KR20110045535A - 동조질량유체감쇠기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 교량의 진동 감쇠 구조에 관한 것으로서. 차량용 교량과 보도용 구름다리 등에서 발생하는 진동과 지진이나 풍하중에 의해 구조물에 발생하는 진동을 감쇠시켜 시설물의 내구성을 향상시키고 안전성을 확보하기 위한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 고안은, 교량 상판을 지지하고 있는 박스 형태의 거더 내측 공간부에 유동을 가진 질량체 또는 유체를 넣어 외부에서 전해오는 진동을 질량체와 유체의 유동으로 교량의 진동과 충격을 감쇠하여 구조물의 붕괴, 손상, 불안정을 막는 동조질량유체감쇠기를 제공하는 데 있다.

동조질량유체감쇠기, 교량, 지진, 공진, 진동

Description

동조질량유체감쇠기{Tuned Mass Liquid Damper}

본 고안은 교량의 동조질량유체감쇠기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보행자 또는 차량이 통행하는 교량에서 발생하는 진동을 감쇠시킬 수 있도록 하여 시설물의 내구성을 향상시키도록 하기 위한 동조질량유체감쇠 구조에 관한 것이다.

일반적으로 교량설계에 있어서 동적인 하중물과 지표면의 흔들림으로 인한 진동유발을 제어하기 위한 구조해석이 이루어지고 있으나, 완벽한 진동제어 기술이 확립되지 않아 설계 구조해석과 현장 상황을 일치시킬 수 없었다.

상기와 같이 진동제어가 완벽하지 않은 구조물에 고유주기와 일치하는 가진력이 주어지면 심한 공진현상을 일으키게 되며, 상기 공진현상은 구조물 자체의 피로를 누적시켜 안전성을 위협하게 되고, 심한 경우 구조물을 붕괴시키거나 손상을 입히게 되며, 하중물에 의한 진동은 인접지역에 대한 소음공해의 원인이 되어 왔다.

이에 이러한 문제를 해결하기 위해 동조질량감쇠기 또는 동조유체감쇠기와 이를 병합한 동조질량유체감쇠기가 다수 제안된 바 있다.

그러나 종래 기술은 현장 상황에 맞춰 진동계수를 변화시키기가 어렵고, 비 록 상기 기술을 채택하더라도 비용대비 감쇠 효과가 작아 특정 장소에 한정적으로 사용할 수밖에 없었던 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 교량의 진동을 효과적으로 감소시킬 수 있는 구조를 제공함으로써, 교량의 안전성을 향상시키는데 목적이 있다.

본 고안은 박스형태의 거다 교량의 내측 공간에 질량체 또는 유체를 넣어 진동을 감쇠하는 동조유체질량감쇠기를 제공하는 데 있다.

본 고안은 교량의 진동 취약성을 개선하기 위한 동조질량유체감쇄기에 관한 것으로서, 외부에서 전해오는 진동을 질량체와 유체의 역학적 유동으로 감쇠시킴으로써, 공진으로 인한 구조물의 붕괴, 불안정, 손상을 막을 수 있는 효과가 있다.

특히, 신설하는 박스형 또는 박스형화한 거더 교량에 투입구와 배출구를 설치하고, 투입구를 통해 질량체 또는 유체를 넣고, 진동계수에 맞춰 배출구를 통해 초과량을 배출시키는 단순한 방법으로 교량의 공진주기를 조절하고 소음을 줄일 수 있으므로 현장 적용이 용이하며, 따라서 그 활용성이 매우 크다.

본 고안은, 박스 형태로 구성되어 교량 상판을 지지하고 있는 거더 내측에 유동을 가진 질량체 또는 유체를 넣어 외부에서 전해오는 진동을 질량체의 부딪힘과 유체의 유동성에 의한 에너지 소산으로 교량의 공진주기에 변화를 가함으로써, 구조물의 붕괴, 불안정, 손상을 막는 동조질량유체감쇠장치를 제공하는 데 있다.

이하, 본 고안의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

교량 상판을 지지하고 있는 박스형 거더(2)에 있어서,

유동을 가진 질량체 또는 유체(4)를 투입하고 배출하기 위해, 거더 상부면(13) 또는 측면 상단(14)에 투입구(16)를 설치하고, 거더 하부(15)에 배출구(17)를 설치하며, 각각 개폐장치(20)를 부착한다.

거더에 설치한 투입구(16)를 통해 투입하는 유동을 가진 질량체 또는 유체(4)의 양은 교량의 동적인 하중물과 지표면의 흔들림으로 인한 진동을 감쇠할 수 있는 양으로 하되, 현장 측정값을 고려하고, 수용한계를 넘지 않는 범위가 되도록 한다.

상기 질량체 또는 유체(4)는 철과 같이 상당한 질량이 있는 소재를 사용하며, 모래, 구슬과 같이 작은 알갱이 형상이 있고, 다수 개의 모듬으로 이루어진 것으로 한다.

통상 거더의 내측 공간부(18)에는 다이아프램와 보강재에 의한 격벽(5.6)이 구비되어 있으나, 질량체 또는 유체(4)의 수평 흐름을 제어하기 위한 격벽(5, 6)은 진동계수에 따라 필요한 경우 더 높이거나 부재를 더 구비한다.

상기 격벽(5, 6)은 거더의 내측 공간부(18)가 좁은 경우 주행 방향에 대응하는 횡방향 으로 격벽(5)을 설치하는 것이 바람직하고, 교량 내측 공간(18)이 넓은 경우 종방향 격벽(6)과 횡방향 격벽(5)을 교차하여 설치하는 것이 바람직하다.

상기 거더의 내측 공간부(18)에 설치하는 격벽(5, 6)은 질량체 또는 유체(4)의 유동 확보를 위해 상부면(13)과 하부 (15)을 완전하게 막지 않고, 각 격벽(5, 6)이 통관되도록 구멍(21)을 설치하거나 상부면(13) 또는 하부(15)로부터 띄움 설치하는 것이 바람직하다.

I형의 강제 또는 PCS로 구성된 거더(9)의 경우,

I형 거더(9)의 하단 걸림턱(11)과 인접된 다른 I형 거더(10)의 하단 걸림턱(12)을 연결하는 선상에 칸막이(19)를 설치한다.

상기와 같이 I형 거더(9) 하단 걸림턱(11)과 I형 거더(10) 하단 걸림턱(12) 사이에 칸막이(19)를 설치하면, 외형적으로 박스형 거더(2)가 되어 내측에 공간부(18)가 형성된다.

상기와 같이 I형 거더(9, 10)를 박스형 거더(2)로 변형하고, 상부면(13) 또는 측면 상단(14)에는 투입구(16)를, 하부(15)에는 배출구(17)를 설치하고 각각 개폐장치(20)를 부착하여 질량체 또는 유체(4)를 투입 또는 배출할 수 있도록 한다.

이와 같은 구성을 이루는 본 고안의 작용과 효과를 살펴보면 다음과 같다.

본 고안의 동조질량유체감쇠기는 교량의 상판(1)을 지지하는 박스형 거더(2) 내측 공간부(18) 또는 I형 거더(9)는 I형과 인접된 다른 I형 거더(10)의 하단 돌출부(11,12)를 연결하는 선상에 칸막이(19)를 설치함으로써 생기는 박스형 공간(18)에 모래 또는 철재 알갱이와 같은 질량체 또는 유체(4)를 투입한 후에 교량의 공진주기에 따라 가감하여 적정량이 되도록 조절함으로써 완료된다.

상기와 같이 거더 내측 공간부(18)에 투입된 질량체(4)는 일정한 질량과 일 정한 크기의 알갱이로 이루어져 있어 유체와 같이 유동을 같게 되며, 외부에서 오는 진동 에너지를 질량체 각각의 충돌, 마찰력에 의해 교량 자체의 진동을 감쇠함으로써, 제진하게 되는 것이다.

교량 자체의 진동 주기는 설계 당시 일정 단위까지 계산하여 반영할 수 있지만, 현장 진동환경과 지질여건에 따라서 실제 시공 후에는 상당한 차이가 발생하여 보정이 필요하게 되므로, 박스형 거더(2)의 상부면(13)에 설치한 투입구(16)를 통해 질량체 또는 유체(4)를 투입하고, 하부에 설치된 배출구(17)로 질량체 또는 유체(4)를 배출하는 수단으로 진동주기를 보정 한다.

또한, 상기 교량 거더(2)의 내측 공간부(18)에 설치되어 질량체 또는 유체(4)의 수평 흐름을 제어하기 위한 격벽(5, 6)은 기존 격벽을 원형대로 사용할 수 있으며, 각 격벽(5, 6)의 단부에 다수개의 구멍을 설치할 수 있고, 박스 거더(2)의 하부면(15)으로부터 띄움 설치하거나 박스 거더(2)의 상부면(13)으로부터 띄움 설치하여 질량체 및 유체(4)가 격벽(5, 6) 간을 유동하면서 진동주기를 바로잡을 수 있게 한다.

제1도는 박스형 거더의 사시도

제2도는 질량체 또는 유체를 투입한 박스형 거더의 사시도

제3도는 하단에 칸막이를 설치한 I형 거더의 사시도

제4도는 칸막이와 질량체 또는 유체를 투입한 I형 거더의 사시도

제5도는 칸막이를 설치한 I형 거더

제6도는 칸막이가 설치된 I형 거더에 질량체 또는 유체를 넣은 단면도

* 부호의 간단한 설명

1: 상판

2: 박스형 거더

3: 교각

4: 유동을 가진 질량체 또는 유체

5: 횡격벽

6: 종격벽

7: 상부 유동공간

8: 하부 유동공간

9: I형 거더(a)

10: I형 거더(b)

11: I형 거더의 하단턱(a)

12: I형 거더의 하단턱(b)

13: 상부면

14: 측면 상단

15: 하부

16: 투입구

17: 배출구

18: 공간부

19: 칸막이

20: 개폐장치

21: 구멍

Claims (6)

1. 박스형 거더 교량에 있어서, 거더의 내측 공간부에 격벽을 설치하고, 외부와 통관되는 투입구와 배출구를 설치하며, 작은 단위로 분리되고 알갱이 형상을 가진 질량체 또는 유체를 넣은 동조질량유체감쇠기
2. 1 항에 있어서,

   공간부는 I형 거더의 하단 걸림턱과 인접된 다른 I형 거더의 하단 걸림턱을 연결하는 선상에 수평 칸막이를 설치함으로써 형성되는 동조질량유체감쇠기
3. 제 1항에 있어서,

   투입구와 배출구는 거더의 상부 또는 측상면에 질량체 또는 유체를 투입하기 위한 투입구를 설치하고, 하부 또는 측하면에 질량체 또는 유체 배출을 위한 배출구를 설치하며, 각각 개폐장치를 구비한 것을 특징으로 하는 동조질량유체감쇠기
4. 제 1항에 있어서,

   격벽은 질량체 또는 유체의 수평 흐름을 제어하기 위해 교량의 종방향 또는 횡방향으로 돌출된 격벽을 구비한 것을 특징으로 하는 동조질량유체감쇠기
5. 제 1항에 있어서,

   격벽은 질량체 또는 유체의 유동 확보를 위해 각 격벽이 통관되도록 구멍을 설치한 것을 특징으로 하는 동조질량유체감쇠기
6. 제 1항에 있어서,

   격벽은 질량체 또는 유체의 유동확보를 위해 공간부의 상단 또는 하단으로부터 띄움 설치한 것을 특징으로 하는 동조질량유체감쇠기

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