KR20130043855A - 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침 - Google Patents

Abstract

본 발명의 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침은, 교량 및 교각 사이에 설치되는 교량용 납 면진받침(Lead Rubber Bearing: LRB)에 있어서, 교각의 상부 및 교량의 하부에 각각 설치되는 하부 및 상부 플레이트; 하부 및 상부 플레이트 사이에 설치되는 하부 및 상부 엔드 플레이트; 하부 및 상부 앤드 플레이트 사이의 중심에 설치되는 고무받침; 고무받침에 형성될 중심홀에 압입되는 납 코어; 고무받침의 수직 처짐을 방지하고 수직 강성을 증대시키고, 수평변위 발생시 상기 납 코어의 변형을 방지하도록 고무받침의 내부에 적층되는 보강판; 납 코어의 압입후에 납이 밖으로 밀려나오지 않도록 형성되는 납 고정 플레이트; 하부 및 상부 플레이트를 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트와 각각 결합 고정하는 플레이트 고정 볼트; 및 납 코어의 외주면을 감싸도록 고무받침에 삽입되어 납 면진받침의 복원성을 조절하는 복원성 조절용 스프링을 포함한다.

Description

복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침 {LEAD RUBBER BEARING FOR CONTROLLING STABILITY OF BRIDGE}

본 발명은 교량용 납 면진받침에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 교량에 설치되는 상부 플레이트와 교각에 설치되는 하부 플레이트 사이에 설치되는 납 면진받침(Lead Rubber Bearing: LRB)으로서, 복원성(Stability)을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침에 관한 것이다.

일반적으로, 건설 구조물의 시공은 지진 등의 피해를 예방하고 구조물의 수명을 증가시킬 수 있도록 내진 설계를 필요로 한다. 특히, 교량의 경우, 구조적으로 지진 피해에 대한 우려가 높아 내진 안정성을 확보하기 위한 설계와 내진 보강 작업이 필요하다. 내진 설계가 반영되지 않은 교량은 수평 방향으로 작용하는 지진력이 교량받침에 집중됨으로써, 지진 발생시 교량받침이 파괴되거나, 상부 플레이트(상판)의 이탈, 붕괴 등이 초래될 수 있다.

교량받침이란 교량의 상부 구조물과 하부 구조물 사이에서 상부 구조물의 하중을 하부 구조물로 원활하게 전달할 수 있도록 하는 장치로서, 과거에는 단순하게 하중을 전달하는 역할을 했으나, 근래에는 하중 및 충격을 감소시키는 역할을 하기도 한다.

이러한 교량받침은 사용되는 주재료에 따라 강재 받침과 고무 받침 등으로 구별되고, 기능에 따라서는 내진받침과 면진받침으로 분류된다. 대표적인 내진받침으로는 포트받침(Pot Bearing), 탄성받침(Rubber Bearing), 스페리컬 받침(Spherical Bearing), 디스크받침(Disk Bearing) 등이 있고, 또한, 면진받침으로는 납 면진받침(Lead Rubber Bearing: LRB), EQS(Eradi-Quake System), FPB(Friction Pot Bearing), 스틸댐퍼(Steel Damper) 등이 있다.

여기서, 내진이란 지진에 대해 교각이나 교대 등 하부 구조물이 완벽하게 저항을 한다는 뜻으로, 일반적으로 고정단 교각에 지진력이 집중되게 함으로써 하부 구조물이 매우 크게 설계된다. 반면에, 면진이란 지진을 회피한다는 뜻으로 일반적인 단주기의 지진파에 대해 교량을 장주기화 시킴으로써 지진력을 감쇄시키는 것을 말한다. 따라서 내진 교량에 비해 면진 교량은 하부 구조물이 매우 얇게 설계된다.

또한, 납 면진받침(LRB)은, 교량의 소성 변형에 있어서 진동에너지 흡수능과 탄성체의 지진입력 가속도의 감소능 및 복원능을 모두 갖추기 위하여, 고무 등으로 이루어진 탄성판과 강성재료층을 구성하는 금속판이 번갈아 적층되도록 하고, 이와 같이 적층된 탄성체를 관통하여 기둥 형상의 납을 배설시킨 면진받침이다.

다시 말하면, 납 면진받침(LRB)은 고무판과 철판을 적층구조로 제작하되, 초기 강성 증대 및 감쇠를 증대시키는 납 코어(또는 납봉)를 관통시키고, 수평 강성(Horizontal Stiffness)이 수직 강성(Vertical Stiffness)에 비하여 현저히 작기 때문에 구조물을 장주기화 시킴으로써, 지진시 구조물의 피해를 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 납 면진받침의 단면도이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 납 면진받침의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 납 면진받침(10)은, 하부 및 상부 플레이트(10a, 10b) 사이에 하부 및 상부 앤드 플레이트(12a, 12b)를 설치하고, 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트(12a, 12b) 사이의 중심에 설치되는 고무받침(15)을 설치하며, 상기 고무받침(15)에 형성된 중심홀에 납 코어(14)가 압입된다. 또한, 고무받침(15)의 내부에는 수직 처짐을 방지하고 수직 강성을 증대시키기 위해 보강판(Insert Plate: 16)이 적층된다. 또한, 상기 보강판(16)은 수평변위 발생시 납 코어(14)의 변형을 방지하는 기능을 갖는다.

또한, 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트(12a, 12b)는 각각 상기 하부 및 상부 플레이트(10a, 10b) 사이에서 각각 플레이트 고정 볼트(Plate Fixing Bolt: 17a~17d)에 의해 결합 고정된다.

이때, 고무받침(15) 내부에 삽입되는 납 코어(14)는 연성이기 때문에 압입 조립시, 양단부에서만 압입이 이루어지고, 중심부까지 완전히 압입하기 힘들다. 또한, 수평력 작용시 전단 변형되면서 납 코어(14)에 압력이 가해지면, 내부 보강판(16)과 고무받침(15)에 압력이 가해져 고무받침(15)이 압축되면서 납이 고무층으로 밀려들어가 쉽게 변형되고 복원되지 않는다. 이때, 상기 고무받침(15)은, 보강판(16)과 고무층을 여러 층 적층시킨 구조를 갖는다.

또한, 납 코어(14)는 압입전 직경이 일정하지만 완제품을 만들기 위하여 납 코어(14)를 고무받침(15)에 넣을 경우 틈새가 발생되어 지진력 등에 의한 수평하중이 작용할 때 납 코어(14)에 하중이 제대로 전달되지 않는 문제가 있으므로, 상하에서 각각 납 코어(14)에 압력을 가하여 압입하게 된다. 이때, 납은 연성이어서 쉽게 변형이 발생되므로 적층된 고무받침(15)의 홀 중심까지 압입이 불가능하여 압입시 양끝단부에만 압입이 이루어진다. 또한, 압입후 납이 지진력을 흡수 할 때 밖으로 밀려나오지 않도록 납 고정 플레이트(13a, 13b)를 넣고, 하부 및 상부 플레이트(10a, 10b)를 앤드 플레이트(12a, 12b)와 플레이트 고정 볼트(17a~17d)로 결합하여 조립하게 된다.

또한, 종래의 기술에 따른 납 면진받침은, 도 2의 a)에 도시된 바와 같이 원형 납 면진받침(10a)이거나 또는 도 2의 b)에 도시된 바와 같이 사각형 납 면진받침(10b)일 수 있다.

이러한 납 면진장치(10)는 지진시 상부 구조물의 질량에 비례하는 관성력으로 인하여 지진시 순간적인 납 코어(14)의 저항력으로 전체 교각이 고정단으로 바뀌면서 전체 교각에 지진력을 분산시킴으로써 교각의 파손을 방지하게 된다. 반면에, 납 면진받침(10)의 변위가 크게 발생되며, 상하단 가장자리에 큰 인장력이 발생되어 박리되어 노후화가 급격히 진행되는 문제점이 있다.

한편, 도 3은 종래의 기술에 따른 납 면진받침의 거동을 나타내는 도면이고, 도 4는 종래의 기술에 따른 납 면진받침에서 힘과 변위 사이의 이력특성을 나타내는 도면이며, 도 5는 종래의 기술에 따른 납 면진받침에서 힘-변위 이력곡선을 예시하는 도면이다.

종래의 기술에 따른 납 면진받침이 현장에 설치되어 반복적인 거동을 할 경우 또는 지진 등이 발생할 경우, 도 3의 b)에 도시된 바와 같이, 수평력에 대응하는 수평 변위가 발생하게 되며, 도 4는 변위(Displacement) 및 힘(Force) 사이의 관계를 나타내며, 즉, 수평변위 및 수평력 사이의 이력특성을 나타낸다.

또한, 도 5는 종래의 기술에 따른 납 면진받침에서 힘-변위 이력곡선으로서, 도면부호 A는 납 면진받침의 에너지 감쇠 능력이 설계대로 정상적인 성능을 나타내며, 도면부호 B는 납 면진받침의 에너지 감쇠 능력이 설계와는 다르게 탄성받침부의 납 코어 삽입홀과 납 코어 사이의 공극 또는 납 코어의 변형 등으로 인하여 정상적인 감쇠 능력을 발휘하지 못하고 현저히 줄어든 상태를 나타낸다.

전술한 바와 같이 종래의 기술에 따른 납 면진받침(10)이 현장에 설치되어 반복적인 거동을 하게 되면 납 코어(14)가 보강판(16) 사이에 압력이 발생되어 고무받침(15) 부분으로 납 코어(14)가 압축되면서 변형된다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 기술에 따른 납 면진받침(10)에 사용되는 납 코어(14)는 고무받침(15)뿐만 아니라 보강판(16)에 직접 맞닿게 제작되기 때문에 납 면진받침(10)의 과다 변위시 납 코어(14)가 보강판(16)에 의하여 절단될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 보강판(16) 사이에 있는 고무의 경도가 낮거나 두께가 높을 경우, 납 코어(14)가 고무 등으로 이루어진 고무받침(15)을 변형시키며 보강판(16) 사이로 끼어들어 고무받침(15)과 보강판(16) 간의 접착부가 박리되어 납 면진받침(10)의 성능이 저하되거나 파손되는 문제점이 있다.

1) 대한민국 등록특허번호 제10-1051439호(출원일: 2010년 4월 9일), 발명의 명칭: "면진성능이 향상된 납 면진 받침장치" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-1008664호(출원일: 2008년 5월 20일), 발명의 명칭: "일방향 가동형 납 면진받침" 3) 대한민국 등록특허번호 제10-1007694호(출원일: 2010년 10월 4일), 발명의 명칭: "납 면진받침" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-574405호(출원일: 2003년 4월 14일), 발명의 명칭: "납 면진받침의 변형 방지 장치" 4) 대한민국 등록실용신안번호 제20-254739호(출원일: 2001년 8월 23일), 발명의 명칭: "납 보호관이 삽입된 납 면진받침"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교량에 설치되는 상부 플레이트와 교각에 설치되는 하부 플레이트 사이에 설치되는 납 면진받침에 있어서, 복원성 조절용 스프링이 납 코어를 감싸도록 설치됨으로써 납 코어의 변형 및 전단 파괴를 방지할 수 있는, 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침은, 교량 및 교각 사이에 설치되는 납 면진받침(Lead Rubber Bearing: LRB)에 있어서, 교각의 상부 및 교량의 하부에 각각 설치되는 하부 및 상부 플레이트; 상기 하부 및 상부 플레이트 사이에 설치되는 하부 및 상부 엔드 플레이트(End Plate); 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트 사이의 중심에 설치되는 고무받침(Rubber Bearing); 상기 고무받침에 형성될 중심홀에 압입되는 납 코어(Lead Core); 상기 고무받침의 수직 처짐을 방지하고 수직 강성(Vertical Stiffness)을 증대시키고, 수평변위 발생시 상기 납 코어의 변형을 방지하도록 상기 고무받침의 내부에 적층되는 보강판(Insert Plate); 상기 납 코어의 압입후에 납이 밖으로 밀려나오지 않도록 형성되는 납 고정 플레이트(Lead Fixing Plate); 상기 하부 및 상부 플레이트를 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트와 각각 결합 고정하는 플레이트 고정 볼트(Plate Fixing Bolt); 및 상기 납 코어의 외주면을 감싸도록 상기 고무받침에 삽입되어 납 면진받침의 복원성을 조절하는 복원성 조절용 스프링을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 복원성 조절용 스프링은 강재 스프링 또는 우레탄 스프링일 수 있다.

여기서, 상기 강재 스프링은 원형의 봉을 코일 형태로 제작한 전단스프링으로서, 상기 강재 스프링은 상기 고무받침의 중심홀에 압착 고정이 가능하도록 요철 형상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 우레탄 스프링은 속이 빈 중공의 원통 형상으로 제작한 전단스프링일 수 있다.

여기서, 상기 복원성 조절용 스프링은 그 내경이 상기 납 코어의 직경보다 같거나 크고, 그 외경은 상기 고무받침의 중심홀보다 같거나 작게 형성되며, 상기 납 코어가 상기 복원성 조절용 스프링 내에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복원성 조절용 스프링은, 비선형 이력곡선의 전체 면적이 커지도록 2차 강성값(Kd)을 크거나 작게 변경시키도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 교량에 설치되는 상부 플레이트와 교각에 설치되는 하부 플레이트 사이에 설치되는 납 면진받침에서 복원성 조절용 스프링이 납 코어를 감싸도록 설치됨으로써 복원성 조절용 스프링의 탄성이 고무받침의 2차 강성을 조절할 수 있으며, 납 코어의 변형 및 전단 파괴를 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 납 면진받침의 단면도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 납 면진받침의 평면도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 납 면진받침의 거동을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 납 면진받침에서 힘과 변위 사이의 이력특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 납 면진받침에서 힘-변위 이력곡선을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침에서 강재 스프링을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 거동을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침에서 우레탄 스프링을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 거동을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 힘과 변위 사이의 이력특성을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침에서 힘-변위 이력곡선을 예시하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예로서, 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침이 제공되며, 여기서, 복원성(Stability)이란 정지 또는 일정한 범위 안에서 운동하고 있는 물체에 미소한 변위를 주었을 때 이 물체가 원래의 정지 또는 운동 상태로 되돌아가는 것을 말한다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침을 설명하고, 도 10 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침을 설명한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 평면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(100)은 교량 및 교각 사이에 설치되는 납 면진받침(LRB)로서, 하부 플레이트(Bottom Plate: 110a), 상부 플레이트(Top Plate: 110b), 엔드 플레이트(End Plate: 120a, 120b), 납 고정 플레이트(Lead Fixing Plate: 130a, 130b), 납 코어(Lead Core: 140), 고무받침(150), 보강판(Insert Plate: 160), 플레이트 고정 볼트(Plate Fixing Bolt: 170a~170d) 및 복원성 조절용 스프링(190)을 포함하며, 이때, 상기 복원성 조절용 스프링(190)은 강재 스프링으로 구현된다.

하부 플레이트(110a) 및 상부 플레이트(110b)는 각각 교각(400)의 상부 및 교량(300)의 하부에 각각 설치된다.

엔드 플레이트(120a, 120b)는 상기 하부 및 상부 플레이트(110a, 110b) 사이에 설치된다.

고무받침(150)은 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트(130a, 130b) 사이의 중심에 설치되며, 상기 고무받침(150)은 보강판(160)과 고무층을 여러 층 적층시킨 구조를 갖는다.

납 코어(140)는 연성으로서, 상기 고무받침(150)에 형성될 중심홀에 압입된다. 이때, 상기 납 코어(140)가 일정 수준 이상의 힘을 받으면 열이 발생되면서 금속 특성상 항복되어 탄성을 상실하고 소성 상태가 되는데, 힘이 제거된 후 순간적으로 고무받침(150)의 탄성력에 의해 복원된다.

납 고정 플레이트(130a, 130b)는 상기 납 코어(140)의 압입후에 납이 밖으로 밀려나오지 않도록 형성된다.

보강판(160)은 상기 고무받침(150)의 수직 처짐을 방지하고 수직 강성(Vertical Stiffness)을 증대시키고, 수평변위 발생시 상기 납 코어(140)의 변형을 방지하도록 상기 고무받침(150)의 내부에 적층된다.

플레이트 고정 볼트(170a~170d)는 상기 하부 및 상부 플레이트(110a, 110b)를 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트(130a, 130b)와 각각 결합 고정시킨다.

복원성 조절용 스프링(190)은 상기 납 코어(140)의 외주면을 감싸도록 상기 고무받침(150)에 삽입되어 납 면진받침의 복원성을 조절한다. 이때, 상기 복원성 조절용 스프링(190)은 전단스프링으로서 강재 스프링으로 구현되며, 원형의 봉을 코일 형태의 스프링으로 제작한다. 이때, 상기 복원성 조절용 강재 스프링(190)이 내경은 상기 납 코어(140)의 직경보다 같거나 크게 형성한다. 즉, 상기 복원성 조절용 스프링(190)은 그 내경이 상기 납 코어(140)의 직경보다 크고, 그 외경은 상기 고무받침(150)의 중심홀보다 같거나 작게 형성되며, 상기 납 코어(140)가 상기 복원성 조절용 스프링 내에 삽입된다. 또한, 상기 복원성 조절용 스프링(190)은, 비선형 이력곡선의 전체 면적이 커지도록 2차 강성값(Kd)을 크거나 작게 변경시키도록 설계될 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

이와 같이 조립된 납 면진받침(100)은 교량(300) 및 교각(400) 사이에 설치되는데, 예를 들면, 상기 납 면진받침(100)의 상부 플레이트(110b)는 상기 교량(300)의 상부 구조물의 저부에 볼트(도시되지 않음)로 결합 고정되고, 상기 하부 플레이트(110a)는 상기 교각(400)의 상면에 위치되는 하부 구조물에 플레이트 고정 볼트(도시되지 않음)로 결합 고정된다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(100)은, 도 7의 a)에 도시된 바와 같이 원형 납 면진받침(100a)이거나 또는 도 7의 b)에 도시된 바와 같이 사각형 납 면진받침(100b)일 수 있고, 각 복원성 조절용 강재 스프링(190a, 190b)이 사용된다.

따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(100)은, 교량에 설치되는 상부 플레이트와 교각에 설치되는 하부 플레이트 사이에 설치되는 납 면진받침에서 복원성 조절용 스프링이 납 코어를 감싸도록 설치됨으로써 복원성 조절용 스프링의 탄성이 고무받침의 2차 강성을 조절할 수 있으며, 납 코어의 변형 및 전단 파괴를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(100)은, 지진시 상부 구조물의 질량에 비례하는 관성력으로 인하여 지진시 순간적인 납 코어(140)의 저항력으로 전체 교각이 고정단으로 바뀌면서 전체 교각에 지진력을 분산시킴으로써 교각의 파손을 방지하게 된다.

한편, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침에서 강재 스프링을 예시하는 도면이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(100)에서, 도 8의 a)에 도시된 바와 같이, 복원성 조절용 강재 스프링(190)이 사용되며, 이러한 복원성 조절용 강재 스프링(190)은 전단스프링으로 원형의 봉을 코일 형태의 스프링으로 제작한다. 또한, 상기 강재 스프링(190)은 상기 고무받침의 중심홀에 압착 고정이 가능하도록 요철 형상으로 형성된다.

이때, 납 코어(140)는, 도 8의 b)에 도시된 바와 같고, 상기 복원성 조절용 강재 스프링(290)이 내경은, 도 8의 c)에 도시된 바와 같이, 상기 납 코어(140)의 직경보다 같거나 크게 형성함으로써, 상기 납 코어(140)가 상기 복원성 조절용 강재 스프링(290)에 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 상기 복원성 조절용 강재 스프링(290)이 외경은 전술한 고무받침의 중심홀보다 같거나 작게 형성된다.

한편, 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 거동을 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(100)이 현장에 설치되어 반복적인 거동을 할 경우 또는 지진 등이 발생할 경우, 도 9의 b)에 도시된 바와 같이, 수평력에 대응하는 수평 변위가 발생하게 된다. 이때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(100)은 복원성 조절용 스프링이 납 코어를 감싸도록 설치됨으로써 납 코어의 변형 및 전단 파괴를 방지할 수 있다.

한편, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 단면도이고, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 평면도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(200)은 전술한 도 6에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(100)과 비교하면, 복원성 조절용 스프링(290)이 우레탄 스프링으로 구현되는 점을 제외하면, 하부 플레이트(110a), 상부 플레이트(110b), 엔드 플레이트(120a, 120b), 납 고정 플레이트130a, 130b), 납 코어(140), 고무받침(150), 보강판(160) 및 플레이트 고정 볼트(170a~170d)를 동일하게 포함하므로, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

복원성 조절용 스프링(290)은 상기 납 코어(140)의 외주면을 감싸도록 상기 고무받침(150)에 삽입되어 납 면진받침의 복원성을 조절한다. 이때, 상기 복원성 조절용 스프링(290)은 전단스프링으로서 우레탄 스프링(290)로 구현되며, 중공의 원통 형상의 스프링으로 제작한다. 이때, 상기 복원성 조절용 우레탄 스프링(290)이 내경은 상기 납 코어(140)의 직경보다 같거나 크게 형성한다. 즉, 상기 복원성 조절용 스프링은 그 내경이 상기 납 코어(140)의 직경보다 같거나 크고, 그 외경은 상기 고무받침(150)의 중심홀보다 같거나 작게 형성되며, 상기 납 코어(140)가 상기 복원성 조절용 스프링 내에 삽입된다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(200)은, 도 11의 a)에 도시된 바와 같이 원형 납 면진받침(200a)이거나 또는 도 11의 b)에 도시된 바와 같이 사각형 납 면진받침(200b)일 수 있고, 각각 복원성 조절용 우레탄 스프링(290a, 290b)이 사용된다.

한편, 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침에서 우레탄 스프링을 예시하는 도면이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(200)에서, 도 12의 a)에 도시된 바와 같이, 복원성 조절용 우레탄 스프링(290)이 사용되며, 이러한 복원성 조절용 우레탄 스프링(290)은 전단스프링으로서, 고무받침의 중심홀에 꽉 물릴 수 있도록 속이 빈 중공의 원통 형상의 봉을 코일 형태의 스프링으로 제작한다. 이때, 납 코어(140)는 도 12의 b)에 도시된 바와 같고, 상기 복원성 조절용 우레탄 스프링(290)이 내경은, 도 12의 c)에 도시된 바와 같이, 상기 납 코어(140)의 직경보다 같거나 크게 형성함으로써, 상기 납 코어(140)가 상기 복원성 조절용 우레탄 스프링(290)에 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 상기 복원성 조절용 우레탄 스프링(290)이 외경은 전술한 고무받침의 중심홀에 대응하여 같거나 작게 형성된다.

한편, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 거동을 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침의 힘과 변위 사이의 이력특성을 나타내는 도면이며, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침에서 힘-변위 이력곡선(Hysteresis Curve)을 예시하는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침(200)이 현장에 설치되어 반복적인 거동을 할 경우 또는 지진 등이 발생할 경우, 도 13 b)에 도시된 바와 같이, 수평력에 대응하는 수평 변위가 발생하게 되며, 도 14는 변위(Displacement) 및 힘(Force) 사이의 관계, 즉, 수평변위 및 수평력 사이의 이력특성을 나타낸다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침은 비선형적인 이력특성을 나타내며, 이때, 수평축을 변위(Displacement), 수직축을 힘(Force)이라 하면, dy에서 di로 변위가 발생하는 경우, Qd는 납의 항복강도(Characteristic force), Fy는 항복강도(Yield force), Fmax는 최대항복강도(Maximum force), Keff는 유효계수(Vertical stiffness), Ku는 1차 강성(Elastic stiffness) 및 Kd는 2차 강성(Post-elastic stiffness)의 관계로 주어진다.

이때, Kd(2차 강성)를 증가시키거나 감소시킴으로써, 비선형 이력곡선의 전체 면적을 증가시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 납 면진받침의 경우, Kd(2차 강성)를 증가 또는 감소시킬 수 있도록 복원성 조절 스프링을 사용한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 납 면진받침의 힘-변위 이력곡선의 경우, 도 15에 도시된 바와 같이, 도면부호 A는 종래의 기술에 따른 납 면진받침의 에너지 감쇠 능력을 나타내며, 도면부호 B는 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 납 면진받침에서 복원성 조절 스프링이 추가되어 납 면진받침의 에너지 감쇠 능력을 향상시킨 상태를 나타낸다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침은 복원성 조절용 스프링이 납 코어를 감싸도록 설치됨으로써 납 코어의 변형 및 전단 파괴를 방지할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 제1 납 면진받침
200: 제2 납 면진받침
300: 교량 상판
400: 교각
110a: 하부 플레이트(Bottom Plate)
110b: 상부 플레이트(Top Plate)
120a, 120b: 엔드 플레이트(End Plate)
130a, 130b: 납 고정 플레이트(Lead Fixing Plate)
140: 납 코어(Lead Core)
150: 고무받침
160: 보강판(Insert Plate)
170a, 170b, 170c, 170d: 플레이트 고정 볼트(Plate Fixing Bolt)
190: 복원성 조절용 스프링(강재 스프링)
290: 복원성 조절용 스프링(우레탄 스프링)

Claims (7)

1. 교량 및 교각 사이에 설치되는 납 면진받침(Lead Rubber Bearing: LRB)에 있어서,
   교각의 상부 및 교량의 하부에 각각 설치되는 하부 및 상부 플레이트;
   상기 하부 및 상부 플레이트 사이에 설치되는 하부 및 상부 엔드 플레이트(End Plate);
   상기 하부 및 상부 앤드 플레이트 사이의 중심에 설치되는 고무받침(Rubber Bearing);
   상기 고무받침에 형성될 중심홀에 압입되는 납 코어(Lead Core);
   상기 고무받침의 수직 처짐을 방지하고 수직 강성(Vertical Stiffness)을 증대시키고, 수평변위 발생시 상기 납 코어의 변형을 방지하도록 상기 고무받침의 내부에 적층되는 보강판(Insert Plate);
   상기 납 코어의 압입후에 납이 밖으로 밀려나오지 않도록 형성되는 납 고정 플레이트(Lead Fixing Plate);
   상기 하부 및 상부 플레이트를 상기 하부 및 상부 앤드 플레이트와 각각 결합 고정하는 플레이트 고정 볼트(Plate Fixing Bolt); 및
   상기 납 코어의 외주면을 감싸도록 상기 고무받침에 삽입되어 납 면진받침의 복원성을 조절하는 복원성 조절용 스프링
   를 포함하는 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복원성 조절용 스프링은 강재 스프링 또는 우레탄 스프링인 것을 특징으로 하는 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침.
3. 제2항에 있어서,
   상기 강재 스프링은 원형의 봉을 코일 형태로 제작한 전단스프링인 것을 특징으로 하는 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침.
4. 제3항에 있어서,
   상기 강재 스프링은 상기 고무받침의 중심홀에 압착 고정이 가능하도록 요철 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침.
5. 제2항에 있어서,
   상기 우레탄 스프링은 속이 빈 중공의 원통 형상으로 제작한 전단스프링인 것을 특징으로 하는 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침.
6. 제1항에 있어서,
   상기 복원성 조절용 스프링은 그 내경이 상기 납 코어의 직경보다 같거나 크고, 그 외경은 상기 고무받침의 중심홀보다 같거나 작게 형성되며, 상기 납 코어가 상기 복원성 조절용 스프링 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복원성 조절용 스프링은, 비선형 이력곡선의 전체 면적이 커지도록 2차 강성값(Kd)을 크거나 작게 변경시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 복원성을 조절할 수 있는 교량용 납 면진받침.

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