KR20050105423A - Seismic isolation bearing using advanced composite materials - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합재를 이용한 지진격리받침에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 상부판의 하면에는 오목 구면, 하부판의 상면에는 상부판 하면의 오목 구면보다 작은 곡률반경의 오목 구면, 중간판 상면 및 하면은 각각 상부판 하면의 오목 구면 및 하부판 상면의 오목 구면과 동일한 곡률반경의 볼록 구면으로 형성되어 각각 해당 오목 구면과 밀접되어지되, 밀접되는 면 사이에는 각각 PTFE 저장홈과 코팅면이 형성되어 이동 및 회전시 마모예방 및 감쇠력발생을 특징으로 하여, 교량받침으로서 상시에 요구되는 필수기능인 회전 및 이동기능을 갖고 있을 뿐만 아니라 특히 기존의 강재를 이용한 미끄럼형 지진격리받침을 개량하고 복합재의 방향에 따른 강도차이를 보완하고 가공의 용이성 및 경량성 등을 충분히 활용함으로써, 지진시에 요구되는 복원강성과 감쇠력을 충분히 제공하고, 내구성 및 경량에 따른 사용성 향상으로 보급을 확대하고, 나아가 내진성능 향상에 따른 구조물 주요부재의 단면 축소 등을 통한 공사비용 절감 및 우수한 지진격리 효과로 인하여 구조물과 기계장비의 내구연한을 증대할 수 있는 효과를 갖는다. The present invention relates to an earthquake isolation support using a composite material, and more specifically, a concave spherical surface having a lower curvature radius than a concave spherical surface having a smaller curvature radius than a concave spherical surface of a lower surface of an upper plate, and an upper surface and a lower surface of a middle plate, respectively. It is formed of convex spheres with the same curvature radius as the concave sphere of the lower surface of the upper plate and the concave sphere of the upper surface of the lower plate so as to be in close contact with the concave sphere, respectively. It is characterized by abrasion prevention and damping force, which not only has rotational and moving functions which are essential functions that are always required as bridge bearings, but also improves sliding seismic isolation bearings using existing steels and improves the strength difference according to the direction of composite materials. Restoration required in case of earthquake by supplementing and fully utilizing the ease of processing and light weight It provides sufficient performance and damping force, expands the distribution by improving the usability according to durability and light weight, and further reduces construction cost by reducing the cross section of main members due to the improvement of seismic performance and excellent seismic isolation effect. It has the effect of increasing the durability.
Description
본 발명은 구조물 또는 장비 등의 지진피해를 감소시키기 위한 지진격리받침에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교량받침으로서 상시에 요구되는 필수기능인 회전 및 이동기능을 갖고 있을 뿐만 아니라 특히 기존의 강재를 이용한 미끄럼형 지진격리받침을 개량하고 복합재의 방향에 따른 강도차이를 보완하고 가공의 용이성 및 경량성 등을 충분히 활용함으로써, 지진시에 요구되는 복원강성과 감쇠력을 충분히 제공하고, 내구성 및 경량에 따른 사용성 향상으로 보급을 확대하고, 나아가 내진성능 향상에 따른 구조물 주요부재의 단면 축소 등을 통한 공사비용 절감 및 우수한 지진격리 효과로 인하여 구조물과 기계장비의 내구연한을 증대시킬 수 있는 복합재료를 이용한 지진격리용 받침에 관한 것이다. 그리고 교량이외의 건축물이나 기계장비의 지진격리받침으로도 활용할 수 있다.The present invention relates to an earthquake isolation support for reducing earthquake damage of structures or equipment, more specifically, it has a rotation and movement function which is an essential function required at all times as a bridge support, and especially slips using existing steel. By improving the type seismic isolation support, supplementing the strength difference according to the direction of the composite material, and fully utilizing the ease of processing and light weight, it provides sufficient restoration stiffness and damping force required during earthquakes, and improves usability according to durability and light weight. For seismic isolation using composite materials that can increase the spread of the structure and increase the durability of structures and machinery due to the reduction of construction cost and excellent seismic isolation effect by reducing the cross section of the main members of the structure according to the improvement of seismic performance. It's about support. It can also be used as a seismic isolator for buildings and machinery other than bridges.
최근들어 재료산업의 발달로 기계적 강도와 내열성이 우수한 복합재료가 상당수 개발되어 왔으며, 이러한 복합재료는 금속에 비해 월등히 가볍고, 내구성이 우수할 뿐만 아니라 기계적 가공성이 우수하기 때문에 항공산업 등에서는 널리 사용되고 있으며, 건설자재로서도 사용이 증가하고 있는 추세이다.Recently, due to the development of the material industry, a large number of composite materials having excellent mechanical strength and heat resistance have been developed, and these composite materials are widely used in the aviation industry because they are much lighter than metals, have excellent durability and excellent mechanical processability. As a result, the use of building materials is increasing.
또한, 재료의 효율적인 조합에 의하여 높은 무게비 강도 및 강성 뿐만 아니라, 여러 가지 우수한 재료특성을 가질 수 있는 복합재료는 그 특성을 효과적으로 활용함으로써 기존재료를 대체할 뿐만 아니라, 더 나아가서 기술혁신에 큰 역할을 하고 있다. 나아가, 복합재료는 성능과 생산성이 우수한 장점이 있기 때문에, 설계의 유연성으로 인하여 새로운 설계개념을 실현시킬 수 있는 유일한 재료가 되기도 한다.In addition, the composite material, which can have not only high weight ratio strength and stiffness but also various excellent material properties due to the efficient combination of materials, effectively utilizes the properties to replace existing materials, and furthermore, plays a big role in technological innovation. Doing. Furthermore, composite materials have the advantage of superior performance and productivity, and they are the only materials that can realize new design concepts due to the flexibility of design.
상기한 바와 같은 특성 및 효과를 갖는 복합재료는 성분이나 형태가 다른 두 종류 이상의 소재가 거시적으로 조합되어 유효한 기능을 갖는 재료로서, 두 종류 이상의 재료가 미시적으로 조합되어 거시적으로 균질성을 갖는 합금들은 복합재료라 하지 않는다. A composite material having the above-described properties and effects is a material having an effective function by combining two or more kinds of materials having different ingredients or shapes macroscopically, and alloys having macroscopic homogeneity by microscopically combining two or more kinds of materials are composited. It is not called a material.
복합재료의 구성요소로는 섬유, 입자, 층, 모재 등이 있으며, 상기한 요소들로 구성되는 복합재료는 일반적으로 층상 복합재료, 입자강화 복합재료, 섬유강화 복합재료 등으로 구분할 수 있다. 본 발명에서 사용하고자 하는 복합재료는 섬유강화 복합재료에 속한다.Components of the composite material include fibers, particles, layers, the base material, and the like, and the composite material composed of the above elements may be generally classified into a layered composite material, a particle reinforced composite material, and a fiber reinforced composite material. Composite materials to be used in the present invention belongs to the fiber-reinforced composite material.
복합재료의 원재료는 보강섬유와 기지재료로 나뉘어지며, 보강섬유가 하중을 견디기 위해서는 이들 각각의 섬유를 제자리에 고정시켜 구조형상을 이루어야 하므로 기지재료가 필수적이다. 그러나 복합재료는 보강섬유와 기지재료의 거시적 조합에 의해 이루어지므로 보강섬유의 배열위치에 따라 방향에 따른 강도의 차이가 큰 단점이 있다. 따라서, 전단하중일 때에는 주로 기지재료가 하중을 지탱하므로, 기지재료의 기계적 성질에 따라 파괴진행 형태에 큰 영향을 미친다.The raw material of the composite material is divided into reinforcing fibers and matrix materials, and the matrix materials are essential because the fibers must be fixed in place to form a structural shape in order to withstand the load. However, since the composite material is made by the macroscopic combination of the reinforcing fibers and the matrix material, there is a big difference in strength depending on the direction according to the arrangement position of the reinforcing fibers. Therefore, since the base material bears the load during the shear load, it has a great influence on the fracture progression form according to the mechanical properties of the base material.
교량받침이란 사하중 및 활하중과 같은 수직하중에 대한 하중지지기능, 교량상판의 온도신축기능 및 건조수축/크리이프 등과 같은 수평방향 변위에 대한 미끄러짐(이동) 기능, 차량하중 등에 의한 교량상판의 회전을 수용할 수 있는 회전(굴림) 기능을 가짐으로써, 상부구조의 변위에 의한 응력이 교대 및 교각에 과도하게 전달되지 않도록 교량상판과 교대 혹은 교각의 접점에 위치하는 교량구조물에 있어서 중요한 부재의 일종이다.The bridge support accommodates the rotation of the bridge deck due to the load supporting function against vertical loads such as dead and live loads, the temperature extension function of the bridge deck and the sliding (moving) function against horizontal displacement such as dry shrinkage / crepe, and the vehicle load. By having a rotational function that can be performed, it is a kind of important member in bridge structures located at bridge junctions and bridges or bridges so that stress due to displacement of superstructures is not excessively transmitted to bridges and bridges.
교량의 형태와 구조물의 재질 변화, 구조조건의 발전에 따라 이에 대응한 교량받침이 개량되어 사용되고 있으며, 교량받침 기능은 지지, 회전, 이동 등의 기능을 가지며 고정형과 가동형으로 나눌 수 있고, 교량받침의 재질에 따라 강재받침과 탄성받침(고무받침)으로도 나뉠 수 있다. According to the shape of the bridge, the material change of the structure, and the development of structural conditions, the bridge support is improved and used. The bridge support has the functions of supporting, rotating, moving, etc. It can be divided into fixed and movable type. Depending on the material of the bearing, it can be divided into steel bearing and elastic bearing (rubber bearing).
상기한 강재받침으로서 현재 널리 사용되고 있는 받침은 포트받침, 스페리컬 받침, 고력황동 받침 등이 있으며, 받침의 주요 재질은 강재이며 미끄러짐 기능과 회전기능 등을 위해서 고체윤활제인 PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌, 이하 같다)와 고무가 일부 사용되기도 한다. The steel bearings currently widely used as the support is a port bearing, a spherical bearing, a high-brass bearing, etc., the main material of the bearing is a steel material, PTFE (polytetrafluoroethylene, And rubber in some cases may be used.
이하, 종래기술 및 그 문제점을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and the prior art and its problems will be described in detail.
도 4는 종래 기술에 따른 교량받침 중 스페리컬 받침의 구조를 나타내는 단면도로서, 도시된 바와 같이 스페리컬 받침을 크게 보면 주요 구성부재로서 상부판(101), 중간판(102) 및 하부판(103)으로 이루어져 있다. Figure 4 is a cross-sectional view showing the structure of the spherical support of the bridge support according to the prior art, as shown in the large spherical support as shown in the main plate 101, the intermediate plate 102 and the lower plate 103 Consists of
교량받침으로서의 필수기능인 이동은 상부판(101)의 하면에 부착된 스테인레스판(112)과 중간판(102)의 상부에 삽입된 평면의 PTFE판(110)간 접촉면의 미끄러짐으로 발생하며, 회전은 중간판(102)의 하면에 삽입된 구면의 PTFE판(110a)과 하부판(103)의 상부에 부착된 구면의 스테인레스판(112a)간의 미끄러짐으로 발생된다. Movement, which is an essential function as the bridge bearing, is caused by the sliding of the contact surface between the stainless plate 112 attached to the lower surface of the upper plate 101 and the PTFE plate 110 of the plane inserted into the upper portion of the intermediate plate 102, and the rotation is performed. Slip is generated between the spherical PTFE plate 110a inserted into the lower surface of the intermediate plate 102 and the spherical stainless plate 112a attached to the upper portion of the lower plate 103.
상기 이동 및 회전시에, PTFE판(110, 110a)과 스테인레스판(112, 112a)간의 마찰력을 줄이기 위해서 PTFE판(110, 110a)에 윤활유 저장홈(111, 111a)을 각각 형성하여 두어 윤활유를 사용하고 있다. During the movement and rotation, the lubricant storage grooves 111 and 111a are formed in the PTFE plates 110 and 110a to reduce the friction force between the PTFE plates 110 and 110a and the stainless plates 112 and 112a, respectively. I use it.
그러나, 이때 사용되는 윤활유는 시간이 경과함에 따라 변성되고, 누출되어 수년경과 후에는 마찰계수가 크게 증가하게 되어 성능저하를 촉진한다. 또한, 상기와 같은 구조로서 작동하는 스페리컬 받침은 지진시 복원력과 감쇠력을 제공할 수 없기 때문에 지진격리받침이 아닌 일반적인 교량받침으로서 사용되고 있을 뿐, 지진 대비용 즉, 지진격리받침으로는 사용되고 있지 못하고 있는 실정이다.However, the lubricating oil used at this time denatures with time, leaks, and after a few years, the coefficient of friction greatly increases, thereby facilitating performance deterioration. In addition, the spherical bearings operating as the structure described above are used as general bridge bearings instead of earthquake isolation bearings because they cannot provide restoring and damping forces during an earthquake. There is a situation.
그렇다면 이하에서는 종래 지진격리받침 및 그 문제점을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.If so, the following will be described with reference to the accompanying earthquake isolation support and its problems.
여러 구조물 중에 특히 교량은 지진에 매우 취약한 구조물로 지진시 교대, 교각, 기초구조에 손상이 발생하거나 상부구조가 그 지지부로부터 이탈하여 전체붕괴가 초래되기도 한다. 대부분의 교량은 지진시 고정단 받침에 지진력이 집중하기 때문에 받침의 파괴, 상판의 이탈, 이에 따른 상판의 붕괴 등이 초래되어 막대한 인명피해 및 재산상의 피해가 발생할 수 있다. Among many structures, especially bridges are very susceptible to earthquakes. In the event of an earthquake, the bridges, bridges and foundations may be damaged or the superstructure may be dislodged from its support, causing total collapse. Since most bridges have seismic power concentrated in the fixed stage bearing during an earthquake, it may cause the destruction of the bearing, the detachment of the deck, and the collapse of the deck, resulting in enormous human and property damage.
최근 국내 도로교의 내진설계규정이 강화되면서 국내 교량의 내진성능을 향상시키기 위한 장치의 필요성이 증대되고 있는 반면, 국내의 많은 교량은 내진설계규정이 신설되기 이전에 설계된 관계로 상당수의 교량이 설계지진력에 대한 내진성능을 확보하지 못하고 있다. 그러나 교량의 내진성능보강에는 적지 않은 비용이 소요되기 때문에 현재 내진성능향상을 위한 기존교량의 보강이 활성화되고 있지 못한 실정이다.Recently, as the seismic design regulations of domestic road bridges have been strengthened, the necessity of devices to improve the seismic performance of domestic bridges is increasing, while many domestic bridges are designed before the seismic design regulations have been established. Seismic performance for is not secured. However, since the seismic performance reinforcement of bridges is not expensive, reinforcement of existing bridges for the improvement of seismic performance is not active.
지진격리받침은 교량의 내진보강장치로서 현재 사용되고 있으며, 기존 교량받침의 기능인 변위와 회전을 수용할 뿐만 아니라 지진시 유연한 변위 발생능력과 감쇠력을 제공함으로써 지진력을 감소시켜 지진으로부터 교량을 보호하기 때문에 사용이 증가하고 있다. 이러한 지진격리받침은 기존의 교량받침을 개량한 것으로서 고무받침(Rubber Bearing), 납면진받침(Lead Rubber Bearing), 고감쇠 고무받침(High Damping Rubber Bearing) 등의 탄성받침 계열과 FPS(Friction Pendulum System) 등의 미끄럼받침 계열로 나뉜다. Seismic isolation bearings are currently used as seismic reinforcement devices for bridges, and because they not only accommodate displacement and rotation, which are functions of existing bridge bearings, but also provide flexible displacement generating capacity and damping force during earthquakes, they reduce seismic force to protect bridges from earthquakes. This is increasing. The seismic isolation support is an improvement of the existing bridge support, and it supports elastic bearings such as rubber bearing, lead rubber bearing and high damping rubber bearing, and friction pendulum system. It is divided into sliding support series such as).
상기한 탄성받침 계열의 주요재질은 고무이며 수직강성을 보강하고 고무의 순수전단변형을 유도하기 위하여 고무 내부에 강판을 적층구조로 삽입하여 사용하고 있다. 그러나, 교량의 자중이 과대한 다경간 연속 P.S.C. 박스 거더교 등에는 교량받침의 설치면적이 한정된 교각의 코핑부 또는 교대부에 상부하중지지 능력이 상대적으로 작은 탄성받침 계열의 지진격리받침을 설치하기가 어려운 경우가 있다. The main material of the elastic bearing series is rubber, and steel sheets are inserted into the rubber in a laminated structure to reinforce vertical stiffness and induce pure shear deformation of the rubber. However, the weight of the bridge is excessively multi-span consecutive P.S.C. In box girder bridges, etc., it is sometimes difficult to install seismic isolating bearings of elastic bearing type, which have relatively small upper load bearing capacity, in the coping or alternating portions of bridge piers where the bridge bearing installation area is limited.
또한, 장경간 교량의 교대부에는 상시변위가 크기 때문에 상시변위의 최대 전단변형율이 총 고무높이의 50 % 내지는 70 % 이내로 제한되는 탄성받침 계열은 비교적 높은 받침높이로 인하여 설치가 곤란한 경우가 많다.In addition, since the constant displacement is large in the alternating portion of the long span bridge, the elastic bearing series in which the maximum shear strain of the constant displacement is limited to within 50% or 70% of the total rubber height is often difficult to install due to the relatively high support height.
도 5는 종래 미끄럼받침 계열의 지진격리받침으로서 사용되고 있는 FPS를 나타내는 단면도로서, 도시된 바와 같이 FPS(Friction Pendulum System)는 상부판(201)의 하면 중앙에 부착된 중간봉(202) 하부의 오목 구면과 하부판(203) 상면의 오목 구면의 스테인레스판(211) 사이에 삽입된 회전 미끄럼체(204)로 구성되어 있으며, 회전 미끄럼체(204)와 스테인레스판(211)간의 미끄러짐에 의해 이동할 수 있다. 5 is a cross-sectional view showing a conventional FPS used as a seismic isolator of the sliding support series, as shown, the FPS (Friction Pendulum System) is a concave of the lower portion of the middle rod 202 attached to the center of the lower surface of the upper plate 201 It is composed of a rotary sliding body 204 inserted between the spherical surface and the stainless plate 211 of the concave spherical surface of the lower plate 203, it can be moved by the sliding between the rotary sliding body 204 and the stainless plate 211. .
이때, 스테인레스판(211)이 오목 구면이기 때문에, 회전 미끄럼체(204)가 스테인레스판(211)의 중앙부에서 수평 이동하면 수직 이동도 동시에 발생하여 상부판(201) 위에 설치된 구조물의 위치에너지가 증가하게 된다. 이러한 위치에너지는 복원력으로서 작용하게 되고, 회전 미끄럼체(204)와 스테인레스판(211)간에 미끄러짐 발생시 마찰감쇠가 발생하기 때문에 지진격리장치로서 사용되고 있다. At this time, since the stainless plate 211 is a concave spherical surface, when the rotary sliding body 204 is moved horizontally in the center portion of the stainless plate 211, the vertical movement occurs at the same time to increase the potential energy of the structure installed on the top plate 201 Done. This potential energy acts as a restoring force and is used as an earthquake isolation device because friction attenuation occurs when a slip occurs between the rotary sliding body 204 and the stainless plate 211.
그러나 상기와 같은 미끄럼받침 계열의 지진격리받침인 FPS는 탄성받침 계열에 비해 상부하중의 지지능력이 크고 받침의 높이가 낮기 때문에 적용범위가 넓은 장점이 있는 반면, 강재로 이루어진 미끄럼 접촉면을 상당히 매끄러운 높은 조도의 구면(Spherical Surface)으로 가공하여야 하기 때문에 가공이 어렵고, 장기 사용시 강재의 부식에 따라 마찰계수가 증가하고 좁은 지지면에 작용하는 높은 지압응력으로 인하여 마찰재의 마모가 심화되는 등의 문제점이 있었다.However, the FPS, which is the seismic isolation support of the sliding bearing series, has a wide range of applications because of the higher support capacity of the upper load and the lower height of the bearing than the elastic bearing series, while the sliding contact surface made of steel is considerably smooth. Machining is difficult because it has to be processed into the spherical surface of roughness, and the friction coefficient increases due to the corrosion of the steel for a long time, and the wear of the friction material is intensified due to the high pressure stress acting on the narrow support surface. .
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 지진시에 요구되는 복원강성과 감쇠력을 충분히 제공하고, 내구성 및 경량에 따른 사용성 향상으로 보급을 확대하고, 나아가 내진성능 향상에 따른 구조물 주요부재의 단면 축소 등을 통한 공사비용 절감 및 우수한 지진격리 효과로 인하여 구조물과 기계장비의 내구연한을 증대시킬 수 있는 복합재를 이용한 지진격리받침을 제공하는 데에 있다. 또한, 교량 이외의 건축물이나 기계장비의 지진격리받침으로도 활용하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, the object of the present invention is to provide sufficient restoration stiffness and damping force required during an earthquake, to expand the spread to improve the usability according to durability and light weight, and further improve seismic performance It is to provide seismic isolation support using composite materials that can increase the durability of structures and machinery due to reduction of construction cost and excellent seismic isolation effect by reducing the cross section of main members of the structure. In addition, the purpose is to use as an earthquake isolation support for buildings and machinery other than bridges.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상부판(1), 하부판(3) 및 중간판(2)을 포함하여 이루어지는 지진격리받침에 있어서, 상기 상부판(1)의 하면에는 오목 구면이 형성되어 있고, 상기 하부판(3)의 상면에는 상기 상부판(1) 하면의 오목 구면보다 작은 곡률반경을 갖는 오목 구면이 형성되어 있고, 상기 중간판(2)의 상면은 상기 상부판(1) 하면의 오목 구면과 동일한 곡률반경을 갖는 볼록 구면, 중간판(2)의 하면은 상기 하부판(3) 상면의 오목 구면과 동일한 곡률반경을 갖는 볼록 구면으로 형성되어 있음으로서 각각 상기 상부판(1) 하면의 오목 구면 및 상기 하부판(3) 상면의 오목 구면과 밀접되어지되, 상기 밀접되어지는 상부판 하면 오목구면과 중간판 상면의 볼록구면 사이에는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 저장홈(10, 10a)과 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 코팅면(11, 11a)이 형성되어 있고, 상기 밀접되어지는 중간판 하면의 볼록구면과 하부판 상면 오목구면 사이에는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 저장홈(10b, 10c)과 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 코팅면(11b, 11c)이 형성되어 있음으로서 이동 및 회전시 마모를 예방하고 감쇠력을 발생시키도록 함을 주요한 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an earthquake isolation base including an upper plate (1), a lower plate (3), and an intermediate plate (2), and a concave spherical surface is formed on a lower surface of the upper plate (1). The upper surface of the lower plate 3 is formed with a concave spherical surface having a radius of curvature smaller than the concave spherical surface of the lower surface of the upper plate 1, and the upper surface of the intermediate plate 2 is formed on the lower surface of the upper plate 1. The convex spherical surface having the same radius of curvature as the concave spherical surface and the lower surface of the intermediate plate 2 are formed of the convex spherical surface having the same curvature radius as the concave spherical surface of the upper surface of the lower plate 3, respectively, It is in close contact with the concave spherical surface and the concave spherical surface of the upper surface of the lower plate (3), and the polytetrafluoroethylene (PTFE) storage grooves (10, 10a) between the concave surface of the lower surface of the upper plate is in close contact with the concave surface Polytetrafluore Polyethylene (PTFE) coated surfaces 11 and 11a are formed, and the polytetrafluoroethylene (PTFE) storage grooves 10b and 10c and the polytetra are formed between the convex surface of the lower surface of the intermediate plate and the concave surface of the lower plate. Fluoroethylene (PTFE) coating surface (11b, 11c) is formed is characterized by the main feature to prevent abrasion and to generate a damping force during movement and rotation.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the configuration and operation of the present invention.
도 1은 본 발명에 의한 지진격리받침을 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 보면 오목 구면의 바닥면을 갖는 상부판(1)과 상면 중앙에 오목 구면을 갖는 하부판(3) 및 상기 상부판과 하부판사이에 삽입되는 중간판(2)을 포함하여 이루어진다. 상기 상부판, 하부판 및 중간판은 복합재질로 이루어진다.1 is a cross-sectional view showing the seismic isolation support according to the present invention, as shown in the present invention, the upper plate (1) having a bottom surface of the concave spherical surface and the lower plate (3) having a concave spherical surface in the center of the upper surface And an intermediate plate 2 inserted between the upper plate and the lower plate. The upper plate, the lower plate and the intermediate plate is made of a composite material.
상기 복합재질의 상부판(1) 하면에는 오목 구면이 형성되어 있고, 복합재질의 하부판(3) 상면에는 상기 상부판(1) 하면의 오목 구면보다 작은 곡률반경을 갖는 오목 구면이 형성되어 있다. 그리고 복합재질의 중간판(2) 상면과 하면은 각각 상기 상부판(1) 하면과 하부판(3)의 상면의 오목 구면과 동일한 곡률반경을 갖는 볼록 구면으로 각각 형성되어 있고, 상기 중간판 상면과 하면의 볼록구면은 각각 상부판(1) 하면의 오목구면 및 하부판(3) 상면의 오목 구면과 밀접된다.A concave spherical surface is formed on the lower surface of the upper plate 1 of the composite material, and a concave spherical surface having a curvature radius smaller than the concave spherical surface of the lower surface of the upper plate 1 is formed on the upper surface of the lower plate 3 of the composite material. The upper and lower surfaces of the intermediate plate 2 of the composite material are each formed of convex spherical surfaces having the same radius of curvature as the concave spherical surface of the upper and lower surfaces of the upper plate 1 and the lower plate 3, respectively. The convex spherical surface of the lower surface is in close contact with the concave spherical surface of the lower surface of the upper plate 1 and the concave spherical surface of the upper surface of the lower plate 3, respectively.
또한, 상기 밀접되는 상부판(1)과 하부판(2)의 오목 구면과 중간판(3) 상하면의 볼록 구면에는 각각 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 저장홈(10, 10a, 10b, 10c)과 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 코팅면(11, 11a, 11b, 11c)이 형성되어 있다. 상기 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 저장홈(10, 10a, 10b, 10c)과 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 코팅면(11, 11a, 11b, 11c)은 마찰면의 미끄럼발생시 복합재료의 마모를 예방하고, 지진시 적당한 감쇠력을 발생하도록 하는 작용을 한다.In addition, the concave spherical surfaces of the upper and lower plates 1 and 2 which are in close contact with each other and the convex spherical surfaces of the upper and lower surfaces of the intermediate plate 3 have polytetrafluoroethylene (PTFE) storage grooves 10, 10a, 10b, and 10c, respectively. Tetrafluoroethylene (PTFE) coated surfaces 11, 11a, 11b, 11c are formed. The polytetrafluoroethylene (PTFE) storage grooves (10, 10a, 10b, 10c) and the polytetrafluoroethylene (PTFE) coated surface (11, 11a, 11b, 11c) is to prevent wear of the composite material during the sliding of the friction surface In addition, it acts to generate an appropriate damping force during an earthquake.
한편, 상부판(1) 하면의 오목 구면 가장자리에는 과다변위 방지링(5)이 볼트(6)로 체결되어 중간판(2)이 과다변위되어 상부판(1)의 오목 구면을 벗어남을 방지하여, 결과적으로 낙교방지기능을 수행하도록 한다. On the other hand, the over-displacement prevention ring (5) is fastened to the concave spherical edge of the lower surface of the upper plate (1) by fastening the bolt (6) to prevent the intermediate plate (2) is over-displaced to escape the concave spherical surface of the upper plate (1) As a result, they will perform a fall prevention function.
또한, 상부판(1)과 과다변위 방지링(5)간에는 전단홈(8)이 형성되어 전단하중에 대한 저항력을 증대시키도록 한다. 그리고, 상기 과다변위 방지링(5)의 측면에는 신축성이 있는 고무 또는 폴리우레탄 재질의 튜브(7)를 두어, 우수 및 먼지 등의 침투를 방지하여 마찰면이 청결하도록 유지시킨다.In addition, a shear groove 8 is formed between the upper plate 1 and the over-displacement prevention ring 5 to increase the resistance to shear load. In addition, the side of the over-displacement prevention ring (5) is provided with a flexible rubber or polyurethane tube (7), to prevent the penetration of rain and dust to keep the friction surface clean.
나아가, 본 발명에 의한 지진격리받침의 주요 부재인 상부판(1), 중간판(2), 하부판(3) 중에 전단력에 취약한 부재는 중간판(2)으로서, 중간판(2) 측면에 부식에 강하고 강도가 큰 스테인레스 재질의 전단보강 링(4)을 두어 중간판(2)의 강도를 증대시킴으로써 복합재료의 단점을 보완한다.Furthermore, among the upper plate 1, the middle plate 2, and the lower plate 3, which are the main members of the seismic isolator according to the present invention, the members vulnerable to the shear force are the intermediate plate 2, which is corroded to the intermediate plate 2 side. Complement the disadvantages of the composite material by increasing the strength of the intermediate plate (2) by having a strong and high strength stainless steel shear reinforcing ring (4).
상기와 같은 구조와 작용을 통하여 본 발명에 의한 지진격리장치는 상시에는 이동과 회전기능을 갖춘 교량받침으로서 기능을 수행하고, 지진시에는 복원력과 감쇠력을 갖춘 지진격리장치로서의 기능을 수행한다.Through the structure and action as described above, the seismic isolator according to the present invention performs a function as a bridge bearing with a moving and rotating function at all times, and performs a function as a seismic isolator with restoring and damping force during an earthquake.
이하, 본 발명에 의한 지진격리장치의 이동 및 회전 작용에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the movement and rotational action of the seismic isolator according to the present invention will be described in more detail.
도 2는 본 발명에 의한 지진격리받침의 이동현상을 도시한 개념도로서, 도시된 바와 같이, 상부판(1)과 중간판(2) 간의 미끄러짐을 통해 상부판(1a)과 중간판(2)에 상대변위가 발생할 수 있다. 2 is a conceptual diagram showing the movement of the seismic isolation support according to the present invention, as shown, the upper plate (1a) and the intermediate plate (2) through the sliding between the upper plate (1) and the intermediate plate (2) Relative displacement may occur.
이때, 이동된 상부판(1a)과 중간판(2)의 접촉 구면이 밀착된 상태로 유지되기 위해서는 중간판(2)과 하부판(3) 간에도 미끄러짐이 발생하여 중간판(2)이 회전하게 된다. 따라서, 상부판(1)과 중간판(2) 및 하부판(3) 간의 접촉면에서 발생하는 미끄러짐을 통하여 상부판(1)은 원활히 수평방향으로 이동할 수 있다.At this time, in order to maintain the contact spherical surface of the moved upper plate (1a) and the intermediate plate 2 in close contact with the intermediate plate (2) and the lower plate (3) is generated, the intermediate plate 2 is rotated . Therefore, the upper plate 1 can smoothly move in the horizontal direction through the sliding occurring in the contact surface between the upper plate 1, the intermediate plate 2 and the lower plate (3).
상부판(1)이 수평방향으로 이동하게 되면 도 2에 도시된 바와 같이 수직방향으로도 상승하게 되어 상부판(1) 위에 설치된 구조물의 질량과 상승된 높이에 비례하는 위치에너지가 증가하게 된다. 이렇게 증가된 위치에너지는 상부판(1a)과 중간판(2)의 미끄러짐을 통해 운동에너지로 변하려고 하기 때문에, 지진격리장치로서 필수적인 복원력을 제공하게 된다. 따라서 상부판(1)의 오목 구면은 설치될 구조물의 복원주기로 산정한 곡률반경을 갖도록 설계 및 제작하여 지진시 복원력을 충분히 제공하도록 한다.When the upper plate 1 moves in the horizontal direction, as shown in FIG. 2, the upper plate 1 also rises in the vertical direction, thereby increasing the potential energy in proportion to the mass and the raised height of the structure installed on the upper plate 1. Since the increased potential energy tries to change into kinetic energy through the sliding of the upper plate 1a and the middle plate 2, it provides an essential restoring force as the seismic isolator. Therefore, the concave spherical surface of the upper plate 1 is designed and manufactured to have a radius of curvature calculated by the restoration period of the structure to be installed to provide sufficient resilience during an earthquake.
도 3은 본 발명에 의한 지진격리받침의 회전현상을 도시한 개념도로서, 도시된 바와 같이 중간판(2)과 하부판(3)간 접촉 구면의 미끄러짐에 의해 상부판(1)이 용이하게 회전할 수 있다. 3 is a conceptual diagram illustrating a rotation phenomenon of the seismic isolator according to the present invention, the upper plate 1 is easily rotated by the sliding of the contact sphere between the intermediate plate 2 and the lower plate 3 as shown. Can be.
이때 하부판(3) 오목 구면의 회전반경이 상부판(1) 오목 구면에 비하여 크면 상부판의 수평이동시에 중간판(2)이 하부판(3)의 오목 구면을 이탈하게 되므로, 도시된 바와 같이 하부판(3) 오목 구면의 회전반경은 상부판(1) 오목 구면의 회전반경에 비하여 충분히 작도록 한다.At this time, if the rotation radius of the concave spherical surface of the lower plate (3) is larger than the concave spherical surface of the upper plate (1), the intermediate plate (2) is separated from the concave spherical surface of the lower plate (3) during horizontal movement of the upper plate, as shown in the lower plate (3) The radius of rotation of the concave spherical surface is to be sufficiently small compared to the radius of rotation of the concave spherical surface of the top plate (1).
지진시에는 상하진동을 일으키는 지진파와 좌우진동을 일으키는 지진파가 약간의 시간차가 있으나 함께 오는 것이 일반적이므로 실제 지진시에는 상기 이동 현상과 회전 현상이 동시에 작동하게 되는 것이 일반적이다. During an earthquake, the earthquake wave causing the up and down vibration and the earthquake wave causing the left and right oscillation have a slight time difference. However, since the earthquake wave generally comes together, the movement phenomenon and the rotation phenomenon are generally operated simultaneously during an earthquake.
상기한 바와 같이, 본 발명은 교량 상판의 밑면에 설치됨으로써 상시에는 이동과 회전이 가능한 교량받침으로서의 기능을 수행하고, 지진시에는 복원력과 감쇠력을 갖춘 지진격리장치로서의 우수한 내진성능을 발휘하여 지진으로부터 교량을 보호할 수 있다. 그리고 교량 이외의 건축물이나 기계장비의 지진격리받침으로 활용하여 지진시 경제적 손실 뿐만 아니라 인명피해를 최소화하는데 기여할 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the present invention is installed on the bottom surface of the bridge plate to perform the function as a bridge support that can be moved and rotated at all times, and during the earthquake exhibits excellent seismic performance as a seismic isolator with restoring force and damping force from earthquake Can protect the bridge. In addition, it can be used as a seismic isolating base for buildings and machinery other than bridges, which can contribute to minimizing economic loss as well as human damage during an earthquake.
또한, 본 발명에 의한 지진격리장치는 복합재의 방향에 따른 강도의 차이가 큰 단점을 보완하고 가공의 용이성 및 경량인 장점 등을 충분히 활용하여 기존의 강재를 이용한 미끄럼형 지진격리받침을 개량된 구조로 제작함으로써, 우수한 지진격리성능과 내구성 및 경량에 따른 사용성 향상으로 보급을 확대하여 지진시 사회혼란 및 인명피해를 줄이는데 기여할 수 있다. In addition, the seismic isolator according to the present invention is to improve the sliding seismic isolator using conventional steel by fully utilizing the disadvantages of the strength difference according to the direction of the composite material and fully utilizing the advantages of ease of processing and light weight By making it possible, it can contribute to reducing social confusion and human damage during an earthquake by expanding the prevalence with excellent seismic isolation performance, durability and light weight and improving usability.
나아가, 내진성능 향상에 따른 구조물 주요부재의 단면 축소 등을 통한 공사비용 절감 뿐만 아니라, 우수한 지진격리 효과로 인하여 구조물과 기계장비의 내구한을 증대시키므로 그 경제적 효과가 크다고 할 수 있다.Furthermore, the economic effect is great because not only the construction cost is reduced by reducing the cross section of the main member of the structure due to the improved seismic performance, but also the durability of the structure and the mechanical equipment is increased due to the excellent seismic isolation effect.
또한, 교량 이외의 건축물이나 기계장비의 지진격리받침으로도 활용할 수 있다.In addition, it can be used as a seismic isolation support for buildings and machinery other than bridges.
즉, 복합재의 단점을 보완하고 장점을 충분히 활용하여 기존의 강재를 이용한 미끄럼형 지진격리받침을 개량된 구조로 제작함으로써, 상시에 교량받침으로서의 역할 뿐만 아니라 우수한 지진격리성능과 내구성 및 경량에 따른 사용성 향상으로 보급을 확대하여 지진시 사회혼란 및 경제적 손실을 줄이고자 하였다. In other words, by supplementing the shortcomings of the composite material and fully utilizing the advantages, the sliding type seismic isolation support using the existing steel is manufactured in an improved structure, so that it is not only a bridge support at all times but also excellent seismic isolation performance, durability and lightness. In order to reduce the social confusion and economic loss during the earthquake, the expansion was expanded.
도 1은 본 발명인 복합재를 이용한 지진격리받침을 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing the seismic isolation support using the inventor composite,
도 2는 본 발명인 복합재를 이용한 지진격리받침의 이동현상을 도시한 개념도, 2 is a conceptual diagram showing the movement of the seismic isolation support using the inventors composite,
도 3은 본 발명인 복합재를 이용한 지진격리받침의 회전현상을 도시한 개념도,3 is a conceptual diagram showing a rotation phenomenon of the seismic isolation support using the inventor composite,
도 4는 종래 기술에 따른 교량받침 중 스페리컬 받침의 구조를 나타내는 단면도,Figure 4 is a cross-sectional view showing the structure of the spherical support of the bridge support according to the prior art,
도 5는 종래 미끄럼받침 계열의 지진격리받침으로서 사용되고 있는 FPS(Friction Pendulum System)를 나타내는 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a friction pendulum system (FPS) that is conventionally used as an earthquake isolation support of a sliding support series.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※ ※ Explanation of code about main part of drawing ※
1, 1a, 1b : 상부판 2 : 중간판1, 1a, 1b: upper plate 2: intermediate plate
3 : 하부판 4 : 전단보강 링3: bottom plate 4: shear reinforcing ring
5 : 과다변위 방지링 6 : 볼트5: over displacement prevention ring 6: bolt
7 : 튜브 8 : 전단홈7: tube 8: shear groove
10, 10a, 10b, 10c : PTFE 저장홈 11, 11a, 11b, 11c : PTFE 코팅면10, 10a, 10b, 10c: PTFE storage grooves 11, 11a, 11b, 11c: PTFE coated surface
101 : 상부판(종래 스페리컬 받침) 102 : 중간판(종래 스페리컬 받침)101: upper plate (conventional spherical bearing) 102: intermediate plate (conventional spherical bearing)
103 : 하부판(종래 스페리컬 받침) 103: lower plate (conventional spherical support)
111, 111a : 윤활유 저장홈(종래 스페리컬 받침)111, 111a: Lube oil storage groove (conventional spherical bearing)
112, 112a : 스테인레스판(종래 스페리컬 받침)112, 112a: stainless steel plate (conventional spherical bearing)
201 : 상부판(종래 FPS) 202 : 중간봉(종래 FPS)201: Top plate (conventional FPS) 202: Intermediate bar (conventional FPS)
203 : 하부판(종래 FPS) 204 : 회전 미끄럼체(종래 FPS)203: Lower plate (conventional FPS) 204: Rotating sliding body (conventional FPS)
210, 210a : 미끄럼면(종래 FPS) 211 : 스테인레스판(종래 FPS)210, 210a: sliding surface (conventional FPS) 211: stainless steel plate (conventional FPS)
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