KR20120009010A

KR20120009010A - 교량용 면진장치

Info

Publication number: KR20120009010A
Application number: KR1020100070621A
Authority: KR
Inventors: 구자화
Original assignee: 진형건설(주)
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-02-01
Also published as: KR101291809B1

Abstract

교량 상판(B)과 교각(C)에 각각 설치된 상부판과 하부판 사이에 개재되어 지진 등에 의해 발생하는 수직방향 및 수평방향 진동에너지를 효과적으로 흡수 감쇠시킬 수 있고 구조가 간단하여 시공이 편리하고 경제성이 있는 교량용 면진장치가 개시되어 있다. 상부판(100)과 하부판(200) 사이에는 교량 상판(B)의 수평방향 변위를 수용하기 위한 수평구속장치(400)가 배치되는데, 이는 서로 분리된 4개의 세그멘트로서 각각 활 모양의 보우 스프링(bow spring)으로 이루어진 탄성지지부(401)를 포함한다. 상부판(100)과 탄성지지부(401)의 말단부(402)에는 관통공(100a,402a)이 각각 형성되며, 여기에 체결볼트(700)가 순서대로 삽입되어 상부판(100)과 탄성지지부(401)가 일체로 고정된다. 탄성지지부(401)의 말단부는 상부판(100)에 일체로 고정된 브라켓(500)에 의해서 지지된다. 수평구속장치(400)의 수평방향 이동은 하부판(200)에 일체로 고정된 티(T)자 형상의 가이드(600)에 의해서 제한된다. 상부판(100)의 하면에는 스테인레스판으로 이루어지고 매끄러운 표면을 갖는 미끄럼판(900)이 용접 고정된다. 미끄럼판(900)은 상부판(100)과 일체로 결합되어 있어서 상부판(100)에 수평방향 하중이 작용할 때 상부판(100)과 함께 수평이동한다. 미끄럼판(900)의 아래쪽에는 상부구조물의 온도신축에 따른 이동량을 수용하기 위한 불소수지판(800)이 배치된다.

Description

교량용 면진장치{Seismic isolation device for a bridge}

본 발명은 교량용 면진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량의 상부 구조물과 하부 구조물에 각각 설치된 상부판과 하부판 사이에 개재되어 지진 등의 진동에 의해 발생하는 수직방향 및 수평방향 진동에너지를 효과적으로 흡수 감쇠시킴과 동시에 상부구조물과 하부구조물을 원래의 위치로 복원시킴으로써, 지진발생시 구조물 파손 및 붕괴를 예방하고 인명을 안전하게 보호할 수 있으며, 구조가 간단하여 시공이 편리하고 경제성이 있는 교량용 면진장치에 관한 것이다.

일반적으로, 교각 위에 상부판을 올린 구조의 교량 위에는 차량 들이 고속으로 주행하기 때문에 교량에는 시시각각으로 변화는 하중이 작용하게 된다. 또한, 상부판의 길이가 상대적으로 긴 대형 교량에서는 계절의 변화에 따른 열변형으로 인하여 상부판의 신축량이 커지므로, 상부판과 교각의 접촉부위에서 상대운동을 허용하도록 설계되어야 한다. 덧붙여, 지진 등으로 인하여 교량에 수평방향으로 미치는 충격을 완충할 수 있는 지지구조를 가져야 한다.

이를 위해서 교량의 교각과 상부판 사이에는 교량용 면진장치을 설치하게 된다. 즉, 교량용 면진장치은 교량의 상부구조와 하부구조의 접점에 위치하면서 상부구조와 좌우(풍향) 온도 변화 등에 의한 상대 변위나 상부구조의 수평력을 정적으로 흡수하여 교량의 내진기능을 원활히 하고 내구수명을 연장하는 중요한 장치이다.

대한민국 특허 제 10-0762941 호에는 교량의 상부구조물 및 하부구조물 사이에 마련되어 상부구조물의 하중을 지지함과 동시에 지진에 의한 지반의 진동 및 풍하중 등의 기타 외력으로 인한 진동으로부터 상부구조물 및 하부구조물을 안전하게 보호하기 위한 구조물용 면진 베어링장치가 개시되어 있다. 도 5에는 상기 구조물용 면진 베어링장치의 제 1 실시 예가 도시되어 있는데, 상기 구조물용 면진 베어링장치(10a)는, 소정의 간격을 두고 상부구조물(11) 및 하부구조물(13)에 각각 설치되는 상부판(21) 및 하부판(25)과, 상부구조물(11)을 하부구조물(13)에 대해 슬라이딩 지지하는 슬라이딩 지지부(31)와, 상대 수평 이동한 상부구조물(11)과 하부구조물(13)을 원래의 위치로 수평 이동시키는 한 쌍의 복원부(41a)를 가진다. 슬라이딩 지지부(31)는 상부구조물(11)을 하부구조물(13)에 대해 슬라이딩 지지하는 슬라이딩 패드(33)와, 상부판(21)과 슬라이딩 패드(33) 사이에 마련되어 슬라이딩 패드(33)에 대해 슬라이딩하는 슬라이딩 강성체(35)를 가진다. 상기 복원부(41a)는 상부판(21)에 마련되는 쐐기(43)와, 하부판(25)에 마련되어 쐐기(43)를 수용하는 쐐기수용부(45)와, 상부구조물(11)과 하부구조물(13)의 상대 수평 이동에 대응하여 신축하며 쐐기(43)를 탄성 지지하는 탄성지지부를 가진다. 탄성지지부는 다수개의 스프링(51)으로 이루어지며, 각 스프링(51)은 하부판(25)에 장착되어 있다. 상기 구조물용 면진 베어링장치(10a)는 상부구조물(11)과 하부구조물(13)을 상호 연결하며, 상부구조물(11)과 하부구조물(13)의 상대 수직 이동을 제한하는 사이드 블록(71)을 더 포함하고 있다. 이러한 구성에 의하여, 상부구조물 및 하부구조물 간에 지진 등의 진동에 의해 발생되는 진동에너지를 흡수 감쇠시킴과 동시에, 상부구조물과 하부구조물간의 위치를 복원시키는 것이 가능하다. 그런데, 전술한 바와 같은 구조의 종래의 교량용 베어링장치에 따르면, 지진 발생시 수직방향 및 수평방향의 지진에 대한 흡수범위가 작고 구조가 복잡하여 경제성이 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 교량의 상부구조물 및 하부구조물 간에 지진 등의 진동에 의해 발생되는 진동에너지를 흡수 감쇠시킴과 동시에, 특히 수평방향 하중을 효과적으로 수용하여 흡수할 수 있어서 교량의 내진기능을 향상시키고 내구 수명을 연장할 수 있는 교량용 면진장치을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 구조가 간단하여 제작 및 설치가 용이하고 경제성이 있는 교량용 면진장치을 제공함에 있다.

전술한 바와 같은 목적들을 달성하기 위해서, 본 발명은,

교량 상판의 하부에 설치되는 상부판;

상기 상부판과 대면하도록 교각의 상부에 설치되는 하부판;

상기 상부판과 상기 하부판 사이에 개재되어 상기 교량 상판의 수직방향 변위를 수용하기 위한 고무패드;

상기 상부판과 상기 하부판 사이에 개재되어 상기 교량 상판의 수평방향 변위를 수용하기 위한 수평구속장치;

상기 상부판에 일체로 고정되고, 상기 상부판의 수평방향 변위를 상기 수평구속장치에 전달하는 브라켓; 및

상기 하부판에 일체로 고정되고, 상기 수평구속장치의 수평방향 이동을 제한하는 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치를 제공한다.

상기 교량용 면진장치는, 상부면이 상기 상부판의 하면에 용접되어 상부판과 일체로 결합되고 수평방향의 하중이 가해졌을 때 상부판과 함께 하중이 작용하는 방향으로 수평이동하는 미끄럼판; 및

상기 미끄럼판의 아래쪽에 배치되어 상부면이 상기 미끄럼판의 하부면과 접촉하는 불소수지판;을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 미끄럼판의 하부면과 상기 불소수지판의 상부면 사이에는 윤활유가 주입된다.

상기 수평구속장치는 서로 분리된 4개의 세그멘트로서 각각 활 모양의 보우 스프링(bow spring)으로 이루어진 탄성지지부이다. 탄성지지부는 중앙부위가 일측 횡방향으로 돌출하도록 절곡하여 형성된다. 상기 상부판과 상기 탄성지지부의 말단부에는 관통공이 각각 형성되며, 이 관통공에 체결볼트가 순서대로 삽입되어 상부판과 탄성지지부가 일체로 고정된다.

상기 가이드는 티(T)자 형상을 가지며, 가이드의 하부면은 하부판 상에 용접 고정된다. 상부판과 하부판 사이에서 탄성지지부의 수평방향 변위는 가이드에 의해서 제한된다.

바람직하게는, 상기 미끄럼판은 스테인레스판으로 이루어지며 매끄러운 표면을 갖는다.

본 발명의 교량용 면진장치는, 보우 스프링(bow spring)으로 이루어진 수평구속장치에 의해 교량의 수평방향 하중을 모두 수용할 수 있으므로 교량의 내진기능을 향상시키고 내구 수명을 연장할 수 있다. 이에 따라, 교량에 가해지는 충격 분산 효과가 우수하며, 수평방향 충격에 대한 저항성 및 수평방향 하중에 따른 이동을 복원하는 복원력이 개선된다. 기존 면진장치에 비해서 소형화가 가능하고, 구조가 간단하여 제조비용이 저렴하고 설치가 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 교량용 면진장치의 분해 사시도;
도 2는 도 1의 결합상태 사시도;
도 3은 도 2의 정단면도;
도 4는 본 발명에 따른 교량용 면진장치의 작동상태를 도시한 평면도; 그리고
도 5는 종래의 교량용 면진장치을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량용 면진장치(A)가 도시되어 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 교량용 면진장치(A)는, 주로 교량 상판(B)의 하부에 설치되는 상부판(100), 상기 상부판(100)과 대면하도록 교각(C)의 상부에 설치되는 하부판(200), 상부판(100)과 하부판(200) 사이에 개재된 미끄럼판(900), 불소수지판(PTFE; 800), 수평구속장치(400) 및 고무패드(300)를 포함한다.

먼저, 상부판(100)과 하부판(200)은 각각 이들을 관통하여 교량 상판(B)과 교각(C)에 삽입 고정되는 상부 앵커(101)와 하부 앵커(201)에 의해서 교량 상판(B)과 교각(C)에 고정 설치된다.

하부판(200)과 대면하는 상부판(100)의 하면에는 미끄럼판(900)이 배치된다. 미끄럼판(900)의 상부면은 상부판(100)의 하부면에 용접된다. 따라서, 미끄럼판(900)은 상부판(100)과 일체로 결합되어 수평방향의 하중이 가해졌을 때 상부판(100)과 함께 하중이 작용하는 방향으로 수평이동함으로써, 상부판(100)의 수평방향 이동을 지지해줌과 동시에 마찰을 최소화한다. 이를 위해서, 미끄럼판(900)은 스테인레스판으로 이루어지며, 매끄러운 표면을 갖는다. 미끄럼판(900)의 아래쪽에는 불소수지판(PTFE; 800)이 배치된다. 불소수지판(800)의 상부면은 미끄럼판(900)의 하부면과 접촉한다. 불소수지판(800)은 교량 상판(B)의 온도 신축 및 수평방향 이동량을 충분히 수용할 수 있도록 저마찰 계수를 지니는 재료로 제조된다. 미끄럼판(900)과 불소수지판(800) 사이에는 윤활유가 주입되어 원활한 미끄러짐을 유도할 수 있다.

계속해서, 불소수지판(800)의 아래쪽에는 고무패드(300)가 배치된다. 고무패드(300)는 교량 상판(B)의 수직방향 변위를 흡수 또는 복원하는 기능을 수행한다. 고무패드(300)는 하부판(200)의 상면 중앙부위에 돌출하여 형성된 사각틀 형상의 패드 고정부(210) 내에 삽입하여 안착된다. 고무패드(300)는 교량의 상부하중을 지지하고 수직방향의 변형을 수용하도록 고압축, 고탄성, 고강도 특성을 갖는 폴리우레탄 등의 재질이 사용되는 것이 바람직하다. 고무패드(300)의 상부면 상에 놓이는 불소수지판(800)은 그 하부의 일부분이 고정부(210)에 수용되도록 배치된다. 교량의 상부판(100)에 수평방향의 하중이 가해져서 상부판(100)과 미끄럼판(900)이 수평방향으로 이동할 때 불소수지판(800)과 고무패드(300)는 고정부(210)에 의해 지지되어 제 위치를 유지하게 되고, 이때 미끄럼판(900)의 상부면과 불소수지판(800)의 하부면 사이에 주입된 윤활유에 의해서 상부판(100)의 수평방향 변위를 원활하게 지지하게 되는 것이다.

한편, 지진 발생시 교량 상판(B)의 수평방향 변위를 수용하여 상쇄시키기 위한 수평구속장치(400)는 서로 분리된 4개의 세그멘트를 포함한다. 각각의 세그멘트는 활 모양의 보우 스프링(bow spring)으로 이루어진 탄성지지부(401)이다. 상세하게는, 탄성지지부(401)는 중앙부위가 일측 횡방향으로 돌출하도록 절곡하여 형성된다. 보우 스프링으로 이루어진 탄성지지부(401)는 중앙부위를 기준으로 압축과 팽창이 이루어지는 판 스프링과 동일한 동작을 수행하는 것이다. 각각의 탄성지지부(401)는 상부판(100)과 하부판(200)의 테두리에 각각 대응되게 분할 형성된다. 상부판(100)과 하부판(200) 사이에서 탄성지지부(401)의 수평방향 변위는 하부판(200) 상에 용접 고정된 티(T)자 형상의 가이드(600)에 의해서 제한된다.

이를 위해서, 가이드(600)에는 탄성지지부(401)가 끼워지는 가이드홈(601)이 형성된다. 탄성지지부(401)는 중앙부위의 불룩한 부분이 영문 티(T)자의 기둥모양 부분에 형성된 가이드홈(601)에 끼워져서 가이드홈(601)을 따라서 수평방향으로 이동하게 되며, 이때 미리 정해진 가이드홈(601)의 사이즈에 따라서 탄성지지부(401)의 수평방향 이동이 제한된다. 또한, 가이드홈(601) 구조에 의해서 탄성지지부(401)가 하부판(200) 상측으로 분리되는 것이 방지된다.

탄성지지부(401)의 말단부(402)는 브라켓(500)에 의해서 지지된다. 브라켓(500)은 상부판(100)과 하부판(200) 사이에서 4개 모서리 부분에 각각 고정 설치된다. 브라켓(500)의 상부면은 상부판(100)의 하면에 용접되고, 브라켓(500)의 하부면에 부착되는 결합편(510)과 체결나사(512)에 의해서 상부판(100)에 단단히 체결된다. 상부판(100)과 일체로 결합된 브라켓(500)은 상부판(100)에 수평방향의 하중이 가해졌을 때 상부판(100)과 함께 하중이 작용하는 방향으로 수평이동하면서 탄성지지부(401)의 말단부(402)를 밀게 된다. 이를 위해서, 브라켓(500)의 하부에는 탄성지지부(401)의 말단부(402)를 수용하여 그 움직임을 구속하기 위한 걸림구(501)가 형성된다. 바람직하게는, 걸립구(501)는 'ㄷ'자의 단면형상을 가지며, 그 안에 삽입된 탄성지지부(401)의 말단부(402) 양측을 지지하게 된다.

한편, 상부판(100)과 탄성지지부(401)의 말단부(402)에는 관통공(100a,402a)이 각각 형성되며, 이 관통공(100a,402a)에 체결볼트(700)가 순서대로 삽입되어 상부판(100)과 탄성지지부(401)를 일체로 고정하게 된다.

도 4에는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량용 면진장치(A)의 작동 상태가 나타나 있다. 도 4는 교량 상판(100)이 수평방향 하중을 전달받아서 수평 4방향을 따라 이동하고 그 결과로서 수평구속장치(400)의 탄성지지체(401)가 수평방향으로 변형 이동하는 상태를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 교량용 면진장치(A)를 위에서 내려다 보았을 때, 도면의 좌우방향으로 수평방향 하중이 작용하면, 상부판(100)에 일체로 결합된 미끄럼판(900)과 브라켓(500)이 하중방향을 따라서 수평이동을 하게 되고, 그 결과 말단부가 상부판(100)과 일체로 결합된 활모양의 탄성지지체(401)가 변형을 일으키면서 수평방향 변형에너지를 수용하게 되는 것이다. 마찬가지로, 교량용 면진장치(A)를 위에서 내려다 보았을 때, 도면의 상하방향으로 수평방향 하중이 작용하면, 상부판(100), 미끄럼판(900) 및 브라켓(500)이 하중방향을 따라서 수평이동을 하게 되고, 그 결과 탄성지지체(401)가 변형을 일으키면서 수평방향 변형에너지를 수용하게 되는 것이다. 결론적으로, 교량의 상부판(100)에 수평방향 하중이 작용하면, 수평구속장치(400)의 탄성지지체(401)를 압축하면서 수용하게 되고, 수평방향 하중을 수용한 이후에 탄성지지체(401)는 자체의 복원력에 의해서 원상태로 복귀하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 교량용 면진장치(A)에 따르면, 고무패드(300)에 의해 교량 상판(B)에 가해지는 수직방향 하중을 수용함과 동시에 수평구속장치(400)에 의해 교량 상판(B)의 수평방향 하중을 수용할 수 있으므로, 교량의 내진기능을 향상시키고 내구 수명을 연장하게 된다. 따라서, 교량에 가해지는 충격 분산 효과가 우수하며, 수직 하중이나 수평방향 충격에 대한 저항성 및 수직?수평 방향하중에 따른 이동을 복원하는 복원력이 상대적으로 개선된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, 전술한 상세한 설명과 첨부도면에서는 수평구속장치(400)가 4개로 분할된 상태로 설명하였지만, 이러한 구성으로서 특별하게 한정하는 것은 아니며, 교량 상판(B)의 수평방향 변위를 흡수 또는 복원할 수 있다면 분할되지 않은 일체형 수평구속장치로서 적용되어도 무방하다.

A : 교량용 면진장치 100 : 상부판
200 : 하부판 300 : 고무패드
400 : 수평구속장치 500 : 브라켓
600 : 가이드 700 : 체결볼트
800 : 불소수지판 900 : 미끄럼판

Claims

교량 상판(B)의 하부에 설치되는 상부판(100);
상기 상부판(100)과 대면하도록 교각(C)의 상부에 설치되는 하부판(200);
상기 상부판(100)과 상기 하부판(200) 사이에 개재되어 상기 교량 상판(B)의 수직방향 변위를 수용하기 위한 고무패드(300);
상기 상부판(100)과 상기 하부판(200) 사이에 개재되어 상기 교량 상판(B)의 수평방향 변위를 수용하기 위한 수평구속장치(400);
상기 상부판(100)에 일체로 고정되고, 상기 상부판(100)의 수평방향 변위를 상기 수평구속장치(400)에 전달하는 브라켓(500); 및
상기 하부판(200)에 일체로 고정되고, 상기 수평구속장치(400)의 수평방향 이동을 제한하는 가이드(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 1 항에 있어서,
상부면이 상기 상부판(100)의 하면에 용접되어 상기 상부판(100)과 일체로 결합되고, 수평방향의 하중이 가해졌을 때 상기 상부판(100)과 함께 하중이 작용하는 방향으로 수평이동하는 미끄럼판(900); 및
상기 미끄럼판(900)의 아래쪽에 배치되어 상부면이 상기 미끄럼판(900)의 하부면과 접촉하는 불소수지판(800);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 2 항에 있어서, 상기 미끄럼판(900)의 하부면과 상기 불소수지판(800)의 상부면 사이에는 윤활유가 주입되는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 2 항에 있어서, 상기 고무패드(300)는 상기 하부판(200)의 상면 중앙부위에 돌출하여 형성된 사각틀 형상의 패드 고정부(210) 내에 삽입하여 안착되고, 상기 불소수지판(800)은 상기 고무패드(300)의 상부면 상에 놓이고 상기 불소수지판(800)의 하부 일부분은 상기 고정부(210)에 수용되도록 배치되며, 상기 교량의 상부판(100)에 수평방향의 하중이 가해져서 상기 상부판(100)과 상기 미끄럼판(900)이 수평방향으로 이동할 때 상기 불소수지판(800)과 상기 고무패드(300)는 상기 고정부(210)에 의해 지지되어 제 위치를 유지하는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수평구속장치(400)는 서로 분리된 4개의 세그멘트로서 각각 활 모양의 보우 스프링(bow spring)으로 이루어진 탄성지지부(401)이고, 상기 탄성지지부(401)는 중앙부위가 일측 횡방향으로 돌출하도록 절곡하여 형성된 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 5 항에 있어서, 상기 가이드(600)는 티(T)자 형상을 가지며, 상기 가이드(600)의 하부면은 상기 하부판(200) 상에 용접 고정되고, 상기 상부판(100)과 상기 하부판(200) 사이에서 상기 탄성지지부(401)의 수평방향 변위는 상기 가이드(600)에 의해서 제한되는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 6 항에 있어서, 상기 가이드(600)에는 상기 탄성지지부(401)가 끼워지는 가이드홈(601)이 형성되고, 상기 탄성지지부(401)는 상기 가이드홈(601)에 끼워져서 상기 가이드홈(601)을 따라서 수평방향으로 이동하게 되며, 이때 미리 정해진 상기 가이드홈(601)의 사이즈에 따라서 상기 탄성지지부(401)의 수평방향 이동이 제한되는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 5 항에 있어서, 상기 상부판(100)과 상기 탄성지지부(401)의 말단부(402)에는 관통공(100a,402a)이 각각 형성되며, 상기 관통공(100a,402a)에 체결볼트(700)가 순서대로 삽입되어 상기 상부판(100)과 상기 탄성지지부(401)가 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 8 항에 있어서, 상기 탄성지지부(401)의 상기 말단부(402)는 상기 브라켓(500)에 의해서 지지되고, 상기 브라켓(500)은 상기 상부판(100)과 상기 하부판(200) 사이에서 4개 모서리 부분에 각각 고정 설치되며, 상기 브라켓(500)의 상부면은 상기 상부판(100)의 하면에 용접되고, 상기 브라켓(500)의 하부면에 부착되는 결합편(510)과 체결나사(512)에 의해서 상기 상부판(100)에 단단히 체결되며, 상기 브라켓(500)의 하부에는 상기 탄성지지부(401)의 상기 말단부(402)를 수용하여 그 움직임을 구속하기 위한 걸림구(501)가 형성된 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미끄럼판(900)은 스테인레스판으로 이루어지며 매끄러운 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 교량용 면진장치.