KR20010086188A - 에너지 흡수기 - Google Patents

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KR20010086188A
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

본 발명은 작은 구조물에서 값싸고 쉽게 사용할 수 있는 구조물의 지진 차단 또는 진동용 시스템에 관한 것이다. 시스템은 구조물과 구조물 기초부사이에서 삽입되는 볼(10) 및 볼 시트(12, 18)를 포함하는 베어링을 포함한다. 볼의 외부층(24)이나 볼이 회전하는 시트 표면(15)상은 압축가능하고, 압축은 볼의 회전을 방지하는 마찰 제동력을 제공한다. 이것은 구조물과 구조물 기초부사이에서 상대적 이동을 감쇄시킨다. 베어링 장치에서 중심요소에 존재하는 마찰볼의 대안적인 구조가 기술되어진다. 볼 및 시트의 각 결합에서 다수의 볼(44, 47)이 존재할 수 있다.

Description

에너지 흡수기{ENERGY ABSORBER}
지진 차단은 구조물을 차단시키고 지진에 의해 발생되는 힘으로부터 차단된 구조물을 감쇄시키는 것을 포함한다. 뉴질랜드 특허 제 178949 호에서는 이러한 방법으로 구조물을 차단시키는데 이용되는 매우 유용한 베어링이 기술되어진다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 납 고무 베어링으로서 언급되어진다. 지진 차단 및 납 고무 베어링의 보다 자세한 내용은 Skinner et, John Wylie and Sons(1993)의 "An Introduction to Seismic Isolation"에서 찾을 수 있다.
구조물을 지진으로부터 차단시키는 또 다른 수단으로는 미국 캘리포니아 앨라메이더의 지진 보호 시스템즈 주식회사의 "Frictional Pendulum"상표로 판매되는 베어링이 있다. 이러한 베어링은 진자부재의 말단 단부에서 마찰표면을 가지는 진자부재로 구성되고 연마된 표면위로 슬라이드 된다. 이것은 미국 특허 제 4,644,714 호에서 기술되어진다.
지진 차단을 제공하는 또 다른 장치는 미국 특허 제 4,726,161 호에서 기술되어진다. 이 장치는 회전할 수 있는 베어링 및 볼을 포함한다. 스프링은 회전할수 있는 베어링과 볼이 접촉되도록 한다. 이 결합체는 상기 회전할 수 있는 베어링에 지지되는 구조물에서 지진력을 감쇄시킨다.
미국 특허 제 5,599,106 호에서도 지진 차단 베어링이 기술되어진다. 이것은 위아래방향으로 마주보고 단단한 표면을 가지는 상부 및 하부 로드 플레이트로 구성되고, 플레이트의 적어도 하나는 원뿔형이다. 단단한 볼은 플레이트사이에서 끼워진다. 볼은 한 로드 플레이트가 외력에 의해 다른 플레이트에 측면적으로 이동되어지면 원뿔형 표면위로 회전하고, 외력이 없어지면 중력에 의해 코어의 중심으로 귀환된다.
제 WO 97/48866 호에서 기술되는 발명에서는 빌딩과 빌딩의 기초부사이에 삽입되는 볼로 구성되는 지진 차단기가 존재한다. 볼은 빌딩의 하부구조에서 고정되는 구조물과 같은 오목한 곳에서 유지된다. 볼은 기초부에서 고정되는 반구형 표면상에서 회전한다.
상기에서 기술된 모든 종래기술의 장치에서는 베어링 소자, 또는 볼 그리고 볼이 회전되는 표면은 실질적으로 압축할 수 가 없다. 이것은 지지되는 구조물과 베어링이 놓여지는 표면사이에서 상대적인 이동이 존재할때, 구조물의 하중과 별개로 적용되는 제동력이 존재하지 않는 것을 의미한다. 만일 상대적인 이동을 유발시키는 유입되는 힘이 오래동안 지속된다면 구조물이 정지하는데는 상당한 시간이 걸린다.
본 발명의 목적은 이러한 단점을 극복시키는 것이고 또한 사용자가 폭 넓은 선택을 할 수 있게 제공하는 것이다.
발명의 개시
따라서 본 발명은 하중을 지지할때 변형되는 마찰볼로 구성되고, 이러한 변형은 상기 변형된 볼에 회전이동을 방지하는 마찰력을 발생시킨다.
한 실시예에서 상기 볼은 실질적으로 하나의 동종 재료로 이루어진다.
한 실시예에서 상기 동종의 재료는 소성적으로 변형가능할 수 있다.
바람직하게는 상기 소성적으로 변형가능한 재료는 납, 알루미늄, 황동, 철, 강 또는 소성적으로 변형가능한 다른 금속 재료일 수 있다.
또 다른 실시예에서는 상기 재료가 탄성체일 수 있다.
바람직하게는 상기 탄성체는 높은 마찰을 가지는 고무일 수 있다.
바람직하게는 상기 탄성체는 감쇄 고무일 수 있다.
또 다른 실시예에서는 상기 마찰볼이 코어를 덮는 외부층을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 코어는 입상 재료를 포함한다.
바람직하게는 상기 입상 재료는 상기에서 정의된 구조와 충분히 작은 지름을 갖는 다수의 작은 마찰볼이고, 상기 다수의 마찰볼은 상기 코어안에서 설치되어질 수 있다.
더욱 특별하게는 상기 입상 재료는 모래, 석영, 유리, 강, 금속볼 또는 구형이거나 비구형의 볼일 수 있다.
대안적으로 상기 외부층은 실질적으로 변형이 되지 않는 재료일 수 있다.
바람직하게는 상기 재료는 납일 수 있다.
대안적으로 상기 코어는 단단한 재료일 수 있다.
바람직하게는 상기 코어는 상기 외부층이 변형가능한 단단한 재료일 수 있다.
가장 바람직하게는 상기 단단한 재료는 고무, 콘크리이트, 금속 또는 나무일 수 있다.
대안적으로 상기 코어는 유체일 수 있다.
바람직하게는 상기 유체는 가스일 수 있다.
바람직하게는 상기 가스는 공기 또는 불활성 가스일 수 있다.
대안적으로 상기 유체는 액체일 수 있다.
바람직하게는 상기 코어는 재료가 부분적으로 채워질 수 있다.
대안적으로 상기 코어는 재료가 완전하게 채워질 수 있다.
대안적으로 상기 코어는 0-5MPa의 정수압까지 채워질 수 있다.
대안적으로 상기 코어는 20MPa까지의 정수압까지 채워질 수 있다.
대안적으로 상기 코어는 20MPa의 정수압 또는 상기 외부층의 구조물이 제한되는 정수압까지 채워질 수 있다.
바람직하게는 상기 외부층은 고무를 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 고무 외부층은 보강된 고무일 수 있다.
바람직하게는 상기 고무는 섬유, 금속선, 탄소 섬유, 줄, 고무사 또는 그와같은 종류로 보강되어질 수 있다.
또 다른 실시예에서는 상기 마찰볼은 중심 코어주위에서 두개 또는 그 이상의 박층을 포함하는 박층으로된 구조물을 구비할 수 있다.
한 실시예에서는 상기 마찰볼의 외부면은 높은 마찰계수를 가지는 탄성체일 수 있다.
또 다른 실시예에서는 상기 외부층이 실을 가지는 고무일 수 있다.
또 다른 실시예에서는 상기 외부층이 거친 표면을 가지는 평면을 구비할 수 있다.
바람직하게는 상기 마찰볼의 형상은 회전이동을 할 수 있는 어떤 기하학적 형상일 수 있다.
바람직하게는 상기 마찰볼의 형상은 구형일 수 있다.
대안적으로 상기 마찰볼의 형상은 타원형일 수 있다.
대안적으로 상기 마찰볼의 형상은 타원체일 수 있다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 시트와 마찰볼의 결합체로 구성되고, 상기 시트는 상기 마찰볼이 회전하는 오목부 또는 원뿔형의 표면을 구비할 수 있다.
바람직하게는 상기 결합체는 적어도 하나의 오목부를 가지는 상부 시트 및 하부 시트를 포함하고, 구조물은 상기 시트중 하나에서 놓여지는 상기 마찰볼에 의해 차단되어질 수 있다.
바람직하게는 두 상기 시트는 오목부면을 구비할 수 있다.
바람직하게는 상기 오목부면은 구형이거나 다항함수, 삼각형 함수 또는 쌍곡선 함수에 의해 정의되는 포물선이고 또는 평탄한 곡선이거나 또는 곡선의 결합체에 의해 정의되어질 수 있다.
대안적으로 상기 오목부면은 원뿔형일 수 있다.
바람직하게는 상기 마찰볼이 수용되기 적당하도록 상기 오목부면안에 레스트(rest)가 존재한다.
바람직하게는 상기 레스트는 상기 오목부면보다 적은 곡률의 반지름을 가지는 오목부일 수 있다.
바람직하게는 상기 시트는 기초부재상에서 부착될 수 있는 하부 시트일 수 있다.
바람직하게는 상기 기초부재는 파일(pile)일 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 기초부재는 내부 또는 외부 바닥벽일 수 있다.
바람직하게는 상기 시트는 지지되어지는 구조물의 하부상에서 부착할 수 있는 상부 시트일 수 있다.
대안적으로 상기 상부 시트는 상기 마찰볼에 놓여지는 구조물의 전체 부분일 수 있다.
또 다른 대안으로 다수의 상기 마찰볼이 상기 결합체안에 각 상기 하부 시트상에서 놓여질 수 있다.
한 실시예에서는 상기 마찰볼이 3개 존재할 수 있다.
또 다른 실시예에서는 상기 마찰볼이 7개 존재할 수 있다.
바람직하게는 다수의 마찰볼을 수용하기 위하여 상기 하부 시트의 상기 오목부면안에서 레스트가 존재하고, 레스트는 상기 볼의 상부면이 각 상기 볼의 접촉면과 평탄하게 놓여지는 구조물의 상부 시트 또는 하부 시트와 접촉되도록 형상되어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 볼 및 상기 볼과 함께 작용되는 시트로 구성되어지고, 상기 볼 및 시트의 적어도 하나에서는 구조물을 지지될때 변형되어지고, 이러한 변형은 변형된 볼 및 시트 또는 변형된 시트 및 볼 또는 변형된 시트 및 변형된 볼사이에서 상대적인 회전이동을 방지하는 마찰력을 발생시킬 수 있다.
대안적으로, 상기 시트는 변형가능할 수 있다.
바람직하게는 상기 시트가 변형가능할때 적어도 상기 볼을 포함하는 표면은 상기 마찰볼에서 정의되어지는 동일한 변형가능한 재료로 만들어질 수 있다.
또 다른 대안으로 상기 다수의 볼은 상기 결합체에서 상기 각 하부 시트상에 놓여질 수 있다.
한 실시예에서는 상기 볼이 3개 존재할 수 있다.
또 다른 실시예에서는 상기 볼이 7개 존재할 수 있다.
바람직하게는 다수의 마찰볼을 수용하기 위하여 상기 하부 시트의 상기 오목부면안에서 레스트가 존재하고, 레스트는 상기 볼의 상부면이 각 상기 볼의 접촉면과 평탄하게 놓여지는 구조물의 상부 시트 또는 하부 시트와 접촉되도록 형상되어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 구조물과 상기 구조물의 예정된 수의 기초지점사이에서 (상기에서 정의되어지는 것처럼)마찰볼과 시트의 결합체가 삽입되는 구조물에서 지진을 차단하는 방법이 구성되고, 상기 구조물은 상기 각 결합체상에서 놓여질 수 있다.
바람직하게는 상기 각 결합체는 그사이에서 상기 마찰볼을 구비하는 상부 및하부 시트를 포함할 수 있다.
대안적으로 상기 결합체는 상기 구조물의 건설단계시 설치되어질 수 있다..
또 다른 실시예에서는 상기 결합체는 존재하는 구조물과 구조물의 기초부사이에서 새로이 개선되어질 수 있다.
바람직하게는 상기 결합체는 상기 모든 기초부재에서 제공되어질 수 있다.
바람직하게는 상기 기초부재는 파일일 수 있다.
대안적으로 상기 기초부재는 주변 또는 내부 벽일 수 있다.
바람직하게는 상기 구조물은 집일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 적어도 하나의 볼과 상기 볼과 협력되는 시트가 삽입되는 구조물을 지진으로부터 차단하는 방법이 구성되고, 적어도 하나의 상기 볼 및 상기 시트는 하중을 지지할때 변형가능하고, 변형은 각 마찰볼에 놓여지는 상기 구조물의 다수의 기초 지점과 구조물사이에서 상기 변형된 볼 또는 시트의 회전이동을 방지하는 마찰력을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 또한 명세서상에서 언급되어지는 부품 및 특징들이 두개 또는 그 이상 결합하여 사용할 수 있고, 특정 결합체는 본 발명과 관련된 종래의 기술분야에서의 부품의 결합으로서 언급되어지고, 이러한 공지된 부품은 각각 결합되어질 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 실시예로 구성되고 하기에서 주어지는 실시예의 구조를 고찰할 것이다.
본 발명은 마찰 제동 장치에 관한 것으로, 특히 지진 및 진동 차단에서 주로 사용되는 마찰볼에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 기술한다.
도 1은 이론적인 기초에 의해 구조물, 시트 및 볼의 상대적인 이동을 이론적으로 설명하는 개략도,
도 2는 한 쌍의 시트상에 삽입되어지는 볼의 개략적인 단면도,
도 3은 레스트에서 구조물의 하중에 의해 변형되는 본 발명에 따른 마찰볼의 한 실시예를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부 및 하부 시트 오목부의 개략도,
도 5는 한 쌍의 레스트를 가지는 본 발명의 한 실시예에 따른 상부 및 하부 시트의 개략적인 단면도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 마찰볼의 박층된 실시예의 횡단면도,
도 8은 마찰변형이 주로 시트 구성요소안에서 제공되는 본 발명에 따른 구조물, 시트 및 볼의 개략도,
도 9는 3개의 마찰볼이 제공되어지는 하부 시트의 평면도, 및
도 10은 7개의 마찰볼이 제공되어지는 하부 시트의 평면도이다.
구조물을 지진으로부터 차단하기 위하여 작은 구조물에 베어링을 삽입하는데 있어 실질적으로 어려운 점은 감쇄가 발생되도록 기초부에 관련하여 구조물의 충분한 이동이 허용될 필요가 있다는 점이다. 도 1에서는 볼(10)이 놓여지는 곡선으로된 상부면(14)을 가지는 하부 시트(12)가 설명되어진다. 설명할 목적으로 볼은(10)은 변형되지 않았지만, 본 발명의 실시예에서는 볼(10)이 변형되어진다. 구조물(16) 또는 구조물(16)의 일부분은 볼(10)의 상부상에 놓여진다. 도 1에 도시되는 것처럼 구조물(16)이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동되어지면, 볼(10)은 반경(R)의 곡선 표면(14)위의 위치(10a)로 이동한다. 볼(10)의 각 상부 및 하부가 부재(16)상에 표면과 접촉하기 때문에 볼(10a)이 수평으로 거리 Δx만큼 수직으로 거리 Δy만큼 이동하면 부재는 수평으로 거리 2Δx만큼 이동한다. 회전하는 볼에 의해 얻어지는 힘이득비는 지진에 의해 힘이 유입되는 동안에 구조물과 구조물의 기초부사이에서 상대적 이동을 허용할 수 있는 마찰볼의 개념으로 사용되어진다.
도 2 및 도 3에서는 본 발명에 따른 마찰볼(10)이 설명되어진다. 도 2에서는 변형되지 않은 상태가 도시되어진다. 도 3에서는 마찰볼이 구조물에 놓여졌을때를 가정할때의 변형된 상태를 도시한다. 도 2 및 도 3의 실시예에서는 마찰볼이 중심 코어(22) 및 외부층(24)으로 구성된다.
마찰볼의 구성으로서 많은 수의 대안적인 재료가 사용되어질 수 있다. 지진 차단용으로 사용되어지는 마찰볼의 제 1 특성은 지진을 차단시키도록 구조물의 하중하에서 변형할 수 있어야 한다. 제 2 특성은 마찰볼안에서 변형 마찰력의 상태가 회전이동을 방지하도록 확대되어져야 한다.
도 2 및 도 3을 참고하여 구조를 설명하면, 외부층(24)은 탄성체로 만들어지는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 고무로 만들어진다. 이것의 목적 및 기능은 자동차의 타이어 접지면과 유사하다. 이것으로, 타이어의 접지면의 구성 및 보강재로 적절한 재료는 동일하게 외부층(24)에서 사용할 수 있다. 외부층(24)에는 접지면이 제공되거나 또는 접지면없이 마찰볼이 놓여지는 표면과 시트사이에서 마찰을 강화시키기 위하여 거친 표면을 가질 수도 있다. 외부층은 다양한 섬유, 금속선, 탄소섬유 및 고무 스레드와 같은 재료로 강화되어질 수 있다.
코어(22)는 다수의 재료로 구성될 수 있다. 바람직하게는 코어는 모래, 수정입자, 유리구슬, 강볼, 콘크리이트 볼 또는 금속볼과 같은 입상 재료로 구성된다. 재료는 규칙적인 기하학적 형상 또는 비기하학적 형상일 수 있다. 이것의 기준은 입상 물질이 압축되어 마찰볼(10)이 변형됨으로서 마찰력이 증가되는 것이다.
바람직한 한 실시예에서는 코어(22)안에 입상 재료가 다수의 마찰볼일 수 있다. 마찰볼은 상기에서 기술되어진 것처럼 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉 다시말하면 마찰볼은 단단하거나 또는 외부층이나 박층에 의해 둘러쌓여지는 코어일 수 있다. 그러나, 입상 재료로서 사용하기 위해서는 코어안에 다수의 마찰볼로 만들어지는 마찰볼보다 더욱 작은 지름을 가져야 한다. 마찰볼은 균일하거나 비균일한 지름을 가지는 형상이다.
코어(22)는 볼의 회전을 방해하는 마찰력을 증가시키도록 외부층이 변형되는 납, 콘크리이트, 나무, 고무 또는 금속과 같은 압축되는 단단한 재료일 수 있다.
코어는 20MPa 정수압까지 부분적으로 채워지거나 전체적으로 채워질 수 있다. 이것은 마찰볼에 놓여지는 구조물의 하중에 의해 마찰볼이 변형되어질때 코어에 압력이 증가되고 이것에 따라 외부층(24)이 변형되어짐을 알 수 있다.
한 실시예에서는 마찰볼이 단단한 고무 또는 다른 탄성체와 같은 균일한 구조를 가질 수 있다.
볼의 형상은 구조물과 시트사이에서 회전할 수 있도록 둥글게 제공되어진다. 볼의 가장 단순한 형상은 구형이다. 그러나, 이것은 타원형(한쪽은 평면이고 또 다른 쪽은 원형인 탄원), 타원체(동일하거나 다른 장축과 단축을 가지는 두 평면에서의 타원) 또는 다른 유사한 형상일 수 있다. 볼은 필요한 힘 변위 기능을 주기 위하여 부드럽거나 또는 부드럽지 않은 표면을 구비할 수 있다. 또한 볼은 평평하거나 평평하지 않은 표면과 거칠거나 부드러운 표면을 구비할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 마찰볼은 코어(22) 및 외부층(24) 및 이 둘 사이에서 끼워지는 연속층(23, 25, 27 및 29)으로 구성된다. 각각의 삽입되는 재료는 단단한 입상 재료일 수 있고 또는 변형되거나 변형되지 않도록 제공될 수 있고, 전체구조는 변형가능하고 변형된 상태에서 변형되지 않은 마찰볼의 회전을 방지할 수 있다.
마찰볼은 상대적으로 값싼 재료로 만들어질 수 있다. 이것은 지진이 일어나는 개발도상국에 특히 유용하다. 마찰볼은 축구공의 내부에 모래를 채우는 것에 의해 만들어질 수 있다. 대안적으로 동물 가죽과 같은 값싼 재료에 모래 또는 자갈과 같은 과립상의 재료를 채울 수도 있다.
도 4 및 도 5에서는 마찰볼이 위치되어지는 시트를 설명하고 있다. 도 4에서는 (구조물이 상부 시트(18)상에 놓여질때 변형되는)대표적인 볼(10)이 상부 시트(18)와 하부 시트(12)사이에서 위치되어진다. 볼(10)의 상부면은 상부 시트(18)의 곡선으로된 하부 표면(20)과 대향하여 놓여진다. 볼(10)의 하부면은 하부시트(12)의 곡선으로된 상부면(14)상에 놓여진다.
시트(18, 12)의 표면(20, 14)은 각각 구형, 포물선 또는 그와같은 어떤 형상일 수 있다. 또한 이것은 원뿔형의 형상일 수 있고, 특히 원뿔형의 형상은 마찰볼이 원상복귀될때 중심에 오도록 도움을 줄 수 있다.
도 5의 실시예에서는 실질적으로 평평한 하부 표면(19)을 가지는 시트(16)가 레스트 또는 곡선으로된 톱니꼴의 부분(26)을 구비한다. 오목한 상부면(14)을 가지는 대향된 시트(12)는 곡선으로된 톱니꼴의 레스트(28)를 구비한다. 마찰볼(10)이 레스트(26, 28)안에 있으면 구조물은 원하는 중심 위치에 놓여질 수 있다. 바람직한 실시예에서는 마찰볼(10)은 충분하게 변형되고 마찰볼은 상기에서 기술된 중심위치에 놓여질때 레스트(26, 28)의 형상으로 변형되어진다.
본 발명에 따른 지진 차단이 되도록 사용되어지는 회전 저항 마찰력은 마찰볼 또는 시트안에서 발생되는 변형에 의해 적용되어질 수 있다. 이 실시예를 도 8를 참고하면 실질적으로 구형의 표면(14)을 가지는 시트(12)가 변형가능한 층(15)과 함께 제공되어진다. 층(15)은 본 발명의 다른 실시예에서 마찰볼에 관하여 기술되어진 것처럼 변형가능한 재료로 만들어진다. 도 8의 실시예에서는 볼(11)이 실질적으로 변형되지 않는다. 이것은 층(15)이 점선(17)에 의해 도시되는 깊이로 변형되기 때문이다. 시트와 볼(11)상에 놓여지는 구조물(16)사이에서 상대적 이동을 하는동안 볼은 위치 "11a"로 이동한다. 층(15)안에서 마찰력은 볼의 회전이 위치(11a)에서 멈추기 전에 구조물(16)이 도 8에 도시되는 거리 Δx만큼 이동되도록 회전이동을 저항시킨다.
본 발명에 따른 마찰볼이 지진 차단용으로 사용되어지는 곳에서는 구조물이 선택된 기초부상에 놓여져 지진으로부터 차단되어진다. 바람직하게는 상부 및 하부 시트와 마찰볼은 이러한 각 장소에서 설치되어진다. 한 시트상에 마찰볼을 설치하는 것이 가능하지만 양쪽 사이드에 시트에서 설치히는 것이 바람직하다. 또한 도 5에 도시되는 바와같이 양쪽 측면 시트에서 레스트(26, 28)를 구비하는 것이 바람직하다. 시트는 몰드된 콘크리이트 또는 나무나 그와같은 종류의 적절한 단단한 재료로 만들어질 수 있다.
만일 하나 또는 그 이상의 마찰볼이 레스트(26, 28)에 귀환되지 않는 방법으로 구조물이 위치되어지면 빌딩은 그 중심 위치로 마찰볼이 귀환되도록 이동되어진다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 볼 및 시트의 결합체의 상부 및 하부 시트사이에서 다수의 볼이 제공되어진다. 이것은 도 9 및 도 10에서 설명되어진다.
도 9 및 도 10의 시트(40)는 도 4, 5 및 8에서 설명되어진 하부 시트와 유사하다. 여기서는 시트(40)의 오목한 상부면보다 적은 곡률 반지름을 가지는 (도 5의 레스트(28)와 유사한)톱니모양의 레스트(42)가 제공된다. 도 9에서는 톱니모양의 레스트(42)에서 3개의 마찰볼(44)이 존재한다. 도 10에서는 7개의 볼(46, 47)이 존재한다. 외부의 6개의 볼(47)은 중심볼(46)에 둘러쌓여진다. 중심볼(46)은 레스트(42)의 표면상에서 구형으로 패킹되기 때문에, 비록 볼(47)과 같은 지름이어도 다소 상부면이 상승된다. 도 5의 레스트(28)와 유사한 또 다른 레스트가 레스트(42)의 중심에서 제공되어진다.
각 볼(44, 46, 및 47)의 상부면은 구조물 또는 상부 시트의 하중을 동일하게 지탱하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 볼 또는 레스트상의 표면이 빌딩의 하중을 지지할때 변형되기 때문에 이러한 특징이 필수적인것은 아니지만 그 특징이 존재하면 바람직하다. 볼 또는 레스트의 표면이 하중을 지지할때 변형되기 때문에 만일 볼 사이에서 하중의 분배가 균일하지 않으면 볼 자체와 또는 그 표면의 여분의 변형에 의해 보상되어진다.
이러한 이유 때문에 톱니형 레스트는 필수적이지는 않지만 그 특징은 매우 유용하다.
볼의 수는 선택의 문제이지만 볼 및 시트의 크기에 의해 결정되어진다. 볼의 수를 선택하기 위하여 구 패킹의 수학적 이론이 사용되어진다. 3개 및 7개의 볼은 바람직한 수이지만, 본 발명에서는 이 수에 제한되지는 않는다.
다수의 볼을 구비하는 것은 이로운 점이 있다. 왜냐하면 지지되는 하중은 다수의 지지부재로 분산되기 때문에 하나의 볼을 사용하는 장치보다 보다 무거운 구조물에 사용될 수 있기 때문이다. 마찰볼의 한 크기는 구조물의 하중을 적용하는데 사용될 수 있다. 무거운 구조물이 사용되어지면 많은 수의 볼이 지지되도록 한다.
주택에서 설치되는 장소는 파일 또는 내부나 주변 기초벽일 수 있다.
지진 차단의 개념이 구조물과 기초부사이에서 상대적인 이동을 포함하기 때문에 구조물과 기초부사이에서는 갭이 있어야 하며 지진력이 구조물의 기초부 아래에서 작용할때 기초부에 상대적인 구조물이 이동하기 위한 충분한 공간이 필요하다.
마찰볼의 배열이 구조물과 구조물의 기초부사이에서 설치되고 지진력이 기초부를 흔들면 구조물과 기초부사이에서 상대적인 이동이 볼이 변형하는 동안 발생되어진다. 볼의 마찰력은 볼이 시트의 가장자리를 넘어 측면적으로 이동하기 전에 상대적인 이동을 감속시키고 회전을 방지한다. 상대적인 이동은 지진이 계속되는 한 계속되고 변형된 마찰볼의 회전저항을 상기에서 기술된 방법으로 힘을 계속적으로 감쇄시킨다.
특정방향에서 차단의 고유주기는이다.
여기서 R은 특정 위치 및 특정 방향에서 곡선으로된 표면의 곡률 반지름이고,
g는 중력 가속도이다.
마찰볼의 회전을 방지할 수 있는 마찰볼의 설계는 볼이 설치되었을때 시트를 벗어나 수평적으로 회전되지 않고 구조물이 붕괴되지 않도록 설치해야 한다. 이것을 계산하는 방법은 초기응력이 없고 과립 재료로 채워지는 마찰볼에서 마찰계수 μ가 마찰, 쿨롱 또는 소성장치에 대하여 μ4tan가 되는 것이다.
여기서는 마찰볼 중심에서 변형의 표면까지의 수직선과 변형의 단부사이의 각도이고 여기서 볼은 도 3에 도시되는 곡률을 가진다.
마찰볼이 탄성 변형되어지는 단단한 재료로 만들어지면, H R Hertz의 "Miscellaneous Papers"(McMillan, London 1896)에서 기술되는 탄성 재료의 이론으로 마찰볼에 대한 마찰계수를 결정할 수 있다.
소성적으로 변형가능한 단단한 마찰 볼에서는 Robinson and Truman의 "Stress-Strain Curve for Aluminium for a Continuous Indentation Test", (Journal of Materials Science 12(1997), 1961-1965)에서 기술되는 방법에 의해 결정되어질 수 있다.
본 발명은 구조물의 기초부에서 구조물의 지진 차단용 마찰볼의 사용을 기술한 것이다.
마찰볼은 서로 동일한 구조물 또는 다른 구조물의 다른 부분을 차단시키는데 사용될 수 있다. 예를들면, 마찰볼은 마찰이 발생하는 곳 어디에서든지 사용될 수 있다. 이러한 한 실시예로 마찰볼은 브레이크 또는 클러치와 같은 회전 장치에서 사용되어질 수 있다.
본 발명에 따른 마찰볼 또는 변형가능한 시트는 다른 적용에서 사용될 수 있다. 예를들면, 마찰볼 또는 시트는 작은 산업용 빌딩의 지진 차단용으로 사용될 수 있다. 마찰볼 또는 시트는 다른 소스때문에 진동을 감쇄시키는데 사용되어질 수 있다. 예를들면, 마찰볼 또는 시트는 구조물과 기계장치를 차단하는데 사용되어질 수 있다.
종래의 산업분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 범위내에서 또 다른 변경 또는 결합을 할 수 있음을 명백히 알 수 있다.

Claims (68)

  1. 하중을 지지할때 변형되어지고, 상기 변형은 변형된 볼의 회전이동을 방지하는 마찰력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼은 실질적으로 하나의 동종의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 동종의 재료는 소성적으로 변형가능한 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 재료는 납인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 소성적으로 변형가능한 재료는 납, 알루미늄, 황동, 철, 강 또는 소성적으로 변형가능한 다른 재료인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 동종의 재료는 탄성체인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성체는 마찰이 높은 고무인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성체는 감쇄 고무인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  9. 제 1 항에 있어서,
    코어를 덮는 외부층을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코어는 입상 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 입상 재료는 상기에서 정의된 구조와 충분히 작은 지름을 갖는 다수의 작은 마찰볼이고, 상기 다수의 마찰볼은 상기 코어안에서 설치되는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 입상 재료는 모래, 석영, 유리, 강, 금속볼 및 구형이거나 비구형의 볼인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부층은 실질적으로 변형되지 않는 재료인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 코어는 고체 재료인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 외부층은 변형가능한 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 단단한 재료는 고무, 콘크리이트, 금속 또는 나무인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 코어는 유체인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 유체는 가스인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 가스는 공기 또는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 유체는 액체인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  21. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 코어는 재료가 부분적으로 채워지는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  22. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 코어는 재료가 완전하게 채워지는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  23. 제 9 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어는 5MPa의 정수압까지 채워질 수 있는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  24. 제 9 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어는 20MPa의 정수압까지 채워질 수 있는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  25. 제 9 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어는 20MPa의 정수압 또는 상기 외부층의 구조물 제한까지 정수압이 채워질 수 있는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  26. 제 9 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서 및 제 14 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부층은 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 고무 외부층은 보강된 고무인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 고무는 섬유, 금속선, 탄소 섬유, 줄, 고무사 및 그와같은 종류로 보강되는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  29. 제 9 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서,
    중심 코어를 둘러쌓는 2개 또는 그 이상의 박층을 포함하는 박층으로된 구조물을 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰볼의 외부면이 높은 마찰계수를 가지는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  31. 제 1 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부층이 실을 가지는 고무인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  32. 제 1 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서,
    실이 없지만 거친 외부면을 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항중 어느 한 항에 있어서,
    회전이동을 할 수 있는 기하학적 형상인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  34. 제 33 항에 있어서,
    지지되는 하중에 의해 변형되지 않을때 구형인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  35. 제 33 항에 있어서,
    지지되는 하중에 의해 변형되지 않을때 타원형인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  36. 제 33 항에 있어서,
    지지되는 하중에 의해 변형되지 않을때 타원체인 것을 특징으로 하는 마찰볼.
  37. 적어도 하나의 시트에서 상기 마찰볼이 회전하는 오목부 또는 원뿔형의 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 36 항중 어느 한 항에 따른 마찰볼의 결합체.
  38. 제 37 항에 있어서,
    적어도 하나는 오목부인 상부 시트 및 하부 시트를 포함하고, 구조물이 상기 시트의 하나에서 놓여지는 상기 마찰볼에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 결합체.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 두 시트는 오목부면을 구비하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  40. 제 37 항, 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
    상기 오목부면은 구형이거나 다항함수, 삼각형 함수 또는 쌍곡선 함수에 의해 정의되는 포물선이고 또는 평탄한 곡선이거나 곡선의 결합체인 것을 특징으로하는 결합체.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 오목부면은 원뿔형인 것을 특징으로 하는 결합체.
  42. 제 37 항 내지 제 41 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰볼을 수용하기 적당하도록 상기 오목부면안에서 레스트를 구비하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 레스트는 상기 오목부면보다 작은 곡률 반지름을 가지는 오목부인 것을 특징으로 하는 결합체.
  44. 제 37 항 내지 제 43 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트는 기초부재상에 부착될 수 있는 하부 시트인 것을 특징으로 하는 결합체.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 기초부재는 파일인 것을 특징으로 하는 결합체.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 기초부재는 내부 또는 외부 바닥벽인 것을 특징으로 하는 결합체.
  47. 제 38 항 내지 제 46 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트는 지지되어지는 구조물의 하부상에서 부착될 수 있는 상부 시트인 것을 특징으로 하는 결합체.
  48. 제 38 항 내지 제 46 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트는 상부 시트이고 이것은 상기 마찰볼에 놓여지는 구조물의 전체부분인 것을 특징으로 하는 결합체.
  49. 제 37 항 내지 제 48 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합체에서 상기 각 하부 시트상에 놓여지는 다수의 상기 마찰볼이 존재하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 마찰볼이 3개 존재하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  51. 제 49 항에 있어서,
    상기 마찰볼이 7개 존재하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  52. 제 49 항 내지 제 51 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 마찰볼을 수용하기 위하여 상기 하부 시트의 상기 오목부면안에서 레스트가 존재하고, 레스트는 상기 볼의 상부면이 각 상기 볼의 접촉면과 평탄하게 놓여지는 구조물의 상부 시트 또는 하부 시트와 접촉되도록 형상되어지는 것을 특징으로 하는 결합체.
  53. 지지물을 지지할때 적어도 하나의 상기 볼 및 시트가 변형되고, 변형은 변형된 볼 및 시트 또는 변형된 시트 및 볼 또는 변형된 시트 및 변형된 볼 사이에서 상대적인 회전 이동을 방지하는 마찰력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 상기 볼 및 상기 볼과 상호작용할 수 있는 시트의 결합체.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 시트는 변형가능한 것을 특징으로 하는 결합체.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 볼을 포함하는 상기 시트의 표면은 변형가능한 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 결합체.
  56. 제 52 항 내지 제 54 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합체에서 상기 각 하부 시트상에 놓여지는 다수의 볼이 존재하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 볼이 3개 존재하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  58. 제 56 항에 있어서,
    상기 볼이 7개 존재하는 것을 특징으로 하는 결합체.
  59. 제 56 항 내지 제 58 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 볼을 수용하기 위하여 상기 하부 시트의 상기 오목부 표면안에서 레스트가 존재하고, 레스트는 상기 볼의 상부면이 각 상기 볼의 접촉면과 평탄하게 놓여지는 구조물의 상부 시트 또는 하부 시트와 접촉되도록 형상되어지는 것을 특징으로 하는 결합체.
  60. 구조물과 상기 구조물의 예정된 수의 기초지점사이에서 제 37 항 내지 제 59 항의 마찰볼과 시트 결합체를 삽입하는 것을 포함하고, 상기 구조물은 상기 각 결합체상에 놓여지는 것을 특징으로 하는 구조물의 지진 차단 방법.
  61. 제 60 항에 있어서,
    각 상기 결합체는 그 사이에서 상기 마찰볼을 구비하는 상부 및 하부 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 결합체는 상기 구조물의 건설단계시 설치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제 61 항에 있어서,
    상기 결합체는 존재하는 구조물과 구조물의 기초부사이에서 개선되는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제 61 항 내지 제 63 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합체는 모든 기초부재 위에서 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 기초부재는 주변벽 또는 내부벽인 것을 특징으로 하는 방법.
  66. 제 64 항에 있어서,
    상기 기초부재는 파일인 것을 특징으로 하는 방법.
  67. 제 60 항 내지 제 66 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물은 집인 것을 특징으로 하는 방법.
  68. 지지물을 지지할때 적어도 하나의 볼 및 시트가 변형되는 적어도 하나의 볼 및 상기 볼과 상호협력하는 시트를 삽입하는 것을 포함하고, 변형은 각 마찰볼에 놓여지는 상기 구조물의 다수의 기초지점과 구조물사이에서 상기 변형된 볼 또는 시트의 회전이동을 방지하는 마찰력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 구조물의 지진 차단 방법.
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