KR20180070998A

KR20180070998A - 좌굴방지 전단형 강재댐퍼

Info

Publication number: KR20180070998A
Application number: KR1020160173662A
Authority: KR
Inventors: 장극관
Original assignee: 주식회사 행림종합 건축사사무소; 장극관
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-27
Also published as: KR101882312B1

Abstract

본 발명은 다양한 구조물에 작용하는 지진에 의한 진동 또는 충격에 의한 진동 에너지를 소산시키기 위한 구조물용 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부장착판과 하부장착판의 사이에 이들을 연결하는 댐핑 플레이트를 결합하되, 상기 댐핑 플레이트는 상측연결부와 하측연결부의 사이를 연결하는 복수 개의 연결댐퍼와 상측 혹은 하측연결부의 양측 끝단으로부터 자유단을 갖고 돌출된 수평가새지지대가 형성되고, 상기 수평가새지지대에는 연결댐퍼의 양측에 밀착되는 수평가새를 결합 형성하며, 상기 상,하측 연결부가 각기 상부장착판과 하부장착판에 결합 고정되도록 구성함에 따라,
각각의 연결댐퍼의 중앙 양측에 맞대어진 수평가새는 상기 연결댐퍼에 대한 탄성영역 및 소성영역을 크게 확장시켜 줄 수 있어 동일 단면적의 강재로도 더욱 향상된 에너지 소산 능력을 발휘할 수 있어 매우 효과적이고 경제적인 것이며, 수평가새는 상기 연결댐퍼의 면외방향으로의 좌굴을 방지하여 항복 이후의 안정적인 소성변형을 얻을 수 있도록 하였고 항복 전 혹은 항복 이후의 연결댐퍼의 면외좌굴로 인한 소성에너지 감소를 유발하지 않도록 하였다. 따라서 연결댐퍼의 안정적인 소성변형을 통하여 효과적인 에너지 소산 능력을 발휘할 수 있는 것이다.

Description

좌굴방지 전단형 강재댐퍼 {Anti-bucking shear type steel damper}

본 발명은 다양한 구조물에 작용하는 지진에 의한 진동 또는 충격에 의한 진동 에너지를 소산시키기 위한 구조물용 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진동이나 충격에 의한 진동 에너지가 구조물에 작용하게 되면 이러한 진동 에너지를 연결댐퍼에 의해 소산시킬 수 있도록 하는 것은 물론 상기 연결댐퍼의 탄성영역에 대한 확대 및 소성영역에 대한 확대를 통하여 소성에너지를 흡수시킬 수 있도록 한 전단형 강재댐퍼에 대한 것이다.

통상적으로 다양한 건축물을 포함한 구조물에는 지진에 대응하는 구조가 적용되는 것이 일반적인 것으로, 구조체 자체의 손상으로 지진 에너지를 흡수하여 붕괴를 방지하는 내진 기술, 제진장치에 손상을 집중시켜 지진 에너지를 흡수하여 구조물의 흔들림을 저감하고 건물의 손상을 방지하는 제진 기술, 지진에 의한 지반의 흔들림이 직접 건물에 전달되지 않도록 하는 면진 기술이 있고 이들은 넓은 의미에서 모두 내진 기술에 포함된다.

또한, 내진보강기법의 종류는 구조물의 재료 및 종류에 따라 다양하지만 대부분은 강도 향상, 변형 능력 향상 및 입력 에너지 저감 방안 등 3가지로 압축된다.

특히, 내진보강기법의 비용과 공기의 측면에서 살펴보면 기존의 강도증진기법은 보강개소가 적어 유리하나 지진하중의 집중현상으로 기초를 보강해야 하는 문제점이 있고 연성을 증진시키는 보강기법은 모든 기둥을 보강해야 하는 불편함이 있어서 공기단축 및 경제성을 고려하면 여전히 개선해야 할 여지가 있다.

그러나, 다른 보강방법에 비해서 보강 개소가 적은 제진장치를 사용할 경우에는 지진하중 집중현상이 없어서 기초보강이 불필요하며 공간 및 채광 확보가 용이하므로 큰 문제점이 없이 설치가 가능하다고 할 수 있다.

특히, 에너지 소산형 제진장치는 변위 의존형과 속도 의존형으로 나눌 수 있는데, 변위 의존형 장치는 강재의 소성변형이나 재료의 마찰력에 의한 에너지 소산특성을 이용한 것이고, 속도 의존형은 점성 및 점탄성 물질이 변형할 때 열이 발생하며 진동 에너지를 소산하는 특성을 이용하는 것으로 소산되는 에너지는 속도에 비례하여 커지는 특성이 있다. 속도 의존형인 점성이나 점탄성 댐퍼는 고층의 풍하중에 대한 특성으로 인해 주로 사용되나 저층 건축물의 내진보강에는 주로 변위 의존형인 강재 댐퍼나 마찰 댐퍼가 사용되는 경향이 뚜렷하다고 할 수 있고, 그 중에서 제작 및 시공성이 우수하면서 큰 변형능력을 발휘하는 강재 댐퍼의 적용이 다수를 차지하고 있는 실정이다.

또한, 기존의 내진 기술로는 공개특허 제10-2008-0100314호와 같이, 전체적으로 원통관 형상을 하고 일측 외주면에는 길이 방향을 따라 길게 절개된 절개홈부가 구비된 내부실린더를 갖고 상기 내부실린더의 타측 내주면에는 일측 단부가 결합되고 상기 내부실린더의 중앙부를 통과하여 상기 절개홈부의 외측으로 타측 단부가 돌출되는 슬릿강판 및 전체적으로 원통관 형상을 하여 상기 내부실린더의 외측에 삽입되고 일측 내주면에는 상기 절개홈부의 외측으로 돌출된 상기 슬릿강판의 타측 단부가 결합되는 외부실린더를 포함하여 구성된 왕복식 슬릿강재 댐퍼가 안출된 바 있다.

그러나, 상기의 슬릿강재 댐퍼는 슬릿강판 이외에도 내부 및 외부 실리더 등의 복잡한 구조를 통해 이루어지므로 제작 비용이 상승하는 문제가 있고 충격을 받을 경우 슬릿 강판에 전체적으로 균등한 응력이 작용하는 것이 어렵기 때문에 에너지 소산 능력을 증대시키는데 한계가 있는 것이다.

또한, 등록특허 제10-0908864호에는 하중전달판과 슬릿강판을 이용한 강재 댐퍼가 제시되어 있고, 이는 전체적으로 내부가 비어있는 사각단면의 관형상을 하고 있으며, 서로 마주보는 좌우 양측면에는 각각 길이방향으로 절개된 측면절개부가 구비된 내부실린더; 직사각 형태의 평판으로서 양측 단부가 상기 내부실린더의 전후면에 결합고정되는 슬릿강판; 직사각 형태의 평판으로서 양측 단부가 상기 측면 절개부를 통과하여 상기 내부실린더의 외측으로 돌출되고 상기 슬릿 강판이 통과하는 중앙절개부가 중앙에 길이방향으로 구비되어 상기 슬릿강판이 상기 중앙절개부를 통과하여 '+'자 형태로 결합되는 하중전달판; 전체적으로 내부가 비어있는 사각단면의 관형상을 하고 있으며 상기 내부실린더의 외부에 삽입되고 상기 측면절개부를 통과한 하중전달판의 양측 단부가 결합 고정되는 외부실린더;를 포함하여 구성된 바 있다.

그러나 상기의 강재 댐퍼 역시 슬릿 강판에 전체적으로 균등한 응력이 작용하는 것이 어렵기 때문에 에너지 소산 능력을 증대시키는데 한계가 있고, 구성 부품이 많이 들어가 제작 비용을 상승시키는 문제점을 갖고 있는 것이다.

또한, 통상적인 강재 전단형 댐퍼는 철판의 전단변형에 의한 에너지 소산능력을 확보하는 것인데 상기 기존의 강재 댐퍼 또는 슬릿 댐퍼의 문제점을 해소시키고자 안출된 공개특허 제10-2012-0019048호의 경우 전단철판 대신에 다수개의 전단연결재 및 절연재를 사용하여 에너지소산 능력을 확보하게 되어 있으나 안정적인 에너지 소산능력을 확보하기 위해서는 전단연결재의 두께 및 길이가 큰 영향을 주는 요소이고, 전단변형능력을 확보하기 위해서는 연결재의 두께가 얇아야 하고 또 길이도 길어야 효과가 있음이 잘 알려져 있다. 그러나, 그런 장치는 전단변형이 발생할 때 연결재의 기둥이 면외좌굴이 쉽게 발생하여 에너지소산 능력이 기대치에 훨씬 미치지 못하고 있다. 또한 절연재를 동시에 사용하여 시공상의 불편함이 상존해 있는게 현실이다.

특히, 공개특허 제10-2013-0027786호의 경우 천공된 강판을 사용하여 전단변형에 따른 에너지 소산능력을 확보하는 개념이나 천공판의 경우 전체적으로 균등한 응력이 작용하는 것이 어렵기 때문에 에너지 소산 능력을 증대시키는데 한계가 있고 전단응력의 흐름이 불규칙하여 에너지 소산능력을 검증하기가 어려운 문제점을 갖고 있는 것이다.

대한민국공개특허 제10-2008-0100314호 대한민국등록특허 제10-0908864호 대한민국공개특허 제10-2012-0019048호 대한민국공개특허 제10-2013-0027786호

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 상부장착판과 하부장착판의 사이에 이들을 연결하는 댐핑 플레이트를 결합하되, 상기 댐핑 플레이트는 상측연결부와 하측연결부의 사이를 연결하는 복수 개의 연결댐퍼와 상측 혹은 하측연결부의 양측 끝단으로부터 자유단을 갖고 돌출된 수평가새지지대가 형성되고, 상기 수평가새지지대에는 연결댐퍼의 양측에 밀착되는 수평가새를 결합 형성하며, 상기 상,하측 연결부가 각기 상부장착판과 하부장착판에 결합 고정되도록 구성함에 따라,

상부장착판과 하부장착판으로 인해 다양한 구조물의 사이 혹은 개구부 등에 용이하게 장착 및 설치할 수 있는 것은 물론 기존과 동일한 두께 및 크기의 강판을 적용하더라도 상기 수평가새에 의해 연결댐퍼의 거동에는 전혀 지장을 주지 않는 반면 탄성영역이나 소성영역에 대한 확장 및 항복강도를 향상시킬 수 있도록 한 좌굴방지 전단형 강재댐퍼를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 저면에 수직의 연결플랜지를 갖는 상부장착판과, 상면에 수직의 연결플랜지를 갖는 하부장착판을 구비하고, 이들 상부장착판의 연결플랜지와 하부장착판의 연결플랜지의 사이에는 댐핑 플레이트를 결합 형성하되,

상기 댐핑 플레이트는 상부장착판의 연결플랜지에 결합되는 상측연결부와 하부장착판의 연결플랜지에 결합되는 하측연결부로 구성되고, 이들 상측연결부와 하측연결부의 사이에는 일정 간격으로 이격되어 상측연결부와 하측연결부를 서로 연결하는 복수 개의 연결댐퍼와 수평가새지지대가 돌출 형성되며, 상기 수평가새지지대에는 상기 연결댐퍼에 밀착되게 한 별도 구비의 수평가새를 결합 고정하여 이루어지는 것이다.

본 발명은, 각각의 연결댐퍼의 중앙 양측에 맞대어진 수평가새는 상기 연결댐퍼에 대한 탄성영역 및 소성영역을 크게 확장시켜 줄 수 있어 동일 단면적의 강재로도 더욱 향상된 에너지 소산 능력을 발휘할 수 있고, 특수강판이 아닌 일반강판을 사용할 수 있어 매우 효과적이고 경제적인 것이며, 수평가새는 상기 연결댐퍼의 면외방향으로의 조기 좌굴현상을 방지하고 면내방향(변위방향)에 대한 응력 및 항복강도를 증대시키는 역할을 하는 동시에 각각의 연결댐퍼 전체에 대하여 고른 응력이 작용하도록 하여 취약 지점에서의 국부좌굴이 발생하는 것을 억제할 수 있는 것이며, 따라서 비탄성영역 내에서의 에너지 소산과정에서 연결댐퍼의 안정적인 거동을 유도하여 효과적인 에너지 소산 능력을 발휘할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 전체 사시도
도 2는 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 분리 사시도
도 3은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 정면 전체도
도 4는 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 측단면 전체도
도 5는 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 설치 예시도
도 6은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 다른 실시예를 보인 단면도
도 7은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 또 다른 실시예도
도 8은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 또 다른 실시예도
도 9는 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 또 다른 실시예도
도 10은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 또 다른 실시예도
도 11은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 또 다른 실시예도

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 정면 전체도, 도 4는 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼의 측단면 전체도이다.

도시와 같이 본 발명에 따른 전단형 강재댐퍼는, 저면에 수직으로 연결플랜지(11)가 형성된 상부장착판(10)과 상면에 수직으로 연결플랜지(21)가 형성된 하부장착판(20)으로 이루어져 있고, 이들 상부장착판(10)과 하부장착판(20)은 댐핑 플레이트(30)에 의해 서로 연결되어 있으며, 상기 댐핑 플레이트(30)의 중간부 양측에는 별도로 구비된 수평가새(40)(40')가 밀착 고정되어 있는 것이다.

이때, 상부장착판(10)은 다수개의 장착공(12)이 일정 간격을 갖고 수직으로 천공되어 있는 것이고, 상부장착판(10)의 연결플렌지(11)에는 역시 다수 개의 연결공(13)이 일정 간격을 갖고 횡으로 관통 형성되어 있는 것이다.

또한, 하부장착판(20) 역시 다수개의 장착공(22)이 수직으로 관통 형성되어 있는 것이고, 하부장착판(20)의 연결플랜지(21)에도 횡방향으로의 연결공(23)이 일정 간격으로 관통 형성되어 있는 것이다.

또한, 상기의 댐핑 플래이트(30)(30')는 일정 두께의 강재를 이용하여 만들어진 것으로 상측에는 상기 상부장착판(10)의 연결플랜지(11)에 밀착 고정되는 상측연결부(31)가 형성되어 있고 하측에는 상기 하부장착판(20)의 연결플랜지(21)에 고정되는 하측연결부(31')가 형성되어 있으며, 이들 상측연결부(31)와 하측연결부(31')의 사이에는 일정 간격을 갖고 서로 이격 형성된 다수의 연결댐퍼(32)(32')가 일체로 연결 형성되어 있는 것이다.

특히, 상측연결부(31) 또는 하측연결부(31') 중 어느 하나로부터 하향 또는 상향으로의 수평가새지지대(33)(33')가 일체로 돌출 형성되어 있는 것으로서, 상기 수평가새지지대(33)(33')는 양측 끝단에 각기 형성되어 있고 수평가새지지대(33)(33')의 끝단은 자유단을 갖고 있는 것이다.

이때, 상기 상측연결부(31) 및 하측연결부(31')에는 상부장착판(10)의 연결플랜지(11) 및 하측장착판(20)의 연결플랜지(21)에 형성되어 있는 연결공(13)(23)과 동일 간격 및 개체수의 체결공(34)(34')이 형성되어 있는 것이다.

따라서, 상기 상측연결부(31)를 상부장착판(10)의 연결플랜지(11)에 밀착시킨 후 별도로 구비된 체결볼트(50) 및 체결너트(51)를 이용하여 상측연결부(31)와 연결플랜지(11)를 서로 견고하게 밀착 고정시킬 수 있을 것이고, 이어 하측연결부(31')를 하부장착판(10)의 연결플랜지(21)에 밀착시킨 후 역시 서로 일치하는 연결공(23)과 체결공(34)(34')을 이용하여 체결볼트(50) 및 체결너트(51)를 나사 결합하면 이들 상부장착판(10) 및 하부장착판(20)과 댐핑 플레이트(30)에 대한 상호 견고한 결합 및 고정이 이루어지게 된다.

특히, 상기 수평가새지지대(33)(33')에는 단일 혹은 복수 개의 조립공(35)(35')이 관통 형성되어 있어 이를 이용하여 상기 수평가새(40)(40')를 결합 고정할 수 있는 것인데, 상기 수평가새(40)(40')의 양측 끝단에는 상기 수평가새지지대(33)(33')의 조립공(35)(35')과 일치하는 간격으로 된 고정공(41)이 형성되어 있어 상기 조립공(35)(35') 및 고정공(41)을 서로 일치시킨 상태에서 역시 체결볼트(50)와 체결너트(51)를 이용하여 상호 견고한 조립 및 고정이 이루어지도록 하면 되는 것이다.

여기서, 상기의 수평가새(40)(40')는 연결댐퍼(32)(32')의 양측 중간부에 밀착되는 것으로 상기 체결볼트(50)와 체결너트(51)에 의해 상기 수평가새(40)(40')가 연결댐퍼(32)(32')의 양측면에 밀착된 상태로 상기 수평가새지지대(33)(33')에 조립될 수 있도록 한 것이고, 상기 수평가새(40)(40')의 중간부에는 상기 연결댐퍼(32)(32')의 사이로 삽입되도록 별도의 연결볼트(60)와 연결너트(61)를 결합하여 상기 수평가새(40)(40')가 서로 벌어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

이때, 상기 수평가새(40)(40')는 연결댐퍼(32)(32')의 수직 길이에 대하여 정확히 중간부에 위치하는 것이 이상적이고, 직사각 평단면 형태의 것을 사용할 수도 있을 것이나 보다 바람직하게는 'ㄷ'자 단면 형상을 갖는 사용하는 것이 더욱 효율적일 것이다.

따라서, 상기 댐핑 플레이트(30)의 상측연결부(31)와 하측연결부(31')는 각기 상부장착판(10)의 연결플랜지(11)와 하부장착판(20)의 연결플랜지(21)에 밀착 고정되고 복수의 연결공(13)(23) 및 체결공(34)(34')에 의해 상호 결합이 이루어지므로 결국 이들 상측연결부(31)와 하측연결부(31')를 포함한 각 연결댐퍼(32)(32')의 상,하단 끝단은 구속 상태의 고정단이 되는 것이다.

또한, 상기 수평가새(40)(40')는 양측 끝단이 수평가새지지대(33)(33')에 회전단의 형태로 결합되어 있는 것이고, 실질적으로 연결댐퍼(32)(32')와는 직접적인 체결 상태가 아니므로 상기 연결댐퍼(32)(32')는 진동 에너지가 작용하면 탄성에 의한 유동이 가능한 상태가 이루어지게 된다.

대신, 상기 연결댐퍼(32)(32')는 나열방향으로의 탄성 유동에는 지장을 받지 않는 반면 면외방향으로의 좌굴이 발생하는 경우 상기 수평가새(40)(40')와 간섭하게 되면서, 상기 수평가새(40)(40')가 연결댐퍼(32)(32')의 면외좌굴을 억제하는 역할을 하게 될 것이다.

따라서, 도 5의 도시와 같이 기초부와 구조물의 사이 혹은 구조물의 개구부 내측에 본 발명의 댐퍼를 장착하면 되는 것이고, 이와 같은 설치 상태에서 지진에 의한 상부변위가 발생하는 순간, 상부장착판(10)을 통해 전달되는 전단력으로 인해 상부장착판(10)이 도면상 좌,우 방향 또는 전,후 방향으로 유동하려 할 것이고, 이와 같은 변위가 발생하게 되면 각각의 연결댐퍼(32)(32')는 전단변형을 통하여 변형 에너지를 소산시키게 되는 것이다.

또한, 상기의 유동이 클수록 연결댐퍼(32)(32')는 전단변형이 커지게 될 것이고, 전단변형이 탄성영역을 벗어나게 되면 연결댐퍼(32)(32')가 소성 변형되면서 항복이 발생할 것이고, 항복 이후의 소성변형량이 에너지 소산 능력을 가지는 것인데 충분한 소성변형이 생기기 전에 연결댐퍼(32)(32')에 면외좌굴이 발생하면 에너지 소산 능력을 상실하거나 에너지 소산 능력이 크게 약화될 것이므로 본 발명에서는 상기 연결댐퍼(32)(32')의 양측 즉, 가장 면외좌굴이 발생하기 쉬운 중간부에 수평가새(40)(40')를 밀착 형성함에 따라 상기 수평가새(40)(40')로 인해 연결댐퍼(32)(32')의 면외좌굴 발생을 억제하는 역할을 하게 되는 것이다.

따라서, 상기 수평가새(40)(40')는 연결댐퍼(32)(32')가 탄성 혹은 소성변형 초기에 면외좌굴을 억제하여 안정적인 항복 이후의 거동을 확보함으로서 소성영역이 크게 확장 및 지속되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

이에 상기 수평가새(40)(40')는 연결댐퍼(32)(32')의 면외좌굴을 억제하여 연결댐퍼(32)(32')이 탄성영역 및 소성영역이 확장 및 지속되는 효과를 얻게 됨은 물론 나아가서 상기 연결댐퍼(32)(32')의 에너지 소산 능력을 크게 증대시키는 역할을 하게 되는 것이다.

그러므로 본 발명의 전단 거동식 댐퍼는 연결댐퍼(32)(32')의 상,하단이 모두 고정단으로 결합되어 있어 댐핑 플레이트(30) 및 켄틸레버의 유동에 대한 전단 거동이 이루어질 수 있는 것이고, 전단 거동시에 발생하는 연결댐퍼(32)(32')의 변형시 수평가새(40)(40')로 인해 면외좌굴이 방지되어 상기 연결댐퍼(32)(32')에 대한 탄성영역 및 소성영역의 확장은 물론 항복 이후의 소성변형을 크게 증대시켜 더욱 견고하고 안정적인 댐퍼의 역할을 수행할 수 있는 것이며, 지진에 의한 스평변위의 크기에 따라 수동적으로 변형에너지를 소산시킬 수 있는 것이다.

특히, 상기 양측의 수평가새(40)(40')가 서로 밀착 고정되도록 유지하는 역할의 연결볼트(60) 및 연결너트(61)는 상기 연결댐퍼(32)(32')의 전단 변형 과정에서 양측의 수평가새(40)(40')가 서로 벌어지는 것을 억제하여 더욱 우수한 강도를 유지할 수 있도록 하는 것이고, 상기 수평가새(40)(40')의 단면을 'ㄷ'자 형태로 구성함에 따라 강성이 증가된 수평가새(40)(40') 자체의 휨 발생을 억제하게 한 것이다.

이에 따라, 본 발명의 전단형 강재댐퍼는 상측 구조물의 변위에 따라 전단력이 발생하고 이에 대한 전단변형에 상기 연결댐퍼(32)(32') 자체가 갖고 있는 탄성영역 및 소성영역까지 충분히 안정적으로 거동하게 함으로써 많은 량의 소성에너지가 확보 가능한 것이다.

이상과 같은 본 발명의 전단 거동식 댐퍼는 도 6의 도시와 같이 상부장착판(10)의 연결플랜지(11)와 하부장착판(20)의 연결플랜지(21) 사이에 한 쌍의 댐핑 플레이트(30)(30')를 밀착 고정시킨 상태에서 각 댐핑 플레이트(30)(30')의 수평가새지지대(33)(33')를 이용하여 양측 댐핑 플레이트(30)(30')의 연결댐퍼(32)(32') 외면에 밀착되도록 수평가새(40)(40')를 결합 고정시킴에 따라 상기 연결댐퍼(32)(32')가 면외방향으로 좌굴되는 것을 억제시킬 수 있을 것이다.

이에 따라 상기와 같이 한 쌍의 댐핑 플레이트(30)(30')를 고정 형성함으로서 더욱 향상된 탄성영역 및 소성영역을 확보하는 것은 물론 항복 이후의 안정적인 소성변형으로 인해 신뢰성 있는 내진성 및 높은 에너지 소산 능력을 갖게 되는 것이다.

또한, 상기 댐핑 플레이트(30)(30')의 수평가새지지대(33)(33')는 상측연결부(31)로부터 하향 돌출되게 형성하거나 하측연결부(31')로부터 상향 돌출되도록 구성할 수도 있을 것이고, 도 7의 도시와 같이 일측 끝단의 수평가새지지대(33)(33')는 상측연결부(31)로부터 하향 돌출되게 하고 타측 끝단의 수평가새지지대(33)(33')는 하측연결부(31')로부터 상향 돌출되도록 구성함에 따라 상기 수평가새지지대(33)(33')에 고정되는 수평가새(40)(40')의 면외방향으로의 이동을 구속하여 연결댐퍼의 면외좌굴을 억제하는 역할을 하는 것이다.

또한, 도 8의 도시와 같이 댐핑 플레이트(30)(30')의 수평가새지지대(33)(33')에 형성되어 있는 조립공(35)(35')을 상,하로 다수 이격 형성함에 따라 이들 다수의 조립공(35)(35')을 이용하여 상기 수평가새(40)(40')의 높낮이를 조절하여 고정시킬 수 있도록 하거나, 하나 이상의 수평가새(40)(40')를 중복하여 고정 설치할 수 있는 것이다.

즉, 상기 수평가새(40)(40')의 높낮이를 조절하여 고정하는 경우에는 연결댐퍼(32)(32')의 길이에 따른 취약 변형부에 상기 수평가새(40)(40')를 밀착 고정시킬 수 있어 더욱 우수한 효율을 기대할 수 있을 것이고, 상기 수평가새(40)(40')를 2개소 이상 고정 설치하는 경우에는 연결댐퍼(32)(32')의 전구간에 대한 밀착 대응력을 연출하게 될 것이므로 상기 연결댐퍼(32)(32')에 대한 탄성 및 소성 영역의 확대와 더불어 에너지 소산량을 비례적으로 증대시키는 역할을 하게 된다.

이어, 도 9의 도시와 같이 상기 댐핑 플레이트(30)(30')에 형성되어 있는 연결댐퍼(32)(32')의 중간부에 확장부(36)를 형성함에 따라 더욱 우수한 효율성을 기대할 수 있는 것으로, 상기 확장부(36)는 수평가새(40)(40')와의 면접부를 확장시키는 역할을 함으로써 연결댐퍼(32)(32')의 면외 좌굴이 지연되고 상기 확장부(36)에 의한 넓은 면적을 통해 수평가새(40)(40')의 응력을 전달받을 수 있을 것이므로 상기 연결댐퍼(32)(32')의 소성변형을 더욱 효과적으로 유도할 수 있는 것이다.

또한, 도 10의 도시와 같이 일정 간격으로 이격 형성되어 있는 연결댐퍼(32)(32')의 사이에 이들 연결댐퍼(32)(32')를 연결하는 가느다란 두께의 전단띠(37)를 일체로 연결 형성함에 따라 상기 전단띠(37)의 절단 상태를 통해 전단 거동식 댐퍼에 작용하는 진동 및 그로 인한 소성 변형 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 한 것이다.

즉, 상기의 전단띠(37)는 구조물에 진동 에너지가 작용하여 상기 연결댐퍼(32)(32')가 탄성영역 및 소성영역 내 변형시에는 절단되지 않다가 상기 탄성영역 및 소성영역을 벗어나는 순간 상기 전단띠(37) 역시 절단이 되도록 구성함에 따라 설치자 혹은 관리자는 상기 전단띠(37)의 상태를 육안으로 확인하여 본 발명의 전단 거동식 댐퍼가 소성 변형으로 인해 더 이상 사용이 불가능한 상태를 인지할 수 있게 된다.

반면, 진동에너지에 대한 효율적인 소산 작용으로 인해 상기 전단띠(37)에 대한 절단 상태가 육안으로 확인되지 않을 경우에는 각 연결댐퍼(32)(32')가 탄성영역 및 소성영역 내에서 변형 및 복귀된 것이므로 댐퍼의 교체 없이 계속적인 사용이 가능할 것이다.

또한, 본 발명의 전단 거동식 댐퍼는 도 11의 도시와 같이 각 연결댐퍼(32)(32')의 사이에 상측연결부(31) 또는 하측연결부(31') 혹은 상,하측 연결부(31)(31') 모두를 향하여 기다란 슬릿홈 형태로 된 탄성홈(38)(38')을 형성함에 따라 상기 연결부(31)와 연결댐퍼(32)(32') 간의 전단 현상을 방지하는 한편, 상기 연결댐퍼(32)(32')에 대한 탄성영역을 확장시켜 더욱 고효율의 에너지 소산 능력을 연출할 수 있도록 한 것이다.

즉, 상기 연결댐퍼(32)(32')는 기다란 강재 패널 형태를 갖고 있어 상기 연결댐퍼(32)(32')에 진동 에너지가 작용하게 되면 탄성영역 범위 내에서 연결댐퍼(32)(32')의 변형과 복원이 이루어질 것이나, 유동성이 거의 없는 상측연결부(31) 및 하측연결부(31')와의 상호 경계지점에서는 연결댐퍼(32)(32')의 변형시 급격하게 소성 변형 및 전단 현상이 발생하게 되는 것이다.

이에 따라 상기 연결댐퍼(32)(32')에 진동 에너지가 작용하면 가장 먼저 상측연결부(31) 및 하측연결부(31')와의 경계지점에서 전단 현상이 발생하므로, 전단이 발생하게 되면 전체적으로 연결댐퍼(32)(32')에 의한 에너지 소산 능력이 상실되거나 좌굴 현상을 겪게 된다. 따라서, 상기 상측연결부(31) 및 하측연결부(31')와 연결댐퍼(32)(32') 간의 경계부에 대하여 기다란 요홈 형태로 된 탄성홈(38)(83')을 형성함에 따라 상기 상측연결부(31) 및 하측연결부(31')와 연결댐퍼(32)(32')의 경계부에서 발생하는 비틀림 응력 및 전단 응력으로 인해 상기 탄성홈(38)(38')이 벌어지면서 이들 경계부에서의 전단 현상을 감쇄 및 억제시킬 수 있게 된다.

이처럼 본 발명의 전단 거동식 댐퍼는 기존과 마찬가지로 구조물에 작용하는 진동 에너지에 대한 효과적인 소산 능력은 물론 기존 댐퍼와 동일 수준의 크기와 강재를 사용하면서도 더욱 넓고 뛰어난 탄성영역 및 소성영역의 확장에 의한 에너지 소산 능력을 증대시키는 효과를 연출하는 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : 상부장착판 11 : 연결플랜지
12 : 장착공 13 : 연결공
20 : 하부장착판 21 : 연결플랜지
22 : 장착공 23 : 연결공
30,30' : 댐핑 플레이트 31 : 상측연결부
31' : 하측연결부 32,32' : 연결댐퍼
33,33' : 수평가새지지대 34,34' : 체결공
35,35' : 조립공 36 : 확장부
37 : 전단띠 38,38' : 탄성홈
40,40' : 수평가새 41 : 고정공
50 : 체결볼트 51 : 체결너트
60 : 연결볼트 61 : 연결너트

Claims

저면에 수직의 연결플랜지(11)를 갖는 상부장착판(10)과, 상면에 수직의 연결플랜지(21)를 갖는 하부장착판(20)을 구비하고, 이들 상부장착판(10)의 연결플랜지(11)와 하부장착판(20)의 연결플랜지(21)의 사이에는 댐핑 플레이트(30)를 결합 형성하되,
상기 댐핑 플레이트(30)는 상부장착판(10)의 연결플랜지(11)에 결합되는 상측연결부(31)와 하부장착판(20)의 연결플랜지(21)에 결합되는 하측연결부(31')로 구성되고, 이들 상측연결부(31)와 하측연결부(31')의 사이에는 일정 간격으로 이격되어 상측연결부(31)와 하측연결부(31')를 서로 연결하는 복수 개의 연결댐퍼(32)(32')와 자유단을 갖고 양측 끝단에 배치되는 수평가새지지대(33)(33')가 돌출 형성되며, 상기 수평가새지지대(33)(33')에는 상기 연결댐퍼(32)(32')에 밀착되게 한 별도 구비의 수평가새(40)(40')를 결합 고정하여 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
수평가새(40)(40')는 연결댐퍼(32)(32')의 양측면에 밀착 형성되도록 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 2항에 있어서,
수평가새(40)(40')에는 연결댐퍼(32)(32')의 사이로 삽입되어 양측 수평가새(40)(40')를 밀착 고정시키는 연결볼트(60)와 연결너트(61)를 체결 형성하여 구성됨을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
수평가새(40)(40')는 연결댐퍼(32)(32')의 중간부에 위치하도록 결합 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
수평가새(40)(40')는 'ㄷ'자의 단면 형상을 갖도록 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
수평가새지지대(33)(33')는 상측연결부(31) 또는 하측연결부(31') 중 어느 하나로부터 돌출 형성됨을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
일측 수평가새지지대(33)(33')는 상측연결부(31)으로부터 하향 돌출되고, 타측 수평가새지지대(33')는 하측연결부(31)로부터 상향 돌출되게 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
상부장착판(10)과 하부장착판(20)에는 수직의 장착공(12)(22)이 복수 개 관통 형성되고, 각 연결플랜지(11)(21)에는 복수 개의 연결공(13)(23)이 관통 형성되며, 상기 댐핑 플레이트(30)의 상측연결부(31)와 하측연결부(31')에는 각 연결플랜지(11)(21)에 형성된 연결공(13)(23)과 대응하는 체결공(34)(34')이 관통 형성되어, 상부장착판(10)과 하부장착판(20) 및 댐핑 플레이트(30)가 체결볼트(50) 및 체결너트(51)에 의해 서로 결합 고정되도록 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
수평가새지지대(33)(33')에는 조립공(35)을 관통 형성하고 수평가새(40)(40')의 양측 끝단에는 고정공(41)을 관통 형성하여 이들 조립공(35)과 고정공(41)에 대한 체결볼트(50) 및 체결너트(51)의 결합을 통해 수평가새지지대(33)(33')와 수평가새(40)(40')의 결합 고정이 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
댐핑 플레이트(30)(30')는 상부장착판(10)의 연결플랜지(11)와 하부장착판(20)의 연결플랜지(21) 양측에 밀착 고정하고, 이들 각 댐핑 플레이트(30)(30')의 수평가새지지대(33)(33')를 이용하여 수평가새(40)(40')가 각 댐핑 플레이트(30)(30')의 외측 중간부에 밀착 고정되도록 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
수평가새지지대(33)(33')에는 상,하로 이격 형성된 복수 개의 조립공(35)(35')을 관통 형성하여, 이들 조립공(35)(35')에 의해 수평가새(40)(40')의 높낮이가 조절되도록 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
수평가새지지대(33)(33')에는 상,하로 이격 형성된 복수 개의 조립공(35)(35')을 관통 형성하여, 이들 조립공(35)(35')에 의해 수평가새(40)(40')가 적어도 2개소 이상 체결 형성되도록 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
수평가새(40)(40')과 밀착되는 연결댐퍼(32)(32')의 중간부에는 상기 수평가새(40)(40')와의 밀착면적을 증대시키기 위한 확장부(36)가 형성됨을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
연결댐퍼(32)(32')의 사이에는 양측 연결댐퍼(32)(32')를 연결하는 전단띠(37)를 일체로 형성하여, 상기 연결댐퍼(32)(32')의 변형시 상기 전단띠(37)가 절단되도록 구성함을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.
제 1항에 있어서,
연결댐퍼(32)(32')의 사이에는 상,하측연결부(31)(31')를 향하는 탄성홈(38)(38')을 형성하여 구성됨을 특징으로 하는 좌굴방지 전단형 강재댐퍼.