KR19980058105A

KR19980058105A - 구조물의 적층고무받침과 지진에너지 소산형 포트받침을 조합한 고감쇠 면진 시스템

Info

Publication number: KR19980058105A
Application number: KR1019960077414A
Authority: KR
Inventors: 음성우; 김영석; 김효범; 정길영
Original assignee: 이서형; 주식회사 금호건설
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1998-09-25

Abstract

[목적] 본발명은 기설 및 신설교량은 물론이고 각종 구조물에 적용하여 내진성능을 향상시킬 수 있는 고감쇠 면진시스템을 제공하기 위한 것이다.

[구성] 적층고무받침(Laminated Rubber Bearing)은 구조물의 고유주기 조절 및 지진 발생시 복원력 제공을 위하여 사용되며 구조물의 저면(기둥 아래)에 설치한다. 또한 지진에너지 소산형 포트받침(Pot Bearing)은 지진발생시 마찰감쇠를 통한 지진에너지 소산 및 상부구조물의 변위제어를 위하여 구조물의 저면(기둥아래)에 감쇠기로서 설치한다. 지진에너지 소산형 포트 받침은 기존의 포트베어링과는 달리 마찰감쇠를 증대시키기 위하여 윤활유를 사용하지 않으며 지진시 발생하는 변위를 고려하여 활동면을 확대한 것을 말한다.

일반 구조물에 적용시 2방향 시스템을 적용하게 되며 교량의 경우에는 상황에 따라 1방향 시스템과 2방향 시스템을 교량상태에 따라 선택하여 적용하게 된다.

Description

구조물의 적층고무받침과 지진에너지 소산형 포트받침을 조합한 고감쇠면진시스템(High damping base isolation system:Combination of laminated rubber bearing and seismic energy dissipating pot bearing device in structure)

본발명은 적층고무받침과 지진에너지 소산형 포트받침을 조합하여 교량등의 구조물의 내진성능을 획기적으로 개선한 고감쇠 면진시스템에 관한 것이다.

교량의 경우에는 신설 교량 뿐만 아니라 기설교량의 교좌장치의 교체만으로도 우수한 내진성능을 부여할 수 있는 장점을 지니고 있으며 일반 구조물의 시공시 본 발명을 적용, 우수한 내진성능을 확보할 수 있다. 지진이 발생하면 상부구조물의 관성력에 의하여 구조물 저층에 큰 전단력이 발생하게 된다. 따라서 구조물 저층에 위치한 기둥과 벽체에 큰 전단력이 발생하여 이들 부재가 파괴되어 구조물 전체의 붕괴를 초래하기도 한다. 그리고 교량의 경우에는 지진에 매우 취약한 구조물로써 지진 발생시 교대, 교각, 기초구조에 손상이 발생하거나 상판이 그 지지부로부터 탈락하여 전체붕괴가 초래되기도 한다. 또한 국내의 대다수 교량은 내진설계 규정이 신설되기 이전에 설계·시공된 관계로 지진에 매우 불안정한 구조를 하고 있다.

현재 내진설계가 이루어지지 않은 교량은 수평지진력이 고정된 교좌장치에 집중되기때문에 지진이 발생하면 교좌장치의 파괴, 상판의 이탈 및 붕괴등이 초래되어 막대한 인명피해 및 재산상의 피해가 우려된다. 따라서 기존의 교량에 대한 내진보강이 반드시 이루어져야 하며, 앞으로 신설될 교량의 경우도 적절한 내진설계가 이루어져야 한다. 또한 일반 건축구조물의 경우에도 지진발생시 인명 및 재산을 보호하도록 내진성능을 반드시 확보하여야 한다.

본 발명의 목적은 교량등의 구조물에 대한 내진성을 획기적으로 개선할 수 있는 면진시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 층층이 적층된 철판을 고무로 피복한 적층고무받침과,

제1도는 부분적으로 절개한 적층고무받침의 사시도

제2도는 본발명의 일실시예에 의한 지진에너지 소산형 포트받침의 일부 절개 평면도

제3도는 동 일부절개 측면도

제4도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지진에너지 소산형 포트받침의 일부절개 평면도

제5도는 동 일부절개 정면도

도면의 주용부분에 대한 부호의 설명

10 : 적층고무받침 11 : 철판 12 : 고무층

20, 20a : 소산형포트받침 21 : 기판 22 : 고무판

23 : 피스톤 24 : 전단키 25 : 불소수지판

26 : 상판 27 : 스테인레스강판 28 : 키홈

본발명은 구조물의 저면에 설치되는 적층고무받침(10)과 지진에너지 소산형 포트받침(20)으로 구성되어 있다. 이들은 교량의 경우 상판과 교각 사이의 교좌장치로 설치한다.

제1도에서, 적층고무받침(10)은 건물 및 교량의 면진시스템용으로 일부 사용되고 있는데, 동형의 철판(11) 여러 장을 철판사이에 고무층(12)이 존재하도록 적층하고 겉을 고무로 피복하여 일체화한 것으로, 도면에 나타난 원형외에 직사각형등으로도 제작되고 있다. 이 적층고무받침(10)은 구조물의 고유주기를 증대시켜 지진발생시 구조물의 전단력 감소에는 도움을 주고 있으나 이력감쇠의 한계로 인하여 상부구조물에 과다변위가 발생할 수 있다.

본발명에서는 상기한 적층고무받침(10)을 지진발생시 복원장치로서 구조물의 저면(기둥아래)에 설치하고 교량에는 고정단 및 힌지단등에 설치한다. 그리고 적층고무받침(10)이 가지고 있는 이력감쇠의 한계성을 지진에너지 소산형 포트받침(20)에 의한 마찰감쇠를 이용하여 보완함으로써 기존 면진시스템의 단점을 개선한다.

제2, 3도에서, 포트받침(20)은 활동면을 제공하는 기존 교좌장치로서의 용도 외에 지진에너지 소산용으로도 유용하게 창안한 것으로, 더 높은 마찰력을 얻기 위해 윤활유는 전혀 사용치 않고, 지진에 의한 더 큰 변위를 고려하여 활동면을 강화한 것을 주된 특징으로 한다.

일실시예에 의한 지진에너지 소산형 포트받침(20)은 기판(21)내에 완충고무판(22)과 피스톤(23)을 삽입하고, 내진설계가 이뤄진 교량의 경우에 교축방향으로의 면진분리를 위하여 피스톤(23)의 상면에는 그 중심을 지나게 전단키(shear key : 24)를 부착하여 일방향 가동단으로 한다. 전단키(24)를 제외한 피스톤(23)의 상면에는 불소수지판(25)를 부착한다. 그리고 상판(26)의 저면에는 면의 평활도가 우수한 스테인레스 강판(27)을 부착하여 상판(26)이 미끄러질 때 발생하는 마찰로 부터 불소수지판(25)의 마모와 마찰열로 인한 변형을 예방하고, 전단키(24)에 의해 미끄럼안내를 받도록 키홈(28)을 형성하여 상기 전단키(24)에 씌운다.

한편, 내진설계가 이뤄지지 않은 교량과 기타 구조물의 경우에는 2차원 변형이 요구된다. 따라서 이 경우에는 상기 포트받침에서 전단키와 키홈을 생략한 포트받침(20a)으로 변형하여 2축으로 활동길이를 확보하여 제작된다.

본발명의 지진에너지 소산형 포트받침(20, 20a)의 감쇠성능은 포트받침내에 설치되어 있는 불소수지판(25)과 스테인레스 강판(27)과의 마찰면에서 발생한다.

이러한 적층고무받침(10)과 개량된 포트받침(20, 20a)의 상세한 제원은 구조물의 질량 및 설계지진 등을 고려한 내진설계 과정을 통하여 결정된다.

이상 설명한 바와같은 본발명은 경제적인 비용으로 지진에 대한 구조물의 안정성 및 사용성 확보를 위하여 창작되었다. 기설 교량의 경우, 본 면진시스템에 의해 적절치 설계된 받침을 기존 교좌장치와의 교체만으로도 교량의 내진성능이 향상될 수 있다. 그리고 신설 구조물의 경우, 본 면진시스템을 적절한 설계·적용을 통하여 우수한 내진성능을 확보할 수 있는 동시에 구조물 전체의 효율적 내진설계를 통하여 구조물의 내진성능향상에 필요한 시공비를 절감할 수 있다.

또한 일반 건축구조물에도 이를 적용하면 지진발생시 구조물의 안정성을 확보하게 되어 귀중한 인명보호 및 경제적 손실예방차원에서 얻어질 이득은 실로 막대할 것이다.

Claims

구조물의 적층고무받침(10)과 지진에너지 소산형 포트받침(20, 20a)을 조합한 면진 시스템.
제1항에 있어서, 적층고무받침(10)은 구조물의 고유주기를 조절하고 지진에 의한 구조물의 변위발생시에는 복원력을 그리고 고무특성에 따른 이력감쇠를 함께 제공하기 위하여 동형의 철판(11) 여러 장을 철판사이에 고무층(12)이 존재하도록 적층하고 겉을 고무로 피복하여 일체화한 구조물의 적층 고무받침과 지진에너지 소산형 포트받침을 조합한 고감쇠 면진시스템.
제1항에 있어서, 포트받침(20)은 지진발생시 마찰감쇠를 통한 상부구조물의 변위제어용 감쇠기로 사용되는 것으로 교량에 적용시 각 교각으로 지진 하중을 분산하는 역할도 겸하게 하기 위하여 기판(21)내에 완충고무판(22)과 피스톤(23)을 삽입하고, 피스톤(23)의 상면에는 그 중심을 지나게 전단키(24)를 부착하며, 전단키(24)를 제외한 피스톤(23)의 상면에는 불소수지판(25)를 부착하고, 저면에 키홈(28)이 형성된 상판(26)의 저면에는 면의 평활도가 우수한 스테인레스 강판(27)을 부착하여 불소수지판(25) 위에 얹은 면진시스템.
제3항에 있어서, 포트받침(20)은 기판(21)내에 완충고무판(22)과 피스톤(23)을 삽입하고, 피스톤(23)의 상면에는 불소수지판(25)를 부착하며, 상판(26)의 저면에는 면의 평활도가 우수한 스테인레스 강판(27)을 부착하여 불소수지판(25) 위에 얹은 포트받침(20a)으로 하는 구조물의 적층고무받침과 지진에너지 소산형 포트받침을 조합한 고감쇠 면진시스템.