KR200324752Y1 - 가동자를 이용한 교량용 면진장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 지반의 진동으로부터 구조물을 보호하기 위해 진동의 전달을 차단하거나 소산시키는 장치로서 교량의 교각과 상판 사이에 설치되는 교량용 면진장치에 관한 것으로, 상세하게는 상부지지판과 하부지지판의 사이에 가동자를 설치하여 지진과 같은 급격한 진동의 발생시에 진자운동에 의한 가동자의 마찰력으로 지진력을 소산시키는 가동자를 이용한 교량용 면진장치에 관한 것이다.

본 고안에 따르면, 하부면에 반구형상의 홈으로 된 습동구면이 형성되고, 습동구면의 외측으로 씰링이 삽입되는 홈이 환설되며, 외곽부에 다수개의 볼트공이 뚫린 상부지지판과; 상부면에 반구형상의 홈으로 된 습동구면이 형성되고, 습동구면의 외측으로 씰링이 삽입되는 홈이 환설되며, 외곽부에 다수개의 볼트공이 뚫린 하부지지판과; 상부지지판 및 하부지지판의 습동구면의 사이 공간부에 설치되고, 윗면과 아랫면 각각에 습동구면과 면접하는 습동판이 각각 부착된 원통형의 가동자와; 상부지지판 및 하부지지판의 습동구면의 외측으로 환설된 홈에 끼워져 설치되는 씰링과; 하부지지판의 하측에 설치되고, 외곽부에 다수개의 볼트공이 뚫린 앵커플레이트와; 교량의 교각 및 상판에 매설되는 내측에 나사가 형성된 다수개의 앵커소켓과; 상기 각각의 앵커소켓에 체결되어 높낮이를 조절하는 높이조절너트가 체결된 다수개의 레벨조절볼트와; 하부지지판 및 앵커플레이트의 볼트공에 끼워져 교각에 매설된 앵커소켓에 체결되고, 상부지지판의 볼트공에 끼워져 상판에 매설된 앵커소켓에 체결되는 체결볼트를 포함하여 구성된 가동자를 이용한 교량용 면진장치가 제공된다.

Description

가동자를 이용한 교량용 면진장치{The bridge bearing with a pendulum}

본 고안은 지반의 진동으로부터 구조물을 보호하기 위해 진동의 전달을 차단하거나 소산시키는 장치로서 교량의 교각과 상판 사이에 설치되는 교량용 면진장치에 관한 것으로, 상세하게는 상부지지판과 하부지지판의 사이에 가동자를 설치하여 지진과 같은 급격한 진동의 발생시에 진자운동에 의한 가동자의 마찰력으로 지진력을 소산시키는 가동자를 이용한 교량용 면진장치에 관한 것이다.

내진 분리 시스템은 주로 황동베어링과 탄성고무베어링으로 대별되는데, 황동베어링은 일본에서 교량에 주로 사용되고, 탄성고무베어링은 일본과 미국을 비롯하여 뉴질랜드와 이탈리아 등에서 건물과 교량 등의 내진 분리를 목적으로 널리 사용되고 있다.

그러나, 수평력이 과도하게 작용했을 때 구조물의 변위를 억제할 필요성이 있고, 기존 교량의 내진보강과 시공기술이 용이하여야 할 필요성이 있으며, 지진 발생시 수평력 감쇠로 교량 구조물의 안전확보가 문제되고, 내진 구조의 안전설계로 인한 공사비의 증가가 문제되고 있다. 뿐만 아니라, 상기의 장치는 지진의 발생시 면진의 효과가 미미하여 건물과 교량이 심각한 피해를 입고 있음이 각종 사례를 통해 나타나고 있어, 적절한 내진 분리 시스템이 요구되고 있다.

따라서, 점탄성감쇠기(Visco-elastic Damper), 납삽입고무베어링형 면진장치 (Lead Rubber Bearing type Isolator), 마찰진자형 면진장치(Friction Pendulum System type Isolator) 등이 제안되고 있다.

상기 중 점탄성감쇠기(Visco-elastic Damper)는 변형의 속도에 비례해서 힘이 발생하는 점성과, 변형에 비례해서 힘이 발생하는 탄성을 동시에 갖고 있으며, 구조물의 감쇠능력을 증대시켜 지진, 풍력 등에 의해 발생하는 동적 응답을 감소시켜 구조물의 안전성과 사용성을 제고하기 위한 목적으로 사용된다.

그리고, 납삽입고무베어링형 면진장치(Lead Rubber Bearing type Isolator)는 납의 낮은 항복 후 강성에 의해 구조물의 고유진동수를 지반 진동의 주요 진동수 성분과 격리시키고 이력거동에 의해 면진장치 내에서 진동에너지를 소산시키는 작용을 한다.

또한, 마찰진자형 면진장치(Friction Pendulum System type Isolator)는 납삽입고무베어링형과 같은 목적으로 사용되는 면진장치로서 고유진동수 이동과 이력거동에 의한 에너지 소산에 의해 구조물을 지반진동으로부터 보호하는 작용한다. 차이점은 마찰진자형 면진장치는 마찰면의 곡률반경에 의해 복원력을 발생시키고, 이 곡률반경의 조정을 통해 전체구조물의 고유진동수를 원하는 값으로 이동시킬 수 있다. 그리고 이력거동에 의한 에너지 소산작용은 마찰면의 미끄러짐 현상을 통해 이루어 진다. 마찰진자형 면진장치는 2개의 전단방향 변형에 대해서는 상호 연관된 2축소성(biaxial plasticity)의 특성을 가지고, 축방향 변형에 대해서는 갭(Gap)과 동일한 비선형 특성을 가지며, 나머지 3개의 회전변형에 대해서는 상호 독립된 선형탄성 스프링의 특성을 갖는다.

상기의 마찰진자형 면진장치(Friction Pendulum System type Isolator)는 국내의 지역 특성에 적합한 것으로, 이의 원리를 이용하여 지진시의 충격을 베어링이 아닌 진자운동과 가동자의 마찰에 의하여 지진력을 소산시키는 면진시스템의 개발이 요구된다.

본 고안의 목적은 기존 교량의 보수 및 신설 교량의 축조 과정에서 교량 받침이 가지는 제반 문제점을 해결하여, 교량의 손상을 최소화하여 교량의 수명을 연장시키고, 관리 및 유지 비용의 절감과 신규교량의 건설비용을 절감할 수 있도록, 습동면이 구면으로 된 상하부의 구면상판 및 구면하판과, 상기 구면상하판의 사이에 설치되어 마찰에 의해 진진력을 소산시키는 가동자가 설치된 가동자를 이용한 교량용 면진장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안의 전체 분해 사시도

도 2는 본 고안이 교량에 설치된 상태도

도 3은 본 고안의 요부 상세도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 스토퍼 2 : 상판 3 : 상부지지판

4 : 사이드블록 5 : 교각 6 : 하부지지판

7 : 습동구면 8 : 씰링 9 : 볼트공

10 : 습동판 11 : 가동자 12 : 앵커플레이트

13 : 앵커소켓 14 : 높이조절너트 15 : 레벨조절볼트

16 : 체결볼트

이하 본 고안의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 하부 주연부의 측단에 한쌍의 스토퍼(1)가 서로 마주보게 돌설되고, 하부면에 평면의 윤활작동판이 설치되어, 교량의 상판(2) 저부에 설치되는 상부지지판(3)과; 상부 주연부에 상기 스토퍼(1)의 외측으로 한쌍의 사이드블록(4)이 서로 마주보게 체결되고, 반구 형상의 홈으로 된 곡면접촉부가 상부면에 형성되어, 교각(5)의 상부에 고정설치되는 하부지지판(6)과; 상부는 평면이고 하부는 반구형상의 곡면을 갖고, 상기 상부지지판(3)과 하부지지판(6)의 사이에 설치되는 베어링플레이트로 구성된 교량의 면진장치에 있어서;

하부면에 반구형상의 홈으로 된 습동구면(7)이 형성되고, 습동구면(7)의 외측으로 씰링(8)이 삽입되는 홈이 환설되며, 외곽부에 다수개의 볼트공(9)이 뚫린상부지지판(3)과; 상부면에 반구형상의 홈으로 된 습동구면(7)이 형성되고, 습동구면(7)의 외측으로 씰링(8)이 삽입되는 홈이 환설되며, 외곽부에 다수개의 볼트공(9)이 뚫린 하부지지판(6)과; 상부지지판(3) 및 하부지지판(6)의 습동구면(7)의 사이 공간부에 설치되고, 윗면과 아랫면 각각에 습동구면(7)과 면접하는 습동판(10)이 각각 부착된 원통형의 가동자(11)와; 상부지지판(3) 및 하부지지판(6)의 습동구면(7)의 외측으로 환설된 홈에 끼워져 설치되는 씰링(8)과; 하부지지판(6)의 하측에 설치되고, 외곽부에 다수개의 볼트공(9)이 뚫린 앵커플레이트(12)와; 교량의 교각(5) 및 상판(2)에 매설되는 내측에 나사가 형성된 다수개의 앵커소켓(13)과; 상기 각각의 앵커소켓(13)에 체결되어 높낮이를 조절하는 높이조절너트(14)가 체결된 다수개의 레벨조절볼트(15)와; 하부지지판(6) 및 앵커플레이트(12)의 볼트공(9)에 끼워져 교각(5)에 매설된 앵커소켓(13)에 체결되고, 상부지지판(3)의 볼트공(9)에 끼워져 상판(2)에 매설된 앵커소켓(13)에 체결되는 체결볼트(16)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이와같이 된 본 고안은 교각(5)에 높이조절너트(14)로써 높이가 조절된 레벨조절볼트(15)와 이와 체결된 앵커소켓(13)이 다수개 매설되고, 상기의 앵커소켓(13)에 하부지지판(6)과 앵커플레이트(12)를 결합한 체결볼트(16)가 체결되어 설치된다. 그리고, 상부지지판(3)은 체결볼트(16)로써 상부지지판(3)의 볼트공(9)에 끼운 후 상판(2)에 매설된 앵커소켓(13)에 체결하여 설치하게 된다.

이와 같이 설치된 본 고안은 가동자(11)가 하부지지판(6)의 습동구면(7)을 따라 교량의 상판(2)과 함께 진자 운동을 함으로써, 마찰력이 지진력을 소산시키는작용을 하게 된다.

상부지지판(3) 및 하부지지판(6)의 습동구면(7)의 가동자(11)와의 접촉면을 윤활 작용과 마찰 특성이 우수한 재료로써 피복처리(20㎛~60㎛)하게 되면 작동시의 마찰계수를 줄이고, 내마모성이 향상된다.

가동자(11)는 알루미늄 합금재로 된 원통형으로서, 그 윗면과 아랫면에 고기능성 플라스틱(PTFE:polytetrafluorethylene)에 특수 첨가재를 혼합한 재료로 만들어진 원형의 습동판(10)을 부착하게 된다. 상기의 습동판(10)은 상부지지판(3) 및 하부지지판(6)의 습동구면(7)과 면접촉되어 작동하는데, 본 고안에서는 내화학성, 내열성, 자기 윤활성, 내수성, 이형성이 우수하고, 마찰계수가 낮고 유전 특성이 매우 탁월한 고기능성 플라스틱(PTFE:polytetrafluorethylene)을 사용함으로써 그 효과를 증대시키게 된다.

가동자(11)는 교량 상판(2)의 신축작용시에는 마찰작용은 없이 회전작용만 하고, 수평력이 정적 마찰력보다 큰 경우(지진 발생시)에만 이동 또는 회전작용이 나타나며, 이 작용에 따라 지진시의 격렬한 흔들림을 부드럽게 함과 동시에 진동 에너지를 흡수(감쇠)하고, 구조물의 복원 기능을 갖게 한다.

상부지지판(3)과 하부지지판(6)의 사이 공간에는 가동자(11)의 습동판(10)과 상부지지판(3) 및 하부지지판(6)의 습동구면(7)에서의 윤활면 보호를 위한 씰링(8)이 설치되어 있어, 모래나 먼지 등의 이물질 침입을 막아줌으로써, 교량용 면진장치의 윤활작용과 마찰특성을 원활하게 하고, 윤활면의 내구성을 증대시키는 역할을 한다.

하부지지판(6)의 측단부에 설치된 사이드블록(4)은 상부지지판(3)의 측단에 설치된 스토퍼(1)의 외측에 체결되는 구조를 가짐으로써, 지진시에 발생하는 상양력(Up Lifting)을 억제하여 주고, 양측으로의 변위를 제한함으로써 낙교를 방지하는 역할을 하게 된다.

그리고, 하부지지판(6)의 하면에 놓이는 앵커플레이트(12)는 교량축조시 또는 기존 교량용 면진장치 설치시에 조정(수평도 및 이동량)을 용이하게 하고, 상부지지판(3)의 상면에도 필요시에는 앵커플레이트(12)를 설치하여 교량의 높낮이와 상부지지판(3)과의 고정작업을 용이하게 할 수 있어 설치비용의 절감이 가능하게 된다. 이는 또한 아래에서 설명하는 앵커소켓(13) 및 레벨조절볼트(15)에 의해 더욱 더 용이하게 된다.

앵커소켓(13)은 교량용 면진장치의 유지관리시에 면진장치의 이동 혹은 분해사유가 발생할 때에 체결볼트(16)만 풀어주면 본 고안을 손쉽게 움직일 수 있게 되고, 앵커소켓(13) 하단에 체결되는 레벨조절볼트(15)는 이애 채결된 높이조절너트(14)에 의해 설치시의 레벨조절이 용이하도록 사용된다.

상부지지판(3) 및 하부지지판(6)은 내구력이 높은 철강제를 사용한 내진구조로 되어 있고, 외부는 아연용융도금(Galvanizing:550gr/㎡)을 실시한 후 페인팅을 함으로써 발청을 억제하고 외관을 친환경적으로 미려하게 되어 있다.

이와같이 된 본 고안은 장주기의 구조물에 높은 면진효과가 있고, 황동베어링이나 롤러베어링 등의 교량용 면진장치로는 해결할 수 없는 구조물의 복원이 가능한 효과가 있으며, 구조가 단순하고 콤팩트하여 교량의 면진화에 소요되는 건설비용을 절감할 수 있고, 취급이 용이하여 어느 교량에서나 적용이 가능하며, 제품의 높이가 낮고 제품의 상하면에 앵커 플레이트가 설치되므로 기존 교량의 보수 및 면진화 시공이 용이하고, 제품 작동의 이상 유무를 용이하게 식별할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 하부 주연부의 측단에 한쌍의 스토퍼(1)가 서로 마주보게 돌설되고, 하부면에 평면의 윤활작동판이 설치되어, 교량의 상판(2) 저부에 설치되는 상부지지판(3)과; 상부 주연부에 상기 스토퍼(1)의 외측으로 한쌍의 사이드블록(4)이 서로 마주보게 체결되고, 반구 형상의 홈으로 된 곡면접촉부가 상부면에 형성되어, 교각(5)의 상부에 고정설치되는 하부지지판(6)과; 상부는 평면이고 하부는 반구형상의 곡면을 갖고, 상기 상부지지판(3)과 하부지지판(6)의 사이에 설치되는 베어링플레이트로 구성된 교량의 면진장치에 있어서;

   하부면에 반구형상의 홈으로 된 습동구면(7)이 형성되고, 외곽부에 다수개의 볼트공(9)이 뚫린 상부지지판(3)과; 상부면에 반구형상의 홈으로 된 습동구면(7)이 형성되고, 외곽부에 다수개의 볼트공(9)이 뚫린 하부지지판(6)과; 상부지지판(3) 및 하부지지판(6)의 습동구면(7)의 사이 공간부에 설치되고, 윗면과 아랫면 각각에 상부지지판(3) 및 하부지지판(6)의 습동구면(7)과 면접하는 습동판(10)이 각각 부착된 원통형의 가동자(11)와; 교량의 교각(5) 및 상판(2)에 매설되는 내측에 나사가 형성된 다수개의 앵커소켓(13)과; 하부지지판(6)의 볼트공(9)에 끼워져 교각(5)에 매설된 앵커소켓(13)에 체결되고, 상부지지판(3)의 볼트공(9)에 끼워져 상판(2)에 매설된 앵커소켓(13)에 체결되는 체결볼트(16)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가동자를 이용한 교량용 면진장치.
2. 제 1항에 있어서, 상부지지판(3)의 상측과 하부지지판(6)의 하측 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두에 외곽부에 다수개의 볼트공(9)이 뚫린 앵커플레이트(12)가 설치되는 가동자를 이용한 교량용 면진장치.
3. 제 1항에 있어서, 체결볼트(16)가 체결되는 앵커소켓(13)의 반대측단에 높낮이를 조절하는 레벨조절볼트(15)가 체결되는 가동자를 이용한 교량용 면진장치.
4. 제 1항에 있어서, 가동자(11)의 윗면과 아랫면에 설치되는 습동판(10)은 고기능성 플라스틱(PTFE, polytetrafluorethylene)인 가동자를 이용한 교량용 면진장치.