KR200214810Y1 - 고지압 탄성 패드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 교량의 상단 보나, 건축구조물의 상·하부 중간에 설치되어, 안정되게 하중을 지지하는 탄성 패드에 관한 것으로, 상판(11)과, 하판(12), 다수의 실린더홀(13a,13b)이 관통된 실린더 부재(13), 이들 실린더홀(13a,13b)에 각각 안착되는 다수의 탄성부재(19a,19b), 실린더홀(13a,13b)의 양측에 각각 삽입되어 탄성 부재(19a,19b)를 밀봉하는 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18) 및, 상판(11)과 실린더 부재(13) 사이, 하판(12)과 실린더 부재(13) 사이에서 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18)을 수용하면서 일체 성형되는 탄성보강재(20)로 이루어진 구조로 되어, 슬라이딩시 감쇄현상이 발생되도록 하면서 팽출현상이 구속되어 보다 큰 하중을 지지할 수 있게 되어, 안전성이 향상되고, 보다 폭 넓은 활용이 가능하면서 시공비용이 감소되도록 된 것이다.

Description

고지압 탄성 패드

본 고안은 교량의 상단 보나, 건축구조물의 상·하부 중간에 설치되어, 안정되게 하중을 지지하는 탄성 패드에 관한 것으로, 특히 슬라이딩시 감쇄현상이 발생되면서 팽출현상이 구속되어 보다 큰 하중을 지지하여 안전성이 향상되고, 보다 폭 넓은 활용이 가능하면서 시공비용이 감소되도록 된 고지압 탄성 패드에 관한 것이다.

종래 탄성 패드(110)는 도 9에 도시된 바와 같이, 러버 재질의 몸체(111)와, 이 몸체(111) 내부에 수평방향으로 평행하게 인서트 성형되는 다수의 보강판(112)으로 구성되어, 보나 건축구조물의 상부 하중을 지지하면서 좌굴이나 슬라이딩이 가능하도록 단품 형태로 직접 설치되지만, 필요에 따라 탄성 패드(110)의 좌굴이나 또는 슬라이딩을 소정 방향, 혹은 소정 각도로 제어하기 위해서는 상부 케이스(200) 및 하부 케이스(300)가 보강된 탄성 받침(100)을 이용하는 것이 유리하다. 여기서, 상부 케이스(200) 및 하부 케이스(300)에 의한 가동 방향의 제어는 상부 케이스(200) 및 하부 케이스(300)에 스토퍼나, 가이드, 혹은 클램프 등을 서로 상응하게 설치하여 좌굴이나 미끄럼이 제어되도록 하고 있으며, 이러한 기술은 일반적으로 공지된 내용이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 종래 탄성 패드(110)는 몸체(111)가 러버 재질로 되어 있어서 러버 재질의 물성에 의해 가해지는 하중 방향에 따라 소정 각으로 좌굴, 혹은 슬라이딩이 내부에서 가능하게 되고, 다수의 보강판(112)이 내장되어 압축 변형이 과도하게 발생되지 않도록 되어 있으며, 또한, 지진 발생시와 같이 수평하중이 과도하게 가해지면 수평하중에 의한 일에너지가 러버재질의 몸체(111)의 변형에너지로 변환되어 수평하중에 의한 충격이 감쇄되는 바, 이러한 탄성 패드(110)는 고무에서 피로효과를 허용하게 하는 재료의 극한 강도하에서 잘 작동되도록 설계되어야 하고, 설계치보다 큰 일시적 과하중이나 변형을 파괴없이 수용할 수 있어야 한다.

그러나, 상기 종래 탄성 패드(110)는 하중이 가해지면 보강판(112)이 내장되어 몸체(111)의 변형(팽출)이 억제된다고 하더라도 보강판(112)과 보강판(112) 사이의 몸체(111)가 사방으로 팽출되면서 변형이 쉽게 발생되어 내구력이 저하되고, 지압응력이 작게되므로 큰 하중을 지지하면서 안정성이 향상되도록 하는 것에 한계가 발생되었다.

이에 도 10에 도시된 바와 같은 탄성 받침(혹은 탄성 포트)이 제안되어 이용되고 있는데, 이에 따르면 탄성 받침(100)은, 상부 케이스(200)와, 실린더홀(310)이 형성된 하부 케이스(300) 및, 탄성 패드(120)로 구성되며, 이 탄성 패드(120)는 하부 케이스(300)의 실린더홈(310)에 안착되는 러버재질의 탄성부재(121)와, 이 실린더홈(310)에 삽입되어 탄성부재(121)에 의해 상방향으로 탄발지지되는 피스톤(122), 이 피스톤(122)의 상면에 부착되어 상부 케이스(220)의 미끄러짐이 원활하게 수행되도록 하는 미끄럼판(123) 및, 피스톤(122)에 부착되어 실린더홈(310)에 안착된 탄성부재(121)를 밀봉하는 밀봉수단(124)으로 구성되고, 상기 미끄럼판(123)은 일반적으로 불소수지(PTFE) 등을 재질로 한다.

상기 탄성 패드(120)는 그 구조상 단품으로 사용될 수 없으며 반드시 상부 케이스(200)와 하부 케이스(300)가 보강된 탄성 받침(100)으로 사용된다.

이러한 탄성 받침(100)은 경우에 따라서 다양하게 변형 실시될 수 있는데, 즉 전(全)방향 가동형인 경우에는 도 10에 도시된 바와 같으며, 전(全)방향 고정형인 경우에는 미끄럼판(123)을 제거하고, 상부 케이스(200)와 탄성 패드(120)의 피스톤(122)을 일체로 형성시켜서, 실린더홈(310)에 삽입된 피스톤(122)에 의해 상부 케이스(200)가 사방으로 미끄럼 이동되지 못하도록 한다. 또한, 일방향 가동형인 경우에는 상부 케이스(200) 및/또는 피스톤(122)에 일방향으로 가이드 홈을 형성하고, 이 가이드 홈에 별도의 가이드 핀을 삽입하거나 이 가이드 홈에 상응하는 위치의 상부 케이스(220), 혹은 피스톤 부재(211)에 가이드 핀을 설치하여 상부 케이스(220)가 가이드 홈을 따라 일방향으로 미끄럼 이동되도록 하고 있다.

한편, 수직하중이 상기 탄성 패드(120)를 갖춘 탄성 받침(100)에 작용되는 경우에는 피스톤(122)이 전(全)방향으로 기울어져서 도 9에 도시된 탄성 받침(100)과 동일하게 전(全)방향으로 좌굴된다.

상기 도 10에 도시된 탄성 받침(100)은 하부 케이스(300)의 실린더홈(310)에 탄성부재(121)가 밀봉되어있기 때문에 수직하중이 탄성 받침(100)에 가해져서 탄성부재(121)가 눌려지더라도 팽출현상이 발생되지 않으므로, 상기 도 9의 탄성 받침(100), 즉 탄성 패드(110)에 비해서 보다 큰 하중을 지지할 수 있으면서 안전성이 향상되지만, 지진등으로 인해 외부로부터 수평하중이 작용되어 슬라이딩될 때, 감쇄현상이 발생되지않으므로 안전성이 저하되는 단점이 있다.

이러한 도 10의 탄성 받침(100)은 역학적인 구조상 실린더홈(310)과 탄성부재(121) 및 피스톤(122)이 원형으로 형성되어서 큰 하중을 지지하기 위하여 탄성 받침(100)의 크기를 확대하는 경우에는 공지된 바 있는 후프의 공식에 의해 실린더홈(310)의 직경과 깊이 및 실린더홈(310)이 형성된 하부 케이스(300)의 폭이 일정하게 증가된다.

한편, 보를 구성하는 빔이나 트러스는 자중이나 외력 및 온도변화에 의해 그 길이가 신장되거나 신축되므로, 보를 구성하는 빔이나 트러스를 지지하는 경우에는 안전성이 고려된 적절한 연단거리가 요구된다.

따라서, 교각의 상면에 탄성 받침을 고정하고 이 탄성 받침을 매개로 보를 구성하는 빔이나 트러스를 지지하는 경우에 적절한 연단거리를 확보하기 위해서는 탄성 받침의 폭이 소정 길이만큼 요구되고, 교각 또한 탄성 받침을 안전하게 지지할 수 있도록 상면의 폭이 소정 길이만큼 요구되는 바, 연단거리를 확보하는 탄성 받침의 폭과, 탄성 받침을 지지하는 교각의 상면 폭이 불필요하게 증가되면 교각의 전체 폭을 설계치보다 확대해야 하므로 시공비가 크게 증가된다. 그러므로, 탄성 받침의 폭과 교각의 상면 폭은 연단거리를 확보하면서 안전성이 고려된 적절한 값으로 설정되어야 한다.

그러나, 상기 도 10의 탄성 받침(100)으로 보를 구성하는 빔이나 트러스를 지지하는 경우, 하중을 충분히 지지하기 위해서는 탄성 받침(100)이 소정 크기로 요구되지만, 상기에서 이미 언급한 바와 같이 탄성 받침(100)의 크기를 확대하는 경우에는 너비와 폭이 일정하게 증가되므로, 탄성 받침(100)의 폭 길이가 연단거리를 확보하는 적정 길이 이상으로 됨에 따라 교각의 전체 폭이 불필요하게 증가될 수밖에 없어서 시공비가 불필요하게 낭비되고, 이로 인해 사용이 제한되는 문제가 발생되었다.

또한, 차량용 교량, 특히 철도차량용 교량의 경우에는 동역학적인 힘이 교량의 보에 크게 가해지게 되는바, 이를 지지하는 탄성 받침은 교축방향으로의 좌굴은 이루어지면서, 교축방향과 90도를 이루는 방향으로의 좌굴(보의 비틀림)은 될수록 억제되는 것이 안전상 바람직하지만, 상기 도 9의 탄성 패드(110) 및 도 10의 탄성 받침(100)은 사방으로 좌굴이 가능한 구조로 되어 있어서, 안전상의 문제가 항상 내포되는 문제가 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로, 슬라이딩시 감쇄현상이 발생되면서 팽출현상이 구속되도록 하여 보다 큰 하중을 지지할 수 있고, 안전성이 향상되며, 보다 폭 넓은 활용이 가능하면서 시공비용이 감소되도록 하는 고지압 탄성 패드를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제1실시예를 도시한 평면도 혹은 저면 도,

도 1b는 도 1a의 정단면도,

도 1c는 도 1a의 측단면도,

도 2a는 본 고안의 제1실시예에 따른 탄성 패드에 교축방향과 90도 교차된 방향으로 편심된 수직하중이 작용되는 상태도,

도 2b는 본 고안의 제1실시예에 따른 탄성 패드에 교축방향으로 편심된 수직 하중이 작용되는 상태도,

도 3a는 본 고안의 제1실시예에 따른 탄성 패드에 교축방향과 90도 교차된 방향으로 수평하중이 작용되는 상태도,

도 3b는 본 고안의 제1실시예에 따른 탄성 패드에 교축방향으로 수평하중이 작용되는 상태도,

도 4a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제2실시예를 도시한 평면도 혹은 저면 도,

도 4b는 도 4a의 정단면도,

도 5a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제3실시예를 도시한 평면도 혹은 저면 도,

도 5b는 도 5a의 정단면도,

도 6a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제4실시예를 도시한 평면도 혹은 저면 도,

도 6b는 도 6a의 정단면도,

도 7a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제5실시예를 도시한 평면도 혹은 저면 도,

도 7b는 도 7a의 정단면도,

도 8은 본 고안에 따른 탄성 패드를 갖춘 탄성 받침의 정단면도,

도 9는 종래 기술에 따른 탄성 패드를 갖춘 탄성 받침의 일예를 도시한 정단 면도,

도 10은 종래 기술에 따른 탄성 패드를 갖춘 탄성 받침의 다른 일예를 도시 한 부분 정단면도이다.

10 ; 탄성 패드, 11 ; 상판,

11a ; 안착홀, 12 ; 하판,

12a ; 안착홀, 13 ; 실린더 부재,

13a,13b ; 실린더홀, 14 ; 블록,

14a ; 관통홀, 14',14" ; 실린더,

15,17 ; 상부 피스톤, 16,18 ; 하부 피스톤,

15a,16a,17a,18a ; 일방향 가공면, 19a,19b ; 탄성부재,

20 ; 탄성보강재, 20a ; 제1탄성보강부,

20b ; 제2탄성보강부, 20c ; 부식방지부,

21 ; 에너지흡수부재, 100 ; 탄성 받침,

200 ; 상부 케이스, 300 ; 하부 케이스.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 상판과, 하판, 다수의 실린더홀이 관통된 실린더 부재, 이들 실린더홀에 각각 안착되는 다수의 탄성부재, 실린더홀의 양측에 각각 삽입되어 탄성 부재를 밀봉하는 상·하부 피스톤 및, 상판과 실린더 부재 사이, 하판과 실린더 부재 사이에서 상·하부 피스톤을 수용하면서 일체 성형되는 탄성보강재로 이루어진 것을 구조로 되어 있다.

이하 본 고안을 첨부된 예시도면에 의거하여 실시예를 상세히 설명한다.

도 1a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제1실시예를 도시한 평면도 혹은 저면도이고, 도 1b는 도 1a의 정단면도이며, 도 1c는 도 1a의 측단면도인 바, 이에 따르면, 본 고안에 따른 탄성 패드(10)는, 상판(11)과, 하판(12), 다수의 실린더홀(13a,13b)이 관통된 실린더 부재(13), 이들 실린더홀(13a,13b)에 각각 안착되는 다수의 탄성부재(19a,19b), 실린더홀(13a,13b)의 양측에 각각 삽입되어 탄성 부재(19a,19b)를 밀봉하는 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18) 및, 상판(11)과 실린더 부재(13) 사이, 하판(12)과 실린더 부재(13) 사이에서 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18)을 수용하면서 일체 성형되는 탄성보강재(20)로 이루어지는데, 제1실시예에 의하면 상기 실린더 부재(13)는 각각 실린더홀(13a,13b)이 관통된 한 쌍의 원통형 실린더(14',14")로 되어 있다.

도 2a는 본 고안 제1실시예에 따른 탄성 패드에 교축방향과 90도 교차된 방향으로 편심된 수직하중이 작용되는 상태도이고, 도 2b는 본 고안 제1실시예에 따른 탄성 패드에 교축방향으로 편심된 수직하중이 작용되는 상태도인 바, 이에 따르면, 도 2a에 도시된 바와 같이 교축방향과 90도 교차된 방향으로 편심된 수직하중이 작용되더라도 탄성 패드(10)는 좌굴되지 않으며, 도 2b에 도시된 바와 같이 탄성 패드(10)에 교축방향으로 편심된 수직하중이 작용되면 상판(11)과 상부 피스톤(15,17)이 하중 작용 방향으로 기울어져서, 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18)을 중심으로 수직하중이 작용되는 측의 제1·2탄성보강부(20a,20b)는 압축되고, 이와 반대측의 제1·2탄성보강부(20a,20b)는 인장된다.

도 3a는 본 고안 제1실시예에 따른 탄성 패드에 교축방향과 90도 교차된 방향으로 수평하중이 작용되는 상태도이고, 도 3b는 본 고안 제1실시예에 따른 탄성 패드에 교축방향으로 수평하중이 작용되는 상태도인 바, 이에 따르면, 교축방향과, 이와 90도 교차된 방향의 어느 쪽으로 수평하중이 작용되더라도 제1·2탄성보강부(20a,20b)가 인장되어 하판(12)을 기준으로 하여 상판(11)과 실린더 부재(13)가 상대적으로 미끄럼 이동되고, 이에 따라 가해지는 수평하중이 감쇄되는데, 도 1a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 상판(11)과 하판(12)에 맞닿는 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18)의 단부에 한 방향으로 라운딩처리된 일방향 가공면(15a,16a,17a,18a)을 형성하여 상판(11)과 상부 피스톤(15,17), 하부 피스톤(16,18)과 하판(12)이 선접촉되도록 하면, 접촉부위의 마찰이 감소되어 미끄럼 이동이 원활하게 이루어진다.

도 4a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제2실시예를 도시한 평면도 혹은 저면도이고, 도 4b는 도 4a의 정단면도인 바, 이에 따르면, 상기 탄성보강재(20)가 상판(11)과 하판(12) 및 실린더 부재(13) 등의 외면을 감싸며 일체 성형되어 부식방지부(20c)를 형성하고 있는데, 이와 같이 상판(11)과 하판(12) 및 실린더 부재(13) 등을 탄성보강재(20)로 감싸면 각 금속부재의 부식이 방지되어 제품수명이 연장되는 효과가 있다.

도 5a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제3실시예를 도시한 평면도 혹은 저면도이고, 도 5b는 도 5a의 정단면도인 바, 이에 따르면, 상기 상판(11)과 하판(12)에 안착홀(11a,12a)이 형성되어 원통형 실린더(14',14") 사이의 위치에서 에너지흡수부재(21)가 관통 삽입되는데, 에너지흡수부재(21)로는 공지의 것들이 모두 이용가능하지만 납이 가장 일반적이다.

이와 같이 상기 에너지흡수부재(21)가 구비되면 수평하중이 작용되어 하판(12)을 기준으로 상판(11)과 실린더 부재(13)가 미끄럼 이동되면, 에너지흡수부재(21)가 변형되면서 에너지를 흡수하므로, 급격하게 가해지는 수평하중이 완충되어, 탄성 패드(10)의 파손이 방지되고, 안전성이 향상되는 효과가 있다.

도 6a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제4실시예를 도시한 평면도 혹은 저면도, 도 6b는 도 6a의 정단면도인 바, 이에 따르면 상기 실린더 부재(13)는, 한 쌍의 실린더홀(13a,13b)이 관통된 직사각형 블록(14)으로 되어 있으며, 수직하중과 수평하중이 작용되는 상태는 제1실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 7a는 본 고안에 따른 탄성 패드의 제5실시예를 도시한 평면도 혹은 저면도이고, 도 7b는 도 7a의 정단면도인 바, 이에 따르면, 상기 직사각형 블록(14)에 관통홀(14a)이 형성되고, 상판(11)과 하판(12)에 안착홀(11a,12a)이 형성되어, 실린더홀(13a,13b) 사이의 위치에 에너지흡수부재(21)가 관통 삽입되어 있는데, 이러한 에너지흡수부재(21)를 보강함에 따른 기능은 상기 도 5a 및 도 5b를 참고로 설명한 바와 같으므로 이에 대한 설명도 생략하기로 한다.

도 8은 본 고안에 따른 탄성 패드를 갖춘 탄성 받침의 정단면도인 바, 이에 따르면 탄성 받침(100)은, 탄성 패드(10)와 상부 케이스(200) 및 하부 케이스(300)로 구성되는데, 탄성 패드(10)의 상판(11)에 상부 케이스(200)가 부착되고, 하판(12)에 하부 케이스(300)가 부착되어 있다.

도 8에 도시된 일예는 사방으로 미끄럼 이동이 가능한 전(全)방향 가동형이지만, 상부 케이스(200)와 하부 케이스(300)에 스토퍼나, 가이드, 혹은 클램프 등을 서로 상응하게 설치하여 필요에 따라 전(全)방향 고정형이나, 일방향 고정형으로 응용하여 사용할 수 있다.

본 고안에 따른 탄성 패드(10)는 상기 도 2a 및 도 2b에서 설명한 바와 같이 교축방향으로는 좌굴이 원활하게 수행되면서 교축방향과 90도로 교차되는 방향으로는 좌굴이 발생되지 않게 되는데, 이러한 점은 종래 기술에서는 찾아볼 수 없는 특성이라고 할 수 있는 바, 이러한 특성으로 인해 차량용 교량의 보, 특히 철도차량용 보를 지지하는 매체로 본 고안에 따른 탄성 패드(10)를 이용하는 경우 안전성이 크게 향상되는 잇점이 기대되며, 또한 상기 다양한 실시예에서 보여지듯이, 종래 탄성 패드(110,120)에 비해서 그 자체 폭을 필요에 맞게 축소할 수 있고, 또한 종래 탄성 패드(110,120)에 비해서 동일한 지지면적으로 보다 큰 하중을 지지할 수 있게 된다.

이상 상기한 바와 같은 본 고안에 따르면, 보다 큰 하중을 지지할 수 있으면서 슬라이딩시 감쇄현상이 발생되고 시공시 교축직각방향으로의 전도방지효과로 안전성이 향상되고, 필요에 따라 자체 폭을 용이하게 조절할 수 있게 되어 시공비용이 절감되며, 또한 필요에 따라 다양하게 변형 설치할 수 있어서 상품성이 향상되는 효과가 있다.

한편, 본 고안에 따르면, 탄성보강재가 상·하부 실린더를 수용하므로 별도의 밀봉수단이 불필요하면서 밀봉기능은 더욱 향상된다.

본 고안은 상기에서 실시예로 설명된 바와 같은 한 쌍의 실린더홀을 갖춘 탄성 패드에 한정되지 않고, 이하 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (7)

1. 상판(11)과, 하판(12), 다수의 실린더홀(13a,13b)이 관통된 실린더 부재(13), 이들 실린더홀(13a,13b)에 각각 안착되는 다수의 탄성부재(19a,19b), 실린더홀(13a,13b)의 양측에 각각 삽입되어 탄성 부재(19a,19b)를 밀봉하는 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18) 및, 상판(11)과 실린더 부재(13) 사이, 하판(12)과 실린더 부재(13) 사이에서 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18)을 수용하면서 일체 성형되는 탄성보강재(20)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고지압 탄성 패드.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탄성보강재(20)가 상판(11)과 하판(12) 및 실린더 부재(13) 등의 외면을 감싸며 일체 성형되어 부식방지부(20c)를 형성하는 것을 특징으로 하는 고지압 탄성 패드.
3. 제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 상판(11)과 하판(12)에 맞닿는 상·하부 피스톤(15,16 ; 17,18)의 단부에 일방향 가공면(15a,16a,17a,18a)이 형성되어진 것을 특징으로 하는 고지압 탄성 패드.
4. 제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 실린더 부재(13)는, 각각 실린더홀(13a,13b)이 관통된 한 쌍의 원통형 실린더(14',14")인 것을 특징으로 하는 고지압 탄성 패드.
5. 제 4항에 있어서, 상기 상판(11)과 하판(12)에 안착홀(11a,12a)이 형성되어 원통형 실린더(14',14") 사이의 위치에서 에너지흡수부재(21)가 관통 삽입되어진 것을 특징으로 하는 고지압 탄성 패드.
6. 제 1항 내지 제 2항에 있어서, 상기 실린더 부재(13)는, 한 쌍의 실린더홀(13a,13b)이 관통된 직사각형 블록(14)인 것을 특징으로 하는 고지압 탄성 패드.
7. 제 6항에 있어서, 상기 직사각형 블록(14)에 관통홀(14a)이 형성되고, 상판(11)과 하판(12)에 안착홀(11a,12a)이 형성되어, 실린더홀(13a,13b) 사이의 위치에 에너지흡수부재(21)가 관통 삽입되어진 것을 특징으로 하는 고지압 탄성 패드.