KR20010025801A - 판스프링형 이동제한장치가 부착된 탄성받침 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판스프링형 이동제한장치가 부착된 탄성받침에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 탄성받침에서 차량의 제동하중 및 풍하중에 대하여 고무의 전단변형을 억제하여 고정단 및 일방향 고정단 역할을 수행하는 고정용 쐐기를 개선한 탄성받침에 관한 것으로서, 상부 플레이트(2)와 하부 플레이트(3) 및 상기 상·하부 플레이트(2, 3)의 사이에 설치되는 패드(1)의 양측면 또는 4변측에 약간 이격하여 상·하부 플레이트(2, 3)에 설치되는 판스프링(4)과, 상기 판스프링(4)이 외부에서 탈착이 용이하도록 상·하부 플레이트(2, 3)에 연결하는 체결볼트(5)로 구성한 것을 특징으로 하여, 임의의 규격으로도 제조가 용이하고, 체결볼트(5)를 풀어 패드(1)의 교체도 용이하며, 또한 판스프링의 길이방향(X방향)에 대해서는 수평변위를 완전히 억제하며, 판스프링의 직각방향(Y방향)에 대해서는 수평변위를 허용할 수 있으면서도 모든 방향에 대한 회전을 허용해야 하는 탄성받침의 기본적인 기능을 저해하지 않는 효과를 갖는다.

Description

판스프링형 이동제한장치가 부착된 탄성받침{A elastomeric bearing which is connected movement restriction device by plate spring}

본 발명은 교각의 상부에 설치하여 교량상판의 하중과 변형을 수용하는 판스프링형 이동제한장치가 부착된 탄성받침에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 탄성받침에서 차량의 제동하중 및 풍하중에 대하여 고무의 전단변형을 억제하여 고정단 및 일방향 고정단 역할을 수행하는 고정용 쐐기를 개선하여, 풍하중 및 차량의 제동하중을 견딜 수 있으면서도 부반력을 억제하고, 패드의 교체가 용이하도록 판스프링이 부착된 탄성받침에 관한 것이다.

일반적으로 교량구조물은 건축구조물과는 달리 폭에 비하여 길이방향의 길이가 긴 관계로 계절의 온도변화 및 일교차에 의한 교량상판의 온도신축이 심각하며, 특히 우리나라와 같이 사계절이 뚜렷한 국가에서는 교량상판의 온도신축을 수용할 수 없으면 온도응력에 의해 교량구조물에 심각한 악영향을 미칠 수 있으므로, 교량상판과 교각 사이의 접촉부위에, 수평변위를 수용하여 온도응력이 작용하지 않도록 교각 상부에 적층형 고무받침(탄성받침)을 설치하여 교량상판의 온도신축에 대응하면서 교량상판의 자중 및 차량하중을 지지하고 있다. 그러나 교량상판의 중심점 역할을 수행하는 고정점이 없으면 풍하중 및 차량의 제동하중과 같은 수평하중에 대하여 교량상판이 흔들리는 불합리한 점이 발생하므로 수직하중에 대해서는 패드가 지지하도록 하고, 차량의 제동하중 및 풍하중에 대해서는 상·하부 플레이트(2, 3)에 용접으로 설치되는 고정용 쐐기가 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같은 패드의 전단변형을 방지하도록 하여 고정단 및 일방향 고정단의 역할을 수행하도록 하고 있다. 이러한 탄성받침을 사용하는 형태는 도2a, 도2b, 도2c에 도시된 바와 같이 고정단 탄성받침, 일방향 고정단 탄성받침, 양방향 가동단 탄성받침이 있다.

종래의 고정단 탄성받침은 도2a에서 도시된 바와 같이 교각 상단에 매입되어 교각 콘크리트에 고정시키도록 하는 스터드볼트(31)가 하면에 부착결합되어 있고 상면 양측에는 일정높이 돌출된 하부판 쐐기(32)가 용접으로 부착결합되어있는 하부 플레이트(3)와, 교량상판 하단에 매입되어 교량상판에 고정시키도록 하는 스터드볼트(21)가 상면에 부착결합되어 있고 하면 양측에는 상기 하부 플레이트(3)의 하부판 쐐기(32) 안쪽으로 삽입되는 상부판 쐐기(22)가 용접으로 부착결합되어있는 상부 플레이트(2)와, 상기 상·하부 플레이트(2, 3)의 사이에 고무나 보강철판이 교호로 적층된 패드(1)가 삽입되어 있는 것으로 구성되어 있다.

그런데 상술한 것은 고정단 탄성받침을 예시한 것으로 상부판 쐐기(22)와 하부판 쐐기(32)를 적절히 조절하면 도2b, 도2c에 도시된 바와 같이 일방향 고정단 또는 상기 상부판 쐐기(22)와 하부판 쐐기(32)를 설치하지 않는 양방향 가동단으로 제작할 수도 있다.

따라서 상기와 같이 구성되는 종래의 발명은 상·하부 플레이트(2, 3)가 각각 스터드볼트(21, 31)들에 의하여 교량상판과 교각에 매입되어 일체로 움직이며, 이 때에 교량상판에 대하여 교각이 대칭점일 경우에는 고정단 받침을 사용하는데 고정단은 상부판 쐐기(32)에 하부판 쐐기(22)가 삽입되어 고정되므로 패드(1)는 수평방향으로 변형하지 않고 수직하중만을 전달하며 차량의 제동하중에 의한 수평하중은 쐐기를 통하여 교각에 전달된다.

한편, 교량상판의 길이방향 온도신축에 대해서는 구속하지 않으면서도 교량상판의 직각방향에 대한 풍하중에 저항하기 위한 일방향 고정단은 두 개의 상부판 쐐기(32) 및 하부판 쐐기(22)가 풍하중에는 저항하며 온도변위에는 저항하지 않는다.

즉, 상기의 탄성받침은 수직강성에 비하여 수평강성이 상당히 적은 관계로 풍하중 및 차량의 제동하중에 의하여 교량상판이 쉽게 흔들리는 단점이 있으므로, 평상시 교량의 사용성 향상을 위하여 상·하부 플레이트(2, 3)에 고정용 쐐기를 용접으로 부착하여, 풍하중 및 차량의 제동하중 등에 의한 수평하중은 고정용 쐐기를 통하여 교량구조물로 전달하고, 풍하중 및 차량의 제동하중에 의한 수직하중 및 회전변형은 상기 패드에 의해 수용하도록 하되 상기 쐐기와 같은 보조적인 장치에 의해서도 일부 수용하도록 하고 있다. 한편, 지진과 같은 큰 하중에 대해서는 고정용 쐐기가 지탱할 수 없으므로 쐐기가 파손되므로써, 교량전체가 탄성받침의 유연성으로 교량의 고유주기를 길게하여 지진력을 줄여줌과 동시에, 각 교각에 지진하중을 배분하도록 하였으며, 지진 종료후에는 쐐기를 재용접하도록 하고 있다.

또한 종래의 탄성받침에서는 고무의 내구성에 관한 신뢰성의 부족으로 상기 패드(1)를 교량의 수명기간 동안에 교체할 수 있도록, 패드(1)는 상·하부 플레이트(2, 3)와 분리하여 제작하고 있으므로 패드가 상당량 전단변형된 경우에는 패드와 상·하부 플레이트간에 간격이 발생하는 현상이 발생하며, 이 때문에 패드가 원상복귀될 때 처음의 위치와는 다른 위치로 이동하는 경우가 발생한다.

그러나 상술한 종래의 발명에서는

첫째, 상기한 패드에 과도한 수평하중이 작용하는 경우에는 고정용 쐐기가 쉽게 끊어지며, 특히 지진하중 및 과도한 풍하중과 같은 수평하중이 작용하는 경우 및 곡선교와 같이 교량상판의 온도신축이 탄성받침 일부분에 큰 변위량을 유발하는 경우에는 고정용 쐐기가 파손되는 문제점이 있었다.

둘째, 상기한 고정용 쐐기는 상·하부 플레이트와 부착되어 사용되는 것이 기본적인 것으로, 파손된 고정용 쐐기를 현장에서 재용접하는 것은 용접불량을 유발하고 용접열에 의해 고무를 파손하는 문제점이 있었다.

셋째, 상기한 패드는 자연상태의 오존 및 자외선에 의해 고무가 열화되는 현상이 있으므로 경우에 따라서는 패드를 교체할 필요가 있으며, 종래의 탄성받침은 쐐기를 뜯어내고 교량상판을 들어올려 교체해야 하나, 이 경우 쐐기를 재용접하는 것은 거의 불가능하였다.

넷째, 종래의 탄성받침에서는 패드의 전단변형에 대한 여유 면적 및 고정용 쐐기의 부착 및 재용접을 고려한 상당한 크기의 상·하부 플레이트가 요구되어 비용증가의 문제점을 발생하였으며, 또한 과다한 크기의 상부 플레이트는 플레이트가 부착되는 교량상판의 중심부를 벗어나는 문제점을 발생하였다.

다섯째, 장기간 사용에 따른 패드의 교체를 위하여 상·하부 플레이트를 패드와 부착하여 제작하지 못하고 있었으며, 이는 교량상판의 들림에 따른 부반력에 대하여 전혀 저항하지 못하여 사고를 유발하는 중요한 문제점을 내포하고 있었다. 예를 들어, 탄성받침이 널리 사용되는 PC빔교는 탄성받침 위에 거치된 각각의 PC빔은 크로스빔으로 고정되고 그 상부에 슬래브 콘크리트로 타설함으로서 일체로 거동하게 한다. 그러나 PC빔을 서로 연결하는 크로스빔이 완전히 체결되기 전에 작업상의 부주의 및 태풍 등의 영향으로 한 개의 PC빔이 전도되면 도미노 현상으로 모든 PC빔이 전도되는 현상이 시공상에 발생할 확률이 높은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파손되기 쉬우나 재용접에 어려움이 있는 용접형 쐐기를 사용하지 않고, 패드의 기본적인 기능인 모든 방향에 대한 회전변형을 수용할 수 있으면서도 풍하중 및 차량의 제동하중을 대하여 고정단 및 일방향 고정단 역할을 수행하고, 교량상판의 온도신축에 대한 큰 변위를 수용할 수 있는 탈부착이 용이한 판스프링형 이동제한장치가 부착된 탄성받침을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상·하부 플레이트 사이에 종래의 고정용 쐐기 대신에, 탄성받침에서 기본적으로 요구되는 모든 방향에 대한 회전변형 기능을 수용하면서도 수평변형에 대한 저항성과 허용성을 동시에 겸비한 탈착이 가능한 판스프링형 이동제한장치가 패드의 양측 및 4변측에 일정거리 이격되어 연결되어 있음을 특징으로 한다.

도 1a는 종래 탄성받침의 회전을 나타내는 단면도,

도 1b는 종래 탄성받침의 전단변형을 나타내는 정면도,

도 2a는 종래 고정단 탄성받침을 나타내는 일부절개사시도,

도 2b는 종래 일방향 고정단 탄성받침을 나타내는 일부절개사시도,

도 2c는 종래 양방향 가동단 탄성받침을 나타내는 일부절개사시도,

도 3은 본 발명이 교량용 탄성받침에 적용되어 설치된 상태의 구성을 도시한 사시도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 패드 11 : 보강철판

12 : 고무 2 : 상부 플레이트

21, 31 : 스터드볼트 22 : 상부판 쐐기

3 : 하부 플레이트 32 : 하부판 쐐기

4 : 판스프링 5 : 체결볼트

6 : 홈

이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도3은 본 발명이 교량용 탄성받침에 적용되어 설치된 상태의 구성을 도시한 횡단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 교량상판에 장착되는 상부 플레이트(2)와 교각에 장착되는 하부 플레이트(3) 및 상기 상·하부 플레이트 사이에 고무(12)와 보강철판(11)이 적층되어 구성된 패드(1)가 삽입된 탄성받침에 있어서, 상기 패드(1)의 양측 및 4변측에 약간 이격되어 상·하부 플레이트(2, 3)에 부착되는 판스프링(4)과, 상기 판스프링(4)이 외부에서 탈착이 용이하도록 상·하부 플레이트(2, 3)에 연결하는 체결볼트(5)로 구성된 것이다.

상기한 본 발명의 구성은 1차적으로 패드(1)에 의해 패드(1)의 수직하중에 의한 압축변형 및 수평하중에 의한 수평변형이 그다지 구속되지 않도록하여 상기 수직 및 수평하중을 수용하고, 2차적으로 판스프링(4)의 강성에 의해 과도한 수직하중 및 수평하중에 대해서 보강되어지므로 결과적으로 상기한 종래 패드의 회전강성을 보강하여 교량구조물의 과도한 회전변형을 억제하는 작용을 한다.

수평변위를 억제하는 방향으로 설치되는 판스프링(4)의 길이는 종래 쐐기의 길이보다 약 1.5배 정도 길게 설치할 수 있으며, 또한 약 5mm 두께의 판스프링을 사용하면 쐐기 사용시 용접 목 두께의 약 절반 정도가 되므로 단면적의 측면에서는 쐐기 용접면의 75정도에 해당한다. 그러나 판스프링(4)에 사용되는 스프링 강재의 전단강도는 쐐기에 사용되는 용접용 압연강재(SWS490)의 약 3.5 - 4 배에 해당하므로 쐐기(22) 및 가이드 쐐기(32)의 약 3배에 달하는 전단응력을 견딜 수 있다. 또한, 쐐기(22) 및 가이드 쐐기(32)의 경우에는 전단력과 모멘트에 의한 합성옹력을 고려하여야 하나, 판스프링(4)의 경우에는 모멘트에 대한 옹력이 없으므로 보다 안전하게 된다.

일반적으로 교량구조물의 경우에 풍하중의 크기는 수직하중의 10미만이며, 지진하중의 경우에는 수직하중의 15를 능가하는 경우가 대부분이므로, 본 발명의 판스프링은 상기 풍하중 정도의 수평하중에는 파손없이 견딜 수 있으며, 설계지진력을 능가하는 거대한 지진시에는 파손되어 간단히 교체할 수 있는 구성이 된다.

즉, 본 발명의 구조하에서 패드(1)를 교체하고자 할 때에는 쐐기(22) 및 가이드 쐐기(32)가 없으므로 종래의 발명처럼 쐐기(22) 및 가이드 쐐기(32)를 뜯어내고 재용접할 필요가 없으며, 단순히 판스프링(4)을 상·하부 플레이트에 체결시키는 체결볼트(5)를 풀어 판스프링을 탄성받침에서 빼낸 다음, 패드(1)를 교체하기만 하면 된다.

상기한 기존의 쐐기형 탄성받침과 본 발명의 판스프링에 의한 탄성받침의 수평저항능력을 비교하면 다음의 표 1과 같다.

수평저항능력의 비교표

최대수직하중	기존의 쐐기형 방식	본 발명의 판스프링 방식
	수평저항력	수평하중/수직하중	수평저항력	수평하중/수직하중
100톤(250×400)	6.4톤	6.4	10톤	15
200톤(300×600)	11.6톤	5.8	20톤	15
300톤(450×600)	17.4톤	5.8	30톤	15
500톤(600×700)	27.0톤	5.4	50톤	15
600톤(700×700)	31.5톤	5.3	60톤	15
700톤(700×800)	36.0톤	5.1	70톤	15
800톤(800×800)	41.1톤	5.1	80톤	15
1000톤(900×900)	52.1톤	5.2	100톤	15

상기와 같이 구성되는 본 발명은 교량상판의 통상적인 수직하중에 대한 수용기능은 종래의 탄성받침과 동일하며, 예컨대 상부 플레이트(2)로부터 전달되는 교량상판의 하중은 보강철판(11)과 고무(12)로 구성되는 패드(1)의 수직강성에 의해 지지·수용되고, 대기의 온도차에 의한 교량상판의 온도신축에 의한 수평변위는 판스프링의 강성(Y방향)이 구속하지 않으므로 온도응력을 발생하지 않으며, 풍하중 및 차량의 제동하중과 같이 수평변위를 억제하여 교량의 사용성을 향상시킬 수 있는 수평하중에 대해서는 판스프링의 횡방향 강성(X방향)에 의해 억제하게 된다.

본 발명에서 사용되는 패드(1)는 상·하부 플레이트(2, 3)와 판스프링(4)에 의하여 형성되는 내측 공간에 삽입되므로 기술편의상 장방향으로 표사하였으나, 구조에 따라서는 원형이나 오각형 등의 어떠한 형상으로도 구성시킬 수 있으며, 이 때 판스프링(4)의 위치나 수의 설정은 종래의 발명과 동일하다.

또한 본 발명에서는 탄성복원력이 있는 판스프링(4)으로 구성되므로, 계절적인 온도변위로 장기간 방치되는 수평변위에 의한 패드(1)의 크리이프 특성을 보상하여 원위치로 되돌아오려는 특성을 갖게 하는 부가적인 기능도 있다.

나아가, 본 발명에서는 상기한 원위치오 되돌아오려는 특성을 살려 교량상판의 온도변위로 인해 패드가 수평으로 과다하게 변형되었을 때 패드가 하부 플레이트를 미끄러지면서 상기 상·하부 플레이트의 중앙점을 이탈하는 문제점을 예방하도록 상기 상·하부 플레이트의 중앙에 패드가 놓여지는 홈(6)을 설치하고 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 패드의 기본적인 기능인 회전기능에 전혀 영향을 미치지 않으면서도 종래의 탄성받침에 있어서 고정용 쐐기 등 파손에 약하며 보수가 어려운 구성품을 대폭 감소시킬 수 있으며, 탄성받침의 상·하부 플레이트의 크기를 줄여주어 PC빔의 폭을 벗어나지 않도록 할 수 있다. 또한 판스프링은 탈착이 용이하도록 상·하부 플레이트와 체결볼트로 연결되므로 시공시 및 정기적인 패드의 교체를 위한 편리성에 큰 효과가 있다.

기존의 발명은 교량받침이 가져야 하는 기본적인 회전기능을 방해하지 않으면서도 수평하중을 견딜수 있도록 하기 위하여 재용접의 단점도 감수하고 상·하부 플레이트에 별도의 고정용 쐐기를 용접으로 부착하였으나, 본 발명은 판스프링의 수직변형능력으로 회전변형을 수용할 수 있으며, 수평방향에 대해서는 변위를 수용할 수 있는 방향과 변위를 억제하는 방향을 동시에 갖고 있으면서도, 상·하부 플레이트와는 체결볼트(5)로 연결되어 간단히 탈착이 가능한 장점이 있다.

또한 판스프링(4)은 상·하부 플레이트와 수직방향으로 연결되어 있으므로 교량상판의 과도한 회전변형을 억제하여 교량상판을 보호하는 기능과 곡선교에서와 같이 부반력이 발생하는 교량에서는 차량하중에 의한 부반력에도 저항하는 부가적인 기능도 갖는다.

Claims (3)

1. 교량상판에 설치되는 상부 플레이트(2)와 교각에 설치되는 하부 플레이트(3) 및 상기 상·하부 플레이트(2, 3)의 사이에 고무(12)와 보강철판(11)이 적층되어 구성된 패드(1)가 삽입되어지는 탄성받침에 있어서,

   상기 패드(1)의 양측 도는 4변측에 약간 이격되어 각각 상·하부 플레이트(2, 3)에 부착되는 판스프링(4)과, 상기 상·하부 플레이트(2, 3)에 그 일단이 삽입되고 상기 판스프링(4)에 타단이 삽입되어, 상기 판스프링(4)과 상기 상·하부 플레이트(2, 3)를 연결시켜주는 체결볼트(5)를 추가구성한 것임을 특징으로 하는 판스프링형 이동제한장치가 부착된 탄성받침.
2. 제1항에 있어서, 상기 판스프링(4)은 상기 체결볼트(5)을 사용하여 상·하부 플레이트(2, 3)와 외측에서 체결이 용이하도록 하기 위해 상·하부 플레이트(2, 3)와 접하는 부분은 평면이고 상·하부 플레이트(2, 3)와 접하지 않는 부분은 상·하부 플레이트(2, 3) 안쪽에서 바깥쪽으로 활모양으로 구부러져 있음을 특징으로 하는 판스프링형 이동제한장치가 부착된 탄성받침.
3. 제 1항에 있어서, 상기 상·하부 플레이트(2, 3)에는 교량상판의 온도변위로 인해 상기 상·하부 플레이트(2, 3)에 놓여지는 상기 패드(1)가 상기 상·하부 플레이트(2, 3)의 중심점을 이탈하는 것을 예방하도록 홈(6)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 판스프링형 이동제한장치가 부착된 탄성받침.