KR102283043B1 - 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼 - Google Patents

Abstract

판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼가 개시된다. 본 발명에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼는, 서로 대향된 한 쌍의 마찰면이 구비된 판상의 작용판; 외력의 작용방향을 따라 삽입공간에 끼워진 상기 작용판의 상기 마찰면과 접촉마찰력을 형성하여 외력을 감쇄하는 커버판; 상기 마찰면을 관통하도록 형성된 중공에 수용된 상태로 외력에 따라 상대이동하는 상기 작용판에 대하여 탄성저항력이 작용하도록 거동하는 탄성판; 서로 마주하는 상기 삽입공간의 내측단과 상기 작용판 사이에 하나 이상이 구비되어 외력에 따라 상대이동하는 상기 작용판에 대하여 탄성저항력이 작용하도록 거동하는 탄성스프링; 및 상기 커버판 및 상기 탄성판을 관통하며 설치되어 상기 커버판과 상기 작용판 간의 접촉마찰력을 증감하고, 상기 커버판과 상기 작용판 간의 상대이동을 안내하는 복수의 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 커버판에 대하여 상대이동하는 판상의 작용판과, 작용판에 대하여 탄성저항력이 가해지도록 거동하는 탄성스프링 및 탄성판을 통해 구조물에 전달된 외력이 연이어 1,2차로 감쇄됨에 따라, 댐퍼 자체의 완충성능이 외력의 크기에 대응하여 효율적이고, 효과적으로 발휘hl고, 변형된 탄성스프링과 탄성판에 의한 탄성복원력으로 인해 댐퍼 자체의 형상복원이 원활하고 용이하게 이루어지는 효과가 있다.

Description

판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼{PLATE TYPE DAMPER TO REDUCE RESIDUAL DEFORMATION}

본 발명은, 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 컴팩트한 판구조로 구조물에 설치되어 외부에서 전달된 충격에 따라 변형된 후 원래의 형태로 복원될 수 있는 댐퍼에 관한 것이다.

전 세계적으로 기후변화 등에 따른 자연재해의 증가와 해당 자연재해에 대한 불확실성의 확대로 인하여 구조물에 대한 소정 수준 이상의 안전성은, 근래 구조물 건축에 있어서 점차 엄격하게 요구되고 있다.

이러한 세계적 추세에도 불구하고, 우리나라는 지진으로부터 안전한 국가라는 오래된 인식으로 인하여 구조물에 대한 최적화 설계나 붕괴방지 등의 연구개발에 있어서 적극적인 투자나 장려가 충분하게 이루어지지 못한 결과, 국내 각종 시설물들의 대부분은 지진이나 태풍과 같이 예측하기 어려운 자연재해에 대하여 취약한 상황에 놓여있는 실정이다.

다만, 고층건물이나 장대 교량과 같은 대형구조물의 건설은 물론, 최근 빈발하는 지진으로 인한 내진설계에 대한 관심과 규제가 종전에 비해 점점 증가함에 따라 외부에서 발생하는 하중(지진, 태풍)으로부터 대형구조물의 안전성을 확보할 수 있는 다양한 내진설계에 대한 연구개발이 진행되어 신축하는 구조물 등에 적용되고 있다.

또한, 이미 건설된 구조물에 부가적으로 설치되어 구조물에 전달되는 진동이나 충격을 저감시키는 댐퍼와 같은 제진설계에 대한 연구개발도 활발히 이루어지고 있다.

위와 같은 내진설계 또는 제진설계와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제1661758호에는 원형복원형 에너지 소산 댐퍼가 개시되고 있다. 등록특허공보 제1661758호는, 제1 평탄면을 갖는 제1 마찰플레이트; 제1 마찰플레이트와 X축 방향으로 슬라이드 상대이동 가능하게 형성되고, 슬라이드 상대이동시 제1 평탄면과 마찰하는 제2 평탄면을 갖는 제2 마찰플레이트; 및 제1 마찰플레이트와 제2 마찰플레이트를 연결하고, 슬라이드 상대이동시 이동방향과 반대방향의 회복력을 형성하는 형상기억강봉을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 종래기술은, X축 방향으로 서로 마찰하는 제1 마찰플레이트와 제2 마찰플레이트를 형상기억강봉이 Y축 방향으로 연결함으로써, 구조물에 가해지는 수평하중에 의해 변형이 발생한 후 원형으로 자동복원되도록 이루어지고, 설치시 복원력을 쉽게 조정할 수 있으며, 구조물의 손상으로 인한 교체작업 없이도 잔류변형이 방지되어 구조물 복원으로 인한 유지보수 비용이 발생하지 않도록 이루어지는 이점이 있다.

그러나 이러한 종래기술은, 일단 제조된 후에는 형상기억강봉의 추가나 제거가 어려워 필요에 따라 복원력을 증감하는 조절이 구조적으로 어렵고, 마찰 댐퍼(friction damper)를 통해 외부에서 전달된 진동 에너지를 마찰열로 변환하여 충격을 저감시키는 방식을 적용하고 있어서 댐퍼 자체의 완전한 원상복원이 어렵다는 문제가 있었다.

또한, 댐퍼 자체가 일단 변형된 이후에는, 손상된 형상기억강봉 등에 대한 교체나 보수가 어려워 재사용이 곤란하며, 외부 하중에 따라 변형되는 작동부가 외부에 그대로 노출된 구조여서 안전사고 등에 취약할 수 있다는 점에서 구조적인 개량이나 개선이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제1661758호 (등록일: 2016.09.26)

본 발명의 목적은, 단순한 구조로 상대이동하는 마찰부재에서 발휘되는 마찰력과 복수의 탄성소재에서 발휘되는 탄성변형력에 기반하여 외부로부터 전달된 진동이나 충격을 단계별로 흡수하는 한편, 탄성소재의 교체나 변경 등을 통해 조절되는 탄성복원력에 기반하여 원래의 형태로 복귀될 수 있고, 단순하고 콤팩트한 구조로 제조가 가능한 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 서로 대향된 한 쌍의 마찰면이 구비된 판상의 작용판; 외력의 작용방향을 따라 삽입공간에 끼워진 상기 작용판의 상기 마찰면과 접촉마찰력을 형성하여 외력을 감쇄하는 커버판; 상기 마찰면을 관통하도록 형성된 중공에 수용된 상태로 외력에 따라 상대이동하는 상기 작용판에 대하여 탄성저항력이 작용하도록 거동하는 탄성판; 서로 마주하는 상기 삽입공간의 내측단과 상기 작용판 사이에 하나 이상이 구비되어 외력에 따라 상대이동하는 상기 작용판에 대하여 탄성저항력이 작용하도록 거동하는 탄성스프링; 및 상기 커버판 및 상기 탄성판을 관통하며 설치되어 상기 커버판과 상기 작용판 간의 접촉마찰력을 증감하고, 상기 커버판과 상기 작용판 간의 상대이동을 안내하는 복수의 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼에 의해 달성된다.

상기 커버판은, 한 쌍의 상기 마찰면을 마주하도록 각각 배치되어 상기 삽입공간을 형성하는 한쌍의 지지판; 및 상기 지지판의 일단부에 결합되는 연결부를 포함할 수 있다.

상기 탄성스프링과 접하는 상기 내측단 및 상기 작용판 중 적어도 어느 하나에는, 상기 탄성스프링에 삽입고정되는 고정핀이 돌출형성되거나, 상기 탄성스프링이 삽입되는 고정홈이 함몰형성되어 상기 탄성스프링의 이탈을 방지할 수 있다.

상기 탄성스프링은, 폭넓은 범위의 탄성 구현이 용이하고 내구성이 우수한 폴리우레탄을 소재로 원기둥 형상으로 제작하되, 상기 탄성스프링에 의한 탄성저항력의 증대는, 상기 탄성스프링에 소정의 압축력을 가한 상태로 상기 삽입공간의 내측단과 상기 작용판 사이에 상기 탄성스프링을 설치하여 이루어질 수 있다.

상기 탄성판은, 폭넓은 범위의 탄성 구현이 용이하고 내구성이 우수한 폴리우레탄을 소재로 판형상으로 제작하고, 상기 중공은, 상기 탄성판에 대응하는 형상으로 이루어지되, 상기 탄성판의 가장자리 일부 또는 전체와 상기 중공 사이에는, 상기 탄성판의 탄성변형에 따른 부피변동을 수용하는 여유공간이 형성될 수 있다.

상기 탄성판에 의한 탄성저항력은, 상기 탄성판과 상기 중공 사이에 형성되는 상기 여유공간의 크기, 배치 및 상기 탄성판의 단면 두께 중 적어도 어느 하나의 조절에 따라 가변될 수 있다.

상기 작용판 및 상기 커버판이 서로 접촉하는 면에는, 상기 작용판 및 상기 커버판 간의 접촉면적을 증대하며 상기 작용판의 상대이동을 안내하기 위해, 각각 상보적 형상의 요철이 외력의 작용방향을 따라 길게 형성될 수 있다.

상기 체결부는, 상기 탄성판에 대응하는 상기 지지판의 일영역에서 외력의 작용방향을 따라 길게 관통형성된 복수의 장공; 상기 장공 및 상기 탄성판을 관통하여 배치되는 복수의 가압볼트; 상기 작용판과 상기 커버판이 서로 밀착되도록, 상기 가압볼트의 단부에 나사결합되는 너트; 및 상기 가압볼트의 헤드와 상기 지지판 사이, 상기 너트와 상기 지지판 사이에 각각 구비되어 상기 작용판의 상대이동을 원활하게 하는 와셔를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 외력의 작용방향을 따라 삽입공간에 끼워져 외력에 따라 상대이동하는 판상의 작용판에 대하여 접촉마찰력을 형성하는 커버판과, 삽입공간의 내측단과 작용판 사이에 하나 이상이 구비되어 작용판에 대하여 탄성저항력이 가해지도록 거동하는 탄성스프링을 통해 외부로부터 전달되는 외력이 1차적으로 감쇄되고, 작용판의 마찰면을 관통하는 중공에 수용된 상태로 커버판에 고정되어 외력에 따라 상대이동하는 작용판에 대하여 탄성저항력이 작용하도록 거동하는 탄성판을 통해 외력이 연이어 2차로 감쇄됨으로 인해, 댐퍼 자체의 완충성능이 외력의 크기에 대응하여 효율적이고, 효과적으로 발휘될 수 있게 된다.

또한, 외력에 대한 연쇄적인 1,2차 감쇄 작동으로 변형된 탄성스프링과 탄성판을 통해 형성된 작용판에 대한 중첩적인 탄성저항력 즉, 탄성복원력으로 인해 댐퍼 자체의 형상복원이 원활하고 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해도이다.
도 3a는 도 1의 A-A절단선에 따른 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 기초하여 본 발명의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 3c는 도 1의 B-B절단선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 잔류변형 저감형 댐퍼가 외력인 압축력에 대하여 작동하는 상태를 단계별로 보여주는 작동상태도이다.
도 5는 도 1의 잔류변형 저감형 댐퍼가 외력인 인장력에 대하여 작동하는 상태를 단계별로 보여주는 작동상태도이다.
도 6은 도 1의 잔류변형 저감형 댐퍼에 구비된 탄성판 및 탄성스프링(a)과 작용판(b)의 역학적 거동(외력 대비 변위 관계)을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1의 잔류변형 저감형 댐퍼가 설치된 기둥-보 프레임과 면진받침을 각각 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해도이고, 도 3a는 도 1의 A-A절단선에 따른 단면도이고, 도 3b는 도 3a에 기초하여 본 발명의 변형예를 도시한 단면도이고, 도 3c는 도 1의 B-B절단선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1의 잔류변형 저감형 댐퍼가 외력인 압축력에 대하여 작동하는 상태를 단계별로 보여주는 작동상태도이고, 도 5는 도 1의 잔류변형 저감형 댐퍼가 외력인 인장력에 대하여 작동하는 상태를 단계별로 보여주는 작동상태도이고, 도 6은 도 1의 잔류변형 저감형 댐퍼에 구비된 탄성판 및 탄성스프링(a)과 작용판(b)의 역학적 거동(외력 대비 변위 관계)을 나타낸 그래프이고, 도 7은 도 1의 잔류변형 저감형 댐퍼가 설치된 기둥-보 프레임과 면진받침을 각각 도시한 도면이다.

발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(정,앞쪽), 후(배,뒤쪽) 등은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 도면 및 구성 간의 상대적 위치를 기준으로 정한 것으로, 3개의 축은 서로 대응되게 회전하여 바뀔 수 있음은 물론이고, 특별히 다르게 한정하는 경우 외에는 이에 따른다

본 발명에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼(100)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 외부에서 발생된 외력(지진, 태풍)에 의해 흔들리게 되는 구조물(10,20)에 설치되어 구조물(10,20)에 전달되는 충격(압축력(CF)과 인장력(TF))을 완충하거나 감쇄하기 위해 사용되는 장치이다.

이러한 본 발명에 따른 저감형 댐퍼(100)는, 단순하고 컴팩트한 구조로 역학적 거동이 상이한 접촉마찰력과 탄성저항력을 통합하여 댐퍼 자체의 완충범위를 확장하고 완충성능을 개선하면서도 원래의 형태로 복원될 수 있으며, 구조물(10,20)이나 외력의 특성에 따라 완충 및 복원성능이 다양하게 조절될 수 있도록 하기 위해 안출된 발명이다.

상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼(100)는, 도 1 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 작용판(110), 커버판(120), 탄성판(130), 탄성스프링(140) 및 체결부(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 상술한 구성들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 작용판(110)은, 후술할 커버판(120)과 접촉하며 마찰저항력 즉, 접촉마찰력을 형성한 상태로 상대이동을 통해 외력을 완충 내지 감쇄시키는 판상의 구성요소로서, 도 1 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 외력의 작용방향(도 1의 B-B절단선에 대응)을 따라 길게 형성되되, 소정의 넓이를 갖는 한 쌍의 마찰면(112a,112b)이 서로 대향된 면에 각각 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 작용판(110)은, 도 7에 도시된 바와 같이 일단부가 구조물(10,20)의 일측에 고정되고, 타단부는 후술하는 바와 같이 커버판(120) 내측의 삽입공간(121)에 끼워져 커버판(120)과 함께 소정의 마찰저항력을 형성하게 되며, 중앙부에는 중공(111)이 마찰면(112a,112b)을 관통하도록 형성되어 후술할 탄성판(130)을 내측에 수용하게 된다.

이때, 볼트와 너트 등의 공지된 체결수단에 의해 외부 구조물(10,20)에 결합되는 작용판(110)은 외부 구조물(10,20)에 가해진 외력에 따라 후술할 커버판(120)에 대하여 상대이동함으로써 전달된 외력을 소산 내지 흡수하게 된다.

이러한 작용판(110)은 커버판(120)과 접촉하는 마찰면(112a,112b)의 면적에 비례하여 댐퍼(100)의 완충성능을 증대시키게 되므로, 구조물(10,20)이나 외력의 특성에 따라 다양한 형상과 크기로 제작될 수 있다.

또한, 작용판(110)의 표면에는 고체의 역학적 특성인 탄성과 액체의 특징인 점성을 동시에 가지고 있는 점탄성수지(미도시)가 얇게 코팅될 수 있는데, 이는 작용판(110)과 후술할 커버판(120) 간의 마찰에 따라 발생하는 분진과 소음을 저감시키기 위함이다.

커버판(120)은, 상술한 작용판(110)이 외력의 작용방향을 따라 끼워지는 삽입공간(121)이 마련되어 작용판(110)의 마찰면(112a,112b)과 접촉마찰력을 형성하게 되는 구성요소로서, 외력에 따라 상대이동하는 작용판(110)과의 상호작용을 통해 외력을 완충 내지 감쇄시키게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 커버판(120)은, 도 1 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지지판(122a,122b) 및 연결부(124) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

지지판(122a,122b)은, 상술한 작용판(110)이 끼워지는 삽입공간(121)을 형성하며 작용판(110)과 직접 접촉하여 마찰력을 발생시키고, 후술할 탄성판(130)의 이탈을 방지하는 판상의 구성요소로서, 외력의 작용방향(도 1의 B-B절단선에 대응)을 따라 길게 형성된 한 쌍의 판부재가 대향된 한 쌍의 마찰면(112a,112b)을 각각 마주하도록 이격배치되어 이루어지게 된다.

이러한 지지판(122a,122b)은, 삽입공간(121)에 끼워져 외력의 작용방향으로 상대이동하는 작용판(110)의 마찰면(112a,112b)에 대응하는 형상과 크기로 제작되면 충분하나, 필요에 따라서는 작용판(110)과 소정의 접촉마찰력을 형성하는 한도 내에서 구조물(10,20)이나 외력의 특성에 따라 다양한 형상과 크기로 제작될 수도 있다.

한편, 작용판(110)과 마주하는 지지판(122a,122b)의 표면에도, 고체의 역학적 특성인 탄성과 액체의 특징인 점성을 동시에 가지고 있는 점탄성수지(미도시)가 얇게 코팅될 수 있는데, 이는 커버판(120)과 작용판(110) 간의 마찰에 따라 발생하는 분진과 소음을 저감시키기 위함이다.

지지판(122a,122b)이 이격배치되어 형성하게 되는 삽입공간(121)은, 작용판(110)의 두께에 대응하는 크기로 형성되거나, 이와 작용판(110)의 용이한 삽입과 분리를 위해 작용판(110)의 두께보다 수mm 크게 형성될 수도 있다.

이러한 삽입공간(121)에 끼워진 작용판(110)과 지지판(122a,122b) 간의 접촉마찰력은, 후술할 체결부(150)의 조절을 통해 적절하게 증감될 수 있다.

연결부(124)는, 서로 이격배치된 지지판(122a,122b)을 고정하기 위해 지지판(122a,122b)의 일단부에 결합되는 구성요소로서, 상술한 작용판(110)이 고정된 구조물(10,20)의 일측과 인접하게 되는 구조물(10,20)의 타측에 결합되어 구조물(10,20)에 가해진 외력을 전달받게 된다.

이때, 연결부(124)와 구조물(10,20) 간의 결합은, 작용판(110)과 마찬가지로 볼트와 너트 등의 공지된 체결수단에 의해 이루어질 수 있다.

이상에서 살펴본 삽입공간(121)을 형성하는 지지판(122a,122b)과 삽입공간(121)에 끼워진 작용판(110)의 마찰면(112a,112b)은, 도 7에 도시된 바와 같이 서로 접촉마찰력이 작용하는 상태로 설계된 외력의 작용방향을 따라 배치되어 외력에 의해 진동하는 구조물(10,20)의 운동에너지를 마찰열로 변환함으로써 구조물(10,20)에 대한 충격이나 변형을 저감시키게 된다.

한편, 본 발명의 변형예에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼(100)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 작용판(110) 및 커버판(120)이 서로 접촉하는 면에 각각 상보적 형상의 요철(116,126)이 외력의 작용방향을 따라 길게 형성될 수 있다.

이러한 요철(116,126)은 작용판(110)의 마찰면(112a,112b)과 이에 접촉하는 지지판(122a,122b) 간의 접촉면적 즉, 접촉마찰력을 증대시키고, 커버판(120) 즉, 지지판(122a,122b)에 대하여 작용판(110)이 틀어지지 않고 정확하게 외력의 작용방향으로 상대이동하도록 안내하는 기능을 수행함으로써, 댐퍼 자체의 완충성능은 물론, 작동의 안정성을 향상시키게 된다.

상술한 작용판(110)과 커버판(120)은, 도 6의 (b)에 도시된 변형-복원(F2)과 변위량(△)에 따른 역학적 거동 그래프에 따르면, 구조물(10,20)로부터 작용판(110)(또는 커버판(120))에 일정 수준 이상의 인장력(TF) 또는 압축력(CF)이 인가되는 경우에 연속적인 상대이동(△1,△2, 도 4 및 5 참조)을 개시함으로써 특정한 크기의 외력을 연속 흡수하고, 외력이 제거되면 원래의 형상으로 복원되지 않는 거동을 수행하게 된다.

이때, 작용판(110)과 커버판(120)은, 변형-복원(F2)과 변위량(△)에 의해 도시되는 폐곡선의 내부 면적에 대응하는 만큼의 외력 에너지를 정확히 흡수하는 강한 완충성능을 발휘하게 된다.

따라서 작용판(110)과 커버판(120) 간의 접촉마찰력을 후술할 체결부(150)(나사결합력 및 와셔(158))를 통해 적절히 조절하게 되면, 특정 외력에 대응한 정확한 완충성능의 구현과 함께 후술할 탄성판(130) 및 탄성스프링(140)에 의한 복원성능이 손쉽게 최적화될 수 있게 된다.

탄성판(130)은, 외력에 따라 상대이동하는 작용판(110)에 대하여 탄성저항력이 작용하도록 거동하여 작용판(110)에 전달된 외력을 2차로 감쇄시키고, 외력이 제거되면 원래의 형상으로 복원되는 거동을 수행하는 구성요소이다.

여기서 탄성저항력이란, 가해진 외력에 따라 탄성변형되며 외력을 흡수하고, 외력이 제거되면 탄성복원되는 힘을 모두 포괄하는 의미로 이해될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 탄성판(130)은, 도 2에 도시된 바와 같이 상술한 작용판(110)의 중공(111)에 수용된 상태로 후술할 체결부(150)에 의해 커버판(120)에 고정되도록 설치될 수 있다.

위와 같이 설치된 탄성판(130)은, 도 4 및 도 5의 (a) 및 (b)에 각각 도시된 바와 같이 전달된 외력(압축력(CF1) 또는 인장력(TF1))에 따라 소정 범위에서 작용판(110)과 함께 커버판(120)에 대하여 상대이동하다가, 도 4 및 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 소정 범위를 넘어선 외력(CF2,TF2)에 대하여는 탄성변형되며 작용판(110)의 상대이동을 저지하는 저항력을 형성함으로써 외력을 추가로 감쇄시키거나 작용판(110)을 원래의 위치로 복귀시키는 기능을 수행하게 된다.

여기서 소정 범위는 외력의 작용방향을 따라 길게 형성되는 후술할 장공(152)의 길이에 의해 변경될 수 있는 것으로, 탄성판(130)의 탄성저항력이 작용판(110)에 대하여 작용하게 되는 시점은, 이러한 장공(152)의 길이에 대한 가변을 통해 다양하게 조절될 수 있다.

이때, 탄성판(130)은, 천연 또는 합성소재의 조성 변화를 통해 폭넓은 범위의 탄성 구현이 가능하고, 내구성이 우수한 우레탄 결합을 가진 열가소성의 고분자 화합물인 폴리우레탄을 소재로 제작될 수 있다.

이렇게 폴리우레탄을 소재로 제작되는 탄성판(130)의 탄성저항력은, 천연 또는 합성소재의 조성 변화 이외에도, 탄성판(130)과 중공(111) 사이에 형성되는 여유공간(111a)의 크기, 배치 및 탄성판(130)의 단면 두께 중 적어도 어느 하나의 조절에 따라 다양하게 가변될 수 있다.

위와 같이 서로 다른 다양한 특성을 갖는 복수의 탄성판(130)을 준비하게 되면, 설치장소나 용도에 대응한 다양한 완충성능 및 복원성능의 구현이 탄성판(130)의 단순한 변경이나 교체를 통해 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

한편, 도 3a, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 탄성판(130)의 가장자리 일부 또는 전체와 중공(111) 사이에는, 탄성판(130)의 탄성변형에 따른 부피변동을 수용하는 여유공간(111a)이 형성될 수 있다.

이러한 여유공간(111a)으로 인해 중공(111) 내부에 수용된 탄성판(130)은 저항 없이 원활하게 탄성변형됨에 따라 외력에 대응한 정확한 감쇄가 이루어질 수 있고, 탄성판(130)의 파손이나 손상이 방지될 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 변형예에 따른 탄성판(130')은, 도 2에 도시된 바와 같이, 작용판(110)의 중공(111)에 탄성저항력을 가하는 양단부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상으로 이루어질 수 있다.

이러한 변형된 탄성판(130')의 형상으로 인해 점진적인 탄성저항력이 작용판(110)에 가해짐에 따라 외력에 대한 부드러운 완충작동이 이루어질 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 탄성판(130)은, 도 6의 (a)에 도시된 변형-복원력(F1)과 변위량(△)에 따른 역학적 거동 그래프에 대응하는 양상으로 구조물(10,20)에 인가된 외력을 흡수하며 변형(△1,△2, 도 4 및 5 참조)되고, 외력이 제거되면 완전하게 원래의 형상으로 복원되는 거동을 수행하게 된다.

이때, 탄성판(130)은, 변형-복원력(F1)과 변위량(△)에 의해 도시되는 폐곡선의 내부 면적에 대응하는 만큼의 외력 에너지를 흡수하는 완충성능을 발휘하게 되고, 특히 본 발명인 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼(100)에 일정한 복원능력을 제공하여 잔류변형을 감소시키는 역할을 수행하게 된다.

탄성스프링(140)은, 커버판(120)의 내측단(123)과 작용판(110) 간의 충돌을 방지하고, 외력에 따라 상대이동하는 작용판(110)에 대하여 부차적으로 탄성저항력이 작용하도록 거동하는 구성요소로서, 서로 마주하는 삽입공간(121)의 내측단(123)과 작용판(110) 사이에 하나 이상이 구비될 수 있다.

여기서의 탄성저항력도 상술한 탄성판(130)과 마찬가지로, 가해진 외력에 따라 탄성변형되며 외력을 흡수하고, 외력이 제거되면 탄성복원되는 힘을 모두 포괄하는 의미로 이해될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 탄성스프링(140)은, 도 2에 도시된 바와 같이 원기둥의 형상으로 제작되어 작용판(110)에서 돌출형성된 고정핀(114)에 의해 삽입고정됨으로써, 설치위치로부터 이탈이 방지되고, 안정적인 거동을 수행할 수 있게 된다.

또한, 위와 달리 탄성스프링(140)은, 탄성스프링(140)과 접하는 내측단(123)에 함몰형성된 고정홈(미도시)에 삽입됨으로써 설치위치로부터 이탈이 방지되고, 안정적인 거동을 수행할 수도 있다.

위와 같이 설치된 탄성스프링(140)은, 도 4에 각각 도시된 바와 같이 전달된 압축력(CF1,CF2)에 따라 상대이동하는 작용판(110)에 의해 탄성변형(압축)되며 작용판(110)의 상대이동을 저지함으로써 작용판(110)의 마찰면(112a,112b)과 함께 외력을 추가로 감쇄하는 기능을 수행하게 된다.

반대로 탄성스프링(140)은, 도 5에 각각 도시된 바와 같이 전달된 인장력(TF1,TF2)에 따라 상대이동하는 작용판(110)에 의해 탄성변형(인장)되며 작용판(110)의 상대이동을 저지함으로써 작용판(110)의 마찰면(112a,112b)과 함께 외력을 추가로 감쇄하는 기능을 수행하게 된다.

이러한 탄성스프링(140)도, 상술한 탄성판(130)과 마찬가지로, 천연 또는 합성소재의 조성 변화를 통해 폭넓은 범위의 탄성 구현이 가능하고, 내구성이 우수한 우레탄 결합을 가진 열가소성의 고분자 화합물인 폴리우레탄을 소재로 하여 제작될 수 있다.

이렇게 폴리우레탄을 소재로 제작되는 탄성스프링(140)의 탄성저항력은, 천연 또는 합성소재의 조성 변화 이외에도, 탄성스프링(140)의 두께, 개수 및 형상의 변경에 따라 다양하게 가변될 수 있다.

위와 같이 서로 다른 다양한 특성을 갖는 복수의 탄성스프링(140)을 준비하게 되면, 설치장소나 용도에 대응한 다양한 완충성능 및 복원성능의 구현이 상술한 탄성판(130)의 변경이나 교체와 함께 용이하고 다양하게 이루어질 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 탄성스프링(140)은 탄성판(130)과 함께, 도 6의 (a)에 도시된 변형-복원력(F1)과 변위량(△)에 따른 역학적 거동 그래프에 대응하는 양상으로 구조물(10,20)에 인가된 외력을 흡수하며 변형(△1,△2, 도 4 및 5 참조)되고, 외력이 제거되면 완전하게 원래의 형상으로 복원되는 거동을 수행하게 된다.

또한, 탄성스프링(140)은 탄성판(130)과 함께, 변형-복원력(F1)과 변위량(△)에 의해 도시되는 폐곡선의 내부 면적에 대응하는 만큼의 외력 에너지를 흡수하는 완충성능을 발휘하게 되고, 특히 본 발명인 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼(100)에 일정한 복원능력을 제공하여 잔류변형을 감소시키는 역할을 수행하게 된다.

한편, 탄성스프링(140)은, 일정 수준으로 미리 압축한 상태로 내측단(123)과 작용판(110) 사이에서 개재되어 설치될 수 있는데, 이는 내측단(123)과 작용판(110) 사이에서 유격 없이 탄성스프링(140)이 외력인 압축력(CF)에 즉각적으로 반응하며 외력을 완충할 수 있게 하기 위함이다.

체결부(150)는, 커버판(120) 및 탄성판(130)을 관통하며 설치되어 커버판(120)과 작용판(110) 간의 접촉마찰력을 증감하는 한편, 커버판(120)과 작용판(110) 간의 상대이동을 안내하기 위해 복수 개로 마련되는 구성요소이다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 체결부(150)는, 도 2 등에 도시된 바와 같이, 장공(152), 가압볼트(154), 너트(156) 및 와셔(158)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 장공(152)은 탄성판(130)에 대응하는 지지판(122a,122b)의 일영역에서 외력의 작용방향을 따라 길게 관통형성되는 구성요소로서, 도시된 바와 같이 복수 개가 대칭을 이루며 지지판(122a,122b)에 관통형성될 수 있다.

가압볼트(154)는, 상술한 장공(152) 및 탄성판(130)을 관통하여 배치되는 구성요소로서, 장공(152)에 대응한 개수로 설치되어 외력에 따라 작용판(110)이 상대이동하게 되면, 탄성판(130)과 함께 장공(152)의 길이에 대응한 거리만큼만 상대이동을 하게 된다.

너트(156)는, 가압볼트(154)의 단부에 나사결합되어 작용판(110) 즉, 마찰면(112a,112b)과 커버판(120)을 서로 밀착시키는 구성요소로서, 이로 인해 작용판(110)과 커버판(120) 간의 접촉마찰력이 다양하게 증감됨에 따라 본 발명의 완충성능과 복원성능이 다양하게 변경될 수 있는 것이다.

이때, 가압볼트(154)와 너트(156) 간의 나사결합력은 토크 렌치(torque wrench) 등에 의해 정밀하게 조정될 수 있다.

와셔(158)는, 가압볼트(154)의 헤드와 지지판(122a,122b) 사이, 너트(156)와 지지판(122a,122b) 사이에 각각 구비되어 커버판(120)에 대한 작용판(110)의 상대이동이 체결부(150)에 의한 마찰에 영향을 받지 않고, 균일하고 원활하게 이루어지게 하는 구성요소로서, M/C NYLON(엠씨 나일론) 등과 같이 내구성, 내식성, 절연성, 충격흡수성 및 자기윤활성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 소재로 제작될 수 있다.

이러한 체결부(150)의 개수는 작용판(110)이나 커버판(120)에 인가되는 외력에 의해 파손되지 않고 마찰면(112a,112b)의 전체에 걸쳐서 충분하고 균일한 결합력을 형성할 수 있는 한도 내에서 적절하게 증감될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼(100)가 구조물(10,20)에 설치된 사용상태를 도 7을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼(100)는, 보(12)와 기둥(14) 등의 주요 프레임과 가새(18)를 연결하기 위해 사용되는 거셋(16)을 매개로 역 V자형, V자형, 토글형 등 다양한 형태의 가새(18)가 구비된 프레임구조물(10)에 설치될 수 있다.

이때, 거셋(16)은, 기본적으로 가새(18)를 갖는 프레임구조물(10)에서 마찰 거동하며 외력을 감쇄하는 퓨즈역할을 수행하게 되고, 본 발명에 따른 잔류변형 저감형 댐퍼(100)는, 탄성판(130)과 탄성스프링(140)의 중첩적인 복원성능에 의해 가새(18)와 거셋(16) 사이에서 발생하는 잔류변형을 제거함으로써 프레임구조물(10)의 손상을 방지하게 된다.

그리고 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼(100)는, 주로 수직하중이 문제되는 교량구조물(20)의 하부를 지지하는 면진받침(26)에 연동하도록 설치될 수 있다.

이대, 면진받침(26) 중에서 고무계열의 경우, 수직하중에 대한 저항력이 약할 뿐만 아니라 특히, 수평하중에 대한 떨림과 변위가 크게 발생하는 문제가 있고, 납 면진받침(26)이나 주석 면진받침(26)의 경우, 지진 등의 외력에 의한 변형으로 인해 유지보수나 교체 등이 수반되는 문제가 있었다.

따라서 기존에 설치되어 운용되고 있는 면진받침(26)의 일측에 본 발명에 따른 잔류변형 저감형 댐퍼(100)를 설치함으로써, 외부 하중(태풍, 지진 등)에 의한 면진받침(26)의 횡방향 변위가 한계상태를 초과하여 받침 탈락되지 않도록 외부 하중을 흡수하고 복원되도록 제어하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 잔류변형 저감형 댐퍼(100)는, 작용판(110)의 마찰면(112a,112b)에 의해 넓은 범위의 외력을 우선적으로 완충하고, 보완적으로 탄성스프링(140)과 탄성판(130)이 중첩하여 외력을 완충하도록 구성함으로써, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같은 완충범위의 확장과 외력의 크기에 대응한 효율적이고 효과적인 완충성능의 구현이 가능해질 수 있다.

또한, 작용판(110)에 대한 탄성스프링(140)과 탄성판(130)의 중첩적인 탄성복원력으로 인해 외력의 작용 후 댐퍼 자체의 형상복원이 가능하게 되고, 본 발명의 단순하고 컴팩트한 판구조로 인해 다양한 형태와 용도의 구조물에 저비용으로 손쉽게 적용될 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

TF: 인장력 CF: 압축력
10: 프레임구조물 12,22: 보
14,24: 기둥 16: 거셋
18: 가새 20: 교량구조물
26: 면진받침
100: 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼
110: 작용판 111: 중공
111a: 여유공간 112a,112b: 마찰면
114: 고정핀 116,126: 상보적 요철
120: 커버판 121: 삽입공간
122a,122b: 지지판 123: 내측단
124: 연결부 130: 탄성판
130': 테이퍼형 탄성판 140: 탄성스프링
150: 체결부 152: 장공
154: 가압볼트 156: 너트
158: 와셔

Claims (8)

1. 서로 대향된 한 쌍의 마찰면이 구비된 판상의 작용판;
   외력의 작용방향을 따라 삽입공간에 끼워진 상기 작용판의 상기 마찰면과 접촉마찰력을 형성하여 외력을 감쇄하는 커버판;
   상기 마찰면을 관통하도록 형성된 중공에 수용된 상태로 외력에 따라 상대이동하는 상기 작용판에 대하여 탄성저항력이 작용하도록 거동하는 탄성판;
   서로 마주하는 상기 삽입공간의 내측단과 상기 작용판 사이에 하나 이상이 구비되어 외력에 따라 상대이동하는 상기 작용판에 대하여 탄성저항력이 작용하도록 거동하는 탄성스프링; 및
   상기 커버판 및 상기 탄성판을 관통하며 설치되어 상기 커버판과 상기 작용판 간의 접촉마찰력을 증감하고, 상기 커버판과 상기 작용판 간의 상대이동을 안내하는 복수의 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼.
2. 제1항에 있어서,
   상기 커버판은,
   한 쌍의 상기 마찰면을 마주하도록 각각 배치되어 상기 삽입공간을 형성하는 한쌍의 지지판; 및
   상기 지지판의 일단부에 결합되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼.
3. 제2항에 있어서,
   상기 탄성스프링과 접하는 상기 내측단 및 상기 작용판 중 적어도 어느 하나에는,
   상기 탄성스프링에 삽입고정되는 고정핀이 돌출형성되거나,
   상기 탄성스프링이 삽입되는 고정홈이 함몰형성되어 상기 탄성스프링의 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼.
4. 제1항에 있어서,
   상기 탄성스프링은,
   폭넓은 범위의 탄성 구현이 용이하고 내구성이 우수한 폴리우레탄을 소재로 원기둥 형상으로 제작하되,
   상기 탄성스프링에 의한 탄성저항력의 증대는,
   상기 탄성스프링에 소정의 압축력을 가한 상태로 상기 삽입공간의 내측단과 상기 작용판 사이에 상기 탄성스프링을 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼.
5. 제4항에 있어서,
   상기 탄성판은,
   폭넓은 범위의 탄성 구현이 용이하고 내구성이 우수한 폴리우레탄을 소재로 판형상으로 제작하고,
   상기 중공은,
   상기 탄성판에 대응하는 형상으로 이루어지되,
   상기 탄성판의 가장자리 일부 또는 전체와 상기 중공 사이에는,
   상기 탄성판의 탄성변형에 따른 부피변동을 수용하는 여유공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼.
6. 제5항에 있어서,
   상기 탄성판에 의한 탄성저항력은,
   상기 탄성판과 상기 중공 사이에 형성되는 상기 여유공간의 크기, 배치 및 상기 탄성판의 단면 두께 중 적어도 어느 하나의 조절에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼.
7. 제1항에 있어서,
   상기 작용판 및 상기 커버판이 서로 접촉하는 면에는,
   상기 작용판 및 상기 커버판 간의 접촉면적을 증대하며 상기 작용판의 상대이동을 안내하기 위해,
   각각 상보적 형상의 요철이 외력의 작용방향을 따라 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼.
8. 제2항에 있어서,
   상기 체결부는,
   상기 탄성판에 대응하는 상기 지지판의 일영역에서 외력의 작용방향을 따라 길게 관통형성된 복수의 장공;
   상기 장공 및 상기 탄성판을 관통하여 배치되는 복수의 가압볼트;
   상기 작용판과 상기 커버판이 서로 밀착되도록, 상기 가압볼트의 단부에 나사결합되는 너트; 및
   상기 가압볼트의 헤드와 상기 지지판 사이, 상기 너트와 상기 지지판 사이에 각각 구비되어 상기 작용판의 상대이동을 원활하게 하는 와셔를 포함하는 것을 특징으로 하는 판구조의 잔류변형 저감형 댐퍼.
   

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