KR20080038623A - Apparatus for damping movement of structures - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 분해조립도,1 is an exploded view of the vibration damping device of a structure according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 조립상태를 알 수 있는 좌측의 정면 조립완성도 및 우측의 측면 조립완성도,Figure 2 is a front assembly completion of the left side and the side assembly completion of the right to see the assembly state of the vibration damping device of the structure according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치가 구조물에 설치된 상태에서 좌우로 진동이 가해졌을 때 작동하는 형상을 도시하는 정면도,3 is a front view showing a shape that operates when vibration is applied from side to side in a state in which the vibration damping device of the structure according to the present invention is installed in the structure,
도 4는 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 주파수변화에 따른 에너지 흡수 면적을 나타내는 에너지 흡수선도,Figure 4 is an energy absorption diagram showing the energy absorption area according to the frequency change of the vibration damping device of the structure according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 실증실험결과를 알 수 있는 전단변형율 저감 효과도이다.5 is a shear strain reduction effect that can be seen in the empirical test results of the vibration damping device of the structure according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 구조물의 진동 감쇠 장치 9 : 케이블1: vibration damping device of structure 9: cable
10 : 구조물 11 : 고정 플레이트 13 : 한쌍의 측면 플레이트 15 : 체결수단 17 : 아크형 마찰레버 18 : 마찰돌기 19 : 마찰재 21 : 체결수단 홀 DESCRIPTION OF
23 : 케이블 홀 41 : 브라켓23: cable hole 41: bracket
본 발명은 구조물의 진동 감쇠용 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 풀리형 진동 감쇠 장치에 아크형 레버를 도입하여 마찰재와의 접촉면에서 발생하는 마찰력에 의하여 구조물에 발생하는 진동에너지의 댐핑효과를 갖는 구조물의 진동 감쇠 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for vibration damping of a structure, and more particularly, by introducing an arc lever to a pulley type vibration damping device having a damping effect of vibration energy generated in a structure by frictional force generated at a contact surface with a friction material. A vibration damping device for a structure.
구조물 부재가 수평 외부에 힘을 받는 경우에, 비틀림 또는 유사한 수평 이동이 일어난다. 특히 건물, 구조물 또는 타워에서 발생되는 비틀림은 구조물의 상태에 심각한 충격 또는 붕괴를 초래할 수도 있다.When the structural member is forced outside the horizontal, torsion or similar horizontal movement occurs. Torsion, in particular in buildings, structures or towers, may cause severe impacts or collapses on the condition of the structure.
더욱이, 특수 시설인 발전소 대형 보일러 구조물에 연소 및 바람 등에 의해 진동이 발생하거나, 지진에 의한 진동이 발생하면 대형구조물이 설치된 지반이 크게 움직여 구조물의 과도한 움직임이 발생하여 보일러 구조물 내부에 연결된 배관계가 손상되거나 철골 구조물 내부에 설치된 여러 기계 및 전자기기의 손상을 유발하여 피해가 매우 심각하다. In addition, when a vibration occurs due to combustion and wind in a large boiler structure of a power plant, which is a special facility, or a vibration occurs due to an earthquake, the ground on which the large structure is installed moves greatly, resulting in excessive movement of the structure, which damages the piping system connected to the inside of the boiler structure. The damage is very serious as it causes damage to various machines and electronic devices installed inside the steel structure.
예를 들어, 50m 이상의 구조물로 구성되는 발전소 보일러 구조물 특성상 구 조물의 고유진동수는 2㎐에서부터 0.7㎐ 로 구성되어 있다. 이러한 저주파수 특성을 가지는 보일러 구조물에 연소 진동이나 바람에 의한 진동 또는 지진력에 의한 5㎐ 이하의 진동이 가진 될 경우 보일러 구조물은 공진에 의해 진동이 크게 상승되어 발전소 전체 시스템의 안정성을 크게 해치게 된다. 따라서 이러한 공진 해소를 위해 구조물의 강성 증감을 통해 고유진동수를 1 ~ 2 ㎐에서 벗어나게 하여야 하나 발전소 보일러 구조물의 대형성 때문에 구조물의 추가에 의한 강성증감은 불가능하다. 따라서 보일러 구조물의 수평진동에 대비하기 위한 설계가 안된 발전소의 경우에는 수평 진동에 대한 현실적인 대비책이 없으며, 이에 대한 대책으로서 공진영역에서의 진동을 저감하기 위해서는 별도의 수평진동저감 장치가 반드시 필요하다. For example, due to the nature of the boiler structure of a power plant consisting of more than 50m, the natural frequency of the structure ranges from 2㎐ to 0.7㎐. When the boiler structure having the low frequency characteristic has a vibration of 5 ㎐ or less due to combustion vibration, wind vibration, or seismic force, the boiler structure greatly increases vibration due to resonance, thereby greatly damaging the stability of the entire power plant system. Therefore, in order to solve such resonance, the natural frequency should be deviated from 1 ~ 2 감을 by increasing the rigidity of the structure. However, due to the large size of the boiler structure of the power plant, it is impossible to increase the rigidity by the addition of the structure. Therefore, there is no realistic countermeasure against horizontal vibration in a power plant that is not designed for the horizontal vibration of a boiler structure, and as a countermeasure, a separate horizontal vibration reduction device is necessary to reduce the vibration in the resonance region.
이러한 이유로 그동안 구조물에 발생하는 진동을 저감하기 위해 많은 방법들이 연구되고 개발되어 왔다. 종래의 진동 저감 방법들로는 구조물의 동 특성 개선, 진동 절연 그리고 건물에 진동에너지를 흡수할 수 있는 장치를 부착하는 방법 즉 수동/능동 제어와 같은 방법 등이 사용되어 왔다. For this reason, many methods have been researched and developed to reduce vibrations generated in structures. Conventional vibration reduction methods have been used to improve the dynamic characteristics of a structure, to insulate vibration, and to attach a device capable of absorbing vibration energy to a building, that is, a method such as passive / active control.
이러한 진동 저감 방법 가운데 진동에너지를 흡수하는 장치를 건물에 설치하는 수동제어 방법은 그것의 효과, 경제적 이유 및 양호한 내구성 덕분에 광범위하게 사용되어 오고 있다. 대표적인 수동적 진동제어장치로는 마찰댐퍼, 가새장치, 탄성댐퍼 등이 있다. 이 중, 발전소등 배관계에 주로 사용된 것이 마찰댐퍼류 이며 대형 철골구조물에 사용된 것이 가새장치 및 점.탄성 댐퍼 등이다. 그러나 마찰댐퍼, 가새장치 및 점.탄성 댐퍼 등은 구조가 매우 복잡하고, 감쇠 장치 작동시 인장과 압축이 반복되는데 따른 구조물과 감쇠기를 연결하는 구조물의 설치비가 상당히 고가이며, 바람과 같은 작은 진동에는 동작하지 않는 단점들이 있다. Among these vibration reduction methods, a manual control method for installing vibration absorbing devices in a building has been widely used due to its effects, economic reasons, and good durability. Typical passive vibration control devices include friction dampers, braces, and elastic dampers. Among them, friction dampers are mainly used for piping systems such as power plants, and brace devices and viscoelastic dampers are used for large steel structures. However, friction dampers, braces and viscoelastic dampers are very complicated in structure, and the installation cost of the structure connecting the damper to the damper is very expensive due to repeated tension and compression when the damping device is operated. There are disadvantages that do not work.
따라서, 이들 감쇄장치 보다 구조가 간단하고, 항시 인장력만 작용하며, 제작과 설치가 용이하며, 비용 또한 저렴한 구조물용 진동 저감 장치가 절실히 필요한 실정이다.Therefore, the structure is simpler than these damping devices, the tension force is always at work, easy to manufacture and install, and the cost is also urgently needed a vibration reduction device for the structure.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 구조가 간단하고, 제작과 설치가 용이하며, 비용 또한 저렴한 구조물용 진동 저감 장치를 제공하여 종래의 기술적 과제를 해결하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and is to solve the conventional technical problem by providing a vibration reduction device for a structure having a simple structure, easy fabrication and installation, and low cost.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 구조물의 진동 감쇠 장치에 있어서, 구조물의 상부 기둥에 결합되는 고정 플레이트, 상기 고정 플레이트의 일단과 반대측 타단에 직각으로 결합되어 중앙에 마찰레버 수용공간이 형성된 한쌍의 측면 플레이트, 상기 한쌍의 측면 플레이트 하부에 관통 삽입되어 상기 마찰레버 수용공간과 마찰력을 조절하는 체결수단, 상기 체결수단 상부 마찰레버 수용공간에 삽입되며, 아크형 판체의 하단 양측 길이방향으로 길게 마찰돌기가 형성되고, 양 선단부는 상기 마찰레버 수용공간으로부터 돌출형성된 아크형 마찰레버 및 상기 한쌍의 측면 플레이트와 체결수단과 마찰레버 사이에 삽입되며, 아크형 본체의 양측단부가 상향절곡 형성된 마찰재를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 진동 감 쇠 장치를 제공하는데 있다.In order to achieve the above object, the present invention is a vibration damping device of the structure, the fixed plate is coupled to the upper pillar of the structure, the friction lever receiving space is formed in the center is coupled at right angles to the other end opposite to the one end of the fixing plate A pair of side plates, a fastening means inserted through the lower side of the pair of side plates to control the friction lever receiving space and the friction force, is inserted into the upper friction lever receiving space of the fastening means, the length of both sides of the lower end of the arc-shaped plate Friction protrusions are formed, and both end portions are inserted between the arc-shaped friction lever protruding from the friction lever receiving space and the pair of side plates, the fastening means and the friction lever, and both side ends of the arc-shaped body are upwardly bent. It provides a vibration damping device of the structure, characterized in that it comprises I can.
상기 고정 플레이트는, 둘 이상의 체결수단 홀이 형성되어, 별도의 스크류 볼트를 삽입하여 구조물의 상부 기둥에 결합하는 것을 특징으로 한다.The fixing plate is formed with two or more fastening means holes, characterized in that for coupling to the upper pillar of the structure by inserting a separate screw bolt.
또한, 상기 한쌍의 측면 플레이트는, 하부에 둘 이상의 체결수단 홀이 형성되며, 상기 체결수단은 몸체의 길이가 상기 한쌍의 측면 플레이트를 관통하는 길이 이상의 볼트 및 너트를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the pair of side plates, at least two fastening means holes are formed at the bottom, the fastening means is characterized in that the length of the body includes a bolt and nut of at least a length penetrating through the pair of side plates.
상기 아크형 마찰레버는, 양 선단부에 각각 케이블 홀이 형성된 것을 특징으로 한다.The arc friction lever is characterized in that the cable hole is formed in each of the front end portion.
그리고, 상기 한쌍의 측면 플레이트와 체결수단 사이에 하나 이상의 디스크스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And, it characterized in that it further comprises one or more disk spring between the pair of side plates and the fastening means.
또한, 상기 아크형 마찰레버는, 아크형 판체와 마찰돌기의 두께가 동일하며, 그 두께는 30mm~40mm인 것을 특징한다.In addition, the arc-type friction lever, the thickness of the arc-shaped plate and the friction projection is the same, the thickness is characterized in that the 30mm ~ 40mm.
상기 마찰재는, 아크형 본체의 하면과 밀착되며, 그 두께는 2mm~3mm인 것을 특징으로 한다.The friction material is in close contact with the lower surface of the arc-shaped body, the thickness is characterized in that 2mm ~ 3mm.
그리고, 상기 마찰재는, 상향절곡된 양측단부의 너비가 상기 아크형 마찰레버의 두께와 동일하거나 마찰레버의 두께보다 1mm~2mm 더 넓은 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.And, the friction material, characterized in that the width of the both ends of the bent upward is equal to the thickness of the arc-type friction lever or any one of 1mm ~ 2mm wider than the thickness of the friction lever.
그리고, 상기 아크형 마찰레버의 케이블 홀과 구조물을 연결하는 케이블을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a cable connecting the cable hole and the structure of the arc friction lever.
이와 더불어, 상기 아크형 마찰레버의 케이블 홀과 구조물을 연결하는 케이 블 및 상기 케이블과 구조물을 연결하는 턴버클을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it further comprises a cable for connecting the cable hole and the structure of the arc-type friction lever and the turnbuckle for connecting the cable and the structure.
또한, 상기 아크형 마찰레버의 케이블 홀과 구조물을 연결하는 케이블, 구조물에 설치된 브라켓 및 상기 케이블과 브라켓을 중간에서 연결하는 턴버클을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a cable connecting the cable hole and the structure of the arc friction lever, a bracket installed in the structure, and a turnbuckle connecting the cable and the bracket in the middle.
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings showing a preferred embodiment of the present invention described above in more detail.
첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 분해조립도, 도 2는 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 조립상태를 알 수 있는 좌측의 정면 조립완성도 및 우측의 측면 조립완성도, 도 3은 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치가 구조물에 설치된 상태에서 좌우로 진동이 가해졌을 때 작동하는 형상을 도시하는 정면도, 도 4는 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 주파수변화에 따른 에너지 흡수 면적을 나타내는 에너지 흡수선도, 도 5는 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 실증실험결과를 알 수 있는 전단변형율 저감 효과도이다.1 is an exploded view of the vibration damping device of the structure according to the present invention, Figure 2 is a front assembly completion of the left side and the right side assembly assembling state of the vibration damping device of the structure according to the
본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 구성을 도 1 및 도 2를 참고하여 자세히 살펴보면, 구조물(10)의 상부 기둥에 결합되는 고정 플레이트(11), 상기 고정 플레이트(11)의 일단과 반대측 타단에 직각으로 결합되어 중앙에 마찰레버 수용 공간이 형성된 한쌍의 측면 플레이트(13), 상기 한쌍의 측면 플레이트(13) 하부에 관통 삽입되어 상기 마찰레버 수용공간과 마찰력을 조절하는 체결수단(15), 상기 체결수단(15) 상부 마찰레버 수용공간에 삽입되며, 아크형 판체의 하단 양측 길이방향으로 길게 마찰돌기(18)가 형성되고, 양 선단부는 상기 마찰레버 수용공간으로부터 돌출형성된 아크형 마찰레버(17) 및 상기 한쌍의 측면 플레이트(13)와 체결수단(15)과 아크형 마찰레버(17) 사이에 삽입되며, 아크형 본체의 양측단부가 상향절곡 형성된 마찰재(19)로 구성된다.Looking at the configuration of the vibration damping device of the structure according to the invention in detail with reference to Figures 1 and 2, the
상기의 고정 플레이트(11)는, 둘 이상의 체결수단 홀(21)이 형성되어, 별도의 스크류 볼트를 삽입하여 구조물의 상부 기둥에 결합된다. 도 3에 나타난 바와 같이 고정 플레이트(11)는 본 발명의 구조물(10)의 진동 감쇠 장치가 풀리형 이므로 이의 베이스 역할인 만큼 구조물(10)의 상부 기둥의 정 중앙에 결합되는 것이 바람직 하다.The
또한, 상기 한쌍의 측면 플레이트(13)는, 그 하부에 둘 이상의 체결수단 홀(21)이 형성되며, 상기 체결수단(15)은 몸체의 길이가 상기 한쌍의 측면 플레이트를 관통하는 길이 이상의 볼트 및 너트로 구성된다. 결국, 구조물(10)에서 발생되는 에너지가 진동 감쇠 장치(1)에 전달되어 질 때 이 에너지를 흡수할 수 있는 마찰력 크기를 직접적으로 조절하는 수단인 셈이다.In addition, the pair of
또한, 상기 아크형 마찰레버(17)는, 아크형 판체와 마찰돌기(18)의 두께가 동일하며, 그 두께는 30mm~40mm인 것을 특징으로 하는데, 30mm미만으로 두께가 너무 얇으면 더불어 마찰면적이 좁아지는 단점이 있고, 40mm을 초과하면 제작비용이 부담되며, 설치시에도 중량이 상당하여 불편한 문제가 있기 때문이다. 그리고, 상기 아크형 마찰레버(17)는, 양 선단부에 각각 케이블 홀(23)이 형성되어, 도 3에 나타난 바와 같이 별도의 케이블(9)로 구조물(10)과 연결되어 좌우로 회전하면서 아크형 마찰레버(17)의 하면에 밀착된 마찰재(19)에 마찰력을 가지게 한다. 이때, 상기 케이블(9)과 구조물(10)을 연결하는 턴버클이나, 구조물(10)과 진동 감쇠 장치(1)의 연결을 보다 용이하고 견고히 하기 위해 구조물에 설치된 브라켓(41)을 더 포함하는 것이 더욱 좋다.In addition, the arc-
상기 마찰재(19)의 두께는 2mm~3mm인 것이 바람직한데, 2mm미만으로 두께가 너무 얇으면 마찰재의 수명이 너무 짧은 단점이 있고, 3mm을 초과하면 마찰재가 아닌 별도의 장치와 같이 부담이 되는 단점이 있기 때문이다. 상향절곡된 양측단부의 너비가 상기 아크형 마찰레버(17)의 두께와 동일하거나 마찰레버의 두께보다 1mm~2mm 더 넓어 아크형 마찰레버(17)의 마찰면을 모두 수용하는 것이 바람직하다.Preferably, the thickness of the
또한, 상기 마찰재(19)의 재질은, 온도의 의존성이 약하면서 마찰력이 우수한 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the material of the said
이와 더불어, 상기 한쌍의 측면 플레이트(13)와 체결수단(15) 사이에 하나 이상의 디스크스프링을 더 포함하면 고정력을 더욱 강력히 할 수 있는 효과가 있다.In addition, further comprising one or more disk springs between the pair of
[실시예]EXAMPLE
본 실시예는 한국기계연구원이 보유하고 있는 6자유도계 유압가진기 상부에 각 총 18톤의 콘크리트 중량물이 설치된 모형 구조물(2m×3.5m ×2.5m)을 설치하여 하부 진동가진대에 EL Centro 지진신호를 입력하여 각 층마다의 가속도, 변위 및 변형율을 측정하여 구조물의 진동저감효과를 규명하였다. This example installs a model structure (2m × 3.5m × 2.5m) with a total of 18 tons of concrete weight on top of the 6DOF hydraulic seismic generator owned by the Korea Institute of Machinery and Materials. The vibration reduction effect of the structure was investigated by measuring the acceleration, displacement and strain of each layer by inputting the signal.
표 1의 실증실험 결과 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 설치 후 구조물의 감쇠 크기는 5배 증가하였고 각층의 변위는 75%, 가속도는 60%, 전단변형율은 85% 이상 저감되는 큰 효과가 증명되었다. As a result of the empirical test of Table 1, after the vibration damping device of the structure is installed, the damping size of the structure is increased by 5 times, and the displacement of each layer is 75%, the acceleration is 60%, and the shear strain is reduced by more than 85%. Proved.
본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치는 에너지 흡수를 위한 작동시 기존에 사용되고 있는 모든 진동 감쇠 장치와는 달리 인장과 압축을 반복하지 않고, 항시 인장력만 작용 되기 때문에 장치나 케이블이 매우 단순해지기 때문에 설치비가 매우 저렴하고, 종래의 장치들보다 훨씬 얇은 케이블을 사용할 수 있어 이로 인한 설치상 어려움 등의 단점을 해소할 수 있는 다양한 효과가 있다.The vibration damping device of the structure according to the present invention, unlike all vibration damping devices that are used in the case of the operation for energy absorption does not repeat the tension and compression, because only the tension force is always applied because the device or cable is very simple The installation cost is very low, and much thinner cables can be used than the conventional devices, and there are various effects that can solve the disadvantages of installation difficulties.
또한, 아크형 마찰레버가 마찰재와 접촉하여 댐핑을 발생시키기 때문에 온도에 관계없이 항시 일정한 감쇄크기를 얻을 수 있으며, 주파수가 변하여도 에너지 흡수면적은 크게 변하지 않음 또한 증명하였다.In addition, since the arc-type friction lever is in contact with the friction material to generate damping, a constant damping size can be obtained at all times regardless of temperature, and the energy absorption area does not change significantly even when the frequency is changed.
그리고, 실증실험 결과 본 발명에 따른 구조물의 진동 감쇠 장치의 설치 후 구조물의 감쇠 크기는 5배 증가하였고 각층의 변위는 75%, 가속도는 60%, 전단변형율은 85% 이상 저감되는 큰 효과가 증명되었다. And, as a result of the empirical test, after the vibration damping device is installed according to the present invention, the damping size of the structure is increased 5 times, and the displacement of each layer is 75%, the acceleration is 60%, and the shear strain is reduced by more than 85%. It became.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, it is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (13)
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- 2006-10-30 KR KR1020060105760A patent/KR100851650B1/en active IP Right Grant
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