KR102429385B1 - Seismic isolator with reinforced vertical damping based on frictional resistance - Google Patents
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Abstract
마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치가 개시된다. 본 발명에 따른 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치는, 하부구조물의 상단부에 설치되는 하판; 상기 하판에서 이격된 상태로 상기 상부구조물의 하단부에 설치되는 상판; 상기 하판에 설치되어 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동에 따라 좌우로 탄성변형되며 진동을 감쇠하는 탄성소재의 수평감쇠부; 상기 수평감쇠부에 복수 개로 관통설치된 탄성실린더와, 상기 탄성실린더에 삽입된 상태에서 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수직방향의 진동에 따라 마찰저항을 형성하며 상기 탄성실린더에 대하여 선형이동하도록 상기 상판에 결합된 작동부재에 의해 진동을 감쇠하는 제1 수직감쇠부; 및 상기 하판, 상판, 수평감쇠부 및 제1 수직감쇠부를 감싸도록 구비되는 보호커버를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동이 1차적으로 완충 내지 감쇠되고, 마찰저항을 형성하며 선형이동하도록 설치된 작동부재를 포함하는 제1 수직감쇠부를 통해 수직방향의 진동이 수평감쇠부의 감쇠작동과 독립적이고 상이한 소재 및 방식으로 보완되며 2차적으로 완충 내지 감쇠됨에 따라 수평 및 수직방향의 입체적인 진동에 대한 감쇠성능의 향상과 구조물에 대한 안정성이 향상될 수 있게 된다.Disclosed is a vertical damping reinforcement type seismic isolator based on frictional resistance. A vertical damping reinforcement type seismic isolator based on frictional resistance according to the present invention comprises: a lower plate installed at the upper end of a lower structure; an upper plate installed at the lower end of the upper structure while being spaced apart from the lower plate; a horizontal damping part of an elastic material installed on the lower plate and elastically deformed left and right according to the horizontal vibration transmitted from the upper and lower structures to damp the vibration; A plurality of elastic cylinders installed through the horizontal damping part and the upper plate to form frictional resistance according to the vibrations in the vertical direction transmitted from the upper and lower structures in the state inserted into the elastic cylinder and to move linearly with respect to the elastic cylinder a first vertical damping unit for damping vibration by an operation member coupled to the; and a protective cover provided to surround the lower plate, the upper plate, the horizontal damping part, and the first vertical damping part. According to the present invention, vibration in the vertical direction is primarily buffered or damped in the horizontal direction transmitted from the upper and lower structures, and the vibration in the vertical direction is generated through the first vertical damping unit including the operating member installed to form frictional resistance and move linearly. Independent of the damping operation of the horizontal damping part, it is supplemented by different materials and methods, and as it is buffered or damped secondarily, the damping performance for three-dimensional vibrations in the horizontal and vertical directions can be improved and the stability of the structure can be improved.
Description
본 발명은, 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치에 관한 것으로, 수평방향의 진동과 함께, 수직방향의 진동을 구별하여 입체적으로 감쇠할 수 있는 면진장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical damping reinforcement type seismic isolator based on frictional resistance, and to a seismic isolator capable of three-dimensionally damping vibrations in the vertical direction as well as horizontal vibrations.
최근 들어 지진활동의 확대추세와 전세계적인 기후변화 등에 따른 자연재해의 증가 및 이에 대한 불확실성의 확대로 인하여 구조물에 대한 소정 수준 이상의 안전시설이나 설비의 도입은, 근래 구조물 건축에 있어서 점차 엄격하게 요구되고 있다.Recently, due to the increasing trend of seismic activity and the increase in natural disasters caused by global climate change, and the increase in uncertainty about them, the introduction of safety facilities or facilities above a certain level for structures is increasingly strictly required in recent structural construction. have.
이러한 추세에도 불구하고, 최근까지 우리나라는 다양한 자연현상 중 특히, 지진으로부터 안전한 국가라는 오래된 인식으로 인해 구조물 최적화설계 및 붕괴방지 등의 연구개발에 대한 적극적 투자와 장려가 충분하게 이루어지지 못한 결과로서, 현재 국내의 구조물과 각종 시설물들의 대부분은 지진이나 태풍과 같은 예측하기 어려운 자연재해에 대하여 더욱 취약할 수밖에 없는 상황에 놓여있다.In spite of this trend, until recently, active investment and encouragement for R&D such as structure optimization design and collapse prevention were not sufficiently made due to the long-standing perception that Korea is a safe country from earthquakes among various natural phenomena. Currently, most of the domestic structures and facilities are in a situation where they are more vulnerable to unpredictable natural disasters such as earthquakes and typhoons.
다만, 최근 고층건물이나 장대 교량과 같은 대형구조물의 건설이 종전에 비해 점점 일반화되고 증가됨에 따라 외부에서 발생하는 하중(지진, 태풍)으로부터 구조물의 안전성을 확보하기 위해 구조물 자체가 직접 진동에너지를 흡수토록 하는 내진설계가 개발되어 적용되고 있다.However, as the construction of large structures such as high-rise buildings and long bridges has recently become more common and increased compared to the past, the structure itself directly absorbs vibration energy to secure the safety of the structure from external loads (earthquakes, typhoons). An earthquake-resistant design has been developed and applied.
또한, 구조물에 유입되는 진동에너지를 소산시킬 수 있는 다양한 제진 또는 면진장치에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.In addition, research and development on various vibration damping or isolating devices capable of dissipating the vibration energy flowing into the structure are being actively conducted.
일례로, 교량의 경우, 대한민국등록특허 제10-1007694호(등록일: 2011년 01월 05일)에서 개시되고 있는 면진시스템(납 면진받침)이 교량을 구성하는 상판과 교각 사이에 설치됨으로써, 교각이나 상판으로 전달되는 진동에너지로부터 교량의 손상을 효과적으로 방지하고 있다.For example, in the case of a bridge, the seismic isolation system (lead seismic isolation bearing) disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1007694 (registration date: January 05, 2011) is installed between the upper plate and the pier constituting the bridge, so that the pier It effectively prevents damage to the bridge from the vibration energy transmitted to the top plate.
다만, 대한민국등록특허 제10-1007694호(등록일: 2011년 01월 05일)에서 개시되고 있는 면진시스템은, 수평진동에 대응하여 중앙부의 탄성체(30)가 좌우로 기울어지는 변형을 통해 진동을 감쇠시키지만 반면에 미소하게 구조물을 아래로 침강시키는 문제가 있고, 금속판(32)에 의한 제한으로 인해 수직진동에 대한 충분한 진동감쇠가 이루어지지 못하는 문제가 있다.However, the seismic isolation system disclosed in Republic of Korea Patent No. 10-1007694 (registration date: January 05, 2011) attenuates the vibration through the deformation of the
따라서 상술한 바와 같이 여러 문제를 야기하는 기존 면진시스템에 대한 구조적인 개선이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for structural improvement of the existing seismic isolation system, which causes various problems as described above.
본 발명의 목적은, 구조물 간에 전달되는 수평방향의 진동과 수직방향의 진동을 서로 다른 소재와 감쇠 방식으로 보완하며 구별하여 입체적이고 중첩적으로 완충 내지 감쇠할 수 있는 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is a vertical damping reinforcement type based on frictional resistance that can be buffered or damped three-dimensionally and overlappingly by supplementing and distinguishing horizontal and vertical vibrations transmitted between structures with different materials and damping methods. To provide a vibration isolation device.
상기 목적은, 하부구조물의 상단부에 설치되는 하판; 상기 하판에서 이격된 상태로 상기 상부구조물의 하단부에 설치되는 상판; 상기 하판에 설치되어 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동에 따라 좌우로 탄성변형되며 진동을 감쇠하는 탄성소재의 수평감쇠부; 상기 수평감쇠부에 복수 개로 관통설치된 탄성실린더와, 상기 탄성실린더에 삽입된 상태에서 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수직방향의 진동에 따라 마찰저항을 형성하며 상기 탄성실린더에 대하여 선형이동하도록 상기 상판에 결합된 작동부재에 의해 진동을 감쇠하는 제1 수직감쇠부; 및 상기 하판, 상판, 수평감쇠부 및 제1 수직감쇠부를 감싸도록 구비되는 보호커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치에 의해 달성된다.The object is, the lower plate is installed on the upper end of the lower structure; an upper plate installed at the lower end of the upper structure while being spaced apart from the lower plate; a horizontal damping part of an elastic material installed on the lower plate and elastically deformed left and right according to the horizontal vibration transmitted from the upper and lower structures to damp the vibration; A plurality of elastic cylinders installed through the horizontal damping part and the upper plate to form frictional resistance according to the vibrations in the vertical direction transmitted from the upper and lower structures in the state inserted into the elastic cylinder and to move linearly with respect to the elastic cylinder a first vertical damping unit for damping vibration by an operation member coupled to the; and a protective cover provided to surround the lower plate, the upper plate, the horizontal damping part and the first vertical damping part.
상기 탄성실린더는, 상방이 개구된 통형상으로 폴리우레탄을 소재로 하여 제작되고, 상기 작동부재는, 상기 상판의 하면에 회동가능하게 볼조인트 결합되는 볼헤드; 상기 볼헤드에서 연장형성되어 상기 탄성실린더와 마찰저항을 형성하며 삽입되는 막대부재; 및 상기 막대부재의 하단부 외주면을 따라 돌출형성되어 상기 탄성실린더의 내주면에 대하여 밀폐력을 형성하는 가압돌기를 포함할 수 있다.The elastic cylinder is made of polyurethane as a material in a cylindrical shape with an open top, and the operation member includes: a ball head rotatably coupled to a lower surface of the upper plate by a ball joint; a rod member extending from the ball head to form frictional resistance with the elastic cylinder; and a pressing protrusion formed to protrude along the outer circumferential surface of the lower end of the bar member to form a sealing force with respect to the inner circumferential surface of the elastic cylinder.
상기 제1 수직감쇠부의 작동범위에 대응하는 상기 보호커버의 영역에는, 상기 제1 수직감쇠부의 원활한 작동을 안내하기 위해, 자바라 구조의 주름부가 형성될 수 있다.In an area of the protective cover corresponding to the operating range of the first vertical attenuation unit, a wrinkle portion having a bellows structure may be formed to guide the smooth operation of the first vertical attenuation unit.
상기 수평감쇠부는, 탄성판과 금속판이 교대로 적층되며 일체화되어 상기 하판에 설치되고, 상기 상판과 상기 수평감쇠부 사이에는, 상기 상,하부구조물로부터 전달된 수직방향의 진동에 따라 상하로 압축변형되며 진동을 감쇠하는 제2 수직감쇠부가 개재될 수 있다.The horizontal damping part is installed on the lower plate by being integrally laminated with an elastic plate and a metal plate, and between the upper plate and the horizontal damping part, up and down according to the vibration in the vertical direction transmitted from the upper and lower structures. and a second vertical damping part for damping vibration may be interposed.
상기 작동부재는, 상기 수평감쇠부 또는 상기 제1 수직감쇠부의 감쇠능력을 넘어서는 진동에 대응하여 보완적으로 형상변형되는 납을 소재로 제작될 수 있다.The operation member may be made of lead, which is complementary in shape in response to vibration exceeding the damping capacity of the horizontal damping part or the first vertical damping part.
상기 보호커버로 둘러싸인 내부 공간에는, 상기 수평감쇠부와 상기 제1,2 수직감쇠부의 작동을 원활하게 하는 윤활물질과, 온도변화에 따라 가변적인 감쇠작동이 이루어지게 하는 상변이물질이 서로 혼합되어 충진될 수 있다.In the inner space surrounded by the protective cover, a lubricating material for smooth operation of the horizontal damping part and the first and second vertical damping parts, and a phase change material for variable damping operation according to temperature change are mixed and filled with each other can be
본 발명에 의하면, 상판에 이격배치된 하판에 설치되는 탄성소재의 수평감쇠부로 인해 상,하부구조물로부터 전달된 수평방향의 진동이 1차적으로 완충 내지 감쇠되고, 탄성실린더에 삽입된 상태에서 탄성실런더와 마찰저항을 형성하며 선형이동하도록 설치된 작동부재를 포함하는 제1 수직감쇠부를 통해 수직방향의 진동이 수평감쇠부의 감쇠작동과 독립적이고 상이한 소재 및 방식으로 보완되며 2차적으로 완충 내지 감쇠됨에 따라 좌우 진동시 지지된 상부구조물이 아래쪽으로 침강하는 문제가 효과적으로 해소될 수 있고, 수평 및 수직방향의 입체적인 진동에 대한 감쇠성능의 향상으로 인해 구조물에 대한 안정성이 향상될 수 있게 된다.According to the present invention, the horizontal vibration transmitted from the upper and lower structures is primarily buffered or attenuated due to the horizontal damping part of the elastic material installed on the lower plate spaced apart from the upper plate, and the elastic thread is inserted into the elastic cylinder. Vibration in the vertical direction is independent of the damping operation of the horizontal damping part through the first vertical damping part including the actuating member installed to move linearly and form frictional resistance with the slider, and is supplemented by a different material and method, The problem of the supported superstructure sinking downward during left-right vibration can be effectively solved, and the stability of the structure can be improved due to the improvement of the damping performance for three-dimensional vibrations in the horizontal and vertical directions.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해도이다.
도 3은 도 1의 일부분을 절단한 부분단면도이다.
도 4는 도 1의 면진장치가 수평방향의 진동에 따라 좌우로 거동하는 상태를 각각 보여주는 작동상태도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 면진장치가 수직방향의 진동에 따라 상하로 거동하거나 기울어지는 상태를 각각 보여주는 작동상태도이다.
도 7은 도 1의 면진장치가 설치된 교량구조물을 도시한 정면도이다.1 is a perspective view of a vertical damping reinforcement type seismic isolator based on frictional resistance according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded view of FIG. 1 .
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a portion of FIG. 1 .
FIG. 4 is an operation state diagram showing a state in which the seismic isolator of FIG. 1 moves left and right according to vibration in the horizontal direction.
5 and 6 are operational state diagrams respectively showing a state in which the vibration isolator of FIG. 1 moves up and down or tilts according to vibration in the vertical direction.
7 is a front view showing the bridge structure in which the seismic isolator of FIG. 1 is installed.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해도이고, 도 3은 도 1의 일부분을 절단한 부분단면도이고, 도 4는 도 1의 면진장치가 수평방향의 진동에 따라 좌우로 거동하는 상태를 각각 보여주는 작동상태도이고, 도 5 및 도 6은 도 1의 면진장치가 수직방향의 진동에 따라 상하로 거동하거나 기울어지는 상태를 각각 보여주는 작동상태도이고, 도 7은 도 1의 면진장치가 설치된 교량구조물을 도시한 정면도이다.1 is a perspective view of a vertical damping reinforcement type seismic isolator based on frictional resistance according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is an exploded view of FIG. Fig. 1 is an operational state diagram showing the state in which the seismic isolator of Fig. 1 moves left and right according to the vibration in the horizontal direction, and Figs. Each is an operational state diagram, and FIG. 7 is a front view showing the bridge structure in which the seismic isolator of FIG. 1 is installed.
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 있으며, 특별히 다르게 한정하는 경우 외에는 이에 따른다.Top (top), bottom (bottom), left and right (side or side), front (front, front), rear (back, back), etc., which refer to directions in the description and claims of the invention, etc. are not used for limiting rights. For convenience of explanation, it is determined based on the relative positions between the drawings and the configuration, and the three axes may be rotated to correspond to each other and changed, except where specifically limited otherwise.
본 발명에 따른 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치는, 외부에서 발생된 외력(지진, 태풍)에 의해 흔들리게 되는 구조물에 전달된 수평방향의 진동은 물론, 수직방향의 진동을 서로 독립적이고 상이한 소재 및 방식으로 보완하며 완충 내지 감쇠하기 위해 안출된 발명으로, 이로 인해 입체적인 진동에 대한 감쇠성능이 종래 보다 향상될 수 있게 된다.The vertical damping reinforcement type seismic isolator based on frictional resistance according to the present invention is independent of the horizontal vibration transmitted to a structure shaken by an external force (earthquake, typhoon) generated from the outside, as well as the vertical vibration. It is an invention devised to compensate and dampen with different materials and methods, and thereby the damping performance for three-dimensional vibration can be improved compared to the prior art.
상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 수직감쇠 보강형 면진장치(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 하판(110), 상판(120), 수평감쇠부(130), 제1 수직감쇠부(140), 보호커버(150) 및 제2 수직감쇠부(160) 등을 포함하여 구성될 수 있다.In order to implement the above-described functions or actions in detail, the vertical damping reinforcement type
이하에서는 위에 언급된 각 구성들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, each of the above-mentioned components will be described in detail.
먼저, 하판(110) 및 상판(120)은, 하부구조물(30) 또는 상부구조물(20)로부터 전달된 입체적인 진동(HF,VF)을 후술할 수평감쇠부(130)나 제1,2 수직감쇠부(140,160) 등의 감쇠수단에 온전히 전달하기 위해 마련된 판상의 구성요소로서, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 이격배치된 상태로 각각 하부구조물(30) 및 상부구조물(20)과 일체를 이루도록 결합 내지 설치될 수 있다.First, the
이러한 하판(110) 및 상판(120)은, 구체적으로 도시하지 않았지만, 외측으로 플랜지가 확장형성된 견고한 금속판(134)으로 제작되어 플랜지를 관통하는 다수의 앙카 볼트 또는 볼트/너트와 같은 체결수단에 의해 각각 하부구조물(30)의 상단부 및 상부구조물(20)의 하단부에 견고히 결합될 수 있다.Although not specifically shown, the
본 발명에서 하판(110)과 상판(120)을 매개로 전달되는 진동(HF,VF)은, 하부구조물(30)과 상부구조물(20)부터 유래하는 것이지만, 이러한 진동(HF,VF)으로 인해 하판(110)과 상판(120)이 위아래로 이격되거나 좌우로 엇갈리는 이동은 서로 상대적인 것이므로, 진동(HF,VF)의 근원이 하부구조물(30) 인지, 상부구조물(20) 인지는 특별히 구분하지 않기로 한다.In the present invention, the vibrations (HF, VF) transmitted through the
수평감쇠부(130)는, 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 수평방향의 진동(HF)에 따라 좌우로 탄성변형되며 진동을 감쇠하는 탄성소재로 이루어진 구성요소로서, 하판(110)과 일체화되도록 설치되어 하판(110)을 통해 하부구조물(30)의 진동(HF,VF)을 전달받게 된다.The
이러한 수평감쇠부(130)는, 상하로 압축가능하고, 상단면과 하단면이 각각 좌우 반대방향으로 상대이동하는 탄성변형이 가능하며, 외력 즉, 진동(HF,VF)이 제거되면 원래의 형태로 복원가능한 우레탄 결합을 가진 열가소성의 고분자 화합물인 폴리우레탄을 소재로 기둥형 블록으로 제작될 수 있다.The
여기서 폴리우레탄은 고분자 화합물의 조성과 첨가제 등의 함량 조절에 따른 강도 변화를 통해 폭넓은 범위의 탄성 구현이 용이하고 내구성 또한 우수하기 때문에, 본 발명에 따른 면진장치(100)는, 다양한 물성과 탄성으로 개별 제작된 폴리우레탄 블록을 적절히 선택하거나 교체함으로써, 수평감쇠부(130)의 복원능력과 진동감쇠능력을 필요에 따라 다양하게 가변시킬 수 있게 된다.Here, since polyurethane can easily implement a wide range of elasticity and has excellent durability through a change in strength according to the composition of the polymer compound and the content of additives, etc., the
다만, 본 발명의 실시예에 따른 수평감쇠부(130)는, 수직방향의 진동(VF)보다는 수평방향의 진동(HF)에 대한 감쇠기능을 전담하기 위해, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 위아래로 배열된 탄성판(132)과 금속판(134)이 교대로 적층되며 일체화된 형태로 제작하게 된다.However, the
여기서, 탄성판(132)과 금속판(134) 간의 일체화는, 에폭시 등과 같은 접착물질에 의해 상호 결합되어 이루어지거나 또는 적층된 탄성판(132)과 금속판(134) 간을 관통하며 이들을 가압고정하는 볼트/너트, 와이어 등과 같은 체결수단에 의해 이루어질 수 있다.Here, the integration between the
한편, 탄성판(132)으로만 구성하지 않고 금속판(134)이 탄성판(132) 사이에 개재되도록 한 이유는, 수직방향에 대한 탄성판(132)의 탄성변형은 금속판(134)에 의한 지지로 일정하게 제한하면서도 각각의 탄성판(132)이 수평방향 성분의 진동(HF)에 대하여 금속판(134)을 기준으로 상대적으로 인장되며 탄성변형(TD) 및 복원되도록 변형의 방향을 정확히 안내하기 위함이다.On the other hand, the reason why the
본 발명의 실시예에 따른 탄성판(132)은, 상술한 바와 같이 우레탄 결합을 가진 열가소성의 고분자 화합물인 폴리우레탄을 소재로 하여 판형상으로 제작할 수 있고, 다양한 물성과 탄성으로 개별 제작된 폴리우레탄 판을 적절히 선택하거나 조합함으로써 수평감쇠부(130)의 복원능력과 진동감쇠능력을 필요에 따라 다양하게 가변시킬 수 있게 된다.The
이러한 탄성판(132)과 금속판(134)의 적층구조로 인해, 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 진동(HF,VF) 중 수평방향 성분의 진동(HF)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 수평감쇠부(130) 및 보호커버(150) 자체를 통해 1차로 감쇠되고, 나머지 수직방향 성분의 진동(VF)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 후술할 제1,2 수직감쇠부(140,160), 보호커버(150) 자체 등으로 분산되며 순차적 또는 중첩적으로 완충 내지 감쇠됨으로써, 진동(HF,VF)에 대한 감쇠처리가 효율적, 중첩적으로 이루어질 수 있게 된다.Due to the stacked structure of the
상술한 바와 같이 하판(110)에 설치되는 수평감쇠부(130)는, 하판(110)과 상판(120)을 둘러싸도록 구비되는 보호커버(150)에 의해 면진장치(100)의 내부에 수용되어 외기와의 접촉이 차단됨으로써, 외부 환경에 의한 탄성소재(탄성판(132) 또는 폴리우레탄 블록)의 변성이나 열화가 저감될 수 있게 된다.As described above, the horizontal damping
이러한 보호커버(150)는, 상술한 수평감쇠부(130)나 후술할 제1,2 수직감쇠부(140,160) 등의 변형(TD,CD)에 따라 함께 변형될 수 있도록 탄성소재로 이루어지고, 볼트나 접착물질 등과 같은 소정의 체결수단에 의해 하판(110), 상판(120) 및 수평감쇠부(130)에 견고히 결합될 수 있다.The
한편, 상술한 바와 같은 보호커버(150)는, 후술할 제1 수직감쇠부(140)의 작동범위에 대응하는 영역을 따라 자바라 구조의 주름부(미도시)가 형성될 수 있는데, 이는 제1 수직감쇠부(140)의 원활한 작동을 안내하기 위함이다.On the other hand, in the
제1 수직감쇠부(140)는, 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 수직방향의 진동(VF)에 대응하여 상하로 선형이동하며 진동을 감쇠하는 구성요소로서, 소정의 탄성을 갖는 합성수지(또는 고무)와 금속과 같은 이종소재 간의 마찰저항(FR)을 이용한 댐퍼구조로 이루어질 수 있다.The first vertical damping
상술한 바와 같은 댐퍼구조를 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 제1 수직감쇠부(140)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성실린더(142) 및 작동부재(144) 등을 포함하여 구성될 수 있다.In order to implement the damper structure as described above in detail, the first vertical damping
탄성실린더(142)는, 내측에 삽입되어 상,하부구조물(20,30)의 수직방향의 진동(VF)에 따라 상대적으로 선형이동하는 작동부재(144)와 마찰저항(FR)을 형성함으로써 댐퍼기능 즉, 감쇠기능을 수행하게 되는 구성요소로서, 상방이 개구된 통형상의 탄성소재로 복수 개가 제작되어 각각 상술한 수평감쇠부(130)에 관통설치될 수 있다.The
이때, 탄성실린더(142)는, 상술한 바와 같이 탄성을 갖는 폴리우레탄을 소재로 제작될 수 있고, 후술할 작동부재(144)와 함께 상판(120)과 수평감쇠부(130) 간을 균등하게 지지할 수 있도록 적어도 3개 이상이 구비될 수 있다.At this time, the
이러한 탄성실린더(142)는 도 4나 도 6에 도시된 바와 같이, 좌우로 탄성변형(TD)되거나 기울어지는 수평감쇠부(130)의 감쇠작동에 대응하여 적절하게 변형되며 후술할 작동부재(144)의 선형이동을 안내하게 된다.This
작동부재(144)는, 상술한 탄성실린더(142)에 삽입된 상태에서 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 수직방향의 진동(VF)에 따라 탄성실린더(142)와 마찰저항(FR)을 형성하며 선형이동함으로써 진동(VF)을 감쇠하는 구성요소이다.The
이러한 작동부재(144)는, 상술한 탄성실린더(142)에 대응하는 개수로 구비되어 상단부는 상판(120)의 하면에 회동가능하게 결합되고, 하단부는 탄성실린더(142)의 개구부에 삽입되는 막대형상으로 이루어질 수 있다.The
구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 작동부재(144)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 볼헤드(144a), 막대부재(144b) 및 가압돌기(144c) 등을 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the operating
이때, 볼헤드(144a)는, 상판(120)의 하면에 회동가능하게 볼조인트 결합되는 구성요소로서, 이는 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 입체적인 진동(HF,VF)에 따라 변형되는 수평감쇠부(130) 또는 상대적으로 기울어지는 상판(120)과 하판(110)에 대응하여 작동부재(144)가 자유회전하며 탄성실린더(142)와 상호작용할 수 있도록 하기 위함이다.At this time, the
막대부재(144b)는, 볼헤드(144a)에서 연장형성되어 탄성실린더(142)와 마찰저항(FR)을 형성하며 탄성실린더(142)에 삽입되는 구성요소이다.The
이러한 막대부재(144b)의 길이는 수직방향의 진동(VF)에 대한 감쇠 폭을 결정하는 요소이고, 막대부재(144b)의 단면직경은 탄성실린더(142)의 내경과의 관계에서 마찰저항(FR)을 증감시키는 요소이므로, 이를 적절히 조절하게 되면, 수직방향에 대한 면진장치(100)의 감쇠능력이 다양하게 가변될 수 있게 된다.The length of the
가압돌기(144c)는, 상술한 막대부재(144b)의 하단부 외주면을 따라 돌출형성되어 탄성실린더(142)의 내주면에 대하여 밀폐력을 형성하게 되는 구성요소이다.The
이러한 가압돌기(144c)로 인해 작동부재(144)와 탄성실린더(142) 사이에는 기본적으로 접촉 내지 가압접촉에 의한 마찰저항(FR)이 발생하는 것은 물론이고, 탄성실린더(142)의 밀폐된 하부공간에는 작동부재(144)의 이동에 따라 압축저항(도 5의 (a) 참조) 또는 팽창저항(도 5의 (b) 참조)이 발생하게 되어 수직방향의 진동(VF)에 대한 감쇠력으로 작용하게 된다.Due to the
상술한 바와 같은 작동부재(144)는 견고한 금속으로 제작될 수도 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 작동부재(144)는, 수평감쇠부(130) 또는 제1 수직감쇠부(140)의 감쇠능력을 넘어서는 진동에 대응하여 보완적으로 형상변형될 수 있는 납을 소재로 제작될 수 있다.The
즉, 납 소재의 작동부재(144)는, 수평감쇠부(130)의 탄성저항(TD)이나 제1 수직감쇠부(140)의 마찰저항(FR)을 넘어서는 수평 또는 수직방향의 진동(HF,VF)에 대하여 추가적으로 반응하며 형상변형되는 것이다.That is, the actuating
이러한 납 소재의 작동부재(144)는, 대략 20℃ 상온에서 외력에 의해 변형된 후 재결정과 분자복원의 과정을 통해 원래의 형상으로 복원될 수 있는 납으로 제작되어, 상,하부구조물(20,30)로부터 인가된 수평 또는 수직방향의 진동(HF,VF)에 의해 일단 일방향으로 휘어지거나 찌그러지는 방식으로 진동을 흡수한 후, 진동이 제거되면 상온에서 원래의 직선 형상으로 서서히 복원되는 거동을 수행하게 된다.The lead
제2 수직감쇠부(160)는, 상판(120)과 수평감쇠부(130) 사이에 개재되어 상,하부구조물(20,30)로부터 전달된 수직방향의 진동(VF)에 따라 상하로 변형(CD,TD)되며 진동을 감쇠하는 구성요소로서, 압축과 복원이 원활하게 이루어질 수 있는 금속이나 합성수지 등을 소재로 제작된 코일 또는 나선형의 스프링일 수 있다.The second vertical damping
다만, 본 발명의 실시예에 따른 제2 수직감쇠부(160)는, 초탄성 형상기억합금을 소재로 제작하여 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 코일형상의 가운데 공간에 제1 수직감쇠부(140)가 위치하도록 배치한 상태에서 하단부가 수평감쇠부(130)를 지지하고 상단부가 상판(120)의 하면을 지지하도록 설치하게 된다.However, the second
여기서 초탄성 형상기억합금(superelasticity shape memory alloy, 超彈性 形狀記憶合金)이란, 소성변형이 가해지고 난 후에 열이 가해지지 않더라도 실온에서 원래의 형상으로 복원되도록 제작된 합금 소재로서, 본 발명의 실시예에서는 외력에 대한 잔류변형의 최소화와 원형 복원이 실온의 작동환경에서 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위해 니티놀 합금을 사용하여 제2 수직감쇠부(160)를 코일형상의 스프링으로 제작하게 된다.Here, superelasticity shape memory alloy (superelasticity shape memory alloy, 超彈性 形狀記憶合金) is an alloy material manufactured to restore to its original shape at room temperature even if heat is not applied after plastic deformation is applied, and the practice of the present invention In the example, the second vertical damping
이러한 제2 수직감쇠부(160)는, 상술한 바와 같이 초탄성 형상기억합금의 소재 선정, 열처리방식에 대한 변경과, 본 발명이 적용되는 설치장소나 용도, 구조물에 가해지는 예상 하중 등에 대응하여 제2 수직감쇠부(160)의 나선 굵기를 다르게 하거나 나선의 턴 수를 증감하는 변경을 통해, 수직방향 진동(VF)에 대한 복원능력과 감쇠능력을 종래의 면진장치에 비해 풍성하고 다양하게 조절 및 제한할 수 있게 된다.As described above, the second vertical damping
한편, 제2 수직감쇠부(160)는, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상판(120)과 수평감쇠부(130) 사이에서 유격 없이 하판(110)의 하방이동이나 상판(120)의 상방이동과 같은 수직방향의 진동(VF)에 즉각 반응하며 완충할 수 있도록 하기 위해, 상판(120)과 수평감쇠부(130) 사이에서 미리 압축변형된 상태로 설치될 수 있다.On the other hand, the second vertical damping
이상에서 살펴본 바와 같은 제2 수직감쇠부(160)와 제1 수직감쇠부(140)는, 감쇠능력이 상이한 소재와 작동방식으로 각각 구현되고, 수평방향의 진동(HF)을 감쇠하는 수평감쇠부(130)와 서로 연계되나 각각 독립적으로 작동함으로 인해 수직방향의 진동(VF)에 대하여 상호 보완적이고 중첩적인 감쇠작동을 효과적으로 수행할 수 있게 된다. As described above, the second
이에 따라 제1,2 수직감쇠부(140,160)가 적용된 본 발명에 따른 면진장치(100)는, 수직방향의 입체적 진동(HF,VF)을 종래 면진장치에 비해 보다 효율적으로 완충 내지 감쇠시킬 수 있는 것이다.Accordingly, the
한편, 상판(120), 하판(110), 보호커버(150)로 둘러싸인 내부 공간에는, 수평감쇠부(130), 제1,2 수직감쇠부(140,160) 등의 작동을 원활하게 하는 윤활물질이 충진될 수 있다. 이때, 온도변화에 따라 가변적인 감쇠작동이 이루어질 수 있도록, 윤활물질에는 특정된 상변화 온도 범위에서 상태가 변환(고체↔액체)되는 상변이물질이 혼합될 수 있다.On the other hand, in the inner space surrounded by the
위와 같이 윤활물질에 다양한 상변이물질들 중에서 윤활물질의 최적 작동온도 범위에 대응하는 상변이물질이 첨가되면, 윤활물질의 열저장능력이 향상될 수 있게 된다.As described above, when a phase change material corresponding to the optimum operating temperature range of the lubricating material among various phase change materials is added to the lubricating material, the heat storage capacity of the lubricating material can be improved.
그리고 주변 온도에 따라 상변화되는 상변이물질로 인해 윤활물질의 점성이 변화되면, 제2 수직감쇠부(160) 등은 원활하게 윤활되면서도 온도에 따라 가변적인 감쇠작동을 수행할 수 있게 된다.And when the viscosity of the lubricating material is changed due to the phase-change material that changes according to the ambient temperature, the second vertical damping
이러한 상변이물질은, 상술한 바와 같이 상변화 온도 범위가 상온 범위인 파라핀계 왁스 또는 상변화 온도 범위가 대략 0℃를 포함하는 유기계열의 알케인(Alkane) 등일 수 있다. 이때에도 여러 종류의 상변이물질을 다양한 비율로 혼합하여 상변화 온도범위를 변경할 수 있다.As described above, the phase change material may be a paraffinic wax having a phase change temperature range of room temperature, or an organic alkane having a phase change temperature range of approximately 0°C. Even at this time, the phase change temperature range may be changed by mixing various types of phase change materials in various ratios.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수직감쇠 보강형 면진장치(100)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 다양한 하중이 지속적으로 작용하게 되는 교량구조물(10) 등의 하부를 지지하며 하중을 완충하는 면진받침으로 사용될 수 있다.As described above, the vertical damping reinforcement type
여기서 교량구조물(10)은, 교량의 도로면을 이루는 보(12)와 보(12)를 지지하는 교각(14) 등의 주요 프레임, 거셋(16)을 매개로 역 V자형, V자형, 토글형 등의 다양한 형태로 교량을 보강하는 가새(18) 및 가세와 교각(14)에 결합되어 하부구조물(30)인 지면에 고정설치되는 상부구조물(20)로 이루어질 수 있다.Here, the
이때, 본 발명의 실시예에 따른 면진장치(100)는, 상부구조물(20)과 하부구조물(30)인 지면 사이에 설치되어 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 하부구조물(30) 또는 상부구조물(20)로부터 전달되는 다양한 형태의 입체적 진동(HF,VF) 즉, 외부 하중(태풍, 지진 등)을 수평 및 수직방향 성분으로 분할하여 효과적이고 상호 보완적으로 완충 내지 감쇠시키는 작용을 수행하게 된다.At this time, the
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.In the foregoing, specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, but it is common knowledge in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have Accordingly, such modifications or variations should not be individually understood from the spirit or point of view of the present invention, and the modified embodiments should belong to the claims of the present invention.
HF: 수평방향의 진동 VF: 수직방향의 진동
TD: 인장변형 CD: 압축변형
FR: 마찰저항
10: 교량구조물 12: 보
14: 교각 16: 거셋
18: 가새 20: 상부구조물
30: 하부구조물
100: 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치
110: 하판 120: 상판
122: 체결부 130: 수평감쇠부
132: 탄성판 134: 금속판
140: 제1 수직감쇠부 142: 탄성실린더
144: 작동부재 144a: 볼헤드
144b: 막대부재 144c: 가압돌기
150: 보호커버 160: 제2 수직감쇠부HF: Vibration in the horizontal direction VF: Vibration in the vertical direction
TD: Tensile strain CD: Compressive strain
FR: friction resistance
10: bridge structure 12: beam
14: Pier 16: Gusset
18: brace 20: superstructure
30: substructure
100: vertical damping reinforced seismic isolator based on frictional resistance
110: lower plate 120: upper plate
122: fastening part 130: horizontal attenuation part
132: elastic plate 134: metal plate
140: first vertical damping part 142: elastic cylinder
144:
144b:
150: protective cover 160: second vertical attenuation part
Claims (6)
상기 상판과 상기 수평감쇠부 사이에는,
상기 상,하부구조물로부터 전달된 수직방향의 진동에 따라 상하로 압축변형되며 진동을 감쇠하는 제2 수직감쇠부가 개재되고,
상기 작동부재는,
상기 수평감쇠부 또는 상기 제1 수직감쇠부의 감쇠능력을 넘어서는 진동에 대응하여 보완적으로 형상변형되는 납을 소재로 제작되며,
상기 보호커버로 둘러싸인 내부 공간에는,
상기 수평감쇠부와 상기 제1,2 수직감쇠부의 작동을 원활하게 하는 윤활물질과, 온도변화에 따라 가변적인 감쇠작동이 이루어지게 하는 상변이물질이 서로 혼합되어 충진되는 것을 특징으로 하는 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치.a lower plate installed at the upper end of the lower structure; an upper plate installed at the lower end of the upper structure while being spaced apart from the lower plate; a horizontal damping part of an elastic material installed on the lower plate and elastically deformed left and right according to the horizontal vibration transmitted from the upper and lower structures to damp the vibration; A plurality of elastic cylinders installed through the horizontal damping part, and the upper plate to form frictional resistance according to the vibrations in the vertical direction transmitted from the upper and lower structures in the state inserted into the elastic cylinder, and to move linearly with respect to the elastic cylinder a first vertical damping unit for damping vibration by an operation member coupled to the; and a protective cover provided to surround the lower plate, the upper plate, the horizontal damping part and the first vertical damping part,
Between the upper plate and the horizontal damping part,
A second vertical damping part is interposed which is vertically compressed and deformed according to the vibration in the vertical direction transmitted from the upper and lower structures and attenuates the vibration,
The operating member is
It is made of lead, which is complementary in shape to respond to vibration exceeding the damping ability of the horizontal damping part or the first vertical damping part,
In the inner space surrounded by the protective cover,
Based on frictional resistance, characterized in that the lubricating material for smooth operation of the horizontal damping part and the first and second vertical damping parts, and a phase change material for making a variable damping operation according to temperature change are mixed and filled with each other. Vertical damping reinforcement type seismic isolator.
상기 탄성실린더는,
상방이 개구된 통형상으로 폴리우레탄을 소재로 하여 제작되고,
상기 작동부재는,
상기 상판의 하면에 회동가능하게 볼조인트 결합되는 볼헤드;
상기 볼헤드에서 연장형성되어 상기 탄성실린더와 마찰저항을 형성하며 삽입되는 막대부재; 및
상기 막대부재의 하단부 외주면을 따라 돌출형성되어 상기 탄성실린더의 내주면에 대하여 밀폐력을 형성하는 가압돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치. According to claim 1,
The elastic cylinder,
It has a cylindrical shape with an open top and is made of polyurethane as a material,
The operating member is
a ball head rotatably coupled to a lower surface of the upper plate by a ball joint;
a rod member extending from the ball head to form frictional resistance with the elastic cylinder; and
and a pressure protrusion formed to protrude along the outer circumferential surface of the lower end of the bar member to form a sealing force with respect to the inner circumferential surface of the elastic cylinder.
상기 제1 수직감쇠부의 작동범위에 대응하는 상기 보호커버의 영역에는,
상기 제1 수직감쇠부의 원활한 작동을 안내하기 위해, 자바라 구조의 주름부가 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치.3. The method of claim 2,
In the area of the protective cover corresponding to the operating range of the first vertical damping part,
In order to guide the smooth operation of the first vertical damping part, a vertical damping reinforcement type seismic isolator based on frictional resistance, characterized in that a bellows structure is formed.
상기 수평감쇠부는,
탄성판과 금속판이 교대로 적층되며 일체화되어 상기 하판에 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰저항에 기반한 수직감쇠 보강형 면진장치.
According to claim 1,
The horizontal attenuation unit,
A vertical damping reinforcement type seismic isolator based on frictional resistance, characterized in that the elastic plate and the metal plate are alternately stacked and integrated and installed on the lower plate.
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GRNT | Written decision to grant | ||
G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |