KR20050025723A - 복원력을 가진 내진지지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지진 등의 원인에 의해 발생되는 수평력이 상부에 탑재된 상부구조물에 전달되는 것을 방지하기 위하여 상부구조물을 떠받치는 상판과 그 아래의 하판사이에 볼구조를 개재하여 하판을 통하여 전달되는 진동을 흡수하는 내진지지장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 내진지지장치는 수평으로 전달되는 전방향으로 수평력을 제어할 수 있으며, 상부에 탑재된 상부구조물의 수평변위가 지나치게 커지지 않게 함과 아울러 그 수평방향으로의 변위를 필요에 따라 적절하게 제어할 수 있도록 하기 위하여, 상판과 하판 사이에 복수개의 탄성부를 설치한다.

즉, 이 복수개의 탄성부는 탄성력을 가지며, 일단은 상판에 타단은 하판에 각각 연결되어 상기 상,하판의 둘레를 따라 일정간격 이격되도록 배치되고, 그 탄성력으로 상기 상,하판이 움직이는 방향에 대하여 각각 그 반대방향으로의 복원력을 제공함을 특징으로 한다.

Description

복원력을 가진 내진지지장치{An anti-earthquake bearing apparatus having force of restitution}

본 발명은 내진 또는 면진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지진 등의 원인에 의해 발생되는 수평력이 상부에 탑재된 상부구조물에 전달되는 것을 방지하기 위하여 상부구조물을 떠받치는 상판과 그 아래의 하판사이에 볼구조를 개재하여 하판을 통하여 전달되는 진동을 흡수하는 내진지지장치에 관한 것이다.

본 발명의 내진지지장치는 교량의 상판 아래에 설치되는 교좌장치로 사용될 수 있으며, 이외에도 정밀장비의 진동제어나 고가의 전시품, 기타 건물 내부에 배치되는 각종 장치와 기구들에 지진 혹은 기타의 원인에 의해 발생하는 수평방향으로의 진동이 전달되지 않도록 하는 내진지지장치로도 사용될 수 있다.

이하의 설명에서 상부구조물은 내진지지장치의 상부에 탑재되는 각종 구조물을 지칭하며, 그 예로서 교량의 상판, 고가의 전시품, 기타 건물 내부에 배치되는 각종 장치와 기구 등이 있다.

일반적으로 지진이 발생하게 되면 지면에 놓인 모든 구조물들이 지면과 함께 움직이게 된다. 급정거 하는 버스안의 승객이 앞쪽으로 쓰러지게 되는 현상과 마찬가지의 원리로 지반이 흔들리게 되면 관성을 가진 구조물이 흔들리게 되며 구조물을 구성하고 있는 기둥, 보 또는 갖가지 정밀장치들도 전단력, 휨 모멘트 등의 다양한 형태로 지진의 영향을 받게 된다.

따라서, 이러한 구조물에 미치는 지진의 영향을 최소화하기 위하여 여러가지의 내진 또는 면진시스템들이 개발되어 왔고, 그 응용분야 중 널리 사용되고 있는 기술이 교량의 상부 구조물을 지지하기 위하여 교각의 상부에 설치되는 교좌장치이며, 그 일례를 도면을 참조하여 살펴본다.

도 1은 이러한 교좌장치로 사용되어 온 종래의 롤러형 교좌장치를 개략적으로 도시한 도면으로, 이 교좌장치는 평행한 상판(1)과 하판(2) 사이에 한개 또는 그 이상의 강봉(3)을 삽입한 구조로 되어 있다. 따라서, 지진의 영향으로 인하여 교좌장치의 하판이 받는 수평방향의 힘 또는 진동은 강봉이 상판과 하판 사이에서 구름운동하며 흡수하여 상판에 전달되지 않도록 한다.

그러나, 이러한 종래의 내진장치는 도 1의 화살표방향과 같은 일방향으로의 진동제어가 가능할 뿐이다.

또한, 상판과 하판 사이에서 구름운동을 하는 강봉은 그 구름운동에 대한 저항력 내지 복원력을 제공하는 구조가 마련되어 있지 않아 구름운동하는 강봉의 수평방향 변위 내지 진동수를 필요에 따라 제어할 수 없다. 따라서, 내진지지장치의 상부에 탑재되는 상부구조물의 크기, 무게, 높이, 또는 허용되는 수평변위, 고유진동수 등의 특성에 맞게 효과적으로 진동을 방지할 수 없다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 수평으로 전달되는 전방향으로 수평력을 제어할 수 있으며, 수평방향으로의 변위를 필요에 따라 적절하게 제어할 수 있는 수단을 구비하는 내진지지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일실시예는, 내진대상이 되는 상부구조물의 하중을 받으며 상부구조물에 전달되는 진동에너지를 감소시키기 위한 내진지지장치에 있어서, 상부에 상부 구조물을 탑재하는 탑재면을 일표면측에 갖는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트의 탑재면 반대쪽면에 형성되어 상기 상부플레이트와 일체를 이루는 상부 구름판을 구비하는 상판, 상기 상판과 동일한 구성을 구비하며, 그 하부 구름판이 상기 상부 구름판과 마주하도록 대응하는 위치에 설치되는 하판, 상기 상부 구름판과 상기 하부 구름판 사이에 개재되어 그 구름판들의 상대운동에 따라 그 위를 구를 수 있는 볼, 및 탄성력을 가지며, 일단은 상기 상판에 타단은 상기 하판에 각각 고정되어 상기 상,하판의 둘레를 따라 일정간격 이격되도록 배치되고, 그 탄성력으로 상기 상,하판이 움직이는 방향에 대하여 각각 그 반대방향으로의 복원력을 제공하는 복수개의 탄성부들을 구비하는 내진지지장치를 제공함을 특징으로 한다.

또한, 상기 구름판들 각각에는, 어느 일방향으로 구르는 상기 볼에 대하여 그 구름방향의 반대방향으로 작용하는 복원력을 제공하기 위하여 마주하는 상기 볼에 대하여 오목하게 형성된 구름부를 구비하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내진지지장치의 바람직한 실시예를 살펴본다. 이하에서 동일한 부재에 대해서는 동일한 명칭을 사용하며, 또한 동일한 도면번호를 사용한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내진지지장치를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ′선을 따라 절단한 단면을 나타낸 단면도이다. 도 3에는 볼 뒤쪽으로 표시되어야 할 탄성부는 단면 형상의 명확한 설명을 위하여 생략하였다.

이에 도시된 바와 같이, 상부에 상부구조물이 탑재되는 상판(10)은 상부 구조물이 직접 접촉하는 탑재면을 일표면측에 갖는 상부플레이트(11)와, 이 상부플레이트의 탑재면 반대쪽면에 형성되어 상부플레이트와 일체를 이루는 상부 구름판(12)으로 이루어져 있고, 상판과 동일한 구성을 구비하는 하판(20)은 그 하부 구름판(22)이 상부 구름판(12)과 마주하도록 대응하는 위치에 설치된다.

플레이트(11, 21)와 구름판(12, 22)은 각각 분리된 부재로 마련되어 서로 밀착결합시킴으로써 일체를 이루도록 함이 바람직하며, 이들은 볼트, 리벳 등과 같은 체결수단(50)에 의하여 체결되는데 그 결합력을 증가시키기 위하여 플레이트와 구름판의 접합면에는 접착제를 도포할 수 있다.

또한, 상판(10)과 하판(20) 사이 즉, 상부 구름판(12)과 하부 구름판(22) 사이에는 볼(40)이 개재되어 있어 이들 구름판의 상대운동에 따라 구름부(12, 23)위를 구르게 된다. 구름부(12, 23)는 그 사이에 개재된 볼에 대하여 오목하게 형성된 면으로, 이 구름부의 형상으로 인하여 어느 일방향으로 구르는 볼에는 그 구름방향의 반대방향으로의 복원력이 작용하게 된다.

도 3에는, 구름부(13, 23)를 보다 명확하게 표현하기 위하여 그 곡면이 다소 과장되어 도시되어 있으며, 이 구름부가 볼에 대하여 구부러지는 경사도에 따라 복원력의 크기는 커지거나 작아진다. 다만, 볼(40)이 구름부를 구름에 따라 구름부의 경사도로 인하여 상판(10)은 하판(20)에 대하여 상대적으로 수평방향의 운동을 함과 동시에 수직방향으로도 운동하게 되므로, 구름부의 경사도는 상부구조물의 진동특성 또는 내진설계 계획에 따라 적절하게 조절되어야 한다.

상판(10)과 하판(20) 사이에는 볼(40)이 개재되는 이외에도, 일단은 하판(20)에 타단은 상판(10)에 각각 고정되어 상,하판의 둘레를 따라 일정간격 이격되도록 배치된 복수개의 탄성부(30)가 설치되어 있다. 이 탄성부는 탄성력을 가지며 일정정도 이상의 강성(예: 큰 강성을 갖는 스프링)을 갖는 재질로 되어 있으며, 그 탄성력으로 상, 하판(10, 20)이 서로 상대운동하는 방향에 대하여 그 반대방향으로 되돌아오게 하는 복원력을 제공한다. 이때, 탄성부(30)의 강성 또는 탄성력에 따라 복원력의 크기는 커지거나 작아진다.

탄성부(30)의 양단은 각각 상판과 하판에 고정되는데, 본 실시예에서는 플레이트(11, 21)와 접하는 구름판(12, 22)의 고정홈(14, 24)에 삽입되도록 하였다. 이 고정홈은 구름판(12, 22)의 둘레를 따라 일정간격 이격(예: 서로 대칭되도록)되도록 배치되며, 구름판(12, 22)의 중심부를 향하여 탄성부(30)의 직경(또는 폭,두께)에 대응하는 직경(또는 폭, 두께)과 깊이로 형성되어 있다.

체결수단(50)은 구름판(12, 22)과 플레이트(11, 21)를 결합시키는 수단이 될 뿐만 아니라, 본 실시예에서는 고정홈(14, 24)에 삽입된 탄성부(30)가 이 고정홈으로부터 쉽게 이탈하지 않도록 하는 고정수단이 되기도 한다. 이때, 탄성부와 고정홈의 접촉면에서 그 결합력을 증가시키기 위하여 접착제를 도포할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 내진지지장치에 있어 상판과 분리시킨 하판을 위에서 바라본 것을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 Ⅳ-Ⅳ′선을 따라 절단한 단면을 보인 단면도이다. 앞서 살펴본 바와 같이, 상판과 하판은 동일한 구성을 구비하며 서로 대칭관계에 있으므로 하판(20)에 대해서만 설명하며, 상판에 대한 설명은 생략한다.

도 4에는, 탄성부의 일단이 삽입되는 고정홈(24)이 점선으로 표시되어 있으며, 이 고정홈에 탄성부가 삽입되어 고정됨을 명확히 나타내기 위하여 하판의 탄성부 고정홈(24)에 탄성부(30)의 일단이 삽입고정되어 있는 채로 도시하였다. 하판의 둘레를 따라 길게 늘어져 있는 탄성부(30)의 타단은 상판의 고정홈에 고정되며, 도시하지는 않았으나 하부 구름판의 구름부(23) 중앙부에는 볼이 놓여진다.

그 일단이 고정홈(24)에 삽입된 탄성부(30)들은, 하부 구름판(22)의 둘레를 따라 일정간격 이격되도록 배치되며, 이들 탄성부들 사이에는 체결수단(50)이 체결되어 탄성부들을 하판에 견고하게 고정시킨다.

도 5에는, 체결수단(50)이 하판의 체결홈(51)에 체결된 체결상태가 도시되어 있다. 하부 구름판(22)과 하부 플레이트(21)에는 체결수단이 삽입되는 체결홈(51)이 형성되어 있으며, 하부 구름판(22)의 체결홈 입구부는 체결수단(50)이 수직한 방향으로 체결될 수 있도록 단턱 내지 평탄면으로 형성되어 있다. 이러한 구조는 체결수단의 체결을 용이하을 위한 것으로 공지된 기술에 의한 다양한 변형이 가능하다.

도 5에서와 같이 본 실시예에서는, 체결홈(51)이 형성된 깊이는 체결수단에 의한 견고한 결합력을 보장하기 위하여 체결수단(50)의 길이 보다 약간 길게 형성되었다. 다만, 하부 구름판과 하부 플레이트를 결합함에 있어, 체결수단(50)이 하부 플레이트(21)를 관통하여 돌출됨으로써 그 돌출부가 지반과 하부 플레이트의 밀착을 방해하지 않도록 함이 바람직하다. 하부 플레이트(21)는 지면 혹은 기타의 지지부에 견고하게 밀착되어 상부 구조물을 안정적으로 지지할 수 있어야 하기 때문이다. 상부 플레이트 또한 마찬가지이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 상판(10)과 하판(20) 그리고 볼(40)은 상판위에 탑재되는 상부구조물의 하중을 충분히 견디어 낼 수 있는 강성을 구비하여야 하며, 탄성부(30)의 강성 및 탄성력 또한 상부구조물의 진동특성에 알맞도록 조절되어야 한다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 일실시예의 사용에 따른 작용효과에 대하여 살펴본다.

지진 등에 의해 전달되는 수평력은 상부 구조물을 탑재하고 있는 내진지지장치의 하판(20)을 수평방향으로 진동하게 만들며, 상판(10)과 하판(20) 사이에 개재되어 있는 볼(40)은 구름판의 구름부(13, 23) 상에서 구름운동을 하며 하판의 진동을 흡수한다.

이때, 상판과 하판 사이에 설치된 탄성부(30)는, 하판(20)의 움직임에 대해 그 반대방향으로 원위치에 되돌려 놓으려는 힘, 즉 복원력을 제공하게 된다.

이러한 복원력은 볼이 구름운동을 하는 구름부(13, 23)의 형상에 의해서도 제공는데, 결국 복원력의 크기는 탄성부의 탄성력 내지 강성과 구름부의 곡면 기울기에 의해 조절된다.

도 6은 이와 같은 작동상태를 명확하게 하기 위하여, 본 실시예에 의한 내진지지장치의 하판에 화살표방향으로의 최초 수평력이 작용함에 따라 볼이 구르며 내진지지장치의 탄성부와 구름부에 의한 복원력이 작용하는 것을 단면도로 나타낸 간략도이다. 수평력의 작용에 대한 상판과 하판 그리고 볼의 움직임을 명확하게 하기 위하여 도 3에서와 같이 볼 뒤쪽으로 표시되어야 할 탄성부는 생략하였으며, 설명을 위하여 상판(10)과 하판(20)의 이동변위는 과장되게 표현되었다.

이에 도시된 바와 같이, 도면상의 화살표방향으로의 수평력을 받는 하판(20)의 움직임에 따라 볼이 구름부를 구르게 되고, 결국 상판(10)은 수평력을 받는 하판에 대하여 상대적인 변위를 갖게 된다. 이후 하판은 상판에 대하여 일정시간동안 상대적인 운동을 하며 진동하게 되는데, 탄성부와 구름부의 경사는 이러한 진동방향에 대한 반대방향으로의 복원력을 지속적으로 제공하게 된다.

전술한 바와 같은 내진지지장치는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 탄성부가 상,하판에 고정되는 구조나, 체결수단에 의한 구름판과 플레이트의 결합구조, 탄성부의 구조 등은 당업자의 수준에서 다양한 변형이 가능하다.

예를 들어, 본 실시예에서는 탄성부의 양단이 매끈하게 마무리된 원형으로 되어 있으나 그 양단에 돌출부를 형성하고 이에 대응하는 상,하판의 탄성부 고정홈에는 돌출부가 삽입될 수 있는 삽입홈을 형성함으로써, 탄성부의 양단이 고정홈으로부터 쉽게 이탈하지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 고정홈이 구름판(12, 22)에 형성되어 있으나, 플레이트(11, 21)에 형성될 수도 있을 것이며, 양자에 모두 형성하도록 할 수도 있을 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 내진지지장치는, 구름운동하는 볼을 설치함으로써 전달되는 전방향의 수평력을 제어할 수 있게된다.

또한, 상판과 하판 사이에 탄성부가 설치되고 볼이 구르는 구름판에는 구름부가 형성되어 있어, 구름운동하는 볼의 수평방향으로의 변위 내지 진동수를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 내진지지장치는 매우 간단한 구조이며, 지진 등에 의한 수평진동을 상부구조물의 진동특성에 맞게 적절하게 흡수할 수 있다.

도 1은 종래의 롤러형 내진지지장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내진지지장치를 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ′선을 따라 절단한 단면을 간략하게 도시한 단면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 내진지지장치에 있어 상판과 분리시킨 하판을 위에서 바라본 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5는 도 4의 Ⅳ-Ⅳ′선을 따라 절단한 단면을 간략하게 도시한 단면도이디.

도 6은 도 2의 내진지지장치 하판에 화살표방향으로의 최초 수평력이 작용함에 따라 볼이 구르며 내진지지장치의 탄성부와 구름부에 의한 복원력이 작용하는 것을 단면도로 나타낸 간략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 10: 상판 2, 20: 하판

11, 21: 플레이트 12, 22: 구름판

13, 23: 구름부 14, 24: 고정홈

30: 탄성부 40: 볼

50: 체결수단 51: 체결홈

Claims (2)

1. 내진대상이 되는 상부구조물의 하중을 받으며 상부구조물에 전달되는 진동에너지를 감소시키기 위한 내진지지장치에 있어서,

   상부에 상부 구조물이 탑재되는 탑재면을 일표면측에 갖는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트의 탑재면 반대쪽면에 형성되며 체결수단에 의하여 상기 상부플레이트와 일체를 이루는 상부 구름판을 구비하는 상판;

   상기 상판과 동일한 구성을 구비하며, 그 하부 구름판이 상기 상부 구름판과 마주하도록 대응하는 위치에 설치되는 하판;

   상기 상부 구름판과 상기 하부 구름판 사이에 개재되어 이 구름판들의 상대운동에 따라 그 위를 구르는 볼; 및

   탄성력을 가지며, 일단은 상기 하판에 타단은 상기 상판에 각각 고정되어 상기 상,하판의 둘레를 따라 일정간격 이격되도록 배치되고, 그 탄성력으로 상기 상,하판이 움직이는 방향에 대하여 각각 그 반대방향으로의 복원력을 제공하는 복수개의 탄성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내진지지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구름판들 각각에는, 어느 일방향으로 구르는 상기 볼에 대하여 그 구름방향의 반대방향으로 작용하는 복원력을 제공하기 위하여 마주하는 상기 볼에 대하여 오목하게 형성된 구름부를 구비한 것을 특징으로 하는 내진지지장치.