KR20140034268A - 제진 댐퍼 - Google Patents

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KR20140034268A
KR20140034268A KR1020140021465A KR20140021465A KR20140034268A KR 20140034268 A KR20140034268 A KR 20140034268A KR 1020140021465 A KR1020140021465 A KR 1020140021465A KR 20140021465 A KR20140021465 A KR 20140021465A KR 20140034268 A KR20140034268 A KR 20140034268A
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KR1020140021465A
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주영규
이창환
김상대
정광량
우운택
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고려대학교 산학협력단
(주) 동양구조안전기술
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    • E04HBUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00Buildings, or groups of buildings, or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake, extreme climate
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    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2238/00Type of springs or dampers
    • F16F2238/04Damper

Abstract

본 발명은 제진 댐퍼에 관한 것으로, 건축 구조물의 상층보 및 하층보에 각각 결합되는 상부 몸체 및 하부 몸체와, 이들 사이에 배치되는 중앙 몸체를 상호 상대 마찰 이동하도록 결합하고, 바람이나 지진과 같은 외부 하중이 작용할 때, 중앙 몸체에 대한 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동을 통한 1차 마찰 댐핑 과정과, 중앙 몸체의 자체 변형에 따른 2차 댐핑 과정이 순차적으로 수행되도록 함으로써, 외부 하중에 따라 제진 및 내진 특성을 모두 갖는 복합형 제진 댐퍼를 제공한다.

Description

제진 댐퍼{Aseismic Damper}
본 발명은 제진 댐퍼에 관한 것이다. 보다 상세하게는 건축 구조물의 상층보 및 하층보에 각각 결합되는 상부 몸체 및 하부 몸체와, 이들 사이에 배치되는 중앙 몸체를 상호 상대 마찰 이동하도록 결합하고, 바람이나 지진과 같은 외부 하중이 작용할 때, 중앙 몸체에 대한 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동을 통한 1차 마찰 댐핑 과정과, 중앙 몸체의 자체 변형에 따른 2차 댐핑 과정이 순차적으로 수행되도록 함으로써, 외부 하중에 따라 제진 및 내진 특성을 모두 갖는 복합형 제진 댐퍼에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 발생하고 있는 일련의 큰 강도의 지진으로 인해 대규모의 인명피해와 천문학적인 경제적 피해가 발생하였다. 이로 인해 일반에서도 지진에 대한 경각심이 새삼 확산되고 있다.
지진하중에 대응한 구조방식은 내진, 제진 및 면진 구조로 구분된다. 내진 구조의 경우 입력되는 지진력에 대해 구조체가 강도로 저항하는 형식이고, 제진 구조는 감쇠를 갖는 제진 장치를 통해 지진력을 일정 정도 감소시킴과 더불어 입력된 지진 에너지를 댐퍼가 흡수하여 주골조의 손상을 제어하는 형식이며, 면진 구조는 구조물과 지반을 분리하여 건물에 전달되는 지진력을 최소화한 형식으로 볼 수 있다.
바람과 지진 같은 수평력에 의해 유발된 에너지가 주구조체의 변형을 통해 소산되는 내진 구조는 재해 발생시 전체 구조물에 손상이 유발되며, 지진력을 저감시키지 못한다. 또한 면진 구조는 강진지역에서 상당히 많은 지진에너지를 흡수하는 경우에 큰 효과를 발휘할 수 있으나, 국내의 경우 비용 등의 문제로 인해 건축구조물에서의 적용사례는 많지 않은 실정이다.
제진 장치는 그 제어 방법에 따라 수동형, 준능동형 및 능동형 제진 장치로 구분되는데, 별도의 에너지원이 사용되지 않는 수동형 제진 장치가 일반적으로 많이 적용되고 있다. 또한 수동형 제진 장치는 에너지 소산 형태에 따라 다음과 같은 형태로 분류할 수 있다. 속도 의존형의 점성물질을 사용한 점성 댐퍼; 점성물질과 탄성물질을 함께 사용하여 속도와 변형률 의존형 특성을 가지는 점탄성 댐퍼; 금속재료의 항복 후 이력 특성을 이용하여 에너지를 소산시키는 강재 댐퍼; 입력된 에너지를 마찰에 의해 열에너지로 전환시켜 에너지를 소산시키는 마찰 댐퍼 등이다.
점성 댐퍼와 점탄성 댐퍼는 잔류변형이 거의 없는 장점이 있으나, 지속적인 유지 관리가 필요하고 온도 및 주파수에 의존하는 특성으로 인해 제어의 어려움과 더불어 제작을 위한 원천기술이 대부분 해외에 의존하고 있기 때문에 비교적 고가인 특성을 가지고 있다. 강재 댐퍼는 적용된 강재의 특성에 따라 비교적 안정적인 이력 거동을 하지만, 잔류변형이 발생하여 재해 후 부품을 전면 교체해야 하는 단점을 가지고 있다. 또한 마찰 댐퍼의 경우 매우 안정적인 이력 특성을 가지고 있으나, 마찰열에 의한 문제가 발생할 여지와 더불어 마찰의 반복에 따라 마찰 재료의 마모가 발생하는 등의 단점을 가지고 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 건축 구조물의 상층보 및 하층보에 각각 결합되는 상부 몸체 및 하부 몸체와, 이들 사이에 배치되는 중앙 몸체를 상호 상대 마찰 이동하도록 결합하고, 바람이나 지진과 같은 외부 하중이 작용할 때, 중앙 몸체에 대한 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동을 통해 외부 하중에 대한 1차 마찰 댐핑 과정을 수행하여 건축 구조물의 안전성을 향상시킬 수 있는 제진 댐퍼를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 중앙 몸체에 대한 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동에 따른 1차 마찰 댐핑 과정 이후, 중앙 몸체의 자체 변형에 따른 2차 댐핑 과정이 수행되도록 함으로써, 외부 하중에 따라 제진 및 내진 특성을 모두 갖는 복합형 제진 댐퍼를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 1차 마찰 댐핑 과정 및 2차 댐핑 과정이 순차적으로 발생하도록 형성함으로써, 외부 하중의 크기에 따라 발생하는 해당 댐핑 부위의 구성 요소만 부분 교체하는 방식으로 부품 손상에 대한 복원 작업을 완료할 수 있어 보수 보강 작업을 최소화하여 수행할 수 있는 제진 댐퍼를 제공하는 것이다.
본 발명은, 상부 및 하부에 각각 배치되는 상부 몸체 및 하부 몸체; 상기 상부 몸체 및 하부 몸체 사이에 배치되는 중앙 몸체; 상기 상부 몸체와 중앙 몸체를 서로 상대 마찰 이동 가능하게 연결 결합하는 상부 연결 모듈; 및 상기 하부 몸체와 중앙 몸체를 서로 상대 마찰 이동 가능하게 연결 결합하는 하부 연결 모듈을 포함하고, 상기 중앙 몸체에 대한 상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동을 통해 외부 하중을 1차 마찰 댐핑하는 것을 특징으로 하는 제진 댐퍼를 제공한다.
이때, 상기 상부 연결 모듈 및 하부 연결 모듈은 상기 중앙 몸체에 대한 상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동 거리를 제한할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 연결 모듈에 의한 최대 정지 마찰력과 상기 하부 연결 모듈에 의한 최대 정지 마찰력이 서로 다르게 형성되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 중앙 몸체는 상기 상부 몸체 및 하부 몸체와의 상대 마찰 이동에 의한 1차 마찰 댐핑 이후, 소성 변형하며 외부 하중을 2차 댐핑할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 몸체 및 하부 몸체는 상기 중앙 몸체보다 구조적으로 더 높은 강도를 갖도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 상부 몸체 및 하부 몸체는 상하 방향으로 배치되는 메인 플레이트; 및 상기 메인 플레이트의 좌우 양측단에 직각 방향으로 결합되는 플랜지 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 메인 플레이트에는 양면으로 돌출되도록 적어도 하나 이상의 스티프너가 장착될 수 있다.
또한, 상기 메인 플레이트는 다수개의 분할판으로 형성되어 분리 결합될 수 있도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 상부 연결 모듈은 상하 양단부가 상기 상부 몸체 및 중앙 몸체의 양면에 각각 밀착 결합되는 한 쌍의 연결 플레이트; 및 상기 상부 몸체 및 중앙 몸체와 상기 연결 플레이트 사이에 삽입 개재되는 마찰 패드를 포함하고, 상기 상부 몸체 및 중앙 몸체 중 어느 하나와 상기 연결 플레이트는 일측으로 길게 형성된 슬롯홀을 통해 볼트 결합될 수 있다.
이때, 상기 슬롯홀은 다수개의 결합 볼트가 각각 관통 결합할 수 있도록 다수개 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬롯홀은 다수개의 결합 볼트가 모두 관통 결합할 수 있도록 하나로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 몸체 및 중앙 몸체 중 어느 하나에 형성된 슬롯홀과 상기 연결 플레이트에 형성된 슬롯홀 중 어느 하나는 상하 방향으로 길게 형성되고 나머지 하나는 수평 방향으로 길게 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 건축 구조물의 상층보 및 하층보에 각각 결합되는 상부 몸체 및 하부 몸체와, 이들 사이에 배치되는 중앙 몸체를 상호 상대 마찰 이동하도록 결합하고, 바람이나 지진과 같은 외부 하중이 작용할 때, 중앙 몸체에 대한 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동을 통해 외부 하중에 대한 1차 마찰 댐핑 과정을 수행하여 건축 구조물의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 중앙 몸체에 대한 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동에 따른 1차 마찰 댐핑 과정 이후, 중앙 몸체의 자체 변형에 따른 2차 댐핑 과정이 수행되도록 함으로써, 외부 하중에 따라 제진 및 내진 특성을 모두 가질 수 있으므로, 유발 진동원 별로 별도의 진동 저감 장치를 설치하지 않더라도 풍하중 및 지진 하중과 같은 다양한 외부 하중에 대해 에너지를 소산시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 1차 마찰 댐핑 과정 및 2차 댐핑 과정이 순차적으로 발생하도록 형성함으로써, 외부 하중의 크기에 따라 발생하는 해당 댐핑 부위의 구성 요소만 부분 교체하는 방식으로 부품 손상에 대한 복원 작업을 완료할 수 있어 보수 보강 작업을 최소화하여 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상부 몸체, 하부 몸체 및 중앙 몸체로 분리 형성되어 각각 볼트 결합되도록 구성됨으로써, 별도의 건설 장비를 동원하지 않더라도 인력에 의해 용이하게 현장 설치가 가능하며, 볼트 등을 이용한 건식 방법으로 결합할 수 있어 시공이 매우 간편하여 공사 기간의 단축 및 시공비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 내진설계 되지 않은 기존 건축 구조물의 비구조 벽체의 일부 구간에 내진 보강용으로 추가적으로 설치할 수 있으며, 신축 건물의 풍하중 및 지진하중 저감용 제진 장치로 폭넓게 활용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 상부 연결 모듈 및 하부 연결 모듈의 다양한 형태를 예시적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 댐핑 동작 상태를 개념적으로 도시한 동작 상태도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 상부 연결 모듈 및 하부 연결 모듈의 또 다른 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 상부 연결 모듈 및 하부 연결 모듈의 다양한 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼는 자체 강성으로써 저항 변형함과 동시에 마찰력으로 인한 이력에 의해 외부 하중을 감쇠시키는 장치로서, 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)와, 이들 사이에 배치되는 중앙 몸체(300)와, 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)을 포함하여 구성된다.
상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)는 각각 상부 및 하부에 배치되는데, 상부 몸체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 상단부가 건축 구조물의 상층보(10)에 결합될 수 있도록 상부에 배치되고, 하부 몸체(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 하단부가 건축 구조물의 하층보(20)에 결합될 수 있도록 하부에 배치된다. 중앙 몸체(300)는 이러한 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200) 사이의 중간 부분에 배치되며, 상단부는 상부 몸체(100)와 결합되고 하단부는 하부 몸체(200)와 결합된다.
상부 연결 모듈(400)은 상부 몸체(100)의 하단부와 중앙 몸체(300)의 상단부를 상호 연결 결합시키는데, 상부 몸체(100)와 중앙 몸체(300)가 서로에 대해 상대 마찰 이동할 수 있도록 연결 결합한다. 하부 연결 모듈(500)은 하부 몸체(200)의 상단부와 중앙 몸체(300)의 하단부를 상호 연결 결합시키는데, 하부 몸체(200)와 중앙 몸체(300)가 서로에 대해 상대 마찰 이동할 수 있도록 연결 결합한다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼는 바람이나 지진과 같은 외부 하중이 작용하게 되면, 상층보(10)에 결합된 상부 몸체(100)와 하층보(20)에 결합된 하부 몸체(200)가 각각 중앙 몸체(300)에 대해 상대 마찰 이동하게 되고, 이에 따라 발생하는 마찰력에 의해 외부 하중이 마찰 댐핑되어 감쇠되므로, 건축 구조물에 대한 안정성을 강화할 수 있다.
이러한 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)은 중앙 몸체(300)에 대한 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)의 상대 마찰 이동 거리를 제한할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하며, 이는 후술하는 슬롯홀(H2)과 결합 볼트(B)를 이용한 결합 구조 등을 통해 달성될 수 있다. 또한, 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)은 상부 연결 모듈(400)에 의한 최대 정지 마찰력과 하부 연결 모듈(500)에 의한 최대 정지 마찰력이 서로 동일하게 형성되도록 구성될 수 있으나 이와 달리 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다르게 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼는 전술한 바와 같이 중앙 몸체(300)에 대한 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)의 상대 마찰 이동에 의해 외부 하중을 1차 마찰 댐핑하게 되는데, 이후 마찰 댐핑의 한계값 이상의 외부 하중이 계속 작용하게 되면, 중앙 몸체(300)는 1차 마찰 댐핑 이후 소성 변형하며 외부 하중을 2차 댐핑할 수 있도록 형성된다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼는 중앙 몸체(300)에 대한 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)의 상대 마찰 이동에 의한 1차 마찰 댐핑 기능을 수행하고, 이후 중앙 몸체(300)의 자체 변형에 의한 2차 댐핑 기능을 수행한다는 점에서 제진 특성을 가지며, 외부 하중의 크기가 상대적으로 작은 경우 중앙 몸체(300)가 탄성 변형 상태에 있어 자체의 강성으로써 구조체의 강성을 증진시킨다는 점에서 내진 특성을 가진다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼는 외부 하중의 크기에 따라 제진 및 내진 특성을 모두 갖는 하이브리드 댐퍼로서 작용한다.
다음으로, 각각의 구성에 대해 좀더 자세히 살펴본다.
중앙 몸체(300)는 전술한 바와 같이 1차 마찰 댐핑 이후 2차 댐핑 작용하도록 자체 변형하게 되는데, 이때, 상층보(10)와 하층보(20)에 각각 결합된 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)는 항복 변형하지 않은 상태에서 중앙 몸체(300)만 항복 변형할 수 있도록 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)는 중앙 몸체(300)보다 구조적으로 더 높은 강도를 갖도록 형성된다.
예를 들면, 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 배치되는 평판형의 메인 플레이트(M)와, 메인 플레이트(M)의 좌우 양측단에 각각 직각 방향으로 결합되는 평판형의 플랜지 플레이트(F)를 포함하여 구성되고, 중앙 몸체(300)는 단순 평판형으로 형성될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 중앙 몸체(300)의 중심부에는 일정 강도 이상의 외부 하중에 대해 자체 변형이 원활하게 일어날 수 있도록 다수개의 관통홀(미도시)이 형성될 수도 있다.
따라서, 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)는 메인 플레이트(M)의 양측단에 직각 방향으로 돌출되는 플랜지 플레이트(F)가 결합되기 때문에, 강도가 보강되므로 구조적으로 중앙 몸체(300)보다 더 높은 강도를 가질 수 있다.
또한, 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)에는 메인 플레이트(M)의 양면으로 돌출되도록 적어도 하나 이상의 스티프너(S)가 장착될 수 있으며, 이를 통해 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)의 구조적 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이 플랜지 플레이트(F) 및 스티프너(S)를 통해 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)의 강도를 구조적으로 향상시킬 수도 있으나, 이와 달리 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)의 재질을 좀 더 인장 강도 또는 항복 강도가 큰 재질로 적용함으로써, 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)의 강도를 재료적인 측면에서 향상시킬 수도 있다.
이러한 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)는 상층보(10) 및 하층보(20)로부터 전달되는 하중을 원활하게 전달받을 수 있도록 각각 별도의 베이스 플레이트(110,210)를 통해 상층보(10) 및 하층보(20)에 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼는 건축 구조물의 벽체를 이루는 구조가 아니라 건축 구조물의 비구조 벽체를 보강하도록 추가로 설치될 수 있는데, 이와 같이 건축 구조물의 상층보(10) 및 하층보(20)에 각각 결합되는 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)와, 그 사이에 배치되는 중앙 몸체(300)로 분리 형성되어 설치 현장에서 결합되므로, 그 설치 작업이 매우 용이하고, 별도의 건설 중장비를 동원하지 않고도 작업자가 수작업으로 설치할 수 있는 구조이다.
특히, 건물 층고가 높거나 하여 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)의 크기가 상대적으로 크게 형성되는 경우, 작업자에 의한 설치 작업이 용이하도록 각각 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)를 이루는 메인 플레이트(M)를 수평 방향으로 분리된 다수개의 분할판(미도시)으로 형성하여 현장에서 용접 또는 볼트 작업 등을 통해 결합되도록 할 수 있다.
상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)은 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)와 중앙 몸체(300)를 연결하는 서로의 연결 대상이 다를 뿐 서로 동일한 구성을 가지므로, 여기서는 상부 연결 모듈(400)에 대해서만 설명한다.
상부 연결 모듈(400)은 상하 양단부가 상부 몸체(100) 및 중앙 몸체(300)의 양면에 각각 밀착 결합되는 한 쌍의 연결 플레이트(410)와, 상부 몸체(100) 및 중앙 몸체(300)와 연결 플레이트(410) 사이에 삽입 개재되는 마찰 패드(420)를 포함하여 구성된다. 이때, 상부 몸체(100) 및 중앙 몸체(300) 중 어느 하나와 연결 플레이트(410)는 일측으로 길게 형성된 슬롯홀(H2)을 통해 볼트 결합된다.
좀 더 자세히 살펴보면, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 연결 플레이트(410)의 상단부에는 수평 방향으로 슬롯홀(H2)이 형성되고 하단부에는 다수개의 볼트홀(H1)이 형성된다. 이에 대응하여 상부 몸체(100)에는 수평 방향의 슬롯홀(H2)이 형성되고, 중앙 몸체(300)에는 다수개의 볼트홀(H1)이 형성된다. 연결 플레이트(410)는 이러한 상부 몸체(100)와 중앙 몸체(300)의 양면에 각각 밀착 결합되도록 한 쌍 구비되며, 이러한 연결 플레이트(410)의 내측면에 각각 마찰 패드(420)가 부착되어 상부 몸체(100) 및 중앙 몸체(300)와 연결 플레이트(410) 사이에 삽입 개재된다.
연결 플레이트(410) 및 중앙 몸체(300)에 형성된 볼트홀(H1)에는 결합 볼트(B)와 너트(N)가 결합되어 중앙 몸체(300)와 연결 플레이트(410)가 위치 고정되게 결합되고, 슬롯홀(H2)에도 마찬가지로 결합 볼트(B)와 너트(N)가 결합되는데, 이때, 결합 볼트(B)와 너트(N) 사이에는 각각 마찰 면적이 넓게 형성된 별도의 와셔(W)가 삽입된다. 이와 같이 슬롯홀(H2)을 통해 결합 볼트(B)와 너트(N)가 체결되면, 볼트 체결력에 의해 연결 플레이트(410)와 상부 몸체(100)가 마찰 패드(420)를 사이에 두고 밀착 결합된다.
이러한 슬롯홀(H2)을 통한 결합 구조에 따라 상부 몸체(100)는 슬롯홀(H2)의 길이 방향을 따라 슬롯홀(H2)의 길이 범위 내에서 이동할 수 있다. 물론, 이러한 상부 몸체(100)의 이동은 마찰 패드(420)와의 접촉에 의한 최대 정지 마찰력보다 더 큰 외부 하중이 작용하는 경우에만 발생한다.
즉, 마찰 패드(420)와의 접촉에 의한 최대 정지 마찰력보다 더 큰 외부 하중이 상부 몸체(100)에 작용하면, 상부 몸체(100)는 슬롯홀(H2)을 따라 이동하게 되고, 이때, 중앙 몸체(300)는 볼트홀(H1)을 통해 고정되므로 연결 플레이트(410)와 위치 고정된 상태로 유지된다. 다시 말하면, 중앙 몸체(300)는 고정된 상태에서 상부 몸체(100)가 슬롯홀(H2)을 따라 마찰 이동하며 중앙 몸체(300)에 대해 상대 이동한다.
이때, 마찰 패드(420)는 건설 분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 마찰 패드가 사용될 수 있으며, 이외에도 자동차의 브레이크 장치에 사용되는 브레이크 패드가 사용될 수도 있는 등 마찰 패드(420)에 대한 구성은 사용자의 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
하부 연결 모듈(500) 또한 상부 연결 모듈(400)과 마찬가지로 하부 몸체(200) 및 중앙 몸체(300)의 양면에 밀착 결합되는 한 쌍의 연결 플레이트(510)와, 하부 몸체(200) 및 중앙 몸체(300)와 연결 플레이트(510) 사이에 삽입 개재되는 마찰 패드(520)를 포함하여 구성되며, 하부 몸체(200) 및 중앙 몸체(300) 중 어느 하나와 연결 플레이트(510)가 슬롯홀(H2)을 통해 볼트 결합됨으로써, 하부 몸체(200)와 중앙 몸체(300)가 서로 상대 마찰 이동하도록 구성된다. 이는 전술한 상부 연결 모듈(400)에서 설명한 구조와 동일하므로, 여기에서는 중복 방지를 위해 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이 상부 몸체(100)와 중앙 몸체(300)는 상부 연결 모듈(400)에 의해 상대 마찰 이동 가능하게 연결 결합되고, 하부 몸체(200)와 중앙 몸체(300)는 하부 연결 모듈(500)에 의해 상대 마찰 이동 가능하게 연결 결합된다. 따라서, 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)의 체결력에 의한 최대 정지 마찰력보다 더 큰 외부 하중이 가해지면, 상부 몸체(100)와 하부 몸체(200)는 중앙 몸체(300)에 대해 상대 마찰 이동하게 되고, 이러한 마찰 이동에 따라 외부 하중이 감쇠된다.
이때, 상부 몸체(100)와 하부 몸체(200)의 상대 마찰 이동은 슬롯홀(H2)을 따라 이루어지므로, 슬롯홀(H2)의 길이에 따라 상대 마찰 이동 거리가 제한된다. 따라서, 상부 몸체(100)와 하부 몸체(200)가 슬롯홀(H2)을 따라 최대 한도로 상대 마찰 이동한 후에는 더이상 마찰 이동할 수 없고, 이후에는 전술한 바와 같이 중앙 몸체(300)가 소성 변형하며 외부 하중을 2차 댐핑하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 상부 연결 모듈 및 하부 연결 모듈의 다양한 형태를 예시적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 댐핑 동작 상태를 개념적으로 도시한 동작 상태도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼의 상부 연결 모듈 및 하부 연결 모듈의 또 다른 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.
상부 연결 모듈(400)과 하부 연결 모듈(500)은 상부 연결 모듈(400)에 의한 최대 정지 마찰력과 하부 연결 모듈(500)에 의한 최대 정지 마찰력이 같거나 다르게 형성될 수 있는데, 예를 들어, 최대 정지 마찰력이 서로 동일하게 형성되는 경우에는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 상부 연결 모듈(400)의 슬롯홀(H2)과, 하부 연결 모듈(500)의 슬롯홀(H2)의 개수가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
좀 더 자세히 살펴보면, 전술한 바와 같이 각 연결 모듈의 연결 플레이트(410)와, 연결 플레이트(410)와 결합되는 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)에는 각각 슬롯홀(H2)이 형성되어 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)가 중앙 몸체(300)에 대해 상대 마찰 이동하도록 구성되는데, 이때, 마찰 패드(420)와 접촉에 의한 마찰력은 각각 결합 볼트(B)의 체결력에 의해 비례하게 되며, 이는 결합 볼트(B)의 개수와 비례함을 의미한다.
따라서, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 결합 볼트(B)의 개수가 동일하도록 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에 형성되는 슬롯홀(H2)의 개수가 서로 동일하게 형성됨으로써, 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에 의해 발생되는 최대 정지 마찰력이 서로 동일하도록 형성될 수 있다.
한편, 이와 달리 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에 의해 발생되는 최대 정지 마찰력이 서로 다르게 형성될 수 있는데, 이러한 경우에는 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에 결합되는 결합 볼트(B)의 개수가 서로 상이하도록 슬롯홀(H2)의 개수가 서로 다르게 형성될 수 있다.
즉, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 하부 연결 모듈(500)에서 더 많은 개수의 결합 볼트(B)가 체결될 수 있도록 상부 연결 모듈(400) 및 상부 몸체(100)에 형성되는 슬롯홀(H2)의 개수보다 하부 연결 모듈(500) 및 하부 몸체(200)에 형성되는 슬롯홀(H2)의 개수를 더 많이 형성할 수 있으며, 이를 통해 하부 연결 모듈(500)에서 결합 볼트(B)에 의한 체결력이 강화되어 더 큰 최대 정지 마찰력을 갖게 된다.
또한, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 상부 연결 모듈(400)에서 더 많은 개수의 결합 볼트(B)가 체결될 수 있도록 하부 연결 모듈(500) 및 하부 몸체(200)에 형성되는 슬롯홀(H2)의 개수보다 상부 연결 모듈(400) 및 상부 몸체(100)에 형성되는 슬롯홀(H2)의 개수를 더 많이 형성할 수 있으며, 이를 통해 상부 연결 모듈(400)에서 결합 볼트(B)에 의한 체결력이 강화되어 더 큰 최대 정지 마찰력을 갖게 된다.
한편, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 결합 볼트(B)의 개수가 동일하도록 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에 형성되는 슬롯홀(H2)의 개수가 서로 동일하게 형성되는 경우에도 상부 마찰 패드(420)와 하부 마찰 패드(520)의 마찰계수값을 다르게 함으로써 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에 의해 발생되는 최대 정지 마찰력이 서로 다르게 형성되도록 구성될 수 있다.
이와 같이 상부 연결 모듈(400)에 의해 발생되는 최대 정지 마찰력과 하부 연결 모듈(500)에 의해 발생되는 최대 정지 마찰력에 차이가 발생하게 되면, 상부 몸체(100)의 상대 마찰 이동 및 하부 몸체(200)의 상대 마찰 이동이 순차적으로 일어나게 된다.
예를 들어, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 하부 연결 모듈(500)에 의한 최대 정지 마찰력이 상부 연결 모듈(400)에 의한 최대 정지 마찰력보다 더 크게 형성되도록 구성된 상태에서, 일정 강도의 외부 하중이 작용하면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 먼저 상부 연결 모듈(400)에 의한 최대 정지 마찰력이 상대적으로 작으므로, 상부 몸체(100)가 중앙 몸체(300)에 대해 상대 마찰 이동하게 된다. 이때, 상부 몸체(100)가 슬롯홀(H2)의 길이만큼 최대한 상대 마찰 이동하게 되면, 슬롯홀(H2)에 결합 볼트(B)가 맞물림되어 그 상태에서 상대 마찰 이동이 제한된다. 이후에는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 상부 몸체(100)와 중앙 몸체(300)가 동시에 이동하게 되는데, 이때, 중앙 몸체(300)가 하부 몸체(200)에 대해 상부 몸체(100)의 이동 방향과 동일한 방향으로 상대 마찰 이동하게 된다. 다시 말하면, 도 5의 (c)에 화살표로 도시된 바와 같이 하부 몸체(200)가 중앙 몸체(300)에 대해 상부 몸체(100)의 이동 방향과 반대 방향으로 상대 마찰 이동하게 된다.
이와 같이 상부 몸체(100)의 상대 마찰 이동 및 하부 몸체(200)의 상대 마찰 이동이 순차적으로 일어나며, 외부 하중을 순차적으로 마찰 댐핑하게 되고, 이후에는 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 중앙 몸체(300)가 소성 변형하며 외부 하중을 2차 댐핑하게 된다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 제진 댐퍼는 1차 마찰 댐핑 과정이 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에서 순차적으로 일어날 뿐만 아니라 이러한 1차 마찰 댐핑 이후에 중앙 몸체(300)의 자체 변형에 의한 2차 댐핑 과정이 일어나기 때문에, 외부 하중의 크기에 따라 특정 댐핑 과정만 발생하게 된다. 즉, 상대적으로 작은 외부 하중에 대해서는 상부 연결 모듈(400)에서만 1차 마찰 댐핑 과정이 일어나고, 좀 더 큰 외부 하중에 대해서는 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에서 모두 1차 마찰 댐핑 과정이 일어나며, 이보다 더 큰 외부 하중에 대해서는 1차 마찰 댐핑 과정과 더불어 중앙 몸체(300)의 변형에 의한 2차 댐핑 과정이 일어난다.
따라서, 외부 하중의 크기에 따라 해당되는 특정 댐핑 과정이 발생하므로, 외부 하중이 소멸되어 정상적으로 제진 댐퍼를 복원하는 경우, 제진 댐퍼의 모든 구성 요소를 모두 교체 또는 수리할 필요없이 댐핑 과정이 발생하는 특정 개소와 관련된 구성 요소만을 교체할 수 있다. 즉, 제진 댐퍼를 복원하는 경우, 외부 하중의 크기에 따라 구성 요소의 부분 교체만 할 수 있으므로, 보수 보강 작업을 최소화하여 수행할 수 있다.
한편, 이상에서는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 상부 연결 모듈(400)의 상부 몸체(100)와 연결되는 부위에 슬롯홀(H2)이 형성되고, 하부 연결 모듈(500)의 하부 몸체(200)와 연결되는 부위에 슬롯홀(H2)이 형성되어, 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)이 중앙 몸체(300)에 고정 결합된 상태에서 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)가 중앙 몸체(300)에 고정된 연결 플레이트(410)에 대해 상대 마찰 이동하는 것으로 설명하였으나, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)에 고정 결합된 연결 플레이트(410)에 대해 중앙 몸체(300)가 상대 마찰 이동하는 형태로 구성될 수도 있다.
즉, 상부 연결 모듈(400)의 중앙 몸체(300)와 연결되는 부위에 슬롯홀(H2)이 형성되고, 하부 연결 모듈(500)의 중앙 몸체(300)와 연결되는 부위에 슬롯홀(H2)이 형성되어, 중앙 몸체(300)가 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)에 고정 결합된 연결 플레이트(410)에 대해 상대 마찰 이동하는 형태로 구성될 수도 있다.
이는 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)와 중앙 몸체(300)가 상호 상대 마찰 이동하는 방식이므로, 어떤 방식으로 구성하든 동작 원리는 동일하다.
또한, 이상에서는 하나의 슬롯홀(H2)에 하나의 결합 볼트(B)가 각각 관통 결합하며 체결되어 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에 다수개의 슬롯홀(H2)이 형성되는 방식으로 설명하였으나, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 하나의 슬롯홀(H2)에 다수개의 결합 볼트(B)가 모두 관통 결합될 수 있도록 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에 각각 하나의 슬롯홀(H2)이 형성되는 형태로 구성될 수도 있다.
이때, 예를 들어, 상부 연결 모듈(400)에 의한 최대 정지 마찰력이 하부 연결 모듈(500)에 의한 최대 정지 마찰력보다 작게 형성되도록 구성되는 경우라면, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 상부 연결 모듈(400)에 형성된 슬롯홀(H2)의 길이가 상대적으로 하부 연결 모듈(500)에 형성된 슬롯홀(H2)의 길이보다 작게 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라 하부 연결 모듈(500)의 슬롯홀(H2)에 관통 결합되는 결합 볼트(B)의 수가 상대적으로 많게 적용할 수 있다.
또한, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 상부 연결 모듈(400) 및 하부 연결 모듈(500)에는 수평 방향의 슬롯홀(H2)이 형성되고, 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)에는 수직 방향의 슬롯홀(H2)이 형성되도록 구성될 수도 있다. 이와 같은 구성에 따라 상부 몸체(100) 및 하부 몸체(200)가 중앙 몸체(300)에 대해 수평 방향으로 상대 마찰 이동할 수도 있고, 상하 방향으로 상대 마찰 이동할 수도 있으므로, 더욱 다양한 방향의 외부 하중에 대한 마찰 댐핑 작용을 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 상부 몸체 200: 하부 몸체
300: 중앙 몸체 400: 상부 연결 모듈
500: 하부 연결 모듈 410,510: 연결 플레이트
420,520: 마찰 패드 H2: 슬롯홀

Claims (5)

  1. 상부 및 하부에 각각 배치되는 상부 몸체 및 하부 몸체; 상기 상부 몸체 및 하부 몸체 사이에 배치되는 중앙 몸체; 상기 상부 몸체와 중앙 몸체를 서로 상대 마찰 이동 가능하게 연결 결합하는 상부 연결 모듈; 및 상기 하부 몸체와 중앙 몸체를 서로 상대 마찰 이동 가능하게 연결 결합하는 하부 연결 모듈 을 포함하고, 상기 중앙 몸체에 대한 상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 상대 마찰 이동을 통해 외부 하중을 1차 마찰 댐핑하고,
    상기 상부 연결 모듈은, 상하 양단부가 상기 상부 몸체 및 중앙 몸체의 양면에 각각 밀착 결합되는 한 쌍의 연결 플레이트; 및 상기 상부 몸체 및 중앙 몸체와 상기 연결 플레이트 사이에 삽입 개재되는 마찰 패드를 포함하고, 상기 상부 몸체 및 중앙 몸체 중 어느 하나와 상기 연결 플레이트는 일측으로 길게 형성된 슬롯홀을 통해 볼트 결합되고,
    상기 상부 몸체 및 중앙 몸체 중 어느 하나에 형성된 슬롯홀과 상기 연결 플레이트에 형성된 슬롯홀 중 어느 하나는 상하 방향으로 길게 형성되고 나머지 하나는 수평 방향으로 길게 형성되고,
    상기 중앙 몸체는 상기 상부 몸체 및 하부 몸체와의 상대 마찰 이동에 의한 1차 마찰 댐핑 이후, 소성 변형하며 외부 하중을 2차 댐핑할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제진 댐퍼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 몸체 및 하부 몸체는 상기 중앙 몸체보다 구조적으로 더 높은 강도를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제진 댐퍼.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 몸체 및 하부 몸체는
    상하 방향으로 배치되는 메인 플레이트; 및
    상기 메인 플레이트의 좌우 양측단에 직각 방향으로 결합되는 플랜지 플레이트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제진 댐퍼.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 몸체 및 하부 몸체의 메인 플레이트에는 양면으로 돌출되도록 적어도 하나 이상의 스티프너가 장착되는 것을 특징으로 하는 제진 댐퍼.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 메인 플레이트는 다수개의 분할판으로 형성되어 분리 결합될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제진 댐퍼.
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