KR102164349B1 - 스프링댐퍼가 구비된 내진보강 구조물 - Google Patents

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홍성효
김재욱
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(주)성건엔지니어링
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Abstract

본 발명은 기존 구조물의 외벽에 설치되는 내진보강구조에 관한 것으로서, 기존 구조물의 기둥을 따라 수직 방향으로 배열되고, 기존 구조물의 외벽과 간격을 유지하도록 설치되는 보강철골기둥(100); 일측 단부는 상기 보강철골기둥(100)과 결합되고, 타측 단부는 기존 구조물의 외벽에 결합되는 하중전달부(200); 및, 상기 하중전달부(200)의 일측 단부와 타측 단부 사이에 결합되는 스프링감쇠부(300);를 포함하며, 상기 하중전달부(200)는, 2장의 스트랩(strap) 형상의 강판이 겹쳐지도록 결합되며 일측이 벌어지도록 구부려져 수평 방향으로 볼 때 전체적으로 "Y"형 단면을 이루고, "Y"형 단면으로 벌어진 일측의 끝단 각각이 상기 보강철골기둥(100)에 결합되는 제1댐핑스트랩(210); 상기 제1댐핑스트랩(210)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 제1댐핑스트랩(210)과 직각을 이루는 제11마찰판(230); 기존 구조물의 외벽에 결합되는 장착브라켓(260); 스트랩(strap) 형상의 강판으로 제작되며, 상기 장착브라켓(260)에 일측 단부가 상하 방향으로 회동가능하게 볼트결합되는 제2댐핑스트랩(220); 및, 상기 제2댐핑스트랩(220)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 제2댐핑스트랩(220)과 직각을 이루는 제22마찰판(240);을 포함하여 구성되고, 상기 스프링감쇠부(300)는, 내부에 빈 공간이 마련된 원통관 형상의 스프링하우징(340); 상기 스프링하우징(340)의 일측을 통과하도록 결합되어 미리 정해진 범위 내에서 왕복직선운동을 하는 왕복피스톤(330); 상기 왕복피스톤(330)의 일측 단부의 직경이 확장되어 상기 스프링하우징(340) 내부에 위치하며 상기 왕복피스톤(330)이 상기 스프링하우징(340)의 내부에서 빠져나와 이탈되는 것을 방지하는 피스톤헤드(335); 상기 왕복피스톤(330)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 왕복피스톤(330)의 중심축과 직각을 이루는 제33마찰판(310); 상기 스프링하우징(340)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 스프링하우징(340)의 중심축과 직각을 이루는 제44마찰판(320); 상기 피스톤헤드(335)와 상기 스프링하우징(340)의 일측 단부 사이에 장착되어 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하는 제1스프링(351); 및, 상기 제44마찰판(320)과 상기 피스톤헤드(335) 사이에 장착되어 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하는 제2스프링(352);로 구성되며, 상기 제1스프링(351)과 상기 제2스프링(352)이 서로 반대 방향으로 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하는 것을 특징으로 한다.

Description

스프링댐퍼가 구비된 내진보강 구조물{Aseismatic Reinforcement Structure using Spring Damper}
본 발명은 감쇠기능이 구비된 내진보강 구조물에 관한 것으로서, 기존 철근 콘크리트 구조물(이하 '기존 구조물'이라 함)의 외벽을 따라 철골기둥을 이격 설치하고, 철골기둥과 구조물의 외벽을 감쇠기능이 하중 전달 부재로 연결하여 지진하중이 작용할 경우 기존 구조물과 철골기둥의 일체 거동을 확보함과 동시에 지진하중을 감쇠시켜 기존 구조물의 급격한 붕괴에 따른 재난을 방지하는 것을 특징으로 한다.
최근 빈번히 발생하는 지진에 대비한 내진보강에 관심이 증대되면서 학교, 공공시설물 등 건축 구조물의 내진보강이 많이 이루어지고 있으며, 일반적으로 기존 철근 콘크리트 구조물의 내진보강은 토글 또는 브레이스가 구비된 마찰댐퍼, 점성댐퍼, 슬릿강재댐퍼 등의 제진보강공법과 철골브레이스, 철골프레임, CF기둥보강 등의 내진보강공법이 활발히 사용되고 있다.
그러나 상기한 여러 종류의 내진보강공법들의 자체 성능은 다양한 실험 및 다수의 실적을 통하여 어느 정도 확보되었다고 할 수 있으나, 지진 발생시 내진보강장치와 보강대상 철근 콘크리트 구조물의 일체거동을 확보할 수 없다면 이러한 공법들은 무용지물이 될 수 밖에 없다.
따라서 내진보강장치나 공법 자체의 개발과 함께 내진보강장치와 기존 철근 콘크리트 구조물의 일체 거동을 확보할 수 있는 접합구조에 대한 연구 개발의 중요성이 증대되고 있는데, 이와 관련된 선행기술을 살펴보면 다음과 같다.
도1(a)와 같이 내진보강용 H형강의 웨브를 보강대상 철근 콘크리트 구조물에 접합하여 내진보강할 경우 보강대상 콘크리트 구조물(1)에 다수의 수지앵커(2)를 1열 또는 2열로 장치하고, 내진보강용 H형강의 웨브(4)에 다수의 스터드볼트(3)를 1열 또는 2열로 용접결합하고, 거푸집을 설치한 후 콘크리트(5)를 타설하는 방법을 주로 사용하고 있는데, 이러한 접합방법은 지진 발생시 불규칙한 지진 에너지(횡하중)에 의하여 필연적으로 콘크리트에 균열이 발생되고, 균열이 발생됨과 동시에 H형강으로 지진하중의 전달이 어려워져 소기의 내진보강효과를 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한 도1(b)와 같이 내진보강용 H형강의 플랜지(7)를 보강대상 콘크리트 구조물(1)에 앵커(8) 및 에폭시수지(9)를 사용하여 접합하는 방식으로 내진보강할 경우 도1(c)에 도시된 것처럼 천공드릴(10)을 이용한 앵커구멍 천공작업을 수행해야만 하는데, 이러한 천공작업 과정에서 천공드릴(10)이 상부 플랜지(11)에 간섭되어 규정된 깊이의 수직 천공이 어렵고, 천공작업 과정에서 보강대상 콘크리트 구조물(1) 내부의 철근과 천공드릴이 맞닿을 경우 이를 회피할 수 있는 적절한 방안이 없어 내진보강장치의 견고한 설치가 어려운 문제점이 있다. 아울러 이러한 문제점을 개선하기 위하여 비교적 길이가 긴 천공드릴(13)을 사용하여 앵커구멍 천공작업시 상부플랜지(11)에도 구멍을 뚫는 경우도 있으나 이 방법 역시 천공작업 도중 철근 콘크리트 구조물 내부의 철근과 맞닿을 경우 이를 회피할 적절한 방법이 없을 뿐만 아니라 불필요한 천공 과정이 추가되고, 상부플랜지(11)의 천공에 따른 강도 저하의 결과를 초래하게 된다.
아울러, 도1에 도시된 내진구조들은 지진하중을 효과적으로 감쇠할 수 있는 기능이 거의 없어 보강 구조물의 강도를 초과하는 지진하중이 작용할 경우 보강 구조물과 함께 철근 콘크리트 구조물의 붕괴가 급속히 이루어지면서 대피 시간을 충분히 확보할 수 없다는 문제점도 있다.
따라서 효과적인 시공으로 내진보강장치와 기존 철근 콘크리트 구조물의 일체 거동성을 확보함과 동시에 지진하중을 적절히 감쇠시키고, 기존 철근 콘크리트 구조물의 급속한 붕괴를 방지할 수 있는 새로운 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
등록특허 제10-1070872호
등록특허 제10-1368312호
등록특허 제10-1900459호
등록특허 제10-2017546호
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 효과적인 시공으로 내진보강장치와 기존 철근 콘크리트 구조물의 일체 거동성을 확보함과 동시에 지진하중을 적절히 감쇠시키고, 기존 철근 콘크리트 구조물의 급속한 붕괴를 방지할 수 있는 새로운 내진보강 구조물를 제시함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 기존 구조물의 외벽에 설치되는 내진보강 구조물에 관한 것으로서, 기존 구조물의 외벽을 따라 수직 방향으로 배열되고, 기존 구조물의 외벽과 간격을 유지하도록 설치되는 보강철골기둥(100); 일측 단부는 상기 보강철골기둥(100)과 결합되고, 타측 단부는 기존 구조물의 외벽에 결합되는 하중전달부(200); 및, 상기 하중전달부(200)의 일측 단부와 타측 단부 사이에 결합되는 스프링감쇠부(300);를 포함한다.
하중전달부(200)는, 2장의 스트랩(strap) 형상의 강판이 겹쳐지도록 결합되며 일측이 벌어지도록 구부려져 수평 방향으로 볼 때 전체적으로 "Y"형 단면을 이루고, "Y"형 단면으로 벌어진 일측의 끝단 각각이 상기 보강철골기둥(100)에 결합되는 제1댐핑스트랩(210); 상기 제1댐핑스트랩(210)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 제1댐핑스트랩(210)과 직각을 이루는 제11마찰판(230); 기존 구조물의 외벽에 결합되는 장착브라켓(260); 스트랩(strap) 형상의 강판으로 제작되며, 상기 장착브라켓(260)에 일측 단부가 상하 방향으로 회동가능하게 볼트결합되는 제2댐핑스트랩(220); 및, 상기 제2댐핑스트랩(220)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 제2댐핑스트랩(220)과 직각을 이루는 제22마찰판(240);을 포함하여 구성된다.
스프링감쇠부(300)는, 내부에 빈 공간이 마련된 원통관 형상의 스프링하우징(340); 상기 스프링하우징(340)의 일측을 통과하도록 결합되어 미리 정해진 범위 내에서 왕복직선운동을 하는 왕복피스톤(330); 상기 왕복피스톤(330)의 일측 단부의 직경이 확장되어 상기 스프링하우징(340) 내부에 위치하며 상기 왕복피스톤(330)이 상기 스프링하우징(340)의 내부에서 빠져나와 이탈되는 것을 방지하는 피스톤헤드(335); 상기 왕복피스톤(330)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 왕복피스톤(330)의 중심축과 직각을 이루는 제33마찰판(310); 상기 스프링하우징(340)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 스프링하우징(340)의 중심축과 직각을 이루는 제44마찰판(320); 상기 피스톤헤드(335)와 상기 스프링하우징(340)의 일측 단부 사이에 장착되어 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하는 제1스프링(351); 및, 상기 제44마찰판(320)과 상기 피스톤헤드(335) 사이에 장착되어 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하는 제2스프링(352);로 구성되며, 상기 제1스프링(351)과 상기 제2스프링(352)이 서로 반대 방향으로 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지한다.
상기 제11마찰판(230)과 상기 제33마찰판(310)은 서로 맞닿도록 볼트결합되되, 상기 제11마찰판(230) 또는 상기 제33마찰판(310) 가운데 어느 일측에는 볼트가 통과하는 구멍이 원호 형상으로 절개되어 상기 제11마찰판(230)과 상기 제33마찰판(310)이 서로 맞닿아 볼트결합된 상태에서 미리 정해진 범위 내에서 회전이 가능하고, 상기 제22마찰판(240)과 상기 제44마찰판(320)은 서로 맞닿도록 볼트결합되되, 상기 제22마찰판(240) 또는 상기 제44마찰판(320) 가운데 어느 일측에는 볼트가 통과하는 구멍이 원호 형상으로 절개되어 상기 제22마찰판(240)과 상기 제44마찰판(320)이 서로 맞닿아 볼트결합된 상태에서 미리 정해진 범위 내에서 회전이 가능하고, 상기 제2댐핑스트랩(220)에는 좌우 방향으로 파형 웨이브(225)가 형성되고, 회전이 가능하도록 볼트결합된 상기 제11마찰판(230)과 상기 제33마찰판(310)의 접촉면 및 상기 제22마찰판(240)과 상기 제44마찰판(320)의 접촉면에는 회전시 볼트의 결합력에 의하여 마찰력이 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 기존 구조물의 외부에 보강철골기둥(100)을 설치하고, 하중전달부(200)를 통하여 보강철골기둥(100)과 기존 구조물의 외벽을 하나로 연결하는 방식을 적용함으로써 보다 신속하고 간편한 시공이 가능하다.
둘째, 다양한 방향으로 작용하는 지진하중을 마찰력과 탄성력을 이용하여 효과적으로 감쇠시킬 수 있다.
다시 말하면, 철골기둥결합부(215)와 보강철골기둥(100)의 접촉면에서 볼트의 체결에 따른 마찰력, 제2댐핑스트랩(220)의 일측 단부와 장착브라켓(260)의 접촉면에서 볼트의 체결에 따른 마찰력, 제11마찰판(230)과 제33마찰판(310)의 접촉면에서 볼트의 체결에 따른 마찰력 및 제22마찰판(240)과 제44마찰판(320)의 접촉면에서 볼트의 체결에 따라 발생되는 마찰열에 의하여 지진하중(에너지)이 감쇠될 수 있고, "Y"형 단면으로 벌어진 제1댐핑스트랩(210)의 일측 끝단이 벌어지거나 닫히는 형상 변경에 따른 탄성 작용, 및 파형 웨이브(225)의 탄성 범위 내에서 신장과 수축, 좌우 방향 진동, 왕복피스톤(330)의 왕복운동을 통하여 지진하중(에너지)을 감쇠시킬 수도 있는데, 회전 방향이나 거동 방향이 입체적으로 서로 달라 다양한 방향에서 전달되는 지진하중을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다.
셋째, 마찰력과 탄성력으로 감당하지 못하는 규모의 지진하중이 작용하더라도 하중전달부(200)의 파형 웨이브(225) 소성변형(plastic deformation)을 통하여 보강철골기둥(100)과 기존 구조물의 결합구조를 유지함으로써 기존 구조물의 급격한 붕괴를 방지하고 거주자들의 탈출 시간을 확보할 수 있다.
도1은 종래 기술을 예시적으로 도시한다.
도2는 본 발명이 적용된 구체적 실시예를 도시한다.
도3은 본 발명의 주요 구성인 하중전달부(200)와 스프링감쇠부(300)의 구체적 실시예를 도시한다.
도4는 제1댐핑스트랩(210)의 철골기둥결합부(215) 구조의 다른 구체적 실시예를 도시한다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 철근 콘크리트 건물과 같은 기존 구조물의 외벽에 설치되는 내진보강 구조물에 관한 것으로서, 보강철골기둥(100)과 하중전달부(200)로 구성된다.
보강철골기둥(100)은 도2에 도시된 것처럼 기존 구조물의 외벽을 따라 수직 방향으로 배열되고, 기존 구조물의 외벽과 간격을 유지하도록 설치된다.
이러한 보강철골기둥(100)은 다양한 철골 부재가 선택될 수 있는데, 일반적으로 생산되는 다양한 단면 형상의 형강이나 강관 가운데 적절한 것이 사용될 수도 있고, 필요에 따라 형강이나 강관에 보강웨브와 같은 보강부재가 추가로 용접된 형태가 될 수도 있다.
즉, 본 발명의 구체적 실시예에서는 "H" 형강이 사용되었으나 반드시 이러한 형태의 철골 부재로 한정되는 것은 아니며 적절한 강도를 유지할 수 있으면 어떤 철골 부재라도 사용이 가능하다.
이러한 보강철골기둥(100)의 하단부는 파일, 철근 배근, 콘크리트 타설 등을 통하여 지면에 고정되도록 설치되어야 하는데, 지면에 고정하는 방식은 이미 상용화된 다양한 시공 방법 가운데 적절한 방식을 선택하면 된다.
아울러 이러한 보강철골기둥(100)은 창호나 출입구와 같은 개구부가 없는 부위에 설치되거나, 기존 구조물의 기둥을 따라 나란하게 설치됨이 바람직하다.
하중전달부(200)는 지면에 고정된 보강철골기둥(100)과 기존 구조물의 외벽을 하나로 연결하여 보강철골기둥(100)과 기존 구조물의 일체 거동을 확보함과 동시에 지진하중을 효과적으로 감쇠시키는 기능을 수행한다.
즉, 하중전달부(200)의 일측 단부는 보강철골기둥(100)과 결합되고, 타측 단부는 기존 구조물의 외벽에 결합되는 구조가 되여야 한다.
하중전달부(200)의 일측 단부와 보강철골기둥(100)은 볼트 결합이 가능하고, 하중전달부(200)의 타측 단부와 기존 구조물 외벽은 에폭시 수지와 앵커볼트 등을 통하여 결합될 수 있다.
하중전달부(200)의 일측 단부와 타측 단부 사이에는 도2 또는 도3에 도시된 것처럼 스프링감쇠부(300)가 장착된다.
하중전달부(200)의 구체적 실시예는 도3에 예시적으로 제시되어 있다.
하중전달부(200)는 제1댐핑스트랩(210), 제11마찰판(230), 제22마찰판(240), 제2댐핑스트랩(220) 및 장착브라켓(260)을 포함하여 구성된다.
제1댐핑스트랩(210)은 2장의 스트랩(strap) 형상의 강판이 겹쳐지도록 볼트결합(또는 용접결합)되는데, 이러한 제1댐핑스트랩(210)의 일측이 벌어지도록 구부려져 수평 방향으로 볼 때 전체적으로 "Y"형 단면을 이루고, "Y"형 단면으로 벌어진 일측의 끝단 각각이 보강철골기둥(100)에 볼트결합된다. 즉, 제1댐핑스트랩(210)은 수직 방향으로 내려다 볼 때 "Y"형 단면을 이루는 것이 아니라, 도2 또는 도3에 도시된 것처럼 측면에서 수평 방향으로 볼 때 "Y"형 단면을 이루는 구조가 되고, 수평 방향으로 볼 때 "Y"형 단면으로 벌어진 일측의 끝단 각각이 보강철골기둥(100)에 볼트결합되는 것이다.
보강철골기둥(100)과 결합되는 철골기둥결합부(215)는 제1댐핑스트랩(210)의 "Y"형 단면으로 벌어진 일측의 끝단 각각이 보강철골기둥(100)의 표면에 밀착되도록 구부러진 부분을 말하는데, 철골기둥결합부(215)와 맞닿아 볼트결합되는 보강철골기둥(100)에는 볼트가 통과하는 구멍이 길이 방향으로 절개되어 보강철골기둥(100)과 맞닿아 볼트결합된 철골기둥결합부(215)는 미리 정해진 범위 내에서 상하 방향 이동이 가능한 구조로 결합된다.
즉, 철골기둥결합부(215)와 보강철골기둥(100)의 접촉면에는 볼트의 체결에 따른 마찰력이 작용하여 지진하중과 같은 외력을 견딜 수 있는데, 이러한 마찰력을 초과하는 지진하중이 작용하면 길이 방향으로 절개된 구멍을 따라 철골기둥결합부(215)가 상하 방향 이동을 하면서 마찰열이 발생되고, 이러한 마찰열에 의하여 지진하중(에너지)이 감쇠될 수 있다.
아울러, "Y"형 단면으로 벌어진 제1댐핑스트랩(210)의 일측 끝단이 벌어지거나 닫히는 형상 변경에 따른 탄성 작용으로도 지진하중(에너지)이 감쇠될 수 있다.
제11마찰판(230)은 제1댐핑스트랩(210)의 타측 단부에 용접결합되어 제1댐핑스트랩(210)과 직각을 이루게 된다.
장착브라켓(260)은 "⊥"형 단면을 가지는 부재로서 바닥면은 기존 구조물의 외벽에 결합되는데, 에폭시 수지와 앵커볼트 등을 통하여 외벽에 고정되며, 바닥면에서 돌출된 웨브 부위는 제2댐핑스트랩(220)의 일측 단부와 맞닿아 볼트결합된다.
제2댐핑스트랩(220)은 스트랩(strap) 형상의 강판으로 제작되며, 도3에 도시된 것처럼 장착브라켓(260)에 일측 단부가 상하 방향으로 회동가능하게 볼트결합된다.
따라서, 제2댐핑스트랩(220)의 일측 단부와 장착브라켓(260)의 접촉면에도 볼트의 체결에 따른 마찰력이 작용하여 지진하중과 같은 외력을 견딜 수 있고, 이러한 마찰력을 초과하는 지진하중이 작용하면 볼트를 중심축으로 상하 방향으로 회전하면서 마찰열이 발생되고, 이러한 마찰열에 의하여 지진하중(에너지)이 감쇠될 수 있다.
제22마찰판(240)은 제2댐핑스트랩(220)의 타측 단부에 용접결합되어 제2댐핑스트랩(220)과 직각을 이루게 된다.
스프링감쇠부(300)는 도3에 도시된 것처럼 하중전달부(200)의 제11마찰판(230)과 제22마찰판(240) 사이에 장착되며, 스프링하우징(340), 왕복피스톤(330), 피스톤헤드(335), 제33마찰판(310), 제44마찰판(320), 제1스프링(351) 및 제2스프링(352)으로 구성된다.
스프링하우징(340)은 내부에 빈 공간이 마련된 원통관 형상의 구조를 가진다.
왕복피스톤(330)은 이러한 스프링하우징(340)의 일측을 통과하도록 결합되어 미리 정해진 범위 내에서 왕복직선운동을 할 수 있다.
피스톤헤드(335)는 왕복피스톤(330)의 일측 단부의 직경이 확장되어 스프링하우징(340) 내부에 위치하는데, 왕복피스톤(330)이 스프링하우징(340)의 내부에서 빠져나와 이탈되는 것을 방지하고, 제1스프링(351) 및 제2스프링(352)과 맞닿는 탄성지지면을 제공하는 역할을 한다.
제33마찰판(310)은 왕복피스톤(330)의 타측 단부에 용접결합되어 왕복피스톤(330)의 중심축과 직각을 이룬다.
제44마찰판(320)은 스프링하우징(340)의 타측 단부에 용접결합되어 스프링하우징(340)의 중심축과 직각을 이룬다.
제1스프링(351)은 피스톤헤드(335)와 스프링하우징(340)의 일측 단부 사이에 장착되어 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하고, 제2스프링(352)은 제44마찰판(320)과 피스톤헤드(335) 사이에 장착되어 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하는데, 제1스프링(351)과 제2스프링(352)이 서로 반대 방향으로 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하고, 지진하중(에너지)가 작용할 경우 왕복피스톤(330)의 왕복 운동 과정에서 제1스프링(351)과 제2스프링(352)의 탄성작용으로 지진하중(에너지)를 감쇠시킨다.
하중전달부(200)의 제11마찰판(230)과 스프링감쇠부(300)의 제33마찰판(310)은 서로 맞닿도록 볼트결합되는데, 제11마찰판(230) 또는 제33마찰판(310) 가운데 어느 일측에는 볼트가 통과하는 구멍이 원호 형상으로 절개되어 제11마찰판(230)과 제33마찰판(310)이 서로 맞닿아 볼트결합된 상태에서 미리 정해진 범위 내에서 회전이 가능하다.
하중전달부(200)의 제22마찰판(240)과 스프링감쇠부(300)의 제44마찰판(320)은 서로 맞닿도록 볼트결합되는데, 제22마찰판(240) 또는 제44마찰판(320) 가운데 어느 일측에는 볼트가 통과하는 구멍이 원호 형상으로 절개되어 제22마찰판(240)과 제44마찰판(320)이 서로 맞닿아 볼트결합된 상태에서 미리 정해진 범위 내에서 회전이 가능하다.
따라서, 제11마찰판(230)과 제33마찰판(310)의 접촉면 및 제22마찰판(240)과 제44마찰판(320)의 접촉면에는 회전시 볼트의 결합력에 의하여 마찰력이 작용하여 지진하중과 같은 외력을 견딜 수 있고, 이러한 마찰력을 초과하는 지진하중이 작용하면 원호 형상으로 절개된 구멍을 따라 회전하면서 마찰열이 발생되고, 이러한 마찰열에 의하여 지진하중(에너지)가 감쇠될 수 있다.
제2댐핑스트랩(220)에는 좌우 방향으로 파형 웨이브(225)가 형성되는데, 이러한 파형 웨이브(225)는 탄성 범위 내에서 제2댐핑스트랩(220)의 길이 방향으로 늘어나거나 줄어들면서 지진하중(에너지)을 감쇠시킬 수도 있고, 좌우 방향으로 진동하면서 지진하중(에너지)을 감쇠시킬 수도 있다.
또한 탄성 한계를 초과하는 지진하중이 작용할 경우 파형 웨이브가 소성 변형을 통하여 길게 늘어지면서 기존 구조물과 보강철골기둥(100)의 결합 구조를 유지함으로써 기존 구조물의 급격한 붕괴를 방지할 수 있다.
도4에는 제1댐핑스트랩(210)의 철골기둥결합부(215) 구조의 다른 구체적 실시예가 도시되어 있는데, 제1댐핑스트랩(210)의 철골기둥결합부(215) 각각은 끝단이 180도로 구부러져 보강철골기둥(100)과 볼트결합되는 부위가 "⊂"형 단면을 이루게 된다.
아울러, 서로 맞닿는 철골기둥결합부(215)의 표면과 보강철골기둥(100)의 표면 각각에는 다수의 돌기가 연속적으로 형성된 요철미끄럼판(250)이 구비되어 서로 밀착되어 맞물리는 구조로 볼트결합되는데, "⊂"형 단면을 이루는 철골기둥결합부(215)의 탄성 작용으로 서로 맞물리 요철미끄럼판(250)의 상호 이동이 확보됨과 동시에 마찰력을 적절히 증대시킬 수 있다.
이러한 요철미끄럼판(250)은 철골기둥결합부(215)나 보강철골기둥(100)의 표면에 용접결합될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
100:보강철골기둥
200:하중전달부
210:제1댐핑스트랩
215:철골기둥결합부
220:제2댐핑스트랩
225:파형 웨이브
230:제11마찰판
240:제22마찰판
250:요철미끄럼판
260:장착브라켓
300:스프링감쇠부
310:제33마찰판
320:제44마찰판
330:왕복피스톤
335:피스톤헤드
340:스프링하우징
351:제1스프링
352:제2스프링

Claims (3)

  1. 기존 구조물의 외벽에 설치되는 내진보강 구조물에 관한 것으로서,
    기존 구조물의 외벽을 따라 수직 방향으로 배열되고, 기존 구조물의 외벽과 간격을 유지하도록 설치되는 보강철골기둥(100);
    일측 단부는 상기 보강철골기둥(100)과 결합되고, 타측 단부는 기존 구조물의 외벽에 결합되는 하중전달부(200); 및,
    상기 하중전달부(200)의 일측 단부와 타측 단부 사이에 결합되는 스프링감쇠부(300);
    를 포함하며,
    상기 하중전달부(200)는,
    2장의 스트랩(strap) 형상의 강판이 겹쳐지도록 결합되며 일측이 벌어지도록 구부려져 수평 방향으로 볼 때 전체적으로 "Y"형 단면을 이루고, "Y"형 단면으로 벌어진 일측의 끝단 각각이 상기 보강철골기둥(100)에 결합되는 제1댐핑스트랩(210);
    상기 제1댐핑스트랩(210)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 제1댐핑스트랩(210)과 직각을 이루는 제11마찰판(230);
    기존 구조물의 외벽에 결합되는 장착브라켓(260);
    스트랩(strap) 형상의 강판으로 제작되며, 상기 장착브라켓(260)에 일측 단부가 상하 방향으로 회동가능하게 볼트결합되는 제2댐핑스트랩(220); 및,
    상기 제2댐핑스트랩(220)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 제2댐핑스트랩(220)과 직각을 이루는 제22마찰판(240);을 포함하여 구성되고,
    상기 스프링감쇠부(300)는,
    내부에 빈 공간이 마련된 원통관 형상의 스프링하우징(340);
    상기 스프링하우징(340)의 일측을 통과하도록 결합되어 미리 정해진 범위 내에서 왕복직선운동을 하는 왕복피스톤(330);
    상기 왕복피스톤(330)의 일측 단부의 직경이 확장되어 상기 스프링하우징(340) 내부에 위치하며 상기 왕복피스톤(330)이 상기 스프링하우징(340)의 내부에서 빠져나와 이탈되는 것을 방지하는 피스톤헤드(335);
    상기 왕복피스톤(330)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 왕복피스톤(330)의 중심축과 직각을 이루는 제33마찰판(310);
    상기 스프링하우징(340)의 타측 단부에 용접결합되어 상기 스프링하우징(340)의 중심축과 직각을 이루는 제44마찰판(320);
    상기 피스톤헤드(335)와 상기 스프링하우징(340)의 일측 단부 사이에 장착되어 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하는 제1스프링(351); 및,
    상기 제44마찰판(320)과 상기 피스톤헤드(335) 사이에 장착되어 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하는 제2스프링(352);
    로 구성되며, 상기 제1스프링(351)과 상기 제2스프링(352)이 서로 반대 방향으로 상기 피스톤헤드(335)를 탄성력으로 지지하고,
    상기 제11마찰판(230)과 상기 제33마찰판(310)은 서로 맞닿도록 볼트결합되되, 상기 제11마찰판(230) 또는 상기 제33마찰판(310) 가운데 어느 일측에는 볼트가 통과하는 구멍이 원호 형상으로 절개되어 상기 제11마찰판(230)과 상기 제33마찰판(310)이 서로 맞닿아 볼트결합된 상태에서 미리 정해진 범위 내에서 회전이 가능하고,
    상기 제22마찰판(240)과 상기 제44마찰판(320)은 서로 맞닿도록 볼트결합되되, 상기 제22마찰판(240) 또는 상기 제44마찰판(320) 가운데 어느 일측에는 볼트가 통과하는 구멍이 원호 형상으로 절개되어 상기 제22마찰판(240)과 상기 제44마찰판(320)이 서로 맞닿아 볼트결합된 상태에서 미리 정해진 범위 내에서 회전이 가능하고,
    상기 제2댐핑스트랩(220)에는 좌우 방향으로 파형 웨이브(225)가 형성되고,
    회전이 가능하도록 볼트결합된 상기 제11마찰판(230)과 상기 제33마찰판(310)의 접촉면 및 상기 제22마찰판(240)과 상기 제44마찰판(320)의 접촉면에는 회전시 볼트의 결합력에 의하여 마찰력이 발생하는 것을 특징으로 하는 스프링댐퍼가 구비된 내진보강 구조물.
  2. 제1항에서,
    상기 제1댐핑스트랩(210)은,
    "Y"형 단면으로 벌어진 일측의 끝단 각각이 상기 보강철골기둥(100)의 표면에 밀착되도록 구부러진 철골기둥결합부(215);
    가 구비되고,
    상기 철골기둥결합부(215)와 맞닿아 볼트결합되는 상기 보강철골기둥(100)에는 볼트가 통과하는 구멍이 길이 방향으로 절개되어 상기 보강철골기둥(100)과 맞닿아 볼트결합된 상기 철골기둥결합부(215)는 미리 정해진 범위 내에서 상하 방향 이동이 가능하고, 상기 철골기둥결합부(215)와 상기 보강철골기둥(100)의 접촉면에는 볼트의 결합에 의한 마찰력에 의하여 상하 방향 이동시 마찰열이 발생하는 것을 특징으로 하는 스프링댐퍼가 구비된 내진보강 구조물.
  3. 제2항에서,
    상기 제1댐핑스트랩(210)의 철골기둥결합부(215) 각각은,
    끝단이 180도로 구부러져 상기 보강철골기둥(100)과 볼트결합되는 부위가 "⊂"형 단면을 이루고,
    서로 맞닿는 상기 철골기둥결합부(215)의 표면과 상기 보강철골기둥(100)의 표면 각각에는 다수의 돌기가 연속적으로 형성된 요철미끄럼판(250)이 구비되어 서로 밀착되어 맞물리는 구조로 볼트결합되는 것을 특징으로 하는 스프링댐퍼가 구비된 내진보강 구조물.
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