KR200473182Y1 - 구조물의 마찰 진자받침 - Google Patents

Abstract

본 고안은 구조물의 마찰 진자받침에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 구조물의 진자받침은 상부구조물과 체결되며 하면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 상판과, 하부구조물과 체결되며 상면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 하판과, 상기 상판과 하판 사이에 배치되어 상면은 상부 마찰판을 매개로 상기 상판과 접촉하는 상부 중간판과 하부마찰판을 매개로 상기 하판과 접촉하는 하부 중간판과, 상기 상부 중간판과 하부 중간판은 회전마찰판을 매개로 회전운동을 하는 마찰 진자받침에 있어서, 상기 상판의 양측 하면에 횡 방향으로 한 쌍을 이루는 상부 안내판이 설치되어 상기 상부 중간판이 상부 안내판의 내측면 형상에 따라 이동이 구속되며, 상기 하판의 양측 상면에 횡 방향으로 한 쌍을 이루는 하부 안내판이 설치되어 상기 하부 중간판이 하부 안내판의 내측면 형상에 따라 이동이 구속되며, 상기 상부 안내판과 하부 안내판은 설정하중 이상에서 파단되는 파단예정부가 형성된 결합부재가 상기 상판의 하면과 하판의 상면에 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

구조물의 마찰 진자받침{Friction pendulum bearing }

본 고안은 구조물들을 지지하는 받침에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교량, 건축 구조물 혹은 탱크 등과 같은 대형 구조물들의 연직 하중을 지지하고, 구조물들의 처짐 등에 의한 회전을 수용하고, 구조물들의 온도변화 등에 의한 상시 횡 방향의 변위를 수용하고, 구조물들의 풍하중 등에 의한 횡 방향의 변위를 제한하고, 반면에, 지진과 같은 상황 하에서 발생하는 하중에 대해서는 횡 방향의 변위 제한을 해제하도록 변위구속부가 파단 함으로써 횡 방향으로 전 방향으로 상대운동을 허용하는 상시 혹은 풍하중시 방향성을 가지는 마찰 진자받침에 관한 것이다.

통상 대형 구조물들은 온도변화 등에 의한 횡 방향의 변위가 커서 이를 수용하기 위하여, 지반과 구조물 사이에 연직 하중을 지지하면서 횡 방향으로 변위를 수용할 수 있는 받침을 설치한다.

마찰 진자받침은 횡 방향의 변위를 수용하도록 받침 내부에 미끄럼 면을 형성시키고 상기 미끄럼 면은 한 쪽 면은 오목한 반구 형상으로 하고 다른 한 쪽 면은 볼록한 반구 형상으로 하여 진자운동이 가능하도록 한 받침이다. 따라서 횡 방향의 변위를 받으면 마찰면에서는 마찰력에 의하여 에너지를 소산함과 동시에 곡면을 따라 상승한 구조물은 원래의 위치로 되돌아오려는 복원력이 발생한다. 마찰 진자받침은 수평력 분산형으로 전 받침이 균등하게 마찰력으로 횡 방향의 수평력에 저항하거나 지지한다. 따라서 상시 혹은 풍하중시 수평력이 마찰력을 초과하지 않는 경우에는 상기 수평력 분산형으로 구조물의 안정적인 거동을 제어하는 것이 가능하나 풍하중 등이 마찰력을 초과하는 경우 대 변형이 발생하고 따라서 이것을 방지하기 위하여 별도의 변위제한 장치를 두는 것이 필요하다. 단, 상기 변위제한 장치는 지진 시에는 받침이 면진장치로서 기능을 하기 위해서는 변위를 구속하지 않아야 한다.

마찰 진자받침에 대한 선행 기술에는 출원번호 제1020040114135호(저마찰 구름운동 진자받침), 제1020070092066호(복합 감쇠 기능을 갖는 면진장치)등이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 구조물들의 마찰 진자받침의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 마찰진자 받침은 상부구조물(200)과 하부구조물(300) 사이에 구비되며, 상기 상부구조물(200)과 체결되는, 하면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 상판(10), 상기 상판(10) 하부의 오목한 면에 부착되는 미끄럼판(20), 상기 미끄럼판(20)과 접촉하면서 서로 상대운동을 하는 마찰판(40a), 상기 마찰판(40a)의 일부를 수용하면서 상부구조물(200)의 하중을 하부구조물(300)로 전달하고 하면이 반구 형상인 중간판(50), 상기 중간판(50)과 접촉하면서 서로 상대 회전운동을 하는 회전 마찰판(60), 상기 회전 마찰판(60)의 일부를 수용하면서 상면이 반구 형상인, 하부구조물(300)과 체결되는, 하판(90) 등으로 이루어져 있다. 여기서, 상기 미끄럼판(20)을 사용하는 대신에 상판(10) 하면에 경질의 도금을 사용하는 것도 가능하다.

따라서 상부구조물에서 전달되는 연직하중은 상기 상판, 미끄럼판, 마찰판, 중간판, 회전 마찰판 그리고 하판을 거쳐 하부구조물로 전달되며, 온도 변화 혹은 기타 외부조건에 의한 상부구조물의 횡 방향의 변형은 상기 미끄럼판과 마찰판의 접촉면인 미끄럼 면(S1)에서 상대운동에 의하여 수용된다. 또한, 상기 상부구조물의 처짐 등에 의한 회전은 상기 중간판과 회전 마찰판 사이에 접촉면인 미끄럼 면(S2)에서 상대 회전운동에 의하여 수용된다. 마찰 진자받침의 주요 기능 중의 하나인 감쇠 기능은 지진시 상기 미끄럼판과 마찰판의 접촉면인 미끄럼 면(S1)에서 상대운동 중에 발생하는 마찰에 의한 에너지 소산에 의하여 이루어진다. 또한 지진 후의 원래 위치로 되돌아오는 복원 기능은 받침 상판의 하면에 구비된 곡률을 통하여 이루어진다.

도 2는 종래 기술에 따른 다른 형태의 구조물들의 마찰 진자받침의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 다른 형태의 마찰 진자받침은 상기 상부구조물(200)과 하부구조물(300) 사이에 구비되며, 상기 상부구조물(200)과 체결되는, 하면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 상판(10), 상기 상판(10) 하부의 오목한 면에 부착되는 상부 미끄럼판(20a), 상기 상부 미끄럼판(20a)과 접촉하면서 서로 상대운동을 하는 상부 마찰판(40a), 상기 하부구조물(300)과 체결되는, 상면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 하판(90), 상기 하판(90) 상부의 오목한 면에 부착되는 하부 미끄럼판(20b), 상기 하부 미끄럼판(20b)과 접촉하면서 서로 상대운동을 하는 하부 마찰판(40b), 상기 상부 마찰판(40a)의 일부를 수용하면서 하면이 볼록한 반구 형상인 상부 중간판(50a), 상기 상부 중간판(50a)과 접촉하면서 서로 상대 회전운동을 하는 회전 마찰판(60), 상기 회전 마찰판(60)의 일부를 수용하면서 상면이 오목한 반구형상인 그리고 하면이 볼록한 반구 형상인 하부 중간판(50b) 등으로 이루어져 있다. 여기서 상기 상부 미끄럼판(20a)과 하부 미끄럼판(20b)을 사용하는 대신에 상판(10) 하면과 하판(90) 상면에 경질의 도금을 사용하는 것도 가능하다.

따라서 상부구조물에서 전달되는 연직하중은 상기 상판, 상부 미끄럼판, 상부 마찰판, 상부 중간판, 회전마찰판, 하부 중간판, 하부 마찰판, 하부 미끄럼판 및 하판을 거쳐 하부구조물에 전달되며, 온도변화 혹은 기타 외부조건에 의한 상부구조물의 횡방향의 변형은 상기 상부 미끄럼판과 상부 마찰판의 접촉면인 상부 미끄럼면(S1), 하부 미끄럼판과 하부 마찰판의 접촉면인 하부 미끄럼면(S2)에서 상대운동에 의하여 수용된다. 또한, 상기 상부구조물의 처짐 등에 의한 회전은 상기 상부 중간판과 회전 마찰판 사이의 접촉면인 미끄럼 면(S3)에서 상대 회전운동에 의하여 수용된다. 마찰 진자받침의 주요 기능 중의 하나인 감쇠 기능은 지진시 상기 상부 미끄럼판과 상부 마찰판의 접촉면인 미끄럼 면(S1)과 상기 하부 미끄럼판과 하부 마찰판의 접촉면인 미끄럼 면(S2)에서 상대운동 중에 발생하는 마찰에 의한 에너지 소산에 의하여 이루어진다. 또한 지진 후의 원래 위치로 되돌아오는 복원 기능은 받침 상판의 하면과 하판의 상면에 구비된 곡률을 통하여 이루어진다.

종래의 이러한 구조물들의 마찰 진자받침은 수평하중 분산 형태의 받침으로써 상시 온도변화 혹은 기타 외부 조건에 의한 상부구조물의 횡방향의 변형은 별도의 고정 장치가 없기 때문에 상부구조물의 질량중심을 기준으로 수축과 팽창이 발생하는 것을 알 수 있다. 또한 풍하중 등과 같은 횡 방향의 하중은 미끄럼판과 마찰판의 접촉면에서 각각의 받침들이 분산하여 발생하는 마찰력에 의하여 저항하는 구조이며, 지진 등과 같은 횡방향의 하중도 미끄럼판과 마찰판의 접촉면에서 각각의 받침들이 분산하여 발생하는 마찰력에 의하여 에너지를 소산하는 구조이다.

그러나 미끄럼판과 마찰판의 접촉면에서 발생하는 마찰력(혹은 마찰계수)은 속도의존성이 있으며 일반적으로 상대운동이 저속인 경우 마찰계수가 작고 고속인 경우 마찰계수가 커지는 경향이 있다. 따라서 풍하중 등에 의한 횡방향의 하중에 대하여 속도가 저속인 관계로 마찰계수가 작아 상대운동이 커지나 이것을 제한할 장치가 없어 구조물의 안정성을 유지하기 힘들다는 문제점이 있다.

본 고안의 목적은 설정하중 이하의 하중이 작용하는 경우에는 받침의 변위를 구속하고, 설정하중 이상의 하중에 대해서는 받침의 변위를 구속하는 파단예정부가 파단되어 변위를 구속하지 않는 상대운동이 가능한 구조물의 면진장치인 마찰 진자받침을 제공하는 데 있다

본 발명에 따른 구조물의 진자받침은 상부구조물과 체결되며 하면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 상판과, 하부구조물과 체결되며 상면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 하판과, 상기 상판과 하판 사이에 배치되어 상면은 상부 마찰판을 매개로 상기 상판과 접촉하는 상부 중간판과 하부마찰판을 매개로 상기 하판과 접촉하는 하부 중간판과, 상기 상부 중간판과 하부 중간판은 회전마찰판을 매개로 회전운동을 하는 마찰 진자받침에 있어서, 상기 상판의 양측 하면에 횡 방향으로 한 쌍을 이루는 상부 안내판이 설치되어 상기 상부 중간판이 상부 안내판의 내측면 형상에 따라 이동이 구속되며, 상기 하판의 양측 상면에 횡 방향으로 한 쌍을 이루는 하부 안내판이 설치되어 상기 하부 중간판이 하부 안내판의 내측면 형상에 따라 이동이 구속되며, 상기 상부 안내판과 하부 안내판은 설정하중 이상에서 파단되는 파단예정부가 형성된 결합부재가 상기 상판의 하면과 하판의 상면에 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 상판 하부와 하판 상부의 오목한 면에 미끄럼판을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 안내판 및 하부 안내판의 내측면 형상은 일정한 틈새를 두고 상기 상부 중간판 및 하부 중간판의 외면과 대응되는 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 상부 안내판 및 하부 안내판의 내측면 형상은 일정한 틈새를 두고, 상기 상부 중간판 및 하부 중간판과 일방향으로 구속되고 구속방향과 직각방향으로는 이동가능한 사각형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 안내판 및 하부 안내판의 내측면과 상부 중간판 및 하부 중간판 사이에 미끄럼판이 설치되고, 윤활제가 도포되는 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 회전마찰판의 상면에 윤활제가 도포되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 마찰 진자받침은 상시 혹은 풍하중시에 받침을 고정 받침 혹은 일방향 받침으로 거동하는 것이 가능하고 지진시에는 전 방향으로 상대운동을 허용함으로써 면진받침을 거동하는 것이 가능한 받침을 제공함으로써 구조물의 안정성을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 구조물의 마찰 진자받침의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 다른 형태의 구조물의 마찰 진자받침의 단면도
도 3은 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른 구조물의 마찰 진자받침을 도시하는 단면도.
도 4는 안내판과 중간판의 변위구속을 나타내는 여러가지 배치도
도 5는 본 고안의 바람직한 다른 일실시예에 따른 구조물의 마찰 진자받침을 도시하는 단면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

<실시예1>

도 3은 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른 구조물의 마찰 진자받침을 도시하는 단면도이다.

도 3 (a)에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 구조물의 마찰 진자받침은, 도 1에서 살펴본 종래의 구면 받침과 마찬가지로, 상부구조물(200)과 체결되고 하면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 상판(10)과, 상기 상판 하부의 오목한 면에 부착되는 미끄럼판(20)과, 상기 미끄럼판과 접촉하면서 서로 상대운동을 하는 마찰판(40)과, 상기 마찰판의 일부를 수용하면서 상부구조물의 하중을 하부구조물에 전달하고 하면이 반구 형상인 중간판(50)과, 상기 중간판과 접촉하면서 서로 상대 회전운동을 하는 회전 마찰판(60)과, 상기 회전 마찰판의 일부를 수용하면서 상면이 반구형상인, 하부구조물(300)과 체결되는 하판(90)과, 상기 상판의 하면에 횡 방향으로 하나 이상으로 구비되는 안내판(100)과, 상기 안내판과 상판의 체결은 설정하중 이상에서는 파단이 되는 파단예정부가 형성된 결합부재(B)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 미끄럼판(20)을 사용하는 대신에 상판(10) 하면에 경질의 도금을 사용하는 것도 가능하다.

상기 안내판(100)은, 하나의 부재로 일체로 하는 것이 바람직하나 안내판에 의하여 이루어지는 공간이 중간판의 상대운동을 안내하거나 혹은 구속하는 데 적절하다면 양측으로 배치된 두 개 이상의 부재로 구성되어도 상관없다.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 안내판의 내측면(101)에 의하여 이루어지는 공간은, 본 고안의 마찰 진자받침을 고정받침으로 사용하는 경우, 중간판과 동일한 형상으로 하는 것이 바람직하며, 본 고안의 마찰 진자받침을 일방향 받침으로 하는 경우, 한 방향으로만 구속하는 형상으로 하거나 혹은 사각 이상의 다각 형상으로 하는 것이 바람직하다. 여기서 일방향 받침으로 하는 경우 안내판과 접촉면적을 증가시키기 위하여 안내판의 내측면과 접촉하는 중간판의 형상을 평평하게 하는 것이 더 바람직하다.

도 4는 안내판과 중간판의 변위구속을 나타내는 여러 가지 배치도의 일 예를 보여준다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 안내판(100)은 파단예정부가 형성된 결합부재(B)를 통하여 상판에 결합되며, 설정하중 이상의 하중이 작용하면 파단이 되는 상기 파단예정부가 형성된 결합부재(B)는, 하중설정이 가능하다면, 볼트결합, 용접결합, 핀 결합 혹은 이외의 여러 가지 방법이 가능하지만 유지보수의 측면에서 볼트결합이 가장 바람직하다..

상기 안내판의 내측면(101)에는 상기 중간판과 미끄럼 접촉하거나 혹은 중간판을 구속할 수 있으므로 마찰을 통한 손상을 방지하기 위하여 윤활제를 도포하거나 혹은 미끄럼 운동을 용이하게 하는 장치를 구비하는 것은 바람직하다.

그리고, 도 4의 (b), (d), (f)에 도시된 바와 같이 안내판(100)은 양측에 설치되는 한 쌍을 이룰 수 있고, 도 4의 (a), (c), (f)와 같이 하나로 제작될 수도 있다.

그리고, 중간판(50)의 도 4의 (a),(b),(e),(f)와 같이 단면이 원형이거나 도 4의 (c)와 (d)같이 사각형 단면을 이룰 수도 있다.

그리고 마찰계수를 저감하기 위하여, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 중간판(50)과 회전 마찰판(60)의 접촉면인 미끄럼면(S2)에 윤활제를 도포하여 사용한다.

<실시예2>

도 5는 본 고안의 바람직한 다른 일실시예에 따른 구조물의 마찰 진자받침을 도시하는 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 구조물의 마찰 진자받침은 도 2에서 살펴본 종래의 마찰 진자받침과 마찬가지로 상기 상부구조물(200)과 하부구조물(300) 사이에 구비되며, 상기 상부구조물과 체결되는, 하면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 상판(10)과, 상기 상판 하부의 오목한 면에 부착되는 상부 미끄럼판(20a)과, 상기 상부 미끄럼판과 접촉하면서 서로 상대운동을 하는 상부 마찰판(40a)과, 상기 하부구조물과 체결되는, 상면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 하판(90)과, 상기 하판 상부의 오목한 면에 부착되는 하부 미끄럼판(20b)과, 상기 하부 미끄럼판과 접촉하면서 서로 상대운동을 하는 하부 마찰판(40b)과, 상기 상부 마찰판의 일부를 수용하면서 하면이 볼록한 반구 형상인 상부 중간판(50a)과, 상기 상부 중간판과 접촉하면서 서로 상대 회전운동을 하는 회전 마찰판(60)과, 상기 회전 마찰판의 일부를 수용하면서 상면이 오목한 반구형상인 그리고 하면이 볼록한 반구 형상인 하부 중간판(50b)과, 상기 상판의 하면에 횡 방향으로 하나 이상으로 구비되는 상부 안내판(100)과, 상기 상부 안내판과 상판의 체결은 설정하중 이상에서는 파단이 되는 파단예정부가 형성된 결합부재(B)와, 상기 하판의 상면에 횡 방향으로 하나 이상으로 구비되는 하부 안내판(110)과, 상기 하부 안내판과 하판의 체결은 설정하중 이상에서는 파단이 되는 파단예정부가 형성된 결합부재(B)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 상부 미끄럼판(20a)과 하부 미끄럼판(20b)을 사용하는 대신에 상판(10) 하면과 하판(90) 상면에 경질의 도금을 사용하는 것도 가능하다.

상기 상부 안내판(100)과 하부 안내판(110)은, 하나의 부재로 일체로 하는 것이 바람직하나 안내판에 의하여 이루어지는 공간이 중간판의 상대운동을 안내하거나 혹은 구속하는 데 적절하다면 두 개 이상의 부재로 구성되어도 상관없다.

상기 상부 안내판과 하부 안내판의 내측면(101)에 의하여 이루어지는 공간은, 본 고안의 마찰 진자받침을 고정받침으로 사용하는 경우, 중간판과 동일한 형상으로 하는 것이 바람직하며, 본 고안의 마찰 진자받침을 일방향 받침으로 하는 경우, 한 방향으로만 구속하는 형상으로 하거나 혹은 사각 이상의 다각 형상으로 하는 것이 바람직하다. 여기서 일방향 받침으로 하는 경우 안내판과 접촉면적을 증가시키기 위하여 안내판의 내측면과 접촉하는 중간판의 형상을 평평하게 하는 것이 더 바람직하다.

상부 안내판과 하부 안내판은 파단예정부가 형성된 결합부재(B, B')를 통하여 상판과 하판에 결합되며, 설정하중 이상의 하중이 작용하면 파단이 되는 상기 파단예정부가 형성된 결합부재(B, B')는, 하중설정이 가능하다면, 볼트결합, 용접결합, 핀 결합 혹은 이외의 여러 가지 방법이 가능하지만 유지보수의 측면에서 볼트결합이 가장 바람직하다..

상기 안내판의 내측면에는 상기 중간판과 접촉하거나 혹은 중간판을 구속할 수 있으므로 마찰을 통한 손상을 방지하기 위하여 윤활제를 도포하거나 혹은 미끄럼 운동을 용이하게 하는 장치를 구비하는 것은 바람직하다.

그리고 마찰계수를 저감하기 위하여, 상기 상부 중간판과 회전 마찰판의 접촉면인 미끄럼면(S3)에 윤활제를 도포하여 사용한다.

이상과 같이 본 고안은 설정하중 이상에서 파단되는 파단 예정부가 구비된 안내판을 구비하여 방향성을 갖는 마찰 진자받침을 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 기본적인 사상의 범주 내에서 당 업계의 통상적인 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

10: 상판
40; 마찰판
50: 중간판
50a: 상부 중간판
50b: 하부 중간판
60: 회전마찰판
90: 하판
100, 110: 안내판
101: 안내판 내측면
200: 상부 구조물
300: 하부 구조물
B,B': 파단예정부가 형성된 결합부재

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 상부구조물(200)과 체결되며 하면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 상판(10)과, 하부구조물(300)과 체결되며 상면이 오목한 반구 형상으로 이루어진 하판과, 상기 상판과 하판 사이에 배치되어 상면은 상부 마찰판(40a)을 매개로 상기 상판과 접촉하는 상부 중간판(50a)과 하부마찰판(40b)을 매개로 상기 하판과 접촉하는 하부 중간판(50b)과, 상기 상부 중간판과 하부 중간판은 회전마찰판(60)을 매개로 회전운동을 하는 마찰 진자받침에 있어서,
   상기 상판의 양측 하면에 횡 방향으로 한 쌍을 이루는 상부 안내판(100)이 설치되어 상기 상부 중간판(50a)이 상부 안내판의 내측면 형상에 따라 이동이 구속되며, 상기 하판의 양측 상면에 횡 방향으로 한 쌍을 이루는 하부 안내판(110)이 설치되어 상기 하부 중간판(50b)이 하부 안내판의 내측면 형상에 따라 이동이 구속되며,
   상기 상부 안내판(100)과 하부 안내판(110)은 설정하중 이상에서 파단되는 파단예정부가 형성된 결합부재(B, B')가 상기 상판의 하면과 하판의 상면에 구비되는 것을 특징으로 하는 구조물의 마찰 진자받침.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 상판 하부와 하판 상부의 오목한 면에 미끄럼판을 구비한 것을 특징으로 하는 구조물의 마찰 진자받침.
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