KR200411513Y1 - 교량받침용 사이드블럭 탄성패드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 일종의 내부에 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링으로 보강판 주변에 고무나 우레탄 등 탄성을 가지는 재료를 계단식으로 성형시켜 보강판의 중심은 넓게 그리고 보강판으로 부터의 거리에 따라 계단식으로 배열한 형상에 관한 것으로 중앙에 구멍을 두어 변위의 방향을 유도할 수 있는 구조이다.

초기에는 탄성재의 수축 변위가 작은 하중에도 크게 발생하나 하중이 클수록 이들이 비선형으로 거동하게 되는 구조이다. 또한 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링이 일정한 크기의 변위제어 틀(형틀)로 구속되게 되면 초기 저 강성 스프링에서 비선형성을 유지하면서 압축변위에 따라 고 강성 스프링구조가 되며, 압축하중이 점차 증가되어 탄성체의 압축변형과 횡 변형이 증가되고 이들 형틀에 구속될 경우에는 급속히 스프링계수가 커지게 되는 구조로 진동감소 및 충격력을 흡수시킬 수 있는 특징이 있다.

비선형 탄성 스프링, 탄성재, 보강판, 충격력, 진동감소, 교량받침

Description

교량받침용 사이드블럭 탄성패드{An elastic pad}

도 1은 본 고안의 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링을 나타낸 측면도

도 2는 본 고안의 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링을 나타낸 단면도

도 3은 본 고안의 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링을 나타낸 평면도

도 4는 본 고안의 비선형 탄성 스프링을 적층하여 나타낸 측면도

도 5는 본 고안의 비선형 탄성 스프링의 변위제어 틀(사이드 블럭)을 나타낸 사시도

도 6은 본 고안의 비선형 탄성 스프링을 여러 개 사용했을 때 하중-변위 관계를 나타낸 그래프

도 7a는 본 고안의 초기단계의 형상을 나타낸 상태도

도 7b는 본 고안의 작은 종 방향 하중을 재하 시켰을 경우 형상을 나타낸 상태도

도 7c는 본 고안의 사용하중범위 내의 종 방향 하중을 재하 시켰을 경우 형상을 나타낸 상태도

도 7d는 본 고안의 사용하중범위를 초과하게 되는 종 방향 하중을 재하 시켰을 경우 형상을 나타낸 상태도

도 8 은 본 고안의 바람직한 실시예를 나타낸 저면도

도 9 는 본 고안의 바람직한 실시예를 나타낸 조립상태 일부 단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 보강판 2 : 탄성재

3 : 볼록나온 부분 4 : 오목하게 들어간 부분

5 : 구멍 6 : 변위제어 틀

8 : 비선형 탄성 스프링 10 : 설치홈

11 : 상부 플레이트 12 : 하부 플레이트

13 : 플레이트 돌기 15 : 돌기홈

16 : 변위제어 틀로 구속된 상태의 하중-변위 관계를 나타낸 그래프

17 : 변위제어 틀로 구속되지 않은 상태의 하중-변위 관계를 나타낸 그래프

본 고안은 일종의 내부에 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링으로 보강판 주변에 고무나 우레탄 등 탄성을 가지는 재료를 계단식으로 성형시켜 보강판의 중심은 넓게 그리고 보강판으로 부터의 거리에 따라 피라밋(계단식) 형으로 배열하고 중앙에 구멍을 두어 변위의 방향을 유도할 수 있는 것으로

더욱 상세하게는 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링이 일정한 크기의 틀로 구속되게 되면 초기 저 강성 스프링에서 비선형성을 유지하면서 압축변위에 따라 고 강성 스프링구조가 되며, 압축하중이 점차 증가되어 탄성체의 압축변형과 횡변형이 증가되고 형틀에 구속될 경우에는 급속히 스프링계수가 커지게 되는 구조로 진동감소 및 충격력을 흡수시킬 수 있도록 하는 교량받침용 사이드블럭 탄성패드에 관한 것이다.

열차의 큰 하중을 받기 위하여 이와 유사하게 제작된 스프링이 있으며, 이는 횡방향으로 넓게 변형이 발생할 수 있게 하여 큰 하중에도 저항할 수 있는 형상을 가지고 있다. 이 구조는 큰 하중을 제어할 목적보다는 일정한 하중범위 내에서 비선형성이 크지 않은 범위 내에서 스프링과 일종의 감쇠 역할을 수행하게 하는 구조이며 큰 하중에서는 과도한 고무의 횡 변위로 고무에 인장응력이 크게 발생하므로 고무가 열화 되어 피로수명이 짧아지는 단점이 있다.

에어컨디셔너의 실외기에서 진동을 감쇠시키기 위한 받침의 고무스프링도 이와 유사한 형상을 가지고 있으며, 내부에 스프링강이 삽입되어 수직력을 키우거나 고 탄성체를 형성하는 데에 활용하고 있다. 이 또한 위에서 기술한 바와 같이 일정 규모의 탄성력을 얻는 데에서 사용되는 구조로 고정하중의 변화가 거의 없고 활하중의 변화가 고정하중에 비하여 아주 작을 때 유용하게 사용되는 구조이다.

본 고안은 위와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 보강판의 양쪽에 대칭으로 피라밋 형식으로 탄성판을 성형시킨 구조로서 초기에는 작은 하중에도 큰 변위가 발생하며, 점차 하중이 증가하면 수직변위가 증가 되면서 탄성체의 횡변위의 증가에 의하여 종 방향 변위를 방해하게 되어 비선형성을 가지게 된다. 이때 피라밋 형상의 탄성체의 층 사이 경계는 위층의 탄성체가 아래층의 탄성체를 수직으로 밀고 들어가게 되므로 감쇠 효과가 우수하게 됨을 목적으로 한다.

본 고안은 큰 하중이 작용하게 될 때에는 탄성체의 횡 방향 변위를 구속시키게 되어 일종의 포토 베어링과 같이 작용하게 되므로 횡 방향 변위제어 틀(일종의 포토)과 함께 사용하게 되면 초기에 작은 힘으로 큰 변위를 발생시켜 탄성재가 영구변형으로 손실된 경우에도 스프링 역할을 할 수 있게 하고, 정상적인 변위 범위 또는 하중범위 내에서는 적정한 비선형 스프링성을 유지하게 되며 갑자기 큰 하중이 작용되게 되면 고 강성의 스프링으로 변위를 제어시켜 충격력을 흡수할 수 있게 함을 특징으로 한다.

이하 본 고안을 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링을 나타낸 것으로, 가운데 일자형으로 삽입되는 보강판(1)에 탄성재(2)를 피라밋 형상으로 성형하고, 상기 탄성재(2)의 피라밋 형상 중앙에는 볼록나온 부분(3)과 오목하게 들어간 부분(4)이 양쪽에 각각 구성되는 비선형 탄성 스프링(8)을 성형한다.

이때 종 방향 변위를 제어시킬 필요가 있을 경우에는 도 3에서와 같이 가운데에 구멍(5)을 뚫어 변위를 유도할 수 있으며, 이 경우에도 구멍(5) 주변은 피라밋 형상을 갖도록 구성한다.

도 4는 본 고안의 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링을 여러 개 적층으로 사용하여 스프링의 강성이나 변위량을 조절할 수 있음을 나타낸 것으로, 비선형 탄성 스프링(8)은 볼록나온 부분(3)과 오목하게 들어간 부분(4)이 연속해서 적층되면서 이들을 연결시켜 주는 역할을 한다.

도 5는 본 고안의 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링을 변위제어 틀 속에 넣은 상태를 나타낸 것으로, 돌기홈(15)을 갖는 변위제어 틀(6)의 내부에는 양측으로 설치홈(10)이 형성되고 설치홈(10)에 비선형 탄성 스프링(8)이 적층되어 설치된 후 탄성재(2)의 횡 방향 변위를 제어시켜 주는 것을 나타낸 것이다.

도 6은 본 고안의 보강판을 가지는 비선형 탄성 스프링을 여러 개 사용하였을 때 하중-변위관계를 나타낸 것이며, 도 7a 내지 7d는 비선형 탄성 스프링에 종 방향 하중을 재하 시킬 때 탄성재가 횡으로 변형이 발생하는 상태를 나타낸 것으로,

도 7a는 비선형 탄성 스프링(8)을 설치한 초기 단계이다. 보강판(2)을 가지는 비선형 탄성 스프링(8)에 작은 종 방향 하중을 도 7b와 같이 재하 시키면 탄성재가 횡으로 변형이 발생하면서 종 방향 변위가 크게 발생되게 된다. 즉 저 강성 스프링 구조이며 이는 압축력에 의한 영구변형을 흡수하기에 유용한 하중-변위 관계를 제공한다.

다시 사용하중범위 내의 종 방향 하중을 도 7c와 같이 재하 시키면 탄성재(2)가 횡으로 변형이 발생하면서 탄성재(2)의 단면이 커지게 되는 한편 길이는 짧아지게 되고, 또한 탄성재(2)의 횡 저항력이 증가되어 스프링력은 더욱 증가되게 된다. 따라서 하중-변위 관계에서 비선형성이 뚜렷하게 나타나며, 이러한 비선형성은 구조적 특성에 따라 유용하게 활용할 수 있다.

사용하중범위를 초과하게 되는 종 방향 하중을 도 7d와 같이 재하 시키면 탄성재(2)는 더욱더 횡 방향으로 변형되며 탄성재(2)의 단면은 더욱 커지게 되는 한편 길이는 더욱 짧아지게 되고 또한 탄성재(2)의 횡 저항력이 증가되어 비선형 탄성스프링(8)의 탄성력은 더욱 증가하게 된다.

그러나 이 경우에는 탄성재(2)의 인장응력이 크게 되어 손상될 우려가 있으므로 구조체로서의 사용은 불가능한 것이다.

도 8과 도 9는 본 고안의 바람직한 실시예를 나타낸 저면도와 단면도로써, 하부 플레이트(12)의 내부에 중앙으로 베어링(14)이 설치되어 하부 플레이트(12)에 올려지고 양측으로 플레이트 돌기(13)가 돌출되는 상부 플레이트(11)가 설치된다.

상기 상부 플레이트(11)의 양측에는 변위제어 틀(6)이 설치되고, 이 변위제어 틀(6)의 돌기홈(15)을 통하여 플레이트 돌기(13)가 삽입된다.

플레이트 돌기(13)가 삽입되는 양측에는 설치홈(10)이 형성되므로 이 설치홈(10)에는 비선형 탄성스프링(8)이 여러 개 삽입되어 횡 방향 변위를 구속하는 것이다.

여기서 하중-변위 거동관계는 도 6에서와 같이 변위제어 틀로 구속된 상태의 하중-변위 관계를 나타낸 그래프(16)와 유사하게 된다.

횡 방향 변위가 자유롭지 못하고 변위제어 틀(6)에 의하여 제한됨으로 비선형 탄성 스프링(8)의 설치홈(10) 내부에 꽉 차게 되어 이때부터는 일종의 유압과 같이 저항하게 되므로 갑자기 하중-변위 곡선은 급경사로 증가하게 된다. 이때에는 큰 하중도 비선형 탄성 스프링(8)의 손상이 적은 상태에서 저항할 수 있는 구조를 제공한다.

따라서 하중-변위 관계에서 비선형성이 뚜렷하게 나타나며, 이러한 비선형성은 구조적 특성에 따라 유용하게 활용할 수 있다.

본 고안은 비선형 탄성 스프링의 영구변형을 초기의 작은 하중에 의한 큰 변위로부터 흡수시킬 수 있고, 사용하중 또는 범위 내에서는 탄성 스프링의 적절한 비선형성을 유지할 수 있으며, 주변에서 변위제어 틀로 변위를 제어시키게 되면 사용하중보다 훨씬 큰 하중에도 저항하게 되므로 초기 하중으로부터 변위가 제어될 때까지 저 강성 스프링에서 고 강성 스프링까지 거의 연속적으로 비선형 거동을 하게 되므로 이를 교량받침 등에 사용한다면 온도변위 등에 대한 흡수와 진동 및 충격하중에 대한 감쇠 효과를 높일 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 보강판(1)이 삽입된 탄성재(2)를 적층하고 볼록나온 부분(3)과 오목하게 들어가는 부분(4)이 형성된 비선형 탄성 스프링(8)에 있어서,

   상기 비선형 탄성 스프링(8)을 적층시켜 하중-변위관계에 따라 횡 방향 변위를 구속하는 변위제어 틀(6)의 설치홈(10)에 삽입하여 스프링의 강성을 높이도록 함을 특징으로 하는 교량받침용 사이드블럭 탄성패드.
2. 제1항에 있어서, 비선형 탄성 스프링(8)의 탄성재(2) 중앙에 구멍(5)을 형성하고 주변을 피라밋 형상을 갖도록 함을 특징으로 하는 사이드블럭 탄성패드.

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