측면지지 마찰쐐기를 향해 탄성적으로 가압함으로써 상기 제2경사면이 상기 제1경사면을 가압하는 힘의 수평분력을 통해 상기 측면지지 마찰쐐기가 상기 지지표면을 통해 상기 지지대상물을 탄성적으로 지지하도록 하는 탄성가압기구를 포함하여 구성되고,
    상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 제1경사면과 상기 설치대상부재를 향하는 상기 배면부에 제1미끄럼재가 설치되고, 상기 가압 마찰쐐기의 상기 제2경사면에 제2미끄럼재가 설치되고,
    상기 탄성가압기구는 상기 설치대상부재에 고정되어 상기 설치대상부재와 마주하는 상기 측면지지 마찰쐐기의 상기 배면부와 미끄럼 접촉하는 쐐기마찰구, 상기 쐐기마찰구와 상기 설치대상부재의 사이 또는 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽, 혹은 상기 쐐기마찰구와 상기 설치대상부재의 사이 및 상기 가압 마찰쐐기의 바깥쪽에 배치되는 탄성체, 상기 설치대상부재에 고정되는 고정 로드 및 상기 고정 로드에 결합되어 상기 쐐기마찰구, 상기 탄성체, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 측면지지 마찰쐐기를 상기 설치대상부재를 향해 가압하기 위한 가압구를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성지지 쐐기기구.
  16. 제14항 또는 제15항에서, 상기 측면지지 마찰쐐기에 상기 지지대상물에서 바깥을 향하는 방향으로 슬롯이 형성되고, 상기 가압 마찰쐐기 및 상기 탄성체에 통공이 형성되고, 상기 고정 로드는 상기 슬롯과 상기 통공을 통과하여 상기 설치대상부재에 고정되는 볼트이고, 상기 가압구는 상기 볼트에 나사결합되는 너트를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성지지 쐐기기구.
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