KR20170044480A - 진자 고무 면진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지진 발생시 지진에너지로부터 구조물을 보호하기 위한 면진 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물을 이루는 상부플레이트와 하부플레이트의 사이에 진자구조의 면진볼이 설치되고 면진볼의 외측에 링 형상의 탄성고무가 설치되어 면진볼과 탄성고무의 조합에 의해 면진을 위한 유동성을 충분히 확보하여 면진 기능을 강화시킬 수 있는 진자 고무 면진 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 구조물을 이루는 상부구조물과 하부구조물의 사이에 설치되어 지진 발생시 지진 및 진동에너지를 흡수 완화하여 면진하는 면진 장치에 있어서, 상기 상부구조물의 하부면에 설치되며 하면 가장자리에 상부결합면이 빙둘러 형성되고 하면 중심에는 상부가이드면이 돌출 형성된 원판 형상의 상부플레이트; 상기 하부구조물의 상부면에 설치되며 상면 가장자리에는 하부결합면이 빙둘러 형성되고 상면 중심에는 하부가이드면이 돌출 형성된 원판 형상의 하부플레이트; 상기 상부결합면과 상기 하부결합면의 사이에 설치되고 탄성을 가지며 링 형상으로 구성되는 탄성고무; 및 상기 상부가이드면과 상기 하부가이드면의 사이에 마찰진자 형태로 설치되고 상기 탄성고무의 내경보다는 작은 직경을 가지는 볼 형상으로 구성되어 상기 탄성고무와는 소정거리 이격된 빈공간을 사이에 두고 설치되는 볼 형상의 면진볼;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진자 고무 면진 장치를 기술적 요지로 한다.

Description

진자 고무 면진 장치{Friction pendulum seismic isolatior}

본 발명은 지진 발생시 지진에너지로부터 구조물을 보호하기 위한 면진 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물을 이루는 상부플레이트와 하부플레이트의 사이에 진자구조의 면진볼이 설치되고 면진볼의 외측에 링 형상의 탄성고무가 설치되어 면진볼과 탄성고무의 조합에 의해 면진을 위한 유동성을 충분히 확보하여 면진 기능을 강화시킬 수 있는 진자 고무 면진 장치에 관한 것이다.

일반적으로 면진 장치는 지진 발생시 구조물에 전달되는 지진 및 진동에너지를 흡수 완화하여 구조물의 안정성을 확보하고 사용수명을 보장하기 위한 목적으로 사용되고 있다.

이러한 면진 장치는 상부구조물에 연결된 상부플레이트와 하부구조물에 연결된 하부플레이트의 사이에 면진고무가 설치되어 지진 발생시 구조물에 전달되는 지진 및 진동에너지를 면진고무의 변형에 의해 흡수 완화하게 된다.

그러나 종래의 면진 장치는 면진고무가 내부가 꽉 찬 원기둥이나 직육면체 형상을 가진 면진고무의 변형을 통해 주기변화 및 진동에너지를 흡수하는 단순한 구조이므로 면진고무의 제한적인 변형량에 의해 감쇠 성능이 떨어지면서 면진 기능을 제대로 발휘하지 못하는 문제점이 있었다.

한편, 상기한 종래의 면진 장치를 보완하기 위해 납을 면진고무 내에 삽입한 납 면진 장치, 고무자체의 감쇠 성능을 향상시킨 고감쇠 면진 장치 등이 개발되기도 하였는데, 이러한 면진 장치들은 특수한 구조의 면진고무를 사용하므로 제조가 용이하지 못하였을 뿐만 아니라 납 사용으로 인해 환경에도 좋지 않은 문제점이 있었다.

따라서 지진 발생시 구조물의 안전성을 확보하고 사용수명을 보장하기 위해서는 감쇠 성능이 향상되고 제조도 용이하며 환경에도 해를 주지 않는 면진구조에 대한 연구가 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0128636호, 2011.11.30.자 공개.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 지진으로부터 구조물의 안전성을 확보하고 사용수명을 보장하기 위해 지진 및 진동에너지를 효과적으로 흡수하여 확실하게 면진할 수 있도록 상부플레이트와 하부플레이트의 사이에 설치되는 면진수단이 진자구조의 면진볼과 탄성을 가진 탄성고무로 이루어진 진자 고무 면진 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진자 고무 면진 장치는 구조물을 이루는 상부구조물과 하부구조물의 사이에 설치되어 지진 발생시 지진 및 진동에너지를 흡수 완화하여 면진하는 면진 장치에 있어서, 상기 상부구조물의 하부면에 설치되며 하면 가장자리에 상부결합면이 빙둘러 형성되고 하면 중심에는 상부가이드면이 돌출 형성된 원판 형상의 상부플레이트; 상기 하부구조물의 상부면에 설치되며 상면 가장자리에는 하부결합면이 빙둘러 형성되고 상면 중심에는 하부가이드면이 돌출 형성된 원판 형상의 하부플레이트; 상기 상부결합면과 상기 하부결합면의 사이에 설치되고 탄성을 가지며 링 형상으로 구성되는 탄성고무; 및 상기 상부가이드면과 상기 하부가이드면의 사이에 마찰진자 형태로 설치되고 상기 탄성고무의 내경보다는 작은 직경을 가지는 볼 형상으로 구성되어 상기 탄성고무와는 소정거리 이격된 빈공간을 사이에 두고 설치되는 볼 형상의 면진볼;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부가이드면과 상기 하부가이드면은 상기 상부플레이트의 중심과 상기 하부플레이트의 중심이 가장 깊은 오목한 곡면인 것을 특징으로 한다.

상기 상부플레이트의 중심 높이와 상기 하부플레이트의 중심 높이 및 상기 면진볼의 중심 높이를 더한 제1높이가 상기 상부플레이트의 가장자리 높이와 상기 하부플레이트의 가장자리 높이 및 상기 탄성고무의 높이를 더한 제2높이가 동일하게 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성고무의 상단과 하단은 고정부재에 의해 상부플레이트와 하부플레이트에 각각 고정 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정부재는 상기 탄성고무의 상단과 하단에 각각 일정각도 간격으로 매설된 복수 개의 고정너트; 상기 상부플레이트와 상기 하부플레이트에 각각 상기 고정너트의 간격과 대응되게 관통 형성된 복수 개의 볼트공; 및 상기 상부플레이트의 상측과 상기 하부플레이트의 하측에서 각각 상기 볼트공에 나사식으로 관통하여 상기 고정너트에 체결 고정되는 복수 개의 체결볼트로 구성되되, 상기 볼트공의 상부는 상기 상부플레이트의 상부면과 상기 하부플레이트의 하부면이 평면을 이루도록 상기 체결볼트의 볼트머리가 노출되지 않게 볼트머리가 삽입되는 볼트머리삽입공간으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성고무는 링 형상으로 형성된 탄성고무단위체와 보강수단이 상하 교대로 다단 적층된 구조로 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명은 상부플레이트와 하부플레이트의 사이에서 면진 기능을 하는 면진수단이 링 형상을 가지는 탄성고무와, 탄성고무의 내측에 진자구조로 설치되는 볼 형상의 면진볼로 구성되어, 면진고무의 변형량이 충분히 확보되면서 면진볼을 중심으로 규칙적으로 변형됨으로써 구조물로 전달되는 지진 및 진동에너지를 효과적으로 흡수 완화하여 구조물의 안전성을 확보하고 사용수명도 보장할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진자 고무 면진 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진자 고무 면진 장치의 평면 투시도.

본 발명에 따른 진자 고무 면진 장치는 구조물을 이루는 상부구조물과 하부구조물의 사이에 설치되어 지진 발생시 하부구조물에서 상부구조물로 전달되는 지진 및 진동에너지를 흡수 완화하여 구조물을 보호하기 위한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 진자 고무 면진 장치는 지진 및 진동에너지에 따른 변형량을 충분히 보장하여 지진 및 진동에너지를 효과적으로 흡수함으로써 구조물의 안전성을 확보하고 교량의 사용수명을 보장할 수 있는 것이 특징이다.

이러한 특징은 상부구조물과 하부구조물의 사이에 설치되는 탄성고무를 포함하는 면진수단의 구조를 개선 보완함으로써 달성할 수 있다.

즉, 상부구조물과 접촉되는 상부플레이트와, 하부구조물과 접촉되는 하부플레이트, 상부플레이트와 하부플레이트의 사이 외측에 설치되고 소정높이를 가지는 링 형태의 탄성고무와, 상부플레이트와 하부플레이트의 사이 중심에 마찰진자 형태로 설치되는 볼 형태의 면진볼을 포함하는 구성에 의해 달성된다.

따라서 탄성고무가 링 형태로 구성되어 상부플레이트와 하부플레이트에 접촉되는 면적이 상대적으로 작고 상부플레이트와 하부플레이트의 중심이 면진볼을 매개로 연결되어 탄성고무의 변형량이 극대화됨으로써 지진 및 진동에너지를 효과적으로 흡수 완화할 수 있다.

그리고 상부구조물의 중량에 따른 수직하중을 면진볼이 지지함에 따라 탄성고무의 크기 및 면적을 최소화함으로써 면진 장치의 단면을 줄일 수 있고 면진 장치가 차지하는 설치공간도 최소화할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진자 고무 면진 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진자 고무 면진 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)와 탄성고무(400) 및 면진볼(500)로 구성된다.

먼저, 상기 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)는 구조물(미도시)을 이루는 상부구조물(미도시)과 하부구조물(미도시)의 사이에 설치되고 원판 형상으로 이루어진 구성이다.

즉, 상부플레이트(200)는 상면이 상부구조물의 하부면에 고정되고 하부플레이트(300)는 하면이 하부구조물의 상부면에 고정된다. 단, 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)는 후술할 탄성고무(400)와 면진볼(500)이 설치되는 공간을 두고 상호 이격된 상태로 상부구조물과 하부구조물에 각각 고정된다.

이때 상부플레이트(200)의 하면 가장자리에는 후술할 탄성고무(400)의 상단이 고정되는 상부결합면(210)이 빙둘러 형성되고 하부플레이트(300)의 상면 가장자리에는 후술할 탄성고무(400)의 하단이 고정되는 하부결합면(310)이 빙둘러 형성된다.

단, 상부결합면(210)과 하부결합면(310)은 탄성고무(400)의 상면과 하면이 각각 면 접촉된 상태로 고정되도록 평면으로 형성된다.

그리고 상부플레이트(200)의 하면 중심에는 후술할 면진볼(500)의 상측이 접촉되는 상부가이드면(220)이 하방으로 돌출 형성되고 하부플레이트(300)의 상면 중심에는 후술할 면진볼(500)의 하측이 접촉되는 하부가이드면(320)이 상방으로 돌출 형성된다.

단, 상부가이드면(220)과 하부가이드면(320)은 후술할 면진볼(500)의 상측과 하측이 동시에 점 접촉되어 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)의 중심에 위치하도록 상측으로 오목한 오목면과 하측으로 오목한 오목면으로 형성된다.

다음으로, 상기 탄성고무(400)는 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)의 사이에 설치되어 자체 탄성을 통해 면진 작용하는 구성이다.

이를 위해 탄성고무(400)는 링 형상으로 형성되어 상부플레이트(200)의 상부결합면(210)과 하부플레이트(300)의 하부결합면(310) 사이에 위치되게 설치된다.

즉, 탄성고무(400)는 링 형상으로 형성되어 종래의 면진 장치에 적용된 속이 꽉 찬 육각기둥이나 육면체 형상을 가진 면진고무와 비교하여 상부플레이트(200) 및 하부플레이트(300)와의 접촉 면적이 상대적으로 작아 지진 및 진동에너지에 따른 변형량을 극대화하여 효과적으로 면진 작용할 할 수 있다. )

이때 탄성고무(400)는 상기와 같이 충분한 변형량을 보유하면서 일정한 강도를 유지할 수 있도록 링 형상을 가지는 탄성고무단위체(410)와 보강수단(420)이 상하 교대로 다단 적층된 구조를 이루는 것이 바람직하다.

한편, 탄성고무(400)의 상단과 하단은 고정부재(610)에 의해 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)에 각각 고정 설치되는 것이 바람직한데, 이는 탄성고무(400)가 상부구조물에서 하부구조물로 전달되는 지진 및 진동에너지를 흡수하기 위해 변형될 때 그 중심 위치가 상부플레이트(200) 또는 하부플레이트(300) 또는 후술할 면진볼(500)의 중심 위치를 벗어나면서 변형 중심이 깨지는 것을 막기 위한 것이다.

이때 고정부재(600)는 탄성고무(400)의 상단과 하단에 각각 일정각도 간격으로 매설된 복수 개의 고정너트(610)와, 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)에 각각 고정너트(610)의 간격과 대응되게 관통 형성된 복수 개의 볼트공(620)과, 상부플레이트(200)의 상측과 하부플레이트(300)의 하측에서 각각 볼트공(620)에 나사식으로 관통하여 고정너트(610)에 체결 고정되는 복수 개의 체결볼트(630)로 구성될 수 있다.

단, 볼트공(620)의 상부는 상부플레이트(200)의 상부면과 하부플레이트(300)의 하부면이 평면을 이루도록 체결볼트(630)의 볼트머리가 노출되지 않게 볼트머리가 삽입되는 내경이 확대된 볼트머리삽입공간(640)으로 구성되는 것이 바람직하다.

이는 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)가 교량의 상부구조물과 하부구조물에 견고하게 밀착 고정될 수 있도록 상부플레이트(200)의 상부면과 하부플레이트(300)의 하부면을 평면으로 만들기 위한 것이다.

마지막으로, 상기 면진볼(500)은 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)의 중심 사이에 위치되어 탄성고무(400)가 지진 및 진동에너지에 의해 변형될 때 그 변형 중심이 되면서 탄성고무가 규칙적인 방향으로 면진 작용하도록 가이드하면서 상부구조물의 하중을 지지하는 구성이다.

이를 위해 면진볼(500)은 상부플레이트(200)의 상부가이드면(220)과 하부플레이트(300)의 하부가이드면(320) 중심 사이에 설치된다.

즉, 면진볼(500)은 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)의 사이에서 상측이 상부가이드면(220)에 마찰되고 하측이 하부가이드면(320)에 마찰되는 마찰 진자 형태로 설치되는 것이다.

단, 면진볼(500)은 마찰 진자 형태로 작용할 수 있도록 탄성고무(400)의 내경보다는 상대적으로 작은 직경을 가진 볼 형상으로 형성된다. 이는 면진볼(500)과 탄성고무(400) 간에 소정거리 이격된 상태가 유지되도록 하여 탄성고무(400)의 변형공간을 제공하여 지진 및 진동에너지에 대응되게 탄성고무(400)의 변형량이 발생할 수 있도록 하기 위함도 있다.

한편, 상부플레이트(200)의 중심 높이와 하부플레이트(300)의 중심 높이 및 후술할 면진볼(500)의 중심 높이를 더한 제1높이가 상부플레이트(200)의 가장자리 높이와 하부플레이트(300)의 가장자리 높이 및 후술할 탄성고무(400)의 높이를 더한 제2높이가 동일하게 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 면진볼(500)의 높이는 탄성고무(400)와 면진볼(500)이 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)에 동시에 접촉되는 높이로 구성되어야 한다.

이는 탄성고무(400)와 면진볼(500) 중 어느 하나만이 상부플레이트(200)와 하부플레이트(300)에 접촉될 경우 상부구조물의 하중을 제대로 지지하지 못하거나 탄성고무(400)의 변형에 대한 방향이 규칙적이지 않거나 지진 및 진동에너지가 제대로 흡수되지 않으므로 이를 방지하기 위한 것이다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

100: 진자 고무 면진 장치
200: 상부플레이트
210: 상부결합면
220: 상부가이드면
300: 하부플레이트
310: 하부결합면
320: 하부가이드면
400: 탄성고무
410: 탄성고무단위체
420: 보강수단
500: 면진볼
600: 고정부재
610: 고정너트
620: 볼트공
630: 체결볼트
640: 볼트머리삽입공간

Claims (6)

1. 구조물을 이루는 상부구조물과 하부구조물의 사이에 설치되어 지진 발생시 지진 및 진동에너지를 흡수 완화하여 면진하는 면진 장치에 있어서,
   상기 상부구조물의 하부면에 설치되며 하면 가장자리에 상부결합면이 빙둘러 형성되고 하면 중심에는 상부가이드면이 돌출 형성된 원판 형상의 상부플레이트;
   상기 하부구조물의 상부면에 설치되며 상면 가장자리에는 하부결합면이 빙둘러 형성되고 상면 중심에는 하부가이드면이 돌출 형성된 원판 형상의 하부플레이트;
   상기 상부결합면과 상기 하부결합면의 사이에 설치되고 탄성을 가지며 링 형상으로 구성되는 탄성고무; 및
   상기 상부가이드면과 상기 하부가이드면의 사이에 마찰진자 형태로 설치되고 상기 탄성고무의 내경보다는 작은 직경을 가지는 볼 형상으로 구성되어 상기 탄성고무와는 소정거리 이격된 빈공간을 사이에 두고 설치되는 볼 형상의 면진볼;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진자 고무 면진 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부가이드면과 상기 하부가이드면은
   상기 상부플레이트의 중심과 상기 하부플레이트의 중심이 가장 깊은 오목한 곡면인 것을 특징으로 하는 진자 고무 면진 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 상부플레이트의 중심 높이와 상기 하부플레이트의 중심 높이 및 상기 면진볼의 중심 높이를 더한 제1높이가 상기 상부플레이트의 가장자리 높이와 상기 하부플레이트의 가장자리 높이 및 상기 탄성고무의 높이를 더한 제2높이가 동일하게 구성되는 것을 특징으로 하는 진자 고무 면진 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 탄성고무의 상단과 하단은
   고정부재에 의해 상부플레이트와 하부플레이트에 각각 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 진자 고무 면진 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 고정부재는
   상기 탄성고무의 상단과 하단에 각각 일정각도 간격으로 매설된 복수 개의 고정너트;
   상기 상부플레이트와 상기 하부플레이트에 각각 상기 고정너트의 간격과 대응되게 관통 형성된 복수 개의 볼트공; 및
   상기 상부플레이트의 상측과 상기 하부플레이트의 하측에서 각각 상기 볼트공에 나사식으로 관통하여 상기 고정너트에 체결 고정되는 복수 개의 체결볼트로 구성되되,
   상기 볼트공의 상부는
   상기 상부플레이트의 상부면과 상기 하부플레이트의 하부면이 평면을 이루도록 상기 체결볼트의 볼트머리가 노출되지 않게 볼트머리가 삽입되는 볼트머리삽입공간으로 구성되는 것을 특징으로 하는 진자 고무 면진 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 탄성고무는
   링 형상으로 형성된 탄성고무단위체와 보강수단이 상하 교대로 다단 적층된 구조로 결합되는 것을 특징으로 하는 진자 고무 면진 장치.

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