KR102185142B1 - 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼를 개시한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼는, 일정 폭과 두께를 갖는 강판으로 제작되어 일정 길이에 걸쳐 서로 나란하게 마주보고 있는 소성힌지 거동용 상,하부 평판, 소성힌지 거동용 상,하부 평판의 일단에 일정한 반경을 갖고 연결되어 있는 제1 반원형 브릿지가 형성되어 장축을 갖고 Ｕ자 형태를 이루는 댐퍼 본체와; 강재로 제작되어 양단이 소성힌지 거동용 상,하부 평판에 수직하게 일체로 강접합되어져 상기 댐퍼 본체의 내부 영역에 설치되어 있는 1개 이상의 소성힌지와; 상기 상,하부 평판에 각기 수직으로 일체되게 접합되어 있는 제1,2댐퍼 연결부재와; 상기 제1,2댐퍼 연결부재에 각기 T자형 단면을 갖고 볼트 체결수단을 통해 결합되어 있는 제1,2브라켓과; 상기 제1브라켓에 일단이 지지되어져 댐퍼 본체의 일측면의 소성힌지 거동용 상,하부 평판에 접하여 있는 하나 이상의 제1면외좌굴방지용 강재 및; 상기 제2브라켓에 일단이 지지되어져 댐퍼 본체의 타측면의 소성힌지 거동용 상,하부 평판에 접하여 있는 하나 이상의 제2면외좌굴방지용 강재;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼{Steel damper of elastic-plastic behavior type for remanent strain control function and in-plane behavior stability improvement}

본 발명은 제진을 수행하기 위한 강재 댐퍼에 관한 것으로, 특히 제작이 용이하고, 내력 및 강성과 함께 변형 능력이 크고, 여진 등에 의한 잔류변위를 제어할 수 있으며, 면외좌굴이 억제되어 제진 기능이 효율적으로 발휘되도록 한 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼에 관한 것이다.

일반적인 강재 댐퍼 중 알려져 있는 U형이나 O형의 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 강재 댐퍼는 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, 여진 등에 의한 잔류변위를 제어할 수 있으며, 좌굴이 억제되어 제진 기능이 효율적으로 발휘되도록 한 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼는, 일정 폭과 두께를 갖는 강판으로 제작되어 일정 길이에 걸쳐 서로 나란하게 마주보고 있는 소성힌지 거동용 상,하부 평판, 소성힌지 거동용 상,하부 평판의 일단에 일정한 반경을 갖고 연결되어 있는 제1 반원형 브릿지가 형성되어 장축을 갖고 Ｕ자 형태를 이루는 댐퍼 본체와; 강재로 제작되어 양단이 소성힌지 거동용 상,하부 평판에 수직하게 일체로 강접합되어져 상기 댐퍼 본체의 내부 영역에 설치되어 있는 1개 이상의 소성힌지와; 상기 상,하부 평판에 각기 수직으로 일체되게 접합되어 있는 제1,2댐퍼 연결부재와; 상기 제1,2댐퍼 연결부재에 각기 T자형 단면을 갖고 볼트 체결수단을 통해 결합되어 있는 제1,2브라켓과; 상기 제1브라켓에 일단이 지지되어져 댐퍼 본체의 일측면의 소성힌지 거동용 상,하부 평판에 접하여 있는 하나 이상의 제1면외좌굴방지용 강재 및; 상기 제2브라켓에 일단이 지지되어져 댐퍼 본체의 타측면의 소성힌지 거동용 상,하부 평판에 접하여 있는 하나 이상의 제2면외좌굴방지용 강재;를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소성힌지 거동용 상,하부 평판의 타단에는 제1 반원형 브릿지와 대칭되는 동일한 형상의 제2 반원형 브릿지가 더 연결되어, 강재 댐퍼는 θ자 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소성힌지는 단면이 상대적으로 좁아지는 소성목부를 갖는 힌지 강판, 힌지 강판의 양단에 각기 접합된 접합플랜지로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소성힌지는 장축 방향 또는 폭 방향으로 동일 평면상에 복수개 이상으로 배열된 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 강재 댐퍼가 인방보에 설치되기 위해 인방정착철근 또는 인방정착판이 댐퍼 본체에 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 강재 댐퍼는 벽체측에 고정된 상부프레임모듈과 하부프레임모듈의 사이에 복수개 이상으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼에 따르면, 댐퍼 본체가 U자형 강재로 구성되어져 강재 댐퍼를 용이하게 제작할 수 있다. 또한 댐퍼 본체와 소성힌지가 강접합되어져 아치와 핀이 복합된 A형 구조를 갖기 때문에 내력과 강성이 크게 증가할 뿐만 아니라 변형 능력이 커지는 장점을 갖는다. 또한 댐퍼 본체가 타원형 구조를 가져 탄성 변형하므로 잔류변위를 제어할 수 있다. 또한 제1,2 면외좌굴방지용 강재의 설치로 면외좌굴이 억지되어 제진 기능이 효율적으로 발휘된다.

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 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일 형태에 따른 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼의 사시도, 정면도 및 도 1b의 A-A선 단면도.
도 2a는 도 1a에 적용된 댐퍼본체의 사시도.
도 2b는 도 2a의 정면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 형태에 따른 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼의 사시도, 정면도 및 일측면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 적용되는 소성힌지의 다양한 배열상태도.
도 5는 본 발명에 따른 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼를 하중과 변형 관계에서 스트립 댐퍼 및 아치형 댐퍼와 함께 비교한 변형 선도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 강재 댐퍼를 인방에 적용하기 위한 다양한 설치상태도.
도 7은 본 발명의 강재 댐퍼를 벽체에 적용하기 위한 일 형태의 설치상태도.

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 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼(10)는 도 1 및 도 2와 같이 탄성 거동하는 댐퍼 본체(12), 댐퍼 본체(12)의 내부에 위치하여 접합된 1개 이상의 소성힌지(14), 상기 댐퍼 본체(12)에 일체되게 접합되어 외부로 돌출되어 있는 제1,2댐퍼 연결부재(21,22), 댐퍼 본체(12)의 일측면에 접하도록 설치된 하나 이상의 제1면외좌굴방지용 강재(41) 및 댐퍼 본체(12)의 타측면에 접하도록 설치된 하나 이상의 제2면외좌굴방지용 강재(42)를 포함한다.

댐퍼 본체(12)는 일정 폭과 두께를 갖는 강판으로 제작되어 일정 길이에 걸쳐 서로 나란하게 마주보고 있는 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a), 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)의 일단에 일정한 반경(R)을 갖고 연결되어 있는 제1 반원형 브릿지(122)가 구비되어 장축(X)을 갖는 긴 아치형으로 이루어져 있다. 따라서 댐퍼 본체(12)는 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)과 제1 반원형 브릿지(122)에 의해 U자 형태를 갖는다.

다른 형태로 댐퍼 본체(12)는 도 1 및 도 4와 같이 구성할 수 있다. 즉, 댐퍼 본체(12)는 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)의 타단에 제1 반원형 브릿지(122)와 대칭되는 동일한 형상의 제2 반원형 브릿지(122a)가 더 연결되어 구성될 수 있다. 이 경우 강재 댐퍼(10)는 θ자 형태를 갖게 된다. 여기서 댐퍼 본체(12)는 2개의 U자형 강판의 양쪽 단부를 상호 접합시켜서 용이하게 제작될 수 있다.

소성힌지(14)는 양단이 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)에 일체로 접합되어져 댐퍼 본체(12)의 내부 영역에 설치된다. 소성힌지(14)는 단면이 상대적으로 좁아지는 소성목부(141)를 갖는 강판으로 제작되어 있다.

소성힌지(14)는 도 4b와 같이 장축 방향으로 동일 평면상에 복수개 이상으로 배열되거나, 도 4c와 같이 폭 방향(장축에 직각방향)으로 복수개 이상으로 배열될 수 있다. 또한 도 4d와 같이 소성힌지(14)는 장축(X) 방향과 폭 방향을 따라 복수개 이상으로 배열되어 설치될 수도 있다.

제1,2면외좌굴방지용 강재(41,42)는 도 1과 같이 제1,2브라켓(31,32)측에 접합되어 지지 설치될 수 있다. 제1,2브라켓(31,32)은 제1,2댐퍼 연결부재(21,22)에 각기 T자형 단면을 갖고 볼트 체결수단을 통해 결합된다. 이 경우, 제1면외좌굴방지용 강재(41)는 일단이 제1브라켓(31)에 접합되어 타단이 댐퍼 본체(12)의 일측면에 접하여 설치되고, 제2면외좌굴방지용 강재(42)는 일단이 제2브라켓(32)에 접합되어 타단이 댐퍼 본체(12)의 타측면에 접하여 설치된다.

이와 같이 구성된 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼(10)는 도 5의 하중(F)과 변위(δ)와의 관계를 나타낸 이력선도에서 나타난 바와 같이 동일한 변형량을 갖기 위해서는 아치형 댐퍼 및 스트립 댐퍼 보다도 더 큰 힘이 가해져야하는 것을 알 수 있다. 즉, 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 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, 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼(10)가 3가지 선도의 이력성상을 가지므로 지진 후의 잔류변위를 제어할 수 있다.

이와 같이 구성된 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼(10)는 도 6a 내지 도 6d와 같이 인방정착철근(50) 또는 인방정착판(50)이 설치된 후 인방보의 제진을 수행할 수 있다.

또한 강재 댐퍼(10)는 도 7과 같이 벽체측에 고정된 상부프레임모듈(200)과 하부프레임모듈(210)의 사이에 복수개 이상으로 설치되어 벽체의 제진을 수행할 수도 있다.

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
121: 소성힌지 거동용 상부 평판
121a: 소성힌지 거동용 하부 평판
122: 제1 반원형 브릿지
122a: 제2 반원형 브릿지
14: 소성힌지
141: 힌지 강판
142: 접합플랜지
31,32: 제1,2브라켓
41: 제1면외좌굴방지용 강재
42: 제2면외좌굴방지용 강재

Claims (7)

1. 제진을 수행하기 위한 강재 댐퍼(10)에 있어서,
   일정 폭과 두께를 갖는 강판으로 제작되어 일정 길이에 걸쳐 서로 나란하게 마주보고 있는 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a), 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)의 일단에 일정한 반경(R)을 갖고 연결되어 있는 제1 반원형 브릿지(122)가 형성되어 장축(X)을 갖고 Ｕ자 형태를 이루는 댐퍼 본체(12)와;
   강재로 제작되어 양단이 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)에 수직하게 일체로 강접합되어져 상기 댐퍼 본체(12)의 내부 영역에 설치되어 있는 1개 이상의 소성힌지(14)와;
   상기 상,하부 평판(121,121a)에 각기 수직으로 일체되게 접합되어 있는 제1,2댐퍼 연결부재(21,22)와;
   상기 제1,2댐퍼 연결부재(21,22)에 각기 T자형 단면을 갖고 볼트 체결수단을 통해 결합되어 있는 제1,2브라켓(31,32)과;
   상기 제1브라켓(31)에 일단이 지지되어져 댐퍼 본체(12)의 일측면의 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)에 접하여 있는 하나 이상의 제1면외좌굴방지용 강재(41) 및;
   상기 제2브라켓(32)에 일단이 지지되어져 댐퍼 본체(12)의 타측면의 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)에 접하여 있는 하나 이상의 제2면외좌굴방지용 강재(42);를 포함한 것을 특징으로 하는 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 소성힌지 거동용 상,하부 평판(121,121a)의 타단에는 제1 반원형 브릿지(122)와 대칭되는 동일한 형상의 제2 반원형 브릿지(122a)가 더 연결되어, 강재 댐퍼는 θ자 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 소성힌지(14)는 단면이 상대적으로 좁아지는 소성목부(141a)를 갖는 힌지 강판(141), 힌지 강판(141)의 양단에 각기 접합된 접합플랜지(142)로 구성된 것을 특징으로 하는 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 소성힌지(14)는 장축(X) 방향 또는 폭 방향으로 동일 평면상에 복수개 이상으로 배열된 것을 특징으로 하는 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   강재 댐퍼(10)가 인방보에 설치되기 위해 인방정착철근(50) 또는 인방정착판(50)이 댐퍼 본체(12)에 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼.
7. 제 1항에 있어서,
   강재 댐퍼(10)는 벽체측에 고정된 상부프레임모듈(200)과 하부프레임모듈(210)의 사이에 복수개 이상으로 설치되는 것을 특징으로 하는 잔류변형 제어기능 및 면내거동 안정성 향상을 위한 탄소성 거동식 강재 댐퍼.

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