KR20090127692A - 교량용 면진 신축이음장치 - Google Patents

교량용 면진 신축이음장치 Download PDF

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    • E01D19/00Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/06Arrangement, construction or bridging of expansion joints

Abstract

본 발명은, 유간을 두고 상호 연접되는 한 쌍의 교량 상판에 설치되는 교량용 면진 신축이음장치에 관한 것으로서, 상호 연접된 한 쌍의 교량 상판 사이에 대향 배치되는 한 쌍의 상판부재와; 상기 한 쌍의 상판부재를 신축성 있게 연결하는 신축이음부와; 상기 한 쌍의 교량 상판 사이의 유간에 마련되어, 지진 발생시 상기 각 교량 상판의 연접방향으로 작용하는 순간적인 하중에 대하여 상기 한 쌍의 교량 상판이 상호 밀착하지 않도록 상기 한 쌍의 교량 상판의 최소 이격 간격을 유지하는 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 지진시 교량 상판의 교축방향으로 과도하게 발생되는 하중 및 변위를 효과적으로 흡수 및 감쇠시키며, 한 쌍의 교량 상판 사이의 최소 이격 간격을 유지할 수 있다.

Description

교량용 면진 신축이음장치{ABSORBING EARTHQUAKE JOINT FOR BRIDGE STRUCTURE}
본 발명은, 교량용 면진 신축이음장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기존의 신축이음장치의 기능을 유지하면서 지진시 교량 상판의 교축방향으로 과도하게 발생되는 하중 및 변위를 효과적으로 흡수 및 감쇠시키며, 한 쌍의 교량 상판 사이의 최소 이격 간격을 유지할 수 있는 교량용 면진 신축이음장치에 관한 것이다.
교량구조물은 온도변화 및 하중에 따라서 팽창하고 수축된다. 그러므로, 일정한 길이 이상으로 건설되는 교량구조물은 교량 상판의 일정 길이마다 적정한 간격(일반적으로 "유간"이라고 함)을 두고 그 사이에 신축이음장치를 설치하여, 교량 상판이 손상되는 것을 방지하고, 차량이 원활하게 주행하게 한다.
한편, 종래의 신축이음장치는 온도변화나 콘크리트의 건조 수축, 크리프, 풍하중, 사하중에 의한 신축을 흡수하는 장치로서 상호 연접하는 한 쌍의 교량 상판의 연접방향(이하 "교량 상판의 교축방향"이라 함)으로만 신축을 흡수한다.
특히, 지진 등에 의해 교량 상판의 교축방향으로 과도하게 하중 및 변위가 발생하는 경우, 종래의 신축이음장치는 교량 상판의 교축방향으로 발생하는 하중 및 변위를 흡수 및 감쇠할 수 있는 구조를 갖지 아니하여 교량 상판의 교축방향으로 발생하는 하중 및 변위의 흡수에 한계가 발생하고, 이에 상호 대향하는 한 쌍의 교량 상판은 서로 충돌하여 파손되는 문제점이 있다.
따라서, 본 출원인 기존의 신축이음장치의 기능을 유지하면서 지진시 교량 상판의 교축방향으로 과도하게 발생되는 하중 및 변위를 효과적으로 흡수 및 감쇠시키며, 한 쌍의 교량 상판 사이의 최소 이격 간격을 유지하여, 교량의 파손을 줄일 수 있는 할 수 있는 교량용 면진 신축이음장치를 개발하기에 이르렀다.
상기 배경기술의 문제점에서 해결하고자 하는 과제는, 본 발명에 따라, 지진시 교량 상판의 교축방향으로 과도하게 발생되는 하중 및 변위를 효과적으로 흡수 및 감쇠시키며, 한 쌍의 교량 상판 사이의 최소 이격 간격을 유지할 수 있는 교량용 면진 신축이음장치를 제공하는 것이다.
또한, 상기 배경기술의 문제점에서 해결하고자 하는 다른 과제는, 본 발명에 따라, 지진시 상판부재 및 신축이음부에 발생하는 하중 및 변위를 흡수하며 부반력을 제어할 수 있는 교량용 면진 신축이음장치를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은 본 발명에 따라, 유간을 두고 상호 연접되는 한 쌍의 교량 상판에 설치되는 교량용 면진 신축이음장치에 있어서, 상호 연접된 한 쌍 의 교량 상판 사이에 대향 배치되는 한 쌍의 상판부재와; 상기 한 쌍의 상판부재를 신축성 있게 연결하는 신축이음부와; 상기 한 쌍의 교량 상판 사이의 유간에 마련되어, 지진 발생시 상기 각 교량 상판의 연접방향으로 작용하는 순간적인 하중에 대하여 상기 한 쌍의 교량 상판이 상호 밀착하지 않도록 상기 한 쌍의 교량 상판의 최소 이격 간격을 유지하는 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진 신축이음장치를 제공한다.
여기서, 상기 댐퍼는, 작동유체를 수용하는 실린더본체와; 상기 실린더본체에 수용되는 피스톤과; 상기 피스톤을 지지하며 왕복운동하는 로드와; 상기 한 쌍의 교량 상판 또는 상기 한 쌍의 상판부재 중 어느 하나에 각각 마련되어, 상기 실린더본체 및 로드를 각각 지지하는 한 쌍의 브래킷을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 한 쌍의 교량 상판을 연결하며, 부반력을 방지하는 부반력방지부를 더 포함함으로써, 지진시 상판부재 및 신축이음부에 발생하는 하중 및 변위를 흡수하며 부반력을 제어할 수 있게 된다.
상기 부반력방지부는, 상기 한 쌍의 상판부재를 상호 연결하는 부반력방지 내진봉과; 상기 상판부재에 마련되어, 상기 부반력방지 내진봉의 양단부를 수용하는 내진봉 케이스와; 상기 부반력방지 내진봉에 장착되어, 상기 부반력방지 내진봉에 작용하는 외력을 완충하는 완충재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 댐퍼와 상기 부반력방지부는 상기 한 쌍의 교량 상판의 연접방향에 대한 가로방향을 따라 교호적으로 배치될 수 있다.
따라서, 상기 과제의 해결 수단에 따르면, 지진시 교량 상판의 교축방향으로 과도하게 발생되는 하중 및 변위를 효과적으로 흡수 및 감쇠시키며, 한 쌍의 교량 상판 사이의 최소 이격 간격을 유지할 수 있다. 또한, 지진시 상판부재 및 신축이음부에 발생하는 하중 및 변위를 흡수하며 부반력을 제어할 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 교량용 면진 신축이음장치(10)는 소정의 간격(이하 "유간"이라고 함)을 두고 상호 연접되는 한 쌍의 교량 상판(5a,5b)에 설치된다. 이하에서는 설명의 편리상 도면의 좌측에 위치하는 교량 상판을 좌측 교량 상판(5a)이라 하고, 우측에 위치하는 교량 상판을 우측 교량 상판(5b)이라 칭한다.
본 발명에 따른 교량용 면진 신축이음장치(10)는 상판부재(11a,11b)와, 신축이음부(31)와 댐퍼(41)를 가진다.
상판부재(11a,11b)는 상호 연접된 한 쌍의 교량 상판(5a,5b)에 대향 배치되어 있다.
각 교량 상판(5a,5b)에 배치되는 상판부재(11a,11b)는 수평부재(13a,13b)와, 수평부재(13a,13b)의 일단부로부터 직각을 이루며 절곡 연장된 수직부재(15a,15b)를 가진다. 수직부재(15a,15b)의 하단부에는 수평으로 결합되어 교량 상판(5a,5b)에 안착되는 플랜지(17a,17b)가 마련되어 있다. 여기서, 플랜지(17a,17b)는 반드시 형성할 필요는 없다.
각 상판부재(11a,11b)는 상호 연접하는 한 쌍의 교량 상판(5a,5b) 사이에 각 수평부재(13a,13b)가 일정 간격을 두고 마주보도록 배치된다.
각 상판부재(11a,11b)의 수평부재(13a,13b)는 교량 상판(5a,5b)과 나란하게 배치되며, 상호 대향하는 수평부재(13a,13b)의 내측 연부는 연속된 파형상을 가진다. 여기서, 수평부재(13a,13b)의 내측 연부는 연속된 직선형상을 가질 수도 있다.
각 상판부재(11a,11b)의 수평부재(13a,13b)의 하부에는 각 교량 상판(5a,5b)의 마감콘크리트부(7a,7b)에 매입되는 복수의 지지부(21a,21b)가 마련되어 있다. 각 지지부(21a,21b)의 하측 연부에는 철근을 수용할 수 있도록 상측을 향해 절취된 철근수용부(23a,23b)가 형성되어 있다. 이에, 신축이음장치(10)의 시공시 철근이 솟아오르는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 지지부(21a,21b)의 철근수용부(23a,23b)는 철근이 삽입될 수 있도록 관통공의 형태로 형성될 수도 있다. 철근 수용부는 하향절취도 가능하며, 환봉이나 루프형, 절곡 등 등의 다양한 앵커를 구성할 수도 있다.
각 상판부재(11a,11b)의 수평부재(13a,13b)의 하단에는 한 쌍의 상판부재(11a,11b)를 신축성 있게 연결하는 신축이음부(31)가 배치되어 있다.
신축이음부(31)는 각 상판부재(11a,11b)의 수평부재(13a,13b)의 하단에 배치되어 한 쌍의 상판부재(11a,11b)를 신축적으로 연결하도록 주름형상을 가지며, 또한 신축이음부(31)는 교량 상판(5a,5b)으로부터 이물질이 칩입하는 것을 방지하는 역할도 한다. 여기서, 신축이음부(31)는 탄성적으로 팽창 및 수축할 수 있도록 고무재질로 형성되는 것이 바람직하며, 고무재질 외에도 합성수지 등으로 제조할 수 있다.
댐퍼(41)는 한 쌍의 교량 상판(5a,5b) 사이의 유간에 마련되며, 상호 연접하는 한 쌍의 교량 상판(5a,5b)의 연접방향(이하 "교량 상판의 교축방향"이라 함)을 따라 일정 간격을 두고 배치된다.
댐퍼(41)는 작동유체를 수용하는 실린더본체(43)와, 실린더본체(43)에 수용되는 피스톤(45)과, 피스톤(45)을 지지하며 왕복운동하는 로드(47)와, 상판부재(11a,11b)에 각각 마련되어 실린더본체(43) 및 로드(47)를 각각 지지하는 한 쌍의 브래킷(49)을 가진다.
실린더본체(43)는 연접하는 한 쌍의 상판부재(11a,11b)의 수직부재(15a,15b)에 관통 결합하며, 수직부재(15a,15b)로부터 교량 상판(5a,5b)의 무수축 모르타르부(7a,7b)를 향해 돌출되어 있다.
로드(47)는 실린더본체(43)의 일측 단부로부터 길이 연장되며 돌출되어 있다.
브래킷(49)은 각 상판부재(11a,11b)의 플랜지(17a,17b) 상에 마련되어, 실린더본체(43) 및 로드(47)의 각 단부를 지지한다.
한편, 각 교량 상판(5a,5b)의 마감콘크리트부(7a,7b)에 위치하는 로드(47)와 실린더본체(43)의 각 단부와 브래킷(49)은 수직부재(15a,15b)에 마련된 케이스(51)에 수용된다. 케이스(51)는 마감콘크리트부(7a,7b)에 충진되는 마감콘크리트가 로드(47), 실린더본체(43)의 각 단부, 브래킷(49)과 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다.
이에, 지진시 교량 상판(5a,5b)의 교축방향으로 과도한 하중 및 변위가 발생하는 경우, 댐퍼(41)의 로드(47)가 교축방향의 하중 및 변위에 대응하여 실린더본체(43)로부터 돌출된 로드(47)의 길이가 축소되면, 피스톤(45)이 실린더본체(43) 내의 작동유체를 가압함에 따라 작동유체의 저항이 발생하여 교량 상판(5a,5b)의 교축방향의 충격하중을 흡수 및 감쇠하며, 한 쌍의 교량 상판(5a,5b)은 유간 보다 작은 최소 이격 간격을 유지한다. 여기서, 최소 이격 간격은 한 쌍의 교량 상판(5a,5b)이 서로 접촉하지 않는 간격인 것이 바람직하며, 이에 교량 상판(5a,5b)의 파손을 줄일 수 있게 된다.
한편, 교축방향으로 발생하는 하중 및 변위가 제거되면, 댐퍼(41)의 실린더본체(43) 내의 작동유체가 피스톤(45)을 원래의 위치로 이동하도록 가압하게 되고, 로드(47)는 실린더본체(43)로부터 원래 상태의 길이로 신장하여, 원래의 위치로 복원하게 된다.
여기서, 각 상판부재(11a,11b)의 수직부재(15a,15b)로부터 교량 상판(5a,5b)의 마감콘크리트부(7a,7b)를 향해 돌출된 로드(47)와 실린더본체(43)의 각 단부는 수직부재(15a,15b)에 마련된 케이스(51)에 수용된다. 이에, 케이스(51)는 마감콘크리트부(7a,7b)에 충진되는 마감콘크리트가 로드(47)와 실린더본체(43)의 각 단부와 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 본 발명에 따른 교량용 면진 신축이음장치(10)는 한 쌍의 상판부재(11a,11b)를 연결하며, 부반력(상부로 치솟는 힘)을 방지하는 부반력방지부(61)를 더 가진다. 부반력방지부(61)와 댐퍼(41)는 한 쌍의 교량 상판(5a,5b)의 연접방 향에 대한 가로방향(이하 "교량 상판의 교축직각방향"이라 함)을 따라 교호적으로 배치되어 있다.
부반력방지부(61)는 연접하는 한 쌍의 상판부재(11a,11b)의 수직부재(15a,15b)를 상호 연결하는 부반력방지 내진봉(63)과, 수직부재(15a,15b)에 마련되어 부반력방지 내진봉(63)의 양단부를 수용하는 내진봉 케이스(65)와, 부반력방지 내진봉(63)에 장착되어 부반력방지 내진봉(63)에 작용하는 외력을 완충하는 완충재(67)를 가진다.
내진봉(63)은 한 쌍의 상판부재(11a,11b)의 수직부재(15a,15b)에 관통 결합하는 길이를 갖는다.
내진봉 케이스(65)는 마감콘크리트부(7a,7b)에 충진되는 콘크리트가 내진봉(63)과 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다.
완충재(67)는 고무 재질로 이루어지고, 완충재(67)는 부반력방지 내진봉(63)이 관통하는 내진봉 케이스(65)의 관통공에 위치하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하여, 지진 등과 같은 외력에 의해 교량 상판(5a,5b)의 교축방향으로 하중 및 변위가 발생하는 경우, 한 쌍의 교량 상판(5a,5b) 사이의 유간에 마련된 댐퍼(41)는 교량 상판(5a,5b)의 교축방향으로 순간적으로 과도하게 발생하는 하중 및 변위를 효과적으로 흡수 및 감쇠시키며, 한 쌍의 교량 상판(5a,5b)이 상호 밀착하지 않는 최소 이격 간격을 유지하여, 교량 상판(5a,5b)의 파손을 줄일 수 있게 된다.
즉, 댐퍼(41)의 로드(47)가 교축방향의 하중 및 변위에 대응하여 실린더본 체(43)로부터 돌출된 로드(47)의 길이가 축소되면, 피스톤(45)이 실린더본체(43) 내의 작동유체를 가압함에 따라 작동유체의 저항이 발생하여 교량 상판(5a,5b)의 교축방향의 충격하중을 흡수 및 감쇠하며, 한 쌍의 교량 상판(5a,5b)은 유간 보다 작은 최소 이격 간격을 유지한다.
그리고, 교축방향으로 발생하는 하중 및 변위가 제거되면, 댐퍼(41)의 실린더본체(43) 내의 작동유체가 피스톤(45)을 원래의 위치로 이동하도록 가압하게 되고, 로드(47)는 실린더본체(43)로부터 원래 상태의 길이로 신장하여, 원래의 위치로 복원하게 된다.
한편, 교량 상판(5a,5b)에 지진 등과 같은 외력에 의해 수직 하중 및 변위가 발생하여 좌측 교량 상판(5a)이 우측 교량 상판(5b)에 대해 상대 하강하는 경우, 부반력방지부(61)에 의해 각 교량 상판(5a,5b)의 수직 상승이동이 제한되어 각 교량 상판(5a,5b)에 작용하는 부반력을 방지할 수 있게 된다.
이에, 각 교량 상판(5a,5b)은 수직 이동하기 전의 원래의 위치로 복원하게 되어, 면진효과가 증대된다.
한편, 전술한 실시예에서는 댐퍼가 한 쌍의 상판부재의 수직부재에 지지되는 것을 설명하고 있지만, 댐퍼는 한 쌍의 교량 상판에 지지될 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 교량용 면진 신축이음장치의 요부 사시도,
도 2는 도 1의 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 교량용 면진 신축이음장치의 설치상태를 도시한 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 교량용 면진 신축이음장치의 설치상태를 도시한 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
5a,5b : 교량 상판 10 : 신축이음장치
11a,11b : 상판부재 31 : 신축이음부
41 : 댐퍼 43 : 실린더본체
45 : 피스톤 47 : 로드
49 : 브래킷 61 : 부반력방지부
63 : 부반력방지 내진봉 65 : 내진봉 케이스
67 : 완충재

Claims (5)

  1. 유간을 두고 상호 연접되는 한 쌍의 교량 상판에 설치되는 교량용 면진 신축이음장치에 있어서,
    상호 연접된 한 쌍의 교량 상판 사이에 대향 배치되는 한 쌍의 상판부재와;
    상기 한 쌍의 상판부재를 신축성 있게 연결하는 신축이음부와;
    상기 한 쌍의 교량 상판 사이의 유간에 마련되어, 지진 발생시 상기 각 교량 상판의 연접방향으로 작용하는 순간적인 하중에 대하여 상기 한 쌍의 교량 상판이 상호 밀착하지 않도록 상기 한 쌍의 교량 상판의 최소 이격 간격을 유지하는 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진 신축이음장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼는,
    작동유체를 수용하는 실린더본체와;
    상기 실린더본체에 수용되는 피스톤과;
    상기 피스톤을 지지하며 왕복운동하는 로드와;
    상기 한 쌍의 교량 상판 또는 상기 한 쌍의 상판부재 중 어느 하나에 각각 마련되어, 상기 실린더본체 및 로드를 각각 지지하는 한 쌍의 브래킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진 신축이음장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 교량 상판을 연결하며, 부반력을 방지하는 부반력방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진 신축이음장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부반력방지부는,
    상기 한 쌍의 상판부재를 상호 연결하는 부반력방지 내진봉과;
    상기 상판부재에 마련되어, 상기 부반력방지 내진봉의 양단부를 수용하는 내진봉 케이스와;
    상기 부반력방지 내진봉에 장착되어, 상기 부반력방지 내진봉에 작용하는 외력을 완충하는 완충재를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진 신축이음장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 댐퍼와 상기 부반력방지부는 상기 한 쌍의 교량 상판의 연접방향에 대한 가로방향을 따라 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 교량용 면진 신축이음장치.
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