KR20070094063A

KR20070094063A - 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치

Info

Publication number: KR20070094063A
Application number: KR1020060024219A
Authority: KR
Inventors: 김영문; 유기표; 홍동표
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-20

Abstract

본 발명은 풍동에 의한 실 건축물의 모형의 진동을 측정하기 위한 공력진동 짐발장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판과, 상기 기판에 장착되는 짐발 조립체와, 상기 짐발 조립체의 X축 및 Y축의 진동범위를 측정하는 스트레인 게이지를 포함하여 구성되는 건축물 풍동실험을 위한 공력진동 짐발장치에 있어서, 상기 짐발 조립체는 상기 기판에 짐발을 이루도록 결합되는 슬리브와, 상기 슬리브내에 축결합되는 축과, 상기 축에 고정결합되는 수평판과; 상기 슬리브와 상기 판에 양단이 고정되는 판스프링을 포함하여 이루어지고, 상기 판스프링에 설치되어 상기 축에 작용하는 토션을 측정하는 스트레인 게이지가 구비되는 것을 특징으로 하는 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치에 관한 것이다.

이와 같은 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치는 풍동실험에 의하여 실 건축물의 모형 특히 비정형의 실 건축물의 모형에 발생하는 비틀림 방향의 진동을 간편하게 상기 스트레인 게이지로 측정할 수 있는 이점이 있다.

공력진동, 풍동실험, 스트레인 게이지

Description

비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치{THE GIMBALS FOR MEASURING WIND-INDUCED VIBRATIONS}

도 1은 종래의 공력진동 짐발장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예인 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 3은 기판에서 짐발조립장치를 분리한 상태를 개략적으로 나타내는 분리사시도이고,

도 4는 도 3의 짐발조립장치를 분해한 상태를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도 5는 고정슬리브내에 링이 축지된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고,

도 6은 도 5의 B-B선에 따른 단면상태를 개략적으로 나타내는 종단면도이고,

도 7은 고정핀의 선단이 링의 홈의 내면에 접촉되어 링이 고정슬리브에 고정된 단면 상태를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.

도 8은 도 4의 A-A선에 따른 단면상태를 개략적으로 나타내는 종단면도이고,

도 9는 고정핀에 의하여 축을 슬리브에 고정한 상태를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 기판 15: 지지대

110: 고정슬리브 30: 짐발조립장치

310: 링 320: 슬리브

330: 고정판 340: 환형판

350: 축 370: 수평판

380: 안착판

건물이 초고층화 될수록 지진 하중에 의한 진동효과보다는 풍하중에 의한 진동 효과가 커질 수 있다는 사실은 이미 잘 알려져 있고, 풍하중에 의한 진동 효과는 바람이 불어오는 평균류 방향의 진동뿐만 아니라 이와 직각방향인 횡방향과 건물 평면에 수직인 축주위의 비틀림 방향의 진동을 동반하게 된다.

특히 고층건물의 경우 평균류 방향의 진동응답보다는 횡방향 및 비틀림 방향의 진동응답이 크게 나타나며, 이러한 횡방향 및 비틀림방향의 진동은 풍하중에서 발생하는 와류가 그 주원인인 것으로 알려져 있다.

보통 이와 같은 와류에 의한 진동응답은 이론적인 해석보다는 풍동실험에 의존하는 것이 일반적이고, 특히 실험대상건물의 동적특성을 상사할 수 있는 공력진동실험이 많이 행해지고 있으며, 일반적으로 공력진동실험에 이용되는 공력진동 짐발장치는 도 1과 같다.

상기 공력진동 짐발장치는 도 1과 같이 저면에 4개의 지지대(912)가 구비된 기판(130)과, 상기 인접한 지지대(912)간에 각각 수평방향으로 장착되는 판스프링(972)과, 상기 기판(130)상에 짐발을 이루며 장착되는 짐발조립장치로 이루어지고, 상기 짐발조립장치는 고정슬리브(914)와, 상기 고정슬리브(914)내에 축지되는 링(930)과, 상기 링(930)에 상기 링(930)의 축방향과 직각방향으로 축지되는 축(930)과, 상기 축(930)의 상단에 장착되어 실 건축물의 모형이 안착고정되는 안착판(952)과, 상기 축(930)의 하부에 형성되고 4개의 관통공이 일정한 간격으로 형성된 환형판(미도시)과, 상기 축(930)의 하단에 장착되는 감쇠판(미도시)을 포함하여 구성되고, 상기 축(930)의 환형판(미도시)의 관통공과 상기 판스프링(972)의 중앙에 코일스프링(974)의 양단이 각각 고정되어 형성되고, 상기 판스프링에(972)는 스트레인 게이지(미도시)가 설치된다.

여기서 상기 코일스프링(974)을 이용하여 실 건축물의 강성을 상사한 강성을 조절하고, 상기 감쇠판(미도시)을 오일접시에 침지시켜 실 건축물의 감쇠를 부여한다.

그리고 실 건축물의 질량 및 형상을 상사한 모형을 상기 안차판(952)에 안착고정시키고, 안착판(952)에 안착된 모형을 이용하여 풍동에 의한 X축 및 Y축의 진동을 측정한다.

이와 같은 종래의 공력진동 짐발장치의 경우 풍동에 의한 모형의 X축 및 Y축의 진동에 한하여 측정할 수 있고, 풍동에 의하여 작용되는 모형의 비틀림 방향의 진동을 측정할 수 없는 문제가 있다.

특히 실 건축물이 비정형일 경우에는 풍동에 의하여 X, Y방향 뿐만 아니라 비틀림 방향까지도 영향을 받기 때문에 반드시 비틀림 방향의 변위도 측정을 할 필요성이 대두되고 있으나, 아직까지 비틀림 방향의 진동까지 측정할 수 있는 공력진동 짐발장치가 제안된 바 없는 실정이다.

이와 같은 종래의 공력진동 짐발장치의 측정한계를 극복하기 위한 본 발명은 풍동실험에 의하여 모형의 X축 및 Y축 뿐만 아니라 비틀림 방향의 진동까지도 측정할 수 있고, 또한 측정하고자 하는 방향 즉, X축, Y축 또는 비틀림 방향 중 어느 한 방향 또는 둘 이상의 방향을 선택하여 측정할 수 있는 공력진동 짐발장치를 제공함이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명은 기판과, 상기 기판에 장착되는 짐발 조립체와, 상기 짐발 조립체의 X축 및 Y축의 진동범위를 측정하는 스트레인 게이지를 포함하여 구성되는 건축물 풍동실험을 위한 공력진동 짐발장치에 있어서,

상기 짐발 조립체는 상기 기판에 짐발을 이루도록 결합되는 슬리브와, 상기 슬리브내에 축결합되는 축과, 상기 축에 고정결합되는 수평판과; 상기 슬리브와 상기 판에 양단이 고정되는 판스프링을 포함하여 이루어지고,

상기 판스프링에 설치되어 상기 축에 작용하는 토션을 측정하는 스트레인 게이지가 구비되는 것을 특징으로 하는 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치를 제공한다.

그리고 상기 기판의 중앙에 관통공이 형성되고,

상기 짐발 조립체의 슬리브는 상기 기판의 관통공내에 축지되는 링내에 상기 링의 축방향과 직각방향으로 축지되고,

상기 기판에 상기 링을 선택적으로 고정하는 링 고정부재와, 상기 링에 상기 슬리브를 선택적으로 고정하는 슬리브 고정부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치를 제공한다.

또한, 상기 짐발조립체의 슬리브에 상기 축을 선택적으로 고정하는 축 고정부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치를 제공한다.

이하 본 발명의 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치를 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 바람직한 실시예인 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치는 도 2와 같이 크게 기판(10), 짐발조립장치(30)로 구성된다.

먼저 상기 기판(10)은 상기 짐발조립장치(30)를 설치하기 위한 것으로서, 도 2와 같이 중앙에 관통공(12)이 형성된 정사각형의 판상으로 이루지고, 저면에는 상기 기판(10)을 바닥으로부터 일정높이 이격시키고, 후술하는 판스프링(150)을 고정 설치하기 위한 4개의 지지대(15)가 구비된다.

그리고 상기 4개의 지지대(15)는 상기 기판(10)의 관통공(12)을 중심으로 상호 직각을 이루도록 상기 지면에 고정결합된다.

도 2에서는 상기 기판(10)을 정사각형의 판상으로 형성하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 짐발조립장치(30)를 짐발을 이루도록 설치할 수 있는 구조 및 형상이면 족하다.

또한 별도의 상기 4개의 지지대(15)를 도 2에서는 상기 기판(10)의 저면에 고정결합하였으나, 상기 4개의 지지대(15)를 상기 기판(10)에 일체로 형성할 있는 등 기타 후술하는 판스프링(150)을 고정할 수 있는 구조이면 충분하다.

도 3은 기판에서 짐발조립장치를 분리한 상태를 개략적으로 나타내는 분리사시도이고, 도 4는 도 3의 짐발조립장치를 분해한 상태를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

다음으로, 상기 짐발조립장치(30)는 바람에 의한 진동영향을 평가하고자 하는 실 건축물의 모형을 고정하여 모형의 공력진동을 실험하기 위한 것으로서, 도 3 및 4와 같이 상기 기판(10)의 관통공내에 축지되는 링(310)과, 상기 링(310)내에 축지되는 슬리브(320)와, 상기 슬리브(320)내에 축결합되는 축(350)과, 상기 축(350)의 상측에 고정결합되는 수평판(370)과, 상기 수평판(370)과 상기 슬리브(320)에 양단이 각각 고정결합되는 판스프링(150)을 포함하여 구성된다.

한편 상기 링(310)을 상기 기판(10)에 용이하게 설치하기 위하여 도 3과 같 이 고정슬리브(110)를 더 구비하는 것이 바람직하다, 도 3에서는 상기 고정슬리브(110)를 별도로 준비하여 상기 기판(10)에 고정설치하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 기판(10)상에 일체로 형성할 수 있음은 물론이다.

그리고 상기 고정슬리브(110)내에는 상기 링(310)이 축지되고, 상기 링(310)내에는 상기 슬리브(320)가 상기 링(310)의 축(350)방향과 직각으로 축지된다.

그리고 상기 고정슬리브(110)에 상기 링(310)을 선택적으로 고정시킬 수 있는 링 고정부재와, 상기 링(310)에 상기 슬리브(320)를 선택적으로 고정시킬 수 있는 슬리브 고정부재를 구비하는 것이 바람직하며, 이는 X축 또는 Y축 방향 중 어느 한 방향에 한하여 진동을 측정할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 링 고정부재 및 상기 슬리브 고정부재는 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 고정슬리브(110) 및 상기 링(310)에 별도의 볼트 등을 결합하여 상기 링(310)을 상기 고정슬리브(110)에, 상기 슬리브(320)를 상기 링(310)에 고정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 링(310)을 상기 고정슬리브(110)에, 상기 슬리브(320)를 상기 링(310)에 선택적으로 고정할 수 있는 구조 및 구성으로 이루어지면 족하다.

한편, 도 3과 같이 상기 고정슬리브(110)내에 상기 링(310)을 축지하고, 도 4와 같이 상기 링(310)내에 상기 슬리브(320)를 축지하는 것이 바람직하다. 상기 고정슬리브(110)와 상기 링(310), 상기 링(310)과 상기 슬리브(320)의 축지하는 방 법은 동일하므로, 상기 고정슬리브(110)와 상기 링(310)의 축지방법에 한하여 상세하게 설명한다.

도 5는 고정슬리브내에 링이 축지된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5의 B-B선에 따른 단면상태를 개략적으로 나타내는 종단면도이고, 도 7은 고정핀의 선단이 링의 홈의 내면에 접촉되어 링이 고정슬리브에 고정된 단면 상태를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.

상기 고정슬리브(110)의 양측에 도 3과 같이 축공(114)이 형성되고, 상기 축공(114)의 내주면에는 암나사부가 형성된다. 그리고 상기 링(310)의 양측 외주면에는 홈(312)이 형성되고, 상기 홈(312)에는 도 6과 같이 베어링(312a)이 삽입설치된다.

상기 링(310)은 도 3 및 도 5와 같이 상기 고정슬리브(110)의 축공(114)에 나사결합되고 선단이 원추형상으로 형성된 고정핀(116)에 의하여 상기 고정슬리브(110)내에 축결합되어 축지된다.

상기 고정핀(116)의 선단이 도 6과 같이 상기 링(310)의 홈의 내면에 접촉되지 않고, 상기 링(310)의 홈(312)내에 삽입 설치된 베어링(312a)에 접촉되도록 상기 고정슬리브(110)의 축공(114)에 나사결합된 경우 상기 링(310)은 상기 고정핀(116)을 기준으로 원활하게 회전되고, 상기 고정핀(116)의 선단이 도 7과 같이 상기 링(310)의 홈(312)의 내면에 접하도록 상기 고정슬리브(110)의 축공(114)에 나사결합된 경우 상기 링(310)은 상기 고정핀(116)에 의하여 상기 고정슬리브(110)에 고정된다.

이와 같이 상기 고정슬리브(110)의 축공(114), 상기 링(310)의 홈 및 상기 고정핀(116)을 이와 같이 형성함으로써, 상기 링(310)을 상기 고정슬리브(110)내에 축지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 링(310)을 상기 고정슬리브(110)에 간편하게 고정할 수 있는 등 상기 링 고정부재의 기능까지 한다.

또한, 상기 슬리브(320)는 도 4와 같이 고정핀(316)에 의하여 상기 링(310)에 축지되고, 상기 슬리브(320) 또한 상기 고정핀(316)에 의하여 축지될 뿐만 아니라 상기 고정핀(316)에 의하여 선택적으로 상기 링(310)에 고정설치된다.

이러한 상기 슬리브(320)에는 도 4와 같이 축(350)이 회전결합되고, 상부 및 하부에는 각각 고정판(330) 및 환형판(340)이 구비된다.

상기 슬리브(320)의 하부에 구비된 상기 환형판(340)은 실 건축물의 강성을 상사한 강성을 적용하기 위한 코일 스프링(310)을 장착하기 위한 것으로서, 일정한 각으로 4개의 관통공(342)이 형성되고, 상기 관통공(342)에는 상기 코일 스프링(도 2의 310)의 일단이 고정된다.

한편, 상기 기판(10)의 지지대(15)간에는 도 2와 같이 판스프링(150)이 수평방향으로 각각 설치되고, 상기 수평방향의 판스프링(150)의 중앙에는 상기 코일 스프링(310)의 타단이 고정된다. 특히, 상기 코일 스프링(310)의 타단을 용이하게 상기 판스프링(150)의 중앙에 고정하고, 또한 실 건축물의 강성을 상사한 강성에 따라 상기 코일 스프링(310)의 위치를 간편하게 조절할 수 있도록 도 2와 같이 아이 볼트(162) 및 나비너트(164)를 이용하여 상기 코일 스프링(310)을 상기 판스프링(150)의 중앙에 고정하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 수평방향의 판스프링(150)에는 도면에는 도시되지 않았으나 스트레인 게이지가 풀 브리지(Full bridge)접지 방식으로 설치되고, 이에 따라 모형의 풍동실험에 따라 발생되는 X축 및 Y축의 진동을 측정할 수 있다. 스트레인 게이지를 이용하여 진동을 측정하는 방법은 본 발명이 속하는 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

그리고 상기 슬리브(320)의 상부에 구비된 상기 고정판(330)은 비틀림 방향의 진동을 측정하기 위한 판스프링(도 3의 390)의 하단을 고정하기 위한 것으로서, 도 4와 같이 일정한 각으로 4개의 단차부(332)가 형성되어 있으며, 상기 단차부의 수는 이에 특정되는 것은 아니다.

상기 슬리브(320)에 회전결합된 축(350)의 하단에는 감쇠 원형판(360)이 고정결합되고, 상부에는 수평판(370)이 고정결합되며, 상단에는 실 건축물을 상사한 모형(도 2의 50)이 안착되는 안착판(380)이 고정결합된다.

상기 감쇠 원형판(360)은 실 건축물의 감쇠를 상사한 감쇠를 맞추어 모형에 풍동실험을 하기 위한 것으로서, 상기 감쇠 원형판(360)은 오일 접시(미도시)에 수용된 오일내에 침지된다.

그리고 상기 축(350)의 상부에 고정결합된 상기 수평판(370)은 도 4와 같이 상기 고정판(330)에 하단이 고정되는 판스프링(150)의 상단을 고정하기 위한 것으로서, 상기 고정판(330)의 단차부(332)와 대응되는 단차부(372)가 형성된다.

상기 수평판(370)의 단차부(372)와 상기 고정판(330)의 단차부(332)에는 상기 판스프링(150)이 수직방향으로 양단이 각각 고정결합되고, 상기 판스프링(150)에는 도면에는 도시되지 않았으나 스트레인 게이지가 풀 브리지(Full bridge)접지 방식으로 설치된다.

상기 안착판(380)에 안착된 모형을 이용한 풍동실험에서 와류 등의 바람에 의하여 모형에 비틀림 방향의 진동이 발생한 경우 비틀림 방향의 진동이 상기 수평판(370)과 상기 고정판(330)사이에 설치된 판스프링(390)에 전달되고, 이때 전달된 진동은 스트레인 게이지 및 연산부 등에 의하여 일정한 수치로 변환됨으로써 쉽게 비틀림 방향의 진동을 측정할 수 있는 것이다.

그리고 도 8은 도 4의 A-A선에 따른 단면상태를 개략적으로 나타내는 종단면도이고, 도 9는 고정핀에 의하여 축을 슬리브에 고정한 상태를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.

상기 슬리브(320)내에는 도 8과 같이 축(350)이 축결합되고, 이때 상기 축(350)이 원활하게 회전운동할 수 있도록 베어링(328)에 의하여 상부 및 하부가 축지지된다.

그리고 상기 슬리브(320)의 일측에는 상기 축(350)을 선택적으로 고정할 수 있는 축 고정부재가 더 구비되는 것이 바람직하고, 이는 풍동에 따른 진동실험의 측정항목에 따라 X축, Y축 및 비틀림 방향의 진동을 간편하게 측정하기 위함이다.

상기 축 고정부재는 도 8과 같이 상기 슬리브(320)의 일측에 상기 축(350)이 삽입되는 축공으로 관통되도록 형성된 체결공(324)에 나사결합되는 고정핀(326)으로 구성하는 것이 좋다.

그리고 상기 수평판(370) 및 상기 고정판(330)에 장착된 판스프링(390)에 설치되는 스트레인 게이지를 이용하여 풍동에 의한 모형의 비틀림 방향의 진동을 측정하고자 하는 경우에는 상기 슬리브(320)의 체결공(324)에 나사결합된 상기 고정핀(326)을 도 8과 같이 선단이 상기 축(350)에 접촉되지 않도록 풀림방향으로 회전시키고, 풍동에 의한 모형의 비틀림 방향의 진동을 측정하지 않고, X축 및/또는 Y축의 진동에 한하여 측정하고자 하는 경우에는 도 9와 같이 상기 고정핀(326)을 체결방향으로 회전시켜 상기 축(350)을 상기 슬리브(320)에 고정하면 된다.

이와 같이 상기 슬리브(320)에 상기 축 고정부재(326)를 구비함으로써, 풍동에 의한 모형의 진동실험의 측정 항목에 따라 X축, Y축 및 비틀림 방향의 진동을 간편하게 측정할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치의 짐발 조립체를 기판에 짐발을 이루도록 결합되는 슬리브와, 상기 슬리브내에 축결합되는 축과, 상기 축에 고정결합되는 수평판과, 상기 슬리브와 상기 수평판에 양단이 각각 고정되는 판스프링과, 상기 판스프링에 설치되는 스트레인 게이지로 구성함으로써, 풍동실험에 의하여 실 건축물의 모형 특히 비정형의 실 건축물의 모형에 발생하는 비틀림 방향의 진동을 간편하게 상기 스트레인 게이지로 측정할 수 있는 효과가 있다.

그리고 상기 슬리브에 선택적으로 상기 축을 고정할 수 있는 축 고정부재를 더 구비함으로써, X축 및 Y축, 비틀림 방향의 진동의 측정항목에 따라 상기 축을 상기 슬리브에 고정하여 보다 해당 측정항목의 진동을 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims

기판과, 상기 기판에 장착되는 짐발 조립체와, 상기 짐발 조립체의 X축 및 Y축의 진동범위를 측정하는 스트레인 게이지를 포함하여 구성되는 건축물 풍동실험을 위한 공력진동 짐발장치에 있어서,

상기 짐발 조립체는 상기 기판에 짐발을 이루도록 결합되는 슬리브와, 상기 슬리브내에 축결합되는 축과, 상기 축에 고정결합되는 수평판과; 상기 슬리브와 상기 판에 양단이 고정되는 판스프링을 포함하여 이루어지고,

상기 판스프링에 설치되어 상기 축에 작용하는 비틀림을 측정하는 스트레인 게이지가 구비되는 것을 특징으로 하는 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치.
제2항에 있어서,

상기 짐발조립체의 슬리브에 상기 축을 선택적으로 고정하는 축 고정부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판의 중앙에 관통공이 형성되고,

상기 짐발 조립체의 슬리브는 상기 기판의 관통공내에 축지되는 링내에 상기 링의 축방향과 직각방향으로 축지되고,

상기 기판에 상기 링을 선택적으로 고정하는 링 고정부재와, 상기 링에 상기 슬리브를 선택적으로 고정하는 슬리브 고정부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 비틀림측정이 가능한 공력진동 짐발장치.