KR20110072410A - 면진 장치 - Google Patents

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    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/022—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings and comprising laminated structures of alternating elastomeric and rigid layers

Abstract

본 발명은 면진 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고무 시트와 강판이 교대로 적층되어 이루어진 적층 면진 고무(120), 상기 적층 면진 고무(120)의 상부에 부착되는 상부 플랜지(140), 상기 적층 면진 고무(120)의 하부에 부착되는 하부 플랜지(160), 및 상기 적층 면진 고무(120)의 둘레에 복수개 설치되는 감쇠 댐퍼(180)를 포함하고, 상기 감쇠 댐퍼(180)는 수직 방향으로 연장하는 댐퍼 부재(182), 상기 댐퍼 부재(182)의 상단을 상기 상부 플랜지(140)에 연결하는 상부 가이드 부재(184), 및 상기 댐퍼 부재(182)의 하단을 상기 하부 플랜지(160)에 연결하는 하부 가이드 부재(186)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 지진이 발생하여 수평 방향의 외력이 발생하면 1차적으로 스프링이 외력에 저항하고 2차적으로 댐퍼 부재가 전단 변형하면서 외력에 저항하여 단계적으로 에너지가 소산된다.
적층 면진 고무, 감쇠 댐퍼, 댐퍼 부재, 스프링

Description

면진 장치{SEISMIC ISOLATING APPARATUS}
본 발명은 면진 장치에 관한 것이다.
최근 아시아 주변국들에 대규모의 지진이 발생하고 기상청에서 발표한 국내의 지진 통계 자료를 보면 우리나라도 지진의 안전 지대가 아닌 것을 알 수 있다. 따라서 지진력에 저항할 수 있는 내진 설계가 요구된다.
일반적으로 면진 장치란 건축물, 교량 등과 같은 상부 구조물과 이를 지지하는 하부 구조물 사이에 설치되어 수직으로는 충분한 강성으로 구조물을 지지하고 수평력에 대해서는 충분한 변형 능력으로 에너지를 소산하는 장치이다.
면진 장치는 그 역할에 따라 구조물의 진동 주기를 연장시키는 작용을 하는 유연 지지부와 지진 에너지를 흡수하여 구조물의 응답 변위를 줄이는 감쇠 장치로 나뉠 수 있다.
진동 주기를 연장시키는 역할을 하는 유연 지지부는 수직 방향으로는 구조물 자체의 중량을 부담하여야 하고 수평 방향으로는 큰 변형을 일으킬 수 있어야 하며 경년 변화에 따라 성능 열화가 발생하지 말아야 한다. 유연 지지부로는 일정한 두께의 고무 시트와 강판을 번갈아 쌓으면서 접착하여 만든 적층 면진 고무가 사용된 다. 적층 면진 고무는 강판으로 인해 수직 방향에서의 강성이 크게 향상되어 수직 하중에 의한 횡부 풀림이 줄어들고 안정된 변형 형상을 유지할 수 있게 된다. 또한, 수평 방향의 전단력이 작용할 때 고무 시트의 전단 변형을 구속하지 않으므로 고무 시트만의 탄력으로 수평 강성을 발휘할 수 있다.
한편, 구조물의 응답 변위를 줄이는 감쇠 장치로는 적층 면진 고무의 중심부에 납을 재질로 한 코어를 심어 놓은 장치가 사용된다. 납을 이용한 감쇠 장치는 지진시에 발생하는 상부 구조와 지반과의 과대한 상대 변위를 감소시키고 지진이 끝난 후에는 신속하게 진동을 정지시키는 기능을 한다.
그러나, 납을 이용한 감쇠 장치는 유해 물질인 납을 과도하게 사용하는 것이 불가피하여 환경 파괴의 우려가 있다. 제조시에는 납의 취급이 문제가 되고, 향후 구조물의 해체시에는 납을 사용한 면진 장치의 폐기 방법 등이 문제가 된다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 납을 사용하지 않고 동일한 성능 또는 그 이상의 성능을 가지는 감쇠 장치를 구비한 면진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 고무 시트와 강판이 교대로 적층되어 이루어진 적층 면진 고무, 상기 적층 면진 고무의 상부에 부착되는 상부 플랜지, 상기 적층 면진 고무의 하부에 부착되는 하부 플랜지, 및 상기 적층 면진 고무의 둘레에 복수개 설치되는 감쇠 댐퍼를 포함하고, 상기 감쇠 댐퍼는 수직 방향으로 연장하는 댐퍼 부재, 상기 댐퍼 부재의 상단을 상기 상부 플랜지에 연결하는 상부 가이드 부재, 및 상기 댐퍼 부재의 하단을 상기 하부 플랜지에 연결하는 하부 가이드 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 면진 장치가 제공된다.
상기 상부 가이드 부재에는 수평 방향으로 연장하는 홈부가 형성되고, 상기 댐퍼 부재의 상단은 상기 상부 가이드 부재의 홈부를 따라 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 하부 가이드 부재에는 수평 방향으로 연장하는 홈부가 형성되고, 상기 댐퍼 부재의 하단은 상기 하부 가이드 부재의 홈부를 따라 수평 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
상기 상부 가이드 부재의 홈부에는 상기 댐퍼 부재의 상단을 양측에서 상호 대향되게 지지하는 스프링이 장착되고, 상기 하부 가이드 부재의 홈부에는 상기 댐퍼 부재의 하단을 양측에서 상호 대향되게 지지하는 스프링이 장착될 수 있다.
상기 복수의 감쇠 댐퍼는 상기 적층 면진 고무를 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 댐퍼 부재는 소정의 두께를 갖는 판상의 강재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 지진이 발생하여 수평 방향의 외력이 발생하면 1차적으로 스프링이 외력에 저항하고 2차적으로 댐퍼 부재가 전단 변형하면서 외력에 저항하여 단계적으로 에너지가 소산된다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 면진 장치(100)는 적층 면진 고무(120), 적층 면진 고무(120)의 상부에 부착되는 상부 플랜지(140), 적층 면진 고무(120)의 하부에 부착되는 하부 플랜지(160), 및 적층 면진 고무(120)의 둘레에 복수개 설치되는 감쇠 댐퍼(180)를 포함하여 이루어진다.
적층 면진 고무(120)는 고무 시트와 강판이 교대로 적층되어 이루어진다. 상부 플랜지(140)는 적층 면진 고무(120)와 상부 구조물을 연결하는 역할을 하고, 하부 플랜지(160)는 적층 면진 고무(120)가 하부 구조물 또는 지반 상에 배치되도 록 하며, 상부 플랜지(140)와 하부 플랜지(160)는 통상적으로 강판으로 구성된다. 적층 면진 고무(120), 상부 플랜지(140), 및 하부 플랜지(160)는 종래의 구성과 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
감쇠 댐퍼(180)는 적층 면진 고무(120)의 둘레에 복수개 설치되는데, 도시된 예에서처럼 복수의 감쇠 댐퍼(180)가 적층 면진 고무(120)를 중심으로 대칭되게 배치되는 것이 바람직하다. 복수의 감쇠 댐퍼(180)가 적층 면진 고무(120)를 중심으로 대칭되게 배치됨으로써 어느 일방향으로 수평력이 가해질 때 마주보는 쌍의 감쇠 댐퍼(180)가 수평력에 저항할 수 있게 된다.
감쇠 댐퍼(180)는 수직 방향으로 연장하는 댐퍼 부재(182)와, 댐퍼 부재(182)의 상단을 상부 플랜지(140)에 연결하는 상부 가이드 부재(184)와, 댐퍼 부재(182)의 하단을 하부 플랜지(160)에 연결하는 하부 가이드 부재(186)를 구비한다.
댐퍼 부재(182)는 소정의 두께를 갖는 판상의 강재로 이루어지며, 중앙부의 단면이 좁게 형성된다. 댐퍼 부재(182)를 구성하는 강재는 연성 능력 및 강도가 통상의 강재에 비해 1.8배 이상 좋은 고인성 강재를 사용하는 것이 바람직하다.
상부 가이드 부재(184)에는 수평 방향으로 연장하는 홈부가 형성되고, 댐퍼 부재(182)의 상단은 상부 가이드 부재(184)의 홈부를 따라 수평 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 상부 가이드 부재(184)의 홈부에는 댐퍼 부재(182)의 상단을 양측에서 상호 대향되게 지지하는 스프링(188)이 장착된다.
하부 가이드 부재(186)에도 상부 가이드 부재(184)와 마찬가지로 수평 방향 으로 연장하는 홈부가 형성되고, 댐퍼 부재(182)의 하단은 하부 가이드 부재(186)의 홈부를 따라 수평 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 하부 가이드 부재(186)의 홈부에도 댐퍼 부재(182)의 하단을 양측에서 상호 대향되게 지지하는 스프링(189)이 장착된다.
이하 상기와 같이 구성된 면진 장치의 작동 방법을 설명한다.
지진이 발생하여 구조물에 수평 방향의 전단력이 인가되면, 댐퍼 부재(182)의 상단과 하단은 반대 방향으로 이동하게 된다. 즉, 댐퍼 부재(182)의 상단이 우측으로 이동하고 하단이 좌측으로 이동하거나, 또는 댐퍼 부재(182)의 상단이 좌측으로 이동하고 하단이 우측으로 이동하여, 댐퍼 부재(182)는 대각선 방향으로 배치되게 된다.
수평 방향의 전단력이 해제되면, 댐퍼 부재(182)는 스프링(188, 189)의 복원력에 의해 원위치로 복귀한다. 즉, 대각선 방향의 댐퍼 부재(182)가 수직 방향으로 배치된다.
수평 방향의 전단력이 스프링(188, 189)이 받을 수 있는 외력 이상으로 작용하면, 스프링(188, 189)이 최대로 수축 및 인장한 뒤 댐퍼 부재(182)가 외력에 저항하기 시작한다. 댐퍼 부재(182)는 고인성 강재로 이루어져 있기 때문에, 대각선 방향으로 변형하면서 에너지를 소산하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 지진이 발생하여 수평 방향의 외력이 발생하면 1차적으로 스프링(188, 189)이 외력에 저항하고 2차적으로 댐퍼 부재(182)가 전 단 변형하면서 외력에 저항하여 단계적으로 댐핑 기능이 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선을 따른 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 면진 장치 120 적층 면진 고무
140 상부 플랜지 160 하부 플랜지
180 감쇠 댐퍼 182 댐퍼 부재
184 상부 가이드 부재 186 하부 가이드 부재
188, 189 스프링

Claims (5)

  1. 고무 시트와 강판이 교대로 적층되어 이루어진 적층 면진 고무(120),
    상기 적층 면진 고무(120)의 상부에 부착되는 상부 플랜지(140),
    상기 적층 면진 고무(120)의 하부에 부착되는 하부 플랜지(160), 및
    상기 적층 면진 고무(120)의 둘레에 복수개 설치되는 감쇠 댐퍼(180)를 포함하고,
    상기 감쇠 댐퍼(180)는 수직 방향으로 연장하는 댐퍼 부재(182), 상기 댐퍼 부재(182)의 상단을 상기 상부 플랜지(140)에 연결하는 상부 가이드 부재(184), 및 상기 댐퍼 부재(182)의 하단을 상기 하부 플랜지(160)에 연결하는 하부 가이드 부재(186)를 구비하는 것을 특징으로 하는 면진 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 가이드 부재(184)에는 수평 방향으로 연장하는 홈부가 형성되고, 상기 댐퍼 부재(182)의 상단은 상기 상부 가이드 부재(184)의 홈부를 따라 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되고,
    상기 하부 가이드 부재(186)에는 수평 방향으로 연장하는 홈부가 형성되고, 상기 댐퍼 부재(182)의 하단은 상기 하부 가이드 부재(186)의 홈부를 따라 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 면진 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 가이드 부재(184)의 홈부에는 상기 댐퍼 부재(182)의 상단을 양측에서 상호 대향되게 지지하는 스프링(188)이 장착되고,
    상기 하부 가이드 부재(186)의 홈부에는 상기 댐퍼 부재(182)의 하단을 양측에서 상호 대향되게 지지하는 스프링(189)이 장착된 것을 특징으로 하는 면진 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 감쇠 댐퍼(180)는 상기 적층 면진 고무(120)를 중심으로 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 면진 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 댐퍼 부재(182)는 소정의 두께를 갖는 판상의 강재로 이루어진 것을 특징으로 하는 면진 장치.
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